专利名称：具有节能控制的永磁电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种作为电机的具有独立使用相互作用力和相互作用力与永磁铁相平衡的能量发生器。
术语“电机”表示任一种能够将机械能转换为电能，和将电能转换为机械能的机器。本发明所涉及的这种类型的电机是一种一次侧包括许多极扩展(polar expansion)和二次侧包括一系列异性交替排列的永磁铁的电机。
背景技术：
众所周知，在这种类型的电动机和发电机中，电磁是在两个半周，也就是说在由永磁铁到永磁铁的全周上的磁铁的整个节距上通过吸引和排斥相互发生作用的，因此在公知的电动机或发电机中既没有一个是考虑到用高磁导铁磁心的磁铁相互作用的积极效果，也没有考虑平衡性，即铁磁力的平衡，其能够抵消从一个永磁铁传递给另一个永磁铁的永磁阻力矩。
发明内容
虽然在下面参考应该作考虑，但是为了方便起见，对于绝大多数电动机来说，相同的考虑也适用于发电机。
特别是，构成本发明主题的本发明旨在确定一次侧数对电磁铁和二次侧永磁铁之间的相对位置，其能够平衡工作时的作用力，其磁特性分别是永磁的，铁磁的和电磁的。
本发明的另一个目的是由于一次侧电磁铁合适的电能与二次侧永磁铁相互作用，在由电能转换为机械能和机械能转换为电能时能够提高效率。
本发明的另一个目的是提供一种电动机，该电动机能够根据每种特殊情况下所需的特性，用合适的传感器如光学，磁性，电阻性，电感性或其它类型的变换器，经过晶体管，可控硅或三端双向可控硅的电子电路，通过一适当的控制系统进行控制，和普通的集电刷一样，将电能传递给电机，能够将变换极距(polar step)中的电流提供给偏移一极距的线圈，对于完整循环的四个极步(step)来说连续依次地提供。
如以后面权利要求为特征的本发明解决了向永磁电机提供相互作用力平衡的问题，这种类型电机的一次侧包括一个位于永磁铁中心和其它的横跨在两个永磁铁两侧的一对或多对极扩展，它们相互间距一个极距，每个设有一铁磁芯和至少一个电磁线圈，二次侧包括一系列极性变换的永磁铁，和一相关的控制系统，从总体观点来看，其特征在于每个电导的极距跨越上述极性变换永磁铁的半个永磁铁，还在于电导以变换的相位进行驱动在第一极步中，负反馈的线圈或线圈组正对永磁铁的中心，然后在第二极步中，负反馈的线圈或线圈组横跨永磁铁的两侧，依次接近中心，然后在第三极步中，除了相反电极性的第一极步负反馈中的线圈或线圈组仍处在负反馈状态，接着在第四极步中，具有相反电极性第二极步负反馈中的线圈或线圈组仍处在负反馈状态，形成一个完整的导电循环，这两个相位对于分离的四分之二通过平衡对中的第一个线圈，对于另一个分离的四分之二来说通过偏移一个极步的平衡对中的第二个线圈完成，总是具有合适的电极以获得相对永磁铁的负反馈，总是在每一半极性变换的永磁铁输出。本发明使具有高磁导铁磁芯的极性变换的永磁铁吸引产生的“自然”永磁力在吸引时总是不平衡，铁磁芯依次地共同产生一个完全平行叠加的双循环“自然”机械能。该机械能与循环的“人工”电磁能一起作用于电机的轴上，电磁能是由两个分离平行的能量相加的结果通过负反馈变换而来的，以获得本发明的电机的高效率。
虽然在本发明的描述中，本发明是参考旋转电机作出描述的，但是它也适用于线性电机或环形线性电机和部分伺服控制设备。
本发明的其它特征或效果从下面借助附图(不受限于其中的表示)的完整图示的较佳实施例的详细描述中将会变得更清楚和明白。
图1大致表示根据本发明电机的一个实施例的截面剖视图；图2表示图1电机的基本部件和它们之间相互作用力的相关图；
图3大致表示图1电机基本部件之间一个完整的吸引和排斥循环；图4大致表示数对电磁铁和磁铁之间一个完整的吸引和排斥循环；图5表示在图4循环中作用的电磁能量图；图6表示在图4循环中作用的铁磁图；图7至9大致表示在截面视图看本发明所使用的一次侧电磁铁和二次侧永磁铁之间的相应不同位置的图。
具体实施例方式
根据本发明，图1大致表示电动机实施例的截面剖视图，例如作为根据本发明电机的能量产生器。
如图1所示，在支座1上安装有定子2，电机的一次侧，与其内部同轴的是转子3，二次侧。在定子2设有一对或多极扩展对，在实施例中所图示的是两对，用C1和C2表示。E1，E2，E3，E4极扩展和对极扩展C1和C2相互分离一个极距(p)，即在永磁铁的起始端和其中心(一半磁铁)之间的气隙弧中所测量的距离。每个极扩展(E1，E2，E3，E4)设有一马蹄形铁磁芯(A1，A2，A3，A4)，和电磁线圈(B1，B1′，B2，B2′，B3，B3′，B4，B4′)，在二次侧，转子3设有一系列极性变换的永磁铁31，32，…310，它们通过气隙4与极扩展E1，E2，E3，E4相分离。而且还设有一种公知的电动机控制系统，大致如图中所示的集电刷5，是以改变线圈(B1，B1′，B2，B2′)或(B3，B3′，B4，B4′)电开关的中性极距(p2)和导体极距(p1)为特征的，由于负反馈的作用，随着每半个磁铁输出极距上极性变换的永磁铁而改变极性。
换句话说，该电机包括一对或多对C1，C2极扩展E1和E3，E2和E4相互机械和电学地分离一个极距(p)，该极距等于一周的四分之一和“半个永磁铁3”，其中一扩展E1和E3处于极性变换永磁铁32和33，37和38的相对整个位置上，另一个极扩展E2和E4跨过永磁铁34，35和35，36，39，310和310，31的两侧，因此获得在高导磁铁芯A1和A2，A3和A4之间相互作用的铁磁转矩力的平衡和极性变换的永磁铁31，32，…310，和一个在B1，B1’和B2，B2’，B3，B3’和B4，B4’电磁线圈对之间的电偏移，对于在正极和负极能的两个完全和分离的循环中叠加在四分之四循环(12，14，13和15；16，18，19和17)的极性相反的两个异性永磁铁上的连续闭合的变化极步，等距离分布在相位(B1，B1′，B3和B3′；B2，B2′，B4和B4′)上的线圈对或组的每个电磁线圈交替地在导电极步(p1)过程中用作“人工电磁能或机械能”(12和13；14和15)循环的分离四分之二(two separate fourth)，在电绝缘的中性极步(p2)过程中用作“自然铁磁能”(16和17；18和19)循环的分离四分之二，通过相关的控制系统5，完成两个分离的，连续的，叠加的和平行的“人工”能12，14，13和15加“自然”能16，18，19和17的循环。电机作为机械能的发电机，即作为电动机运行时，等距离分布的线圈组或每个电磁线圈(B1，B1′；B3和B3′；B2，B2′B4，和B4′)提供正和负电流以从极步(p1)永磁铁的中心直到在变换极步12，14，13和15中永磁铁的末端获得负反馈，对极性相反的两个磁铁上的完整排斥循环和每个分离四分之二(12和14)来说是连续的，而永磁铁吸引的“自然”循环通过并联的铁磁芯(A1，A3；A2，A4)传导并在两个分离的四分之二(16和17；18和19)的每个非通电线圈(16，18，19和17)的中性极步(P2)期间叠加到“人工循环”上；反之亦然，电机作为电能发电机运行时，它在中性极步(p2)过程中借助“自然”磁铁吸引的完整循环提供有机械能。
极扩展的图示实例涉及一种在一对极性相反的连续永磁铁中具有闭合电磁场的理想电路。
此下文的描述将会显示由此实现的电机是如何产生相互作用力的平衡，因此而提高效率。
为了简化起见，此下文的情况考虑的是极扩展没有和数对永磁铁而是与一个永磁铁形成相互作用。
特别是，在作为电动机运行的情况下，图2中标号A1和B1分别表示一次侧的铁磁芯和极扩展E1的铁磁线圈，标号31表示二次侧的永磁铁。为了方便起见，仅考虑极扩展A1和B1相对于永磁铁31的相对移动，就好象转子是固定的。
铁磁心A1具有较高的导磁性以便它在线圈B1不通电时通过“自然”铁磁吸力与永磁铁31相吸引。极扩展E1移动至E1′。相对应的能量与直角三角形6的表面积成比例。线圈B1通电时，“人工”电磁排斥力与三角形7的表面积成比例。极扩展E1移动至E1″。
参考图3，它大致表示具有一对极性相反的异性永磁铁31和32的极扩展E1变化极步的完整吸引和排斥的示图。极扩展E1通过上述永磁铁31和铁磁心A1之间的“自然”磁吸引力移动至E1′。相对应的能量与矩形8的表面积成比例。线圈B1通正极电时，“人工”电磁排斥力与矩形9的表面积成比例。极扩展E1移动至E1″。因此，通过永磁铁32的“自然”磁吸引力，极扩展E1移动至E1。由于“自然”永磁吸引力的作用，相对应的能量与矩形10的表面积成比例。因此，线圈B1通负极电时，“人工”电磁排斥力与矩形11的表面积成比例，将极扩展E1移动至E1″″，为另一个循环中的吸引作准备。参考图4，为了平衡一个永磁铁和其它永磁铁(31，32，33，34…)之间的“自然”的永磁铁吸引力，机械耦接(C)远离铁磁心A1和A2。上述铁磁心(A1和A2)间距一个磁极步p，它等于半个永磁铁，如图1实施例所示的电动机，或等于上述图4实施例一个完整循环图中的一个半永磁铁，或等于半个永磁铁加数个等距离分布的整个永磁铁(， …)。因此“自然”铁磁吸引转矩力能够平衡，相互抵消；而且线圈(B1和B2)之间相位偏移(p)半个永磁铁的目的是对所有四个极距要连续完成两个平行分离和叠加的能量循环，它对于“自然”永磁吸引能和“人工”电磁排斥能来说是必要的。而且，对于每个极扩展E1和E2和每个铁磁心A1和A2来说，图中所示的大致是铁磁心A1和A2之间的吸引循环和相应极性变换永磁铁(31，32，33，34)的一对极扩展E1和E2的完整排斥循环。可重复考图3可重复刚才叙述的内容，再次强调的是，由于半个磁铁极步(p)的作用，在“自然”磁力和“人工”电磁力之间就达到平衡，这样它相对于线圈的电源分别在正负半周是连续的情况来说，能够导致效率的提高。E1和E2的两个线圈的正负电源周期用图5中的代替，详细的是一个完整循环中的12，13，14和15的四个极步。图6所代替的表示在相同循环极步16，17，18，19中铁磁吸引力的作用示图。
因此，电机作为电动机运行时，仅对在两个连续的异性磁铁中一个完整的吸引和排斥循环过程中的两个分离的四分之二循环来说，每个电磁线圈用正负电流供电，或者反之亦然。
总而言之，根据本发明的电机在其一次侧至少具有一对极扩展，其中一个极扩展与二次侧一系列极性变换永磁铁的一个永磁铁的中心相对，另一个极扩展相对地横跨上述永磁铁中的两个。这对极扩展具有平衡和完整相邻分段中线性电源的部分循环以及分离的“自然”部分循环的功能(扩展的线圈仅在半个永磁铁输出排斥时工作；高导磁性铁磁心仅在半个永磁铁输入吸引时工作)。
换句话说，变化极步中极扩展的电源是在铁磁心处在负反馈永磁铁的中心直到永磁铁的末端时产生的，而在从永磁铁的起始端到其中心的自然铁磁吸引中，永磁铁依次地线性结合部分力循环。电源循环中产生的能量和自然永磁铁循环中产生的能量加在电机轴的相互作用力上。极扩展和至少一对极扩展，第一个然后是负反馈(排斥)中另一扩展的变化的直流电源在一个完整的循环中产生，同时具有连续的吸收，“人工”电能变换为机械能，同时在变换极步中至少一对铁磁心之间的吸引和输入中是铁心的永磁铁依次地产生另一个叠加的、平行的、连续和线性的“自然”机械能，该机械能与变换的“人工”能一起加在轴上。反之亦然，如果本发明的电机作为机械能的发电机运行时，电机的轴就由机械能驱动，该机械能在一个完整循环过程中通过分离的四分之二循环的每个电磁线圈转换为电流，所产生的电能在导体极步中借助控制系统引出，在吸引中通电的中性极步的“自然能”将它们的能量加到提供给轴的机械能上，具有双变换能量的效果和具有相关每个分离循环和的总能量；或者能够从属于两个叠加能量循环的等距离分布的线圈中单独和直接的提出，在此情况下它们的电能能够在输出重新聚合或再定相前进行整流。
上述相互作用力的平衡具有以“能量发生器”发明作为高效率电机的特征。
参考图7，它大致提供了极扩展与闭合磁场和位于铁磁心(A1’)相对位置上的一对极性相反的永磁铁31和32相互作用的第一种可能形式，如图1中的示例所示，对于旋转的线性电机来说，上述极扩展能够沿极性变换的永磁铁次极的轴线性环状和纵向分布，在此情况下，它具有两条(band)永磁铁。
参考图8，极扩展E″在相对于形成闭合磁场20的极性变换的永磁铁条轴向配置的铁磁心(A1″)的两侧具有气隙，与所谓的线性和线性环形电动机的情况相同。
参考图9，形成闭合磁场的极扩展E在铁磁心(A1″)的两侧具有永磁铁，两条极性变换的永磁铁21，22属于两个轴转子或两个线性导轨。而且，没有参考图，应该注意到对于极扩展，铁磁心，永磁铁和其气隙的构成和配置，与普通公知的电机一样也能实现这种效果，根据本发明它仅需要注意两种分离的相互作用场以便与导电极步和中性极步(未通电)的变化的“人工”电源相平衡，这样就能够利用铁磁心和永磁铁之间的“自然”吸引势能，该吸引势能总是在电磁吸引中逐步地不平衡，是本发明主要的必要特征。
单纯通过实验，演示，理论和实际的例子，对利用构成本发明主题的分离相互作用力的技术进行适当和简单的修改，通过具有集电器的两个电机能够实现本发明修改两个集电器，每个电极步分为两个极步，一个中性极步和一个导体极步，两个电机的轴串联机械固定，形成一个共同的机械轴，考虑到它必须相对于其它电机中的另一个偏移电机的集电器一个极步，例如，以便在电动机的情况下，电源在变化的极步逐个向电动机供电，将电能从“人工”排斥电磁力转换为机械能，而在铁磁吸引中中性极步的自然磁势能产生一个额外的“自然”机械能，该机械能与工作过程中能量之和作用于轴上的合成量相平行并叠加，分离和相互平衡“人工”加“自然”。
如此构思的本发明可以作出较大的变化和修改，并没有脱离本发明精神的保护范围。
权利要求
1.具有单独和平衡使用永磁铁输入和输出端上正负相互作用力的用作电机的能量发生器，其特征在于一次侧(2)包括一对或多对(C1，C2)极扩展(E1，E2，E3，E4)，它们相互机械分离和电学偏移一个极距(p)，每个极扩展设有一铁磁芯(A1，A2，A3，A4)，和至少一电磁线圈(B1，B1′，B2，B2′，B3，B3′，B4，B4′) ，二次侧(3)包括一系列极性变换的永磁铁(31，32，…310)，和一相关的控制系统(5)，其中每个极距(p)跨越上述极性变换的永磁铁(31，32，…310)的半个永磁铁，等于一完整循环(p1或p2)四分之一，磁力通过导体极步(p1)过程中的单独通电的极扩展的特有配对的永磁铁和“自然”吸引(p2)的中性极步过程中单独通电的铁磁心进行平衡，它的平衡配置通过极扩展与其铁磁心的相位偏移而获得的，一个极扩展位于永磁铁的中心位置，另一个极扩展位于在两个永磁铁之间间距一个极距(p)，因此在变化和叠加的极步中能够将两个完全叠加的能量循环中的“自然铁磁”加“人工电磁”的对抗力连续地降低为零。
2.如权利要求1所述的作为电机的能量发生器，其特征在于两个分离的能量循环分为四分之四，每个作用于极性相反的两个永磁铁上(31，33，35，37，38和32，34，36，38，310)，在第一“自然能”循环中永磁铁输入时，成对(C1，C2)的两个铁磁心在每个完整循环(16，17，18，19)的分离四分之二循环的变化中性极步(p2)的过程中依次地工作(A1，A3；A2，A4)，在第二“人工能”的叠加循环中永磁铁输出时，具有线圈(B1，B1′；B3，B3′；B2，B2′，B4，B4′)的成对极扩展(E1，E2；E3，E4)在每个完整循环(12，13；14，15)的分离四分之二循环的变化导体极步(p1)的过程中也依次地工作，通过控制系统(5)，在永磁铁输出时，全都交替地接通线圈(B1，B1′，B3，B3′)或线圈(B2，B2′，B4，B4′)的中性极步(p2)和导体极步(p1)。
3.如权利要求1所述的作为电机的能量发生器，其特征在于它作为电动机运行时，每个电磁线圈(B1，B1′，B3，B3′；B2，B2′，B4，B4′)在控制系统(5)切换导体极步(p1)过程中两个连续异性永磁铁的一个排斥循环期间仅对于分离的四分之二循环提供正负电流(12，13；14，15)，该电磁能转换为机械能，平行于第二叠加循环的“自然能”(16，17；18，19)，传递给轴(23)，“自然能”由铁磁心(A1，A3；A2，A4)产生，在中性极步(p2)的过程中输入给连续的异性永磁铁，两种能量(12，14；13，15)＋(16，18，19；17，)相加，被连续的线性吸收。
4.如权利要求1所述的作为电机的能量发生器，其特征在于它作为电能的发电机运行时，电机的轴(23)由机械能提供动力，该机械能在一个完整的循环(12，13，14，15)中对于每两个分离循环的四分之二(12，13；14，15)通过每个电磁线圈(B1，B1′，B3，B3′；B2，B2′，B4，B4′)转换为电流，所产生的能量在导体极步(p1)过程中通过控制系统(5)引出，而在吸引中工作的中性极步(p2)的“自然能”将它们的能量(16，18，19，17)加到提供给轴(23)的机械能上，由于双转换能(12，14，13，15)＋(12，14，13，15)的结果，具有关于每个分离循环之和的总能量。
5.如前面每个权利要求所述的作为电机的能量发生器，其特征在于具有线圈(B1…)和铁磁心(A1…)的一次侧(2)的极扩展(E1…)相互以一等于一个全永磁铁的双极距(p1＋p2)机械地间隔开，它们全部与二次侧(3)极性交替变换的永磁铁(31，32…)的中心相对，而工作极步总是为一个循环的四分之一，它等于半个永磁铁，在两个分离的循环中运行所产生的能量接合而不会被叠加，在连续的循环中，对于一个完整循环中的“自然铁磁能” (E1′，E1)之间的四分之二分离的循环(8，10)和“电磁能”(E1″，E1″″)的另一个四分之二分离的循环(9，11)来说，它们通过相邻的四分之四(8，9，10，11)来改变，这些通过一个与变化极步(p)中的线圈，连续循环中的导体极步(p1)和中性极步(p2)相电连接的系统进行控制。
6.如前面每个权利要求所述的作为电机的能量发生器，其特征在于一次侧(2)的极扩展(E1，E2；E3，E4)和二次侧(3)的极性交替变换的永磁铁(31，32，…310)相对地位于定子(2)和转子(3)上，反之亦然。
7.如前面每个权利要求所述的作为电机的能量发生器，其特征在于一次侧(2)的极扩展(E1，E2，E3，E4)相对于二次侧(3)的转轴(23)纵向分布，与南(北永磁铁(31，32)相对，永磁铁也纵向分布，极性连续交替的变换(31和32，33和34，35和36，…)。
8.如前面每个权利要求所述的作为电机的能量发生器，其特征在于控制系统(5)包括一具有电刷的集电器，它在变换的导体(p1)和中性(p2)极距(p)中与极扩展(E1，E3；E2，E4)的线圈(B1，B1′，B3，B3′；B2，B2′，B4，B4′)电连接，上述极距(p)以循环的四分之一的频率切换。
9.如权利要求1-6所述的作为电机的能量发生器，其特征在于控制系统(5)包括一对应于导体极步(p1)和中性极步(p2)的变化极步(p)的解码器，通过能够驱动具有晶体管，可控硅或三端双向可控硅或其它设备的电子控制系统的光学，磁性，电阻性，电感性或其它测量系统，对于相关极扩展(E1，E3；E2，E4)的线圈(B1，B1′，B3，B3′；B2，B2′，B4，B4′)的交替电导通来说，上述极距(p)以循环的四分之一的频率切换。
10.如权利要求1-7所述的作为电机的能量发生器，其特征在于上述极扩展(E′)的铁心(A′)和上述永磁铁(31，32)是相对的。
11.如权利要求1-7所述的作为电机的能量发生器，其特征在于上述极扩展(E″)的铁心(A1″)和上述永磁铁(20)是同轴关系。
12.如权利要求1-7所述的作为电机的能量发生器，其特征在于上述极扩展(E)的铁心(A1)与彼此侧向分布的上述永磁铁对(21，22)轴向相对。
13.如前面每个权利要求所述的作为电机的能量发生器，其特征在于一次侧(2)的极扩展(E1，E2，E3和E4)，二次侧(3)的极性交替变换的永磁铁(31，32，…)和控制系统(5)的配置除了为伺服控制的指定特殊用途的部分扇形外，都是旋转的，线性的和线性环形的。
14.如前面每个权利要求所述的作为电机的能量发生器，其特征在于本发明通过一对(C1，C2)两个传统的电机(M1，M2)，使它们通过旋转一等于电机(M1)相对于另一个电机(M2)一个极距(p)的循环的四分之一而产生机械的和电学的偏移，并同轴(23)机械固定而实现，本发明在导体极步(p1)过程中的四分之四电磁能(12，14，13和15)和相关中性极步(p2)的四分之四叠加的自然能(16，18，19，17)的完整循环中通过依次电切换每个分离四分之二(12，13，14，15)的电机(M1和M2)的控制系统(5)而能够工作。
15.如前面每个权利要求所述的作为电机的能量发生器，其特征在于本发明用一普通的传统电机就能实现，其中极扩展(E1，E2，…)的切换例如用传统的集电器(5)执行，集电器是极距(p)数量的两倍。导体极步(p1)和中性极步(p2)等于每个分离循环的四分之二(8，10和9，11)，在通过四分之四(8，9，10，11)相邻循环变化的完整连续循环中发生作用。
16.如前面每个权利要求所述的作为电机的能量发生器，其特征在于产生磁场的永磁铁(31，32，33，…310)是由负反馈中的电激励的电磁铁构成。
全文摘要
本发明涉及一种作为电机的使用了一次侧(2)和二次侧(3)之间“人工电磁反应”和一次侧和二次侧之间“自然铁磁反应”的平行叠加的力的电能发生器。一次侧包括一对或多对(C
文档编号H02K41/02GK1336031SQ99816309
公开日2002年2月13日 申请日期1999年11月25日 优先权日1999年1月28日
发明者阿尔贝托·帕塔尔奇 申请人:米克罗纳萨·第帕尔契·阿尔贝尔多公司