具有增强的永久磁通密度的改进DC电动机/发电机制造技术

本公开内容一般而言涉及新型的改进电动机/发电机，并且尤其涉及用于通过由于电磁或几何配置而集中磁力，以从电磁电动机产生旋转运动或者从旋转运动输入产生电力的改进系统和方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有增强的永久磁通密度的改进DC电动机/发电机对相关申请的交叉引用本申请要求享有于2012年3月20日提交且标题为“AnImprovedElectricMotorGenerator”，序列号为61/613,022的美国临时专利申请的提交日期的权益，该申请的公开内容为了所有目的通过引用被结合于此。本申请还涉及于2013年3月20日提交且标题为“ANIMPROVEDDCELECTRICMOTOR/GENERATORWITHENHANCEDPERMANENTMAGNETFLUXDENSITIES”的美国申请，该申请的公开内容也为了所有目的通过引用被结合于此。
本专利技术一般而言涉及新型改进的电动机/发电机，并且尤其涉及用于从电磁电动机产生旋转运动或者从旋转运动输入生成电力的改进系统和方法。
技术介绍
电动机使用电能产生机械能，非常典型地是通过磁场和载流导体的相互作用。通过电磁装置把电能转换到机械能首先是由英国科学家迈克尔·法拉第(MichaelFaraday)在1821年证明的并且随后通过亨德里克·洛伦兹(HendrikLorentz)的工作被量化。当诸如电子的电荷载体通过空间或者在电导体中移动时，生成磁场。通过移动电荷载体(电流)产生的磁通线的几何形状类似于静电场中通量线的形状。除了某些例外(尤其是铁和镍)，磁通量在通过大部分金属时都只有很少影响或者没有影响。这两种金属，以及包含它们的合金和混合物，被称为铁磁材料，因为它们集中磁通线。最大场强度或磁通集中度的区域被称为磁极。在传统的电动机中，当电流被施加时，紧紧缠绕的载流材料的中央核心(称为转子)产生磁极，转子以高速在磁体的固定极(称为定子)之间自旋或旋转。中央核心通常耦合到也绕转子旋转的轴。轴可以用来驱动旋转机器中的齿轮和轮子和/或把旋转运动转换成直线运动。发电机通常基于由迈克尔·法拉第在1831年发现的电磁感应原理。法拉第发现，当导电材料(诸如铜)移动通过磁场时(或者反过来)，电流将开始流过那个材料。这种电磁效应把电压或电流感应到移动的导体中。目前的发电装置(诸如旋转交流发电机/发电机和线性交流发电机)依赖于法拉第的发现来产生功率。实际上，旋转发电机本质上是非常大量的电线在非常大的磁体内部周围自旋。在这种情况下，电线的线圈被称为电枢，因为它们关于固定的磁体(称为定子)移动。通常，移动的部件被称为电枢，而固定的部件被称为定子。如今使用的电动机和发电机产生或利用正弦时变电压。这种波形对这些设备的操作是固有的。在大部分常规的电动机中，不论是线性的电动机还是旋转的电动机，都必须在正确的时间脉动适当极性的足够功率，以便在每个磁极段供应反向(或吸引)力，以产生特定的转矩。在常规的电动机中，在任何给定的时刻，只有一部分线圈磁极片有效地供应转矩。对于常规的电动机，必须施加足够量级的脉动电流，以产生给定的转矩/马力。于是，马力输出和效率是设计、电气输入功率加损耗的函数。对于常规的发电机，在转子旋转的时候产生电流。所生成的功率是磁通强度、导体尺寸、磁极片个数和以RPM为单位的速度的函数。但是，输出是正弦输出，具有与常规电动机中所示相同的损耗。另一方面，常规的线性电动机/发电机可以被想象成被切开并且未缠绕的典型电动机/发电机。“定子”以由铝或铜制成的扁平线圈轨迹的形式展开并且被称为线性电动机的“一次侧”。“转子”采取被称为“二次侧”的移动平台的形式。当电流接通时，二次侧滑行通过由磁场支持并推动的一次侧。线性发电机以相同的方式工作，但是机械能提供移动转子或二次侧通过磁场的力。在传统的发电机和电动机中，脉动时变磁场产生不期望的效应和损耗，即，铁磁滞损耗、反电动势(Counter-EMF)、感应反冲(kickback)、涡流、浪涌电流、转矩波动(ripple)、热损耗、齿槽(cogging)、电刷损耗、电刷设计中的火花(sparking)及高磨损、换向损耗以及永磁体的磁抖(magneticbuffeting)。在许多情况下，使用复杂的控制器来代替机械换向，以解决这些效应中的一些。在利用永磁体的电动机和发电机中，期望增加磁通密度来实现更高效的操作。如今使用的大部分永磁体电动机/发电机依赖于诸如钕磁体的永磁体。这些磁体是人造磁性材料中最结实的。由于它们对工业的战略价值以及高成本，因此期望在不依赖于这些磁体的材料成分的突破或者制造高密度专用磁体形状和尺寸的情况下增加磁通密度。在电动机或发电机中，某种形式的能量驱动转子的旋转和/或运动。随着能源变得更稀缺和昂贵，所需要的是更高效的电动机和发电机，以降低能源成本。
技术实现思路
响应于这些和其它问题，提出了在本申请中公开的各种实施例，包括通过永磁体操纵来增加磁通密度的方法和系统。具体而言，是利用商业可用的形状或尺寸增加磁通密度的方法和系统，其中商业可用的形状或尺寸可以基于更低成本而不是磁通密度来选择。还描述了通过把耦合到铁芯的一个或多个线圈移动到具有增加磁通密度的磁体组件中来产生机械能或者在线圈被机械推动通过具有增加磁通密度的磁体组件时产生电输出功率的方法。在某些方面，在磁筒或磁体组件中，磁通线由永磁体或电磁体的配置产生并增加并且被约束在磁筒或磁体组件中，一直到在预定的位置离开。在某些实施例中，是产生电压的装置或系统权利要求，例如，可以是：用于生成DC电压的系统，特征在于：用于在磁筒的圆周部分周围集中相似极化的磁通力的装置，以产生包括堆叠的多个相似极化的磁通力的磁集中区域；用于把线圈段耦合到纵向轴的装置，使得当该纵向轴旋转时，线圈段移动到集中区域中；用于在磁集中区域中的多个磁通力被压缩时在线圈段中产生电压的装置；以及用于从线圈段除去电压的装置。还可以是以上系统，特征还在于：用于在磁筒的附加圆周部分周围集中相似极化的磁通力的装置，以产生包括附加堆叠的多个相似极化的磁通力的附加磁集中区域，其中该附加磁集中区域位于径向远离所述磁集中区域；用于把附加线圈段耦合到纵向轴的装置，使得当该纵向轴旋转时，附加线圈段移动到附加集中区域中；用于在磁集中区域中的多个磁通力被压缩时在附加线圈段中产生附加电压的装置；以及用于从线圈段除去电压的装置。还可以是以上系统，其中该系统的特征还在于：用于在位于纵向远离所述磁筒的附加磁筒的圆周部分周围集中相似极化的磁通力的装置，以便在附加磁筒中产生包括附加堆叠的多个相似极化的磁通力的附加磁集中区域；用于把位于附加筒中的附加线圈段耦合到纵向轴的装置，使得当该纵向轴旋转时，附加线圈段移动到附加集中区域中；用于在附加磁集中区域中的多个磁通力被压缩时在附加线圈段中产生附加电压的装置；以及用于从附加线圈段除去附加电压的装置。还可以是以上系统，特征还在于：用于在附加磁筒的附加圆周部分周围集中相似极化的磁通力的装置，以产生包括第二附加堆叠的多个相似极化的磁通力的第二附加磁集中区域，其中第二附加磁集中区域位于径向远离附加磁集中区域；用于把位于附加筒中的第二附加线圈段耦合到纵向轴的装置，使得当该纵向轴旋转时，第二附加线圈段移动到第二附加集中区域中；用于在第二附加磁集中区域中的多个磁通力被压缩时在第二附加线圈段中产生第二附加电压的装置；以及用于从第二附加线圈段除去第二附加电压的装置。还可以是产生机械能的系统或装置权利要求，例如：用于产生轴的径本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生成DC电压的系统，特征在于：用于在磁筒的圆周部分周围集中相似极化的磁通力的装置，以便产生包括堆叠的多个相似极化磁通力的磁集中区域，用于把线圈段耦合到纵向轴的装置，使得，当该纵向轴旋转时，线圈段移动到集中区域中，用于在磁集中区域中的多个磁通力被压缩时在线圈段中产生电压的装置，及用于从线圈段除去电压的装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.20 US 61/613,0221.一种用于生成DC电压的系统，特征在于：用于在磁筒的圆周部分周围集中相似极化的磁通力的装置，以便产生包括堆叠的相似极化的多个磁通力的磁集中区域，其中用于集中的装置特征还在于：第一纵向磁壁定位在磁筒内，使得第一纵向磁壁的纵轴与纵向轴的纵轴平行以及第一纵向磁壁的磁极面向磁集中区域，第二纵向磁壁定位在磁筒内，使得第二纵向磁壁的纵轴与纵向轴的纵轴平行以及第二纵向磁壁的磁极面向磁集中区域，第一横向磁壁定位在磁筒内，使得第一横向磁壁的极面向磁集中区域，第二横向磁壁定位在磁筒内，使得第二横向磁壁的极面向磁集中区域，使得第一纵向磁壁、第二纵向磁壁、第一横向磁壁及第二横向磁壁的相似极化的磁壁极(所有的北极或所有的南极)都面向磁集中区域，用于把线圈段耦合到纵向轴的装置，使得，当该纵向轴旋转时，线圈段移动到磁集中区域中，用于在磁集中区域中的所述多个磁通力被压缩时在线圈段中产生电压的装置，及用于从线圈段除去电压的装置。2.如权利要求1所述的系统，特征还在于：用于在磁筒的附加圆周部分周围集中相似极化的磁通力的装置，以便产生包括附加堆叠的相似极化的多个磁通力的附加磁集中区域，其中该附加磁集中区域位于径向远离所述磁集中区域，其中所述磁集中区域位于相对于所述纵向轴的一侧，而该附加磁集中区域位于相对于所述纵向轴的与所述磁集中区域相对的另一侧；用于把附加线圈段耦合到纵向轴的装置，使得，当该纵向轴旋转时，附加线圈段移动到附加磁集中区域中；用于在所述磁集中区域中的所述多个磁通力被压缩时在附加线圈段中产生附加电压的装置，及用于从线圈段除去电压的装置。3.如以上权利要求中任何一项所述的系统，其中该系统的特征还在于：用于在位于纵向远离所述磁筒的附加磁筒的圆周部分周围集中相似极化的磁通力的装置，以便在附加磁筒中产生包括附加堆叠的相似极化的多个磁通力的附加磁集中区域，用于把位于附加筒中的附加线圈段耦合到纵向轴的装置，使得，当该纵向轴旋转时，附加线圈段移动到附加磁集中区域中，用于在附加磁集中区域中的多个磁通力被压缩时在附加线圈段中产生附加电压的装置，及用于从附加线圈段除去附加电压的装置。4.如权利要求3所述的系统，其中该系统的特征还在于：用于在附加磁筒的附加圆周部分周围集中相似极化的磁通力的装置，以便产生包括第二附加堆叠的相似极化的多个磁通力的第二附加磁集中区域，其中第二附加磁集中区域径向远离所述附加磁集中区域，其中在附加磁筒中产生的所述附加磁集中区域位于相对于所述纵向轴的一侧，而该第二附加磁集中区域位于相对于所述纵向轴的与在附加磁筒中产生的所述附加磁集中区域相对的另一侧；用于把位于附加筒中的第二附加线圈段耦合到纵向轴的装置，使得，当该纵向轴旋转时，第二附加线圈段移动到第二附加磁集中区域中，用于在第二附加磁集中区域中的多个磁通力被压缩时在第二附加线圈段中产生第二附加电压的装置，用于从第二附加线圈段除去第二附加电压的装置。5.一种用于产生轴的径向运动的系统，该系统特征在于：用于在磁筒的圆周部分周围集中相似极化的磁通力的装置，以便产生包括堆叠的相似极化的多个磁通力的磁集中区域，其中用于集中的装置特征还在于：第一纵向磁壁定位在磁筒内，使得第一纵向磁壁的纵轴与纵向轴的纵轴平行以及第一纵向磁壁的磁极面向磁集中区域，第二纵向磁壁定位在磁筒内，使得第二纵向磁壁的纵轴与纵向轴的纵轴平行以及第二纵向磁壁的磁极面向磁集中区域，第一横向磁壁定位在磁筒内，使得第一横向磁壁的极面向磁集中区域，第二横向磁壁定位在磁筒内，使得第二横向磁壁的极面向磁集中区域，使得第一纵向磁壁、第二纵向磁壁、第一横向磁体及第二横向磁体的相似极化的磁壁极(所有的北极或所有的南极)都面向磁集中区域，用于把线圈段径向移动到该磁集中区域中的装置，用于对线圈段施加电流以改变磁集中区域中多个磁通力的装置，用于在线圈段上产生排斥磁力以便把线圈段移出磁集中区域的装置，及用于把线圈段耦合到纵向轴的装置，使得，当线圈段移出磁集中区域时，轴以径向方式旋转。6.如权利要求5所述的系统，特征还在于：用于在磁筒的附加圆周部分周围集中相似极化的磁通力的装置，以便产生包括附加堆叠的相似极化的多个磁通力的附加磁集中区域，其中该附加磁集中区域位于径向远离所述磁集中区域，其中所述磁集中区域位于相对于所述纵向轴的一侧，而该附加磁集中区域位于相对于所述纵向轴的与所述磁集中区域相对的另一侧；用于把附加线圈段径向移动到该附加磁集中区域中的装置，用于对该附加线圈段施加附加电流以改变附加磁集中区域中多个磁通力的装置，用于在附加线圈段上产生附加排斥磁力以便把附加线圈段移出附加磁集中区域的装置，及用于把附加线圈段耦合到纵向轴的装置，使得，当附加线圈段移出附加磁集中区域时，附加线圈段有助于径向轴旋转。7.如权利要求5或6所述的系统，其中该系统的特征还在于：用于在位于纵向远离所述磁筒的附加磁筒的圆周部分周围集中相似极化的磁通力的装置，以便产生包括附加堆叠的相似极化的多个磁通力的附加磁集中区域，用于把附加线圈段径向移动到该附加磁集中区域中的装置，用于对该附加线圈段施加附加电流以改变附加磁集中区域中附加的多个磁通力的装置，用于在附加线圈段上产生附加排斥磁力以便把附加线圈段移出附加磁集中区域的装置，及用于把附加线圈段耦合到纵向轴的装置，使得，当附加线圈段移出附加磁集中区域时，附加线圈段有助于径向轴旋转。8.如权利要求7所述的系统，特征还在于：用于在附加磁筒的附加圆周部分周围集中相似极化的磁通力的装置，以便产生包括第二附加堆叠的相似极化的多个磁通力的第二附加磁集中区域，其中该第二附加磁集中区域位于径向远离所述附加磁集中区域，其中所述附加磁集中区域位于相对于所述纵向轴的一侧，而该第二附加磁集中区域位于相对于所述纵向轴的与所述附加磁集中区域相对的另一侧；用于把第二附加线圈段径向移动到该第二附加磁集中区域中的装置，用于对第二附加线圈段施加第二附加电流以改变第二附加磁集中区域中多个磁通力的装置，用于在第二附加线圈段上产生第二附加排斥磁力以便把第二附加线圈段移出第二附加磁集中区域的装置，及用于把第二附加线圈段耦合到纵向轴的装置，使得，当第二附加线圈段移出第二附加磁集中区域时，第二附加线圈段有助于径向轴旋转。9.如权利要求5或6所述的系统，其中用于集中的装置进一步特征在于：用于在磁筒中定位第一纵向磁壁及第二纵向磁壁的装置，使得第一纵向磁壁及第二纵向磁壁的纵向长度大于第一横向磁体或第二横向磁体的横向长度。10.如权利要求5或6所述的系统，其中用于集中的装置进一步特征在于：第一纵向磁壁定位于磁筒中，使得第一纵向磁壁的磁极定向成横向于轴的纵轴，第二纵向磁壁定位于磁筒中，使得第二纵向磁壁的磁极定向成横向于轴的纵轴。11.如权利要求5或6所述的系统，其中用于集中的装置进一步特征在于第一横向磁壁定位于磁筒中，使得第一横向磁壁的磁极定向成平行于轴的纵轴。12.如权利要求5或6所述的系统，其中用于集中的装置进一步特征在于在磁筒中定位第二横...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·E·汗斯忒波，
申请(专利权)人：凌力尔特实验室股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US