气隙控制系统和方法
【专利摘要】在一个实施例中，设备包括支撑磁通量携载构件的第一构件和支撑磁通量生成构件的第二构件，第二构件设置成用于相对于第一构件运动。气隙控制系统与所述第一构件和所述第二构件中的至少一个构件联接，并且包括气隙控制装置，所述气隙控制装置与在第一构件和第二构件之间形成的主磁通量回路分开。气隙控制装置配置成：在所述第一构件和所述第二构件中的一个构件上响应于所述第一构件和所述第二构件中的另一个构件沿使第一构件和第二构件之间的距离减小的方向的运动施加力，以在所述第一构件和所述第二构件之间保持最小距离和/或使所述第一构件和所述第二构件中的一个构件位于另一根构件内的大体上中央。
【专利说明】气隙控制系统和方法
[0001]优先权
[0002]本申请要求于2011年4月12日提交的名称为“气隙控制系统”的美国临时专利申请序列号61/517,040的优先权，其全部公开内容以引用方式并入本文。
【技术领域】
[0003]本文描述的实施例涉及一种气隙控制系统，更加详细地涉及一种用于在电磁机中保持最小气隙的气隙控制系统。
【背景技术】
[0004]典型的电磁机是通过将定子中的传导绕组暴露给由安装在转动转子上的磁体产生的磁场中而发挥功能的。在定子和转子之间的气隙尺寸是一个非常重要的设计变量，这是因为这种机器的电磁效率在气隙尺寸减小时会提高。保持不变的气隙尺寸对于避免转子和定子之间的碰撞和避免不需要的电流、通量效应以及由气隙中的离心率引起的其它负载相关的损失都是很重要的。气隙尺寸的一致性通常通过确保机器的定子和转子(和任何支撑结构)的刚度在组装和操作时足以承受期望的外力来实现。气隙尺寸的明显偏离，比如气隙几乎关闭或完全关闭时，对装备和人员都是危险或有害的，尤其是当气隙在操作电磁机期间被牺牲掉时。
[0005]随着电磁机尺寸的增大，由于所需结构的重量和成本的原因，依靠结构刚度来确保保持了最小气隙是不切实际的。因此，存在对用于保持不变气隙的替代性方法的需要，也存在提供一种与包括增加结构刚度的已知的传统方法相比能以较低重量和成本提供所需气隙的替代性方法的需要。
【发明内容】
[0006]下面总结了在图中图示的示例性实施例。然而，应理解，其不限于本文描述的形式。本领域的技术人员可意识到还存在于许多修改、等同物和替换结构，这些修改、等同物和替换结构也包含在本发明的权利要求中要求的精神和范围之内。尤其，本领域的技术人员可意识到本文描述的实施例可应用于任何具有交替极性磁体阵列的机器，包括以旋转或线性方式操作的径向、轴向和横向通量马达和发电机。
[0007]在一个实施例中，设备包括第一构件和第二构件，所述第一构件支撑磁通量携载构件，所述第二构件支撑磁通量生成构件。所述第二构件设置成用于相对于所述第一构件运动。气隙控制系统包括气隙控制装置，并且所述气隙控制系统与所述第一构件和所述第二构件中的至少一个构件相联。所述气隙控制系统配置成:在所述第一构件和所述第二构件中的一个构件上施加作用力，所述作用力是响应于所述第一构件和所述第二构件中的另一个构件在使所述第一构件和所述第二构件之间的距离减小的方向上的运动而施加的，以便实现使所述第一构件和所述第二构件之间保持最小距离和使所述第一构件和所述第二构件中的所述一个构件位于由所述第一构件和所述第二构件中的所述另一个构件限定的区域中的大体上中央二者中的一个。所述气隙控制装置与所述第一构件和所述第二构件之间形成的主磁通量回路分开。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是根据一个实施例的气隙控制系统和转子/定子组件的示意图。
[0009]图2是根据一个实施例的转子/定子组件和气隙控制系统的示意图。
[0010]图3是根据一个实施例的转子/定子组件一部分的示意图。
[0011]图4是根据一个实施例的转子/定子组件一部分的示意图。
[0012]图5是根据一个实施例的具有双侧转子的转子/定子组件一部分的示意图。
[0013]图6是根据一个实施例中具有一侧转子的转子/定子组件一部分的示意图。
[0014]图7是根据一个实施例的可与轴向通量马达或发动机一起使用的转子/定子组件的透视图。
[0015]图8是图7中转子/定子组件一部分的详细分解图，图示了气隙控制系统的一部分安装在其上的其中一个转子。
[0016]图9是图7中所示的转子/定子组件一部分的放大图，图示了安装在其上的气隙控制系统的一部分。
[0017]图10是图示了图7中的转子/定子组件的一部分的截面示意图，所述气隙控制系统的一部分安装在其上。
[0018]图11是图10中在“A”部截取的图10中所示的转子/定子组的件一部分和气隙控制系统的一部分的示意图。
[0019]图12-图16是图11中所示转子/定子组件和气隙控制系统的那部份的示意图。
[0020]图17是从图7中“A”部截取的转子/定子组件的一部分和联接到其上的根据替代性实施例的气隙控制系统的一部分的示意图。
[0021]图18是根据一个实施例的轴向转子/定子组件和气隙控制系统的一部分的示意图。
[0022]图19是根据另一个实施例的轴向转子/定子组件和气隙控制系统一部分的示意图。
[0023]图20是根据另一个实施例的轴向转子/定子组件的一部分和气隙控制系统的一部分的示意图。
[0024]图21是图20中气隙控制系统的一部分的放大图。
[0025]图22是根据另一实施例的轴向转子/定子组件的一部分和气隙控制系统的一部分的示意图。
[0026]图23是根据另一个实施例的轴向转子/定子组件的一部分和气隙控制系统的一部分的示意图。
[0027]图24是根据另一实施例的轴向转子/定子组件的一部分和气隙控制系统的一部分的示意图。
[0028]图25是根据另一实施例的轴向转子/定子组件的一部分和气隙控制系统的一部分的示意图。
[0029]图26是根据另一实施例的径向转子/定子组件的一部分和气隙控制系统的一部分的图示。
[0030]图27是根据一个实施例的杯式径向通量转子/定子组件的示意图。
[0031]图28是图27中联接有气隙控制系统的转子/定子组件的示意图。
[0032]图29图示了根据一个实施例的控制气隙的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0033]本文描述的气隙控制系统可在许多应用中使用，在这些应用中，机器的机器性能和/或安全操作需要保持不变的空隙。在一些实施例中，本文中描述的气隙控制系统可用于在转子组件和定子之间保持间隙，这是通过使定子结构和转子结构中的一个相对具有柔性或依从性，而使定子结构和转子结构中的另一个相对刚硬，和通过将作用力从刚硬的构件传送至具有依从性的构件以保持最小间隙来完成的。当刚硬的构件移位或偏移时，其就将作用力传送至具有依从性的构件，使得具有依从性的构件以类似的方式偏移，以便保持不变的或大体上不变的空隙尺寸。气隙控制系统可在转子和定子之间提供定位刚度，使得气隙控制刚度成为相对于定子和转子之间的相对运动的主要刚度。例如，气隙控制系统可起到与所需弹簧常量的弹簧相同的作用，因为其可用于在例如转子和定子之间的局部位置产生所需的结构刚度。在一些实施例中，气隙控制控制系统在机器和机构的相对柔性的元件和相对刚性的元件之间提供局部刚度。另外，如果这种设置使得更加适用于系统元件的动态反应，那么气隙控制系统的相对柔性元件和相对刚性元件之间的刚度就可在两个元件之间相互作用的较宽表面区域上分布。
[0034]本文中描述的气隙控制系统的一些实施例可用于:比如在以旋转方式或以线性方式操作的径向、轴向和横向通量马达或发电机中将气隙保持在其性能和/或安全性所需的限制之内。本文中描述的气隙控制系统的一些实施例对于减少利用气隙的机器的重量和成本和减少传统气隙机器所需的维修频率和范围可以是有用的。
[0035]尽管本文中描述的大多数实施例都聚焦在包括在旋转、线性或往复式电机中的永磁体的实施例上，但是，技术人员应理解，这种电机也可使用非永磁体作为用于主能量转换电磁回路设计的激励装置来设计和建造。例如，绕组场同步机、感应机和开关磁阻机等机器类型可以类似方式从本文中描述的用于永磁体机器的气隙控制系统受益。这是至少部分地因为，在操作和致动气隙控制系统期间，气隙控制系统可操纵为对主能量转换电磁回路有很少的影响或没有影响。因此，当在上文和下文中提及电机类型时使用的术语“磁体”不应理解为将所讨论的实施例限制为永磁体机器。
[0036]电磁机，比如本文描述的转子/定子组件，使用来自例如永磁体或电磁体等磁体的磁通量来将机械能改变为电能，或将电能转变为机械能。已知有多种类型的电磁机，包括轴向通量机、径向通量机和横向通量机，在这些电磁机中，一个部件相对于另一个部件在单个方向上或在两个方向上绕一轴线旋转或者沿一轴线平移，例如往复运动。这种机器通常包括绕组以通过线圈携带电流，其中所述线圈通过磁体和绕组之间的相对运动与来自磁体的通量相互作用。在通常的工业应用结构中，永磁体例如安装成用于例如在转子(或其它运动部件)上运动，绕组安装在例如定子的静止部件上。由直流电源操作的、典型地用于低功率、低成本的机器的其它的构造也是清楚和可获得的，其中在这种构造中，磁体是静止的，机器的绕组是转子的一部分(由被称为具有“电刷”的“换向器”的装置激励)，但是，为简洁起见，下文没有详细论述这些构造。
[0037]在电马达中，例如，电流施加于定子中的绕组，导致磁体(由此导致转子)相对于绕组运动，从而将电能转换成机械能。在发电机中，对发电机的转子施加的外力导致磁体相对于绕组运动，由此产生的电压使电流流过绕组一从而将机械能转换成电能。在交流感应马达中，转子由电磁体产生的电磁感应供能，该电磁感应使得转子相对于定子上的绕组运动，所述绕组与交流电源直接连接且当通电时能形成旋转磁场。
[0038]本文中描述的气隙控制系统可用在这种电磁机中以控制运动部件(例如，转子)和静止部件(例如，定子)之间的气隙或距离，以便确保机器恰当操作。本文中描述的气隙控制系统与这种电磁机的转子-定子主支撑结构分开并且可独立于例如转子/定子组件的主轴承运行。另外，气隙控制系统不承受转子/定子组件的载荷；相反，转子/定子组件由某些其它合适的承重元件支撑，比如，由例如下文描述的转子/定子组件的主支承组件支撑。尽管本文中描述的实施例是参照在电磁机(例如，本文中描述的转子/定子组件)中使用来描述的，但是，应理解本文中描述的气隙控制系统也可在需要或期望在静止元件和能相对于静止元件运动的元件之间保持特定距离或间隙的其它机器或机构中使用。本文中描述的气隙控制系统对于控制和保持铁芯定子系统中的气隙也是有好处的。在定子由铁形成的这种系统中，定子被吸引向转子，因此，比在本文参照特定实施例描述的气芯定子系统中更需要控制转子和定子之间的间隙。
[0039]在一些实施例中，气隙控制系统可配置成类似于磁悬浮列车悬浮系统。例如，在这种系统中，磁悬浮可用于由磁体悬浮、引导和/或推动列车。类似的磁力可用在机器中以控制和保持机器的运动元件(例如，转子)和静止元件(例如，定子)之间的间隙。
[0040]本文中使用的术语“气隙控制设备”可指本文所描述的气隙控制系统的任何实施例中的元件。例如，气隙控制设备可包括磁体(例如，永磁体、电磁体)、辅助绕组、空气支承和导轨等。
[0041]图1是根据一个实施例中转子/定子组件的示意图。转子/定子组件是可包括气隙控制系统的电磁机的一个不例性实施例，气隙控制系统可用于控制电磁机的运动兀件和静止元件之间的间隙。转子/定子组件12可包括转子组件28和定子18。转子/定子组件12可被并入例如电马达和发电机等机器中。转子组件28可包括一个或多个相对于定子18运动的转子部分。例如，在一些实施例中，转子组件28可包括相对于定子18转动的转子部分(例如，通量方向大体上沿轴向方向或径向方向从转子至定子)。在一些实施例中，转子组件28可包括相对于定子18线性运动的转子部分。转子组件28 (本文也称为“磁体支撑构件”或“支撑磁通量产生构件的构件”)可包括或支撑一个或多个磁通量产生构件，比如，例如磁体(例如，磁极组件或磁体阵列)或绕组(图中都未显示)。磁体可包括例如磁体阵列并且可以为例如永磁体、电磁体或两者的组合。例如,在感应机或绕组场同步机中,磁体为电磁体。绕组在下文描述中可用于定子18。
[0042]定子18 (本文也称为“绕组支撑构件或”或“支撑磁通量携载构件的构件”)可包括或支撑例如不含任何铁磁材料的气芯型定子，以用于支撑铜绕组或传导磁通量。气芯型定子可包括定子段的环形阵列(未显示)和一个或多个传导绕组(未显示)或者一个或多个磁体(未显示)。每个气芯定子段可包括印刷电路板子组件(未显示)或已知在结构上封装非铁磁材料绕组的其它构件。在一些实施例中，印刷电路板子组件类似于美国专利N0.7，109, 625和国际专利申请N0.PCT/US2010/000112中描述的印刷电路板子组件，这两个专利的全部公开内容以引用方式并入本文。具有由传统铁芯结构制成的定子18的机器中的气隙控制系统(如下面详细描述的)的一些实施例的被设置成与上面描述的气芯概念相似，但是，其尺寸设计为致力于铁磁芯材料和来自转子的通量之间的吸引力，以及由此导致的从转子动力学角度看的负面刚度。
[0043]气隙控制系统10可联结至转子组件28和/或定子28，且可用于在操作转子/定子组件12期间控制在转子组件28和定子18之间限定一个或多个的气隙。气隙在本文可以指，例如，两个元件之间的距离，比如转子组件28的一部分和定子18的一部分之间的距离。气隙控制系统10可具体化为多种不同的配置，每个配置均被构造成:保持转子组件28和定子之间的最小气隙和/或提供用于使定子18保持在由转子组件28限定的区域内的中央的机构。例如，如果转子组件为本文所称的一侧转子组件(例如，包括本文描述的单个转子部分)，那么气隙控制系统10就可配置成保持转子组件28的转子部分和定子18之间的最小距离。如果转子组件28为本文所称的双侧转子组件(例如，包括定子一侧上的第一转子部分和定子另一侧上的第二转子部分)，那么气隙控制系统10可配置成将定子18保持在转子部件28的第一转子部分和第二转子部分之间的中央位置或大体上的中央位置。在无端部支撑部分53的实施例中,气隙控制系统10也可承载系统的磁引力载荷，以便使第一转子部分14与第二转子部分16保持间隔开。
[0044]如图2所示，转子/定子组件12可包括将定子联接至静止的定子毂21的定子支撑结构52。取决于特定实施例，定子支撑结构52可包括一个或多个定子支撑构件、定子支撑夹和各种其它支撑元件(为了简洁起见，这些元件未在图2中图示)。定子18和/或定子支撑结构52的一个或多个元件可相对具有依从性或柔性以允许定子18通过由气隙控制系统10施加的力而偏移，如下面更加详细的描述。转子/定子组件12还包括将转子组件28联接至一个或多个轴承20的转子支撑结构62，所述轴承与静止的定子支撑毂21相联。转子支撑结构62可包括，例如，可将转子组件28联接至轴承20的一个或多个转子支撑构件(未在图2中显示)。转子组件28还可包括能隔离系统中的磁引力载荷的端部支撑部分53。
[0045]轴承20可为，例如，传统的轴承，这种传统轴承可用于建立大体上的对准和支撑(支承转子组件18的重量)，以及为转子组件28和定子18提供通常的定位力，以及提供旋转和静止部件的通常的转子动力稳定性。轴承20可以是例如流体动力油膜、空气、滚动元件或磁性轴承或现有技术中已知其它类型的轴承。气隙控制系统10可独立地作用在主轴承20上且可用于建立旋转部件和静止部件的相对接近，例如，在转子组件28和定子18之间的气隙处的相对接近。
[0046]如图2所示，在本示例性实施例中，转子组件28包括第一转子部分14和第二转子部分16，定子18可设置在第一转子部分14和第二转子部分16之间。例如，定子18可设置在第一转子部分14和第二转子部分16之间的大体上中央。转子组件28还可包括至少一个磁体。在一些实施例中，如图2所示，转子组件28可包括联接至第一转子部分14或者由第一转子部分支撑的第一磁体30和具有相反极性并联接至第二转子部分16的第二磁体
31。磁体30和31均可包括，例如，连接至转子组件28或者由转子组件支撑的磁体组件或磁体阵列。磁体30和31可沿轴向方向将通量从支撑在第一转子部分14上的磁体30上的磁极引导到支撑在第二转子部分16上的磁体31的磁极。[0047]气隙控制系统10的一部分可设置在第一转子部分14与定子18或定子支撑结构52 (例如定子支撑夹或定子支撑构件)的一部分之间。气隙控制系统10的一部分也可设置在第二转子部分16与定子18或定子支撑结构52的一部分之间。在一些实施例中，可使用多于一个的气隙控制系统10。例如，在一些实施例中，气隙控制系统10可如图2所示设置，第二气隙控制系统(未显示)可设置成控制其他位置(例如，如图2中所示的位置33、35和37)处的气隙。
[0048]在转子/定子12操作期间，如果定子18由于转子组件28的运动(例如由于第一转子部分14或第二转子部分16的偏移)而偏移，那么气隙控制组件10可诱导一定心力，该定心力作用成使定子18运动或返回到第一转子部分14和第二转子部分16之间的标称中央位置处。例如，如果第一转子部分14和/或第二转子部分16由于外部负载或惯性加速而偏移，那么气隙控制组件10可向定子8施加作用力以使得定子18保持在标称位置，例如，保持在转子组件28中第一转子部分14和第二转子部分16之间的中央。在另一个实施例中，如果定子18相对于转子组件28经历了轴向平移(例如，因为施加至第一转子部分14和/或第二转子部分16的、使得第一转子部分14和/或第二转子部分16在轴向方向上偏移的暂时或不变外力)，那么定子18 —侧上的间隙距离会增加而定子18另一侧上的间隙距离会减小。作为响应，气隙控制系统10可在定子18上施加力以使得定子18重新位于第一转子部分14和第二转子部分16之间的中央。在另一个示例中，如果定子18相对于转子组件28经历了角度上的偏移(使得在定子18的任何给定区段，定子18的内径处的间隙距离都与定子18的外径处的间隙距离不同)，那么气隙控制系统10可在定子18上施加力矩，该力矩使得定子18与第一转子部分14和第二转子部分16中的每一个之间的一些或全部点处的气隙距离恢复均匀。
[0049]上面描述的实施例描述了具有依从性的定子18，但是，在替换实施例中，一个或多个转子可以相对于一个或多个定子是具有依从性的。不考虑特定实施例，气隙控制系统10可用于将作用力从相对刚性的构件(例如，本示例中的转子组件28)传送至相对具有依从性的构件(例如，本示例中的定子18)以便在定子18和转子组件28之间保持所需的气隙。
[0050]在一些实施例中，气隙控制系统10为主动系统，其包括可控制的力产生装置(例如，电磁体、空气支承和辅助绕组)和系统控制器87 (图2所示)，所述系统控制器可基于来自诸如近程式传感器或反电动势检测绕组的传感器82的输入来改变施加至定子18的作用力。下面将详细描述这种实施例的示例。
[0051]气隙控制系统10可在为了机器的性能和/或安全操作而需要保持不变或大体上不变间隙的许多应用中实施。例如，气隙控制系统10可与具有磁体阵列的任何机器一起使用，所述机器包括以旋转或线性方式操作的径向、轴向和横向通量马达和发电机。
[0052]在一些实施例中，气隙控制系统10可包括磁体以产生使定子18运动和保持定子18和转子组件28 (例如，第一转子部分14和第二转子部分16)之间的气隙的作用力。磁体可为，例如，永磁体。磁体可包括一个或多个磁体并且可以为，例如，磁体阵列或磁体组件。在其它实施例中，磁体可以是如下面替换实施例中描述的电磁体。在一些实施例中，具有朝第一方向的极性的第一磁体(未显示)可设置在第一转子部分14上，具有与第一极性相反的第二极性的第二磁体(未显示)可以联接至面向第一磁体的定子18 (或定子支撑结构52)。当第一磁体和第二磁体之间的间隙例如由于如上描述的第一转子部分14的偏移而减小时，第一磁体和第二磁体之间的排斥力将增加。排斥力的这种增加将在定子18上施加作用力以使得定子18回到平衡位置(例如，在去除引起偏移的作用力后位于第一转子部分14和第二转子部分16之间的中央，或者位于新的偏移位置，在该新的偏移位置中，前面描述的引起偏移的作用力和来自磁体的排斥力到达新的平衡位置)。同样，气隙控制系统10可包括具有朝第三方向的极性并且设置在第二转子部分16上的第三磁体(未显示)和具有与第三极性相反的极性并且联接到面向第三磁体的定子18 (或定子支撑结构52)上的第四磁体(未显示)。第三磁体和第四磁体可以以与第一磁体和第二磁体相同的方式起作用，以在定子18上施加作用力以控制定子18与第一转子部分14和第二转子部分16之间的气隙。下面将更加详细地描述这种实施例的示例。
[0053]在一个替换实施例中，气隙控制系统10可包括一个或多个联接至第一转子部分14和第二转子部分16上的导轨(未显示)。在这种实施例中，导轨也还于相对刚性的静止支架(未显示)相联，所述静止支架与定子支撑结构52相联。在操作中，当外力使得第一转子部分14或第二转子部分16轴向偏移时，这部分转子部分(14或16)就与联接至该转子的导轨接触并向该导轨施加作用力。施加至导轨的作用力然后从导轨通过静止支架传送至定子支撑结构52，在该处，所述作用力使得定子支撑结构52的定子支撑构件限制或阻止转子部分14、16和/或定子18进一步运动，和/或阻止转子部分14、16与定子18之间的接触，并可用作使定子18重新位于第一转子部分14和第二转子部分16之间的中央，因此保持了需要的气隙空隙。下面将更加详细地描述该实施例的示例。
[0054]在一些实施例中，除了导轨以外，气隙控制系统10还可包括联接至静止支架的气动系统，该气动系统可用于在导轨处形成空气支承以施加在不接触大多数预期的偏移载荷的情况下重新定位定子18 (例如，使其重新居中)所需的作用力。在一些这种实施例中，气隙控制系统为被动系统。在这种实施例中，空气支承可平衡刚度。在一些这种实施例中，气隙控制系统为主动系统。例如，气隙控制系统可包括系统控制器87，所述系统控制器可用于基于来自近程式传感器82或机械杠杆的输入或响应于由空气支承和配合表面之间附近的变化引起的差压变化而控制提供给空气支承的压缩空气的流量，该差压变化被引入到导轨中以控制空气供应节流阀以便基于阻止进一步偏移所需的作用力的量而增加或减少进入空气支承的空气。下面将更加详细地描述这种替换实施例。
[0055]在另一些替换实施例中，除了导轨以外或作为导轨的替换，气隙控制系统10可包括用于保持转子组件28和定子18之间所需的气隙的主动系统的替换实施例。在这种实施例中，近程式传感器82可检测转子组件28和定子18之间的气隙距离的减小，系统控制器87可致动电磁体以形成或增加安装有磁体或磁极的转子组件28的转子延伸部与静止支架之间的磁性排斥力。在一个替换实施例中，系统控制器可配置成致动电磁体以在转子延伸部与静止支架之间形成磁性引力。在这两个示例中，力都通过中间元件传递至定子支撑结构52，所述力能限制或阻止转子组件28和/或定子18进一步运动以阻止转子组件28和定子接触，并可用于使定子18重新位于转子组件28内(例如，第一转子部分14和第二转子部分16之间)的中央和使气隙的变化最小。在控制器确定由近程式传感器测量的气隙已经恢复到所需距离后，该控制器就停止致动或减小通过电磁体的电流。上面描述的导轨可在电磁体失效时可选地提供机械备份。下面将更加详细地描述这种气隙控制系统的实施例的示例。[0056]在又一个替换实施例中，气隙控制系统10可利用一个或多个磁体的排斥力来将定子18以与上面描述的方式类似的方式重新置于中央或重新定位。例如，两个或更多磁体阵列可联接至静止支架，并且两个或更多磁体阵列可联接至转子组件28的转子延伸部。磁体阵列可包括各种不同磁体类型、磁体组合和磁体数量。例如，静止支架和/或转子延伸部上的磁体阵列可为永磁体、电磁体和/或其组合。在这种实施例中，上面描述的导轨可以可选地被包含进来以便在磁体系统失效时提供机械备份。下面将更加详细地描述气隙控制系统的这种实施例的示例。
[0057]在又一个实施例中，气隙控制系统10可包括使用联接至转子组件28的非铁磁支架和联接至定子18的非铁磁支架，以及联接至定子18的磁体环形排，以形成零通量梯级回路。在这种实施例中，如果转子组件28由外力偏移，使得磁体环形排不再位于零通量梯级电路上的中央，那么来自磁体环形排的磁通量将使电流流过零通量梯级回路，这又会产生推斥磁体的环形排和与其相联的定子的排斥磁场。与前面实施例一样，导轨可用于提供备份气隙控制系统。下面将更加详细地描述这种实施例的示例。
[0058]在另一个替换实施例中，气隙控制系统10可包括在定子18的外表面上或接近定子的外表面的辅助绕组。在这种实施例中，系统控制器87可测量和比较辅助绕组的反电动势以确定定子是否已移离中央。辅助绕组例如可在与定子18的主绕组不同的通量路径上。系统控制器87接着就可向辅助绕组(而不是定子18的主绕组)发送交流电流以产生施加在定子18上的引力。与前面实施例一样，导轨可以可选地用于提供备份气隙控制系统。下面将详细描述这种实施例的示例。
[0059]在另一个替换实施例中，气隙控制系统10可包括轮、辊或其它以相对刚性的方式与定子支撑结构52的一部分相联的机械施力构件。当外力使转子组件28的转子部分偏移时，转子部分与一个或多个轮或辊接触并对其施加力，施加的力通过定子支撑结构52传递至定子18。
[0060]图3是转子/定子组件的另一个实施例的一部分的示意图。转子/定子组件112包括转子组件128、定子118、转子支撑结构162和定子支撑结构152。在本实施例中，转子组件128设置成用于相对于定子118旋转运动。例如，转子组件128可围绕图3中所示的轴线A-A旋转。因此，转子/定子组件112是轴向通量机系统的示例。
[0061]定子118可包括与上面描述的定子18相同的特征和执行相同的功能。例如，定子118可支撑传导绕组(未显示)。定子支撑结构152包括定子支撑夹132，所述支撑夹与定子118以及定子支撑构件124相联。定子支撑构件124使定子118联接至静止定子毂121。转子/定子组件112是定子118被支撑在系统的机内侧上的系统的示例。换句话说，定子118与径向地位于转子组件128的一部分的机内的定子支撑夹132相联。
[0062]转子组件128包括第一转子部分114、第二转子部分116和端部支撑部分153。第一转子部分114支撑第一磁体130，第二转子部分116支撑第二磁体131。磁体130和131均可与上面描述的磁体30和31相同或相似并发挥相同或相似的功能。定子118设置在第一旋转部分114和第二旋转部分116之间。例如，如图3所示，定子118可位于第一转子部分114和第二转子部分116之间的中央或大体上中央。转子组件128联接至包含转子支撑构件122和轴承120的转子支撑结构162。轴承120为转子组件128提供相对于定子118的旋转运动。[0063]气隙限定在第一转子部分114与定子118之间、第二转子部分116与定子118之间，和磁体130与定子118之间、磁体131与定子118之间的多个位置处。因此，如上面参照图1和图2描述并且如在此处描述的气隙控制系统(未在图3中显示)的任何实施例可在例如图3中所示的任何气隙位置G处实施以保持该位置处所需的气隙。
[0064]如上面描述的，定子支撑夹132和/或定子支撑构件124可以是柔性的或具有依从性，使得当通过气隙控制系统向定子支撑夹132和/或定子支撑构件124施加力时，定子118运动至第一转子部分114和第二转子部分116之间的中央或大体上的中央。
[0065]图4是转子/定子组件的另一个实施例的一部分的示意图。转子/定子组件212包括转子组件228、定子218、转子支撑结构262和定子支撑结构252。在本实施例中，转子组件228设置成用于相对于定子218旋转运动。例如，转子组件228可围绕图4中所示的轴线A-A旋转。因此，转子/定子组件112是轴向通量机器系统的示例。
[0066]定子218可包括与上面描述的定子18相同的特征和执行相同的功能。例如，定子218可支撑传导绕组(未在图4中显示)。定子支撑结构252包括定子支撑夹232，所述定子支撑夹联接至定子218和定子支撑构件224。定子支撑构件224将定子218联接至静止定子毂221。转子/定子组件212是定子218被支撑在系统的径向上的机外侧上的系统的示例。换句话说，定子218联接至定子支撑夹232外部或转子组件228的外侧。
[0067]转子组件228包括第一转子部分214、第二转子部分216和端部支撑部分253。第一转子部分214支撑第一磁体230，第二转子部分216支撑第二磁体231。磁体230和231均可与上面描述的磁体30和31相同或相似并发挥相同或相似的功能。定子218设置在第一转子部分214和第二转子部分216之间。例如，如图4所示，定子218可位于第一转子部分214和第二转子部分216之间的中央或大体上中央。转子组件228联接至转子支撑结构262，所述转子支撑结构包括转子支撑构件222和轴承220。轴承220为转子组件228提供相对于定子218的旋转运动。
[0068]气隙限定在第一转子部分214与定子218之间、和第二转子部分216与定子218之间，以及磁体230与定子218之间、和磁体231和定子218之间的多个地方。因此，如上述参照图1和图2所述和本文所述的气隙控制系统(未在图4中显示)的任何实施例可在例如图4所示的任意气隙位置G处实施以在该位置处保持所需的气隙。
[0069]如上所述，定子支撑夹232和/或定子支撑构件224可相对地具有柔性或依从性，使得当通过气隙控制系统将力施加到定子支撑夹232和/或定子支撑构件224上时，定子218运动至该定子218处于第一转子部分214和第二转子部分216之间的中央或大体上中央的位置。
[0070]如上所述，转子/定子组件112是定子118被支撑在系统机内侧或转子组件128的一部分的机内侧上的系统的示例，转子/定子组件212是定子被支撑在系统的机外侧或转子组件228的机外侧上的系统的示例。在替换实施例中，转子/定子组件的定子可被支撑在机内侧和机外侧这两侧上。
[0071]图5示意性图示了转子/定子组件的另一个实施例的一部分。转子/定子组件312包转子组件328、定子318、转子支撑结构(未显示)和定子支撑结构352。在本实施例中，转子组件328可设置成用于相对于定子318旋转运动或用于相对于定子318直线运动。例如，如果转子组件328的旋转轴线是图5所示轴线B-B，与图3中所示实施例相似，转子/定子组件312是轴向通量机器系统。如果转子组件328的旋转轴线是图5所示轴线A-A，那么转子/定子组件312是径向通量机器系统。可替换地，如果转子组件328相对于定子318直线运动而不是旋转运动，例如与轴线A-A和B-B垂直地进出图5的平面往复运动，那么转子/定子组件312具有线性机器结构。
[0072]定子318可包括与上面描述的定子18相同的特征和执行相同的功能。例如，定子318可支撑传导绕组(未在图5中显示)。定子支撑结构352包括定子支撑夹332，所述定子支撑夹联接至定子318和定子支撑构件324。定子支撑构件324可使定子318联接至上面实施例中描述的静止定子毂(未显示)。转子/定子组件312是机内侧安装定子系统(类似于图3的实施例)的另一个示例，在该示例中定子318被支撑在系统机内侧上。
[0073]转子组件28包括第一转子部分314和第二转子部分316，以及可选地包括端部支撑部分353。第一转子部分314支撑第一磁体330,第二转子部分316支撑第二磁体331。磁体330和331可均与上面描述的磁体30和31相同或相似并发挥相同或相似的功能。定子318设置在第一转子部分314与第二转子部分316之间。例如，定子318可位于第一转子部分314和第二转子部分316之间的中央或大体上中央。转子组件328可联接至转子支撑结构(未显示)，转子支撑结构可包括例如转子支撑构件和轴承，轴承可使转子组件328相对于定子318旋转运动。
[0074]气隙限定在第一转子部分314与定子318之间、和第二转子部分316与定子318之间，以及磁体330与定子318之间、和磁体331和定子318之间的多个位置。因此，参照图1和图2在上面描述的和在本文描述的气隙控制系统(未在图5中显TjO的任何实施例可在例如图5中所示任何气隙位置G处实施以在该位置处保持所需的气隙。
[0075]如上所述，定子支撑夹332和/或定子支撑构件324可相对具有柔性或依从性，使得当由气隙控制系统将力施加到定子支撑夹332和/或定子支撑构件324上时，定子318运动至该定子318位于第一转子部分314和第二转子部分316之间的中央或大体上中央的位置。
[0076]图6是转子/定子组件的另一个实施例的一部分的示意图。转子/定子组件412包括转子组件428和定子418。在本实施例中，转子组件428包括单个转子部分414，所述单个转子部分可支撑磁体430。定子418包括传导绕组455，该传导绕组环绕芯部分457。在一些实施例中，芯部分457可以是例如具有铁磁性。磁体430的极面通过气隙与绕组455隔开使得磁通量大体上流到定子418和转子428中并在所述定子和转子中换向。
[0077]定子418可联接至定子支撑结构(未在图6中显示)并且可联接至静止毂(未在图6中显示)，如前面实施例中所描述的。转子组件428可联接至转子支撑结构(未在图6中显示)，转子支撑结构使转子组件428联接至轴承(未在图6中显示)，轴承使转子组件428相对于定子418运动并且承受转子/定子组件412的主要载荷。
[0078]如果转子组件428的旋转轴线为图6中的轴线B_B，那么转子/定子组件412就为轴向通量机器系统。如果转子组件428的旋转轴线是图6中的轴线A-A，那么转子/定子组件412就为径向通量机器系统。可替换地，如果转子组件428相对于定子418直线运动而不是旋转运动，例如与轴线A-A和B-B垂直地往复运动进出图6的平面，那么转子/定子组件412就具有线性机器结构。
[0079]气隙限定在转子部分414与定子418之间的多种位置，本文描述的气隙控制系统(未在图6中显示)的实施例可在该位置处实施。例如，气隙控制系统可用于控制图6中所示位置G处的气隙，以便保持转子组件428和定子418之间所需的气隙。在本实施例中，气隙控制系统可例如在定子418和转子部分414之间保持最小间隙或距离或标称距离，而不是使定子418位于转子组件428内的中央，例如，如对图5中所示转子部分328和定子318所描述的那样。
[0080]图7-图10图示了轴向转子/定子组件的实施例。转子/定子组件512包括转子组件528、定子组件518 (例如，见图8和图9)、转子支撑结构562和定子支撑结构552。在本实施例中，转子组件528设置成用于相对于定子组件518旋转运动。定子组件518可包括与前面实施例中描述的特征相同的特征并与其执行相同的功能。例如，定子组件518可支撑传导绕组555 (例如，参见图10的示意性图示)。定子支撑结构552包括定子支撑夹552和多个定子支撑构件524 (见图10)，所述定子支撑夹与定子组件518联接。定子支撑构件524使定子组件518联接至静止定子毂521 (见图7)。转子支撑结构562包括多个与轴承520联接的转子支撑构件522。轴承520附接在延伸通过定子毂521的中央开口的毂577上并且可发挥与轴相似的功能，以使得转子组件528相对于定子组件518旋转运动。
[0081]转子组件528包括第一转子部分514、第二转子部分518和端部支撑部分553 (见图10)。第一转子部分514支撑第一磁体530,第二转子部分516支撑第二磁体531。磁体530和531可均与上面参照图1描述的磁体30和31相同或相似并发挥与其相同或相似的功能。磁体530和531可以是例如磁极组件或磁体阵列,其将通量以轴向方向从一个转子部分(例如，转子部分514)上的磁极引导至另一个转子部分(例如，转子部分516)上的相反极性的磁极。例如，如图9所示，磁体530安装在或支撑在具有磁极保持器536的转子部分514的转子背铁534上。磁体531可以类似方式安装在第二转子部分516上。第一转子部分514联接至多个转子支撑构件522，所述转子支撑构件与轴承520相联。第二转子部分516可在转子/定子组件512的外直径部分处与具有间隔块526的第一转子部分514相联，使得第一转子部分514和第二转子部分516能一起转动，并作为单个结构上刚性的子组件主要在轴向方向上偏移。例如，在一些实施例中，间隔块526可联接至具有螺栓、螺钉或其它联接机构的安装垫片525。在一些实施例中，端部支撑部分553可与间隔块526整体形成或一体形成(换句话说，间隔块526和端部支撑部分553为单一元件)。
[0082]定子组件518设置在第一段转子部分514和第二段转子部分516之间。例如，定子组件518可位于第一段转子部分514与第二段转子部分516之间的中央或大体上中央。如图9所示，定子组件518可包括定子部段559的环形阵列。每个部段559可均包括上面对于定子18所描述的印刷电路板子组件。
[0083]如上所述，定子组件518联接至定子支撑夹532，定子支撑夹通过结构支撑构件524与静止定子毂521的边缘相联。定子毂521可联接至支撑结构和/或壳体装置(未显示)，这可进一步使定子组件518保持在固定或静止位置。如上所述，定子支撑夹532和/或定子支撑构件524可具有相当的柔性或依从性，使得当通过气隙控制系统510在定子支撑夹532和/或定子支撑构件524上施加力时，定子组件518可运动。
[0084]现在参照图10的示意图，气隙可限定在第一转子部分514与定子组件518之间以及第二转子部分516与定子组件518之间的多个位置。如上所述，在转子/定子组件512操作期间，需要保持第一转子部分514以及第二转子部分516与定子组件518之间的气隙或距离。气隙控制系统510可联接至转子组件528和/或定子组件518并且用于在转子部分514及516与定子组件518之间控制或保持所需的气隙。图8和图9图示了联接至转子部分514的内周部分515的气隙控制系统510的一部分，这不是为了排除使气隙控制系统510作为联接到内周的替代而联接到外周结构517的情况或使气隙控制系统除了联接到内周还联接到外周结构的情况。例如，在替换实施例中，第二气隙控制系统(未显示)可以可选地设置在转子部分514的径向外部部分517。在另一个替换实施例中，气隙控制系统510可仅设置在转子部分514的径向外部部分517处，而不设置在转子部分514的径向内部部分515 处。
[0085]如图9所示，气隙控制系统510可安装在具有一个或多个气隙控制磁体保持器538的第一转子部分514的第一转子背铁上。气隙控制组件510可以以类似的方式联接到第二转子部分516上。在该实施例中，气隙控制组件510还可联接至定子组件518，例如，如图10的示意性图示中的示例所示。
[0086]在转子/定子组件512操作期间，如果存在定子组件518相对于第一转子部分514或第二转子部分516的相对运动或偏移，那么气隙控制系统510可引起定心力，该定心力用于使定子组件518运动至第一转子部分514和第二转子部分516之间的中央位置或大体上中央位置。例如，如果第一转子部分514或第二转子部分516由外部负载或惯性加速而运动或偏移，那么气隙控制组件510可在定子组件518上施加力，使得定子组件518保持在标称位置，例如，位于第一转子部分514和第二转子部分516之间的中央。
[0087]更加具体的，当定子组件518由于施加到转子部分514和516上的外力(临时的或不变的力)而经历了相对于第一转子部分514和第二转子部分516轴向平移，并从而使转子部分514和516在轴向方向上运动或偏离时，定子组件518 —侧上的气隙距离增加而定子组件518另一侧上的气隙距离减小。因此，气隙控制系统510在环形定子组件518上施加力以便使环形定子组件518重新位于环形转子转子部分514和516之间的中央。相似地，如果定子组件518相对于转子部分514和516经历了角度偏移(使得在定子组件518的任何给定部段，定子组件518的内直径处的气隙距离都与在定子组件518的外直径处的气隙距离不同)，那么气隙控制系统510将在定子组件518上施加力矩，所述力矩使定子组件518与第一转子部分514和第二转子部分516中的每一个之间的气隙距离恢复均匀。
[0088]如图10所示，在本实施例中，气隙控制系统510包括联接至第一转子部分514的第一磁体组件541和连接至第二转子部分516的第二磁体组件543，以及联接至定子组件518的第三磁体组件545和连接至定子组件518的第四磁体组件547。更具体地，如图11-图16的示意性图示中所示，第一磁体组件541可包括磁体540和磁体542，磁体540安装成使其朝南磁极靠着转子部分514的转子背铁534，磁体542安装成使其朝北磁极靠着转子背铁534。磁体组件543可包括磁体544和磁体546,磁体544安装成使其朝南磁极靠着定子支撑夹532 (也称为“定子背铁”)，磁体546安装成使其朝北磁极靠着定子背铁532。相似地，第三磁体组件545可包括磁体540和磁体542，磁体540安装成使其朝南磁极靠着转子部分516的转子背铁535，磁体542安装成使其朝北磁极靠着转子背铁535。磁体组件547可包括磁体544和磁体546,磁体544安装成使其朝南磁极靠着定子背铁532,磁体546安装成使其朝北磁极靠着定子背铁532。磁体540、542、544和546可均通过磁体保持器538保持就位。磁体组件541、543、545和547以周向模式围绕第一和第二转子部分514和516的内表面的整个内直径安装，并周向地围绕定子组件518的两个表面的整个内直径。
[0089]转子背铁534和535可由例如铁或钢等导磁材料形成，并且都可提供回路以使得通量从一排磁体542传至相邻排的磁体540以及提供对转子部分514和516之间的引力作出反应的结构上的刚度，如图12中的通量箭头所示，其图示出了通量的主要方向。例如，一排磁体(例如，542)的极性与同其隔着气隙面对的另一排磁体(例如，546)的极性相反。定子夹环532也可由导磁材料制成，其在邻近的磁体544和546中提供返回路径使得通量从一排磁体546行进至相邻的一排磁体544,如图12所示。在替换实施例中，通量返回路径可由例如海尔贝克(Halbach)阵列或马蹄形磁体形成。另外，尽管本实施例中图示了设置在朝南磁体之上的朝北磁体，但是在替换实施例中，朝南磁体可设置在朝北磁体之上。
[0090]磁体540、542、544和546可为，例如，钕铁硼(NdFeB)永磁体。然而，应理解，这只是可用磁体类型的一个示例。利用如图12中所示的磁体装置，气隙控制系统510可起到与双侧、被动永磁体轴承相似的作用。因为相对的磁体放置在环绕着转子部分514和516和定子组件518这两者的几乎连续的环中，因此使得由于相对运动而由交变磁场在给定位置引起的涡流阻力的效应最小化。尽管弧形磁体的连续环会进一步减小该效应，但是本实施例中实施的间隔使得存在的不连续在气隙控制系统的转子到定子的间隔上得以消除。因此，可使用矩形磁体。在这种轴向磁体到磁体尺寸很小的应用中，需要弧形磁体段或连续磁体环来进一步减小阻力。
[0091]磁体540和544定向成使得轴向相对的磁体的极性处于相反的方向。磁体542和546也定向成使得轴向相对的磁体的极性在相反的方向。因此，磁体对540和544的北极面彼此相对，磁体对542和546的南极面彼此相对。通过这种结构，磁体对540和544之间以及磁体对542和546之间(在定子组件518的两侧)具有排斥力，当通过减小磁体对之间的物理间隙使磁体对更加接近时，该力可增加。在图12所示的标称、平衡位置处(B卩，定子组件518大体上位于转子部分54和转子部分516之间的中央)，定子组件518两侧的排斥力大小相等方向相反，导致定子组件518上的净力为零。
[0092]图13图示了由于例如转矩、速度的波动，或是由于转子/定子组件512本身固有的或是外部施加给转子/定子组件512的其它惯性动力而导致转子部分514或转子部分516已经发生偏移或运动后的转子/定子组件512。如图13所示，转子部分516的磁体540和542与定子组件518的右侧上的磁体544和546之间的物理气隙或距离减小，这导致了这些磁体之间的排斥力增加。转子部分514的磁体540和542与定子组件518左侧上的磁体544和546之间的物理气隙或距离增加，这导致了这些磁体之间的排斥力减小。施加在定子组件518上的力的净结果是向左的净力，其用于使定子组件518运动到转子部分514和516之间或使定子组件位于转子部分514和516之间的中央。图14中图示了在定子组件518的左侧和右侧上的力的这种重新定心和平衡。图14图示了定子组件518由于移除了导致初始位移的外力已经回到平衡位置处后的定子组件518。应注意，该“休止”平衡位置可这样或那样地偏离。换句话说，其不必相同。例如，在具有垂直轴线存在恒定重力的设施中，“休止”位置可以这样或那样地移位，或相反地，可使产生力的特征在定子组件的每侧具有不同的尺寸以便获得需要的“休止”位置。
[0093]另外，在轴向磁体对540和544之间以及轴向磁体对542和546之间的排斥力通过反作用于如图15所示的弯曲力矩而抵消了定子组件518相对于转子部分514和516的角度偏移。这些弯曲力矩可以例如是定子支撑构件524偏移或转子/定子组件512的惯性载重的结果。由气隙控制系统510施加至定子组件518的反作用力矩可使定子组件518与各个转子部分514和516之间的气隙距离恢复均匀，如图16所示。图16图示了定子组件518由于移除了所施加的导致惯性移位的力矩而已经回到平衡位置时的定子组件518。
[0094]气隙控制系统510的角度刚度，即，其对定子组件518的角度偏移的抵抗能力，可随着其磁体的强度、在气隙方向上磁体之间的距离、磁体离定子组件518的径向内端的径向距离和由保持器538建立的磁体组件541、543、545和547中单个磁体的径向分离而变化。因此，气隙控制系统510可设计有沿着转子部分514和516和/或定子组件518的所需的“轨迹宽度”或径向位置，以便实现所需的相对于其轴向刚度的角度刚度(其不必取决于径向位置)。
[0095]如前面所述，气隙控制系统510可通过将力从刚性的第一构件传至具有依从性的第二构件而保持两个构件(例如，转子和定子)之间的所需间隙或距离，第二构件在气隙方向上相对具有依从性。因此，在上面描述的具有轴向间隙的轴向转子/定子组件512中，第二构件(即，定子组件518)在轴向方向上相对具有依从性，而在具有径向间隙的机器中，第二构件可在径向方向上相对具有依从性。
[0096]图17图示了替代性的气隙控制系统。在本实施例中，气隙控制系统510’可联接至如上面描述的转子/定子组件512。气隙控制系统510’可配置成与气隙控制系统510 —样，除了在本实施例中，磁体544和546的通量返回功能和磁体542和540的通量返回功能可以是这样实现的:通过将小的导磁材料段548直接插到磁体544和546和保持器538之后以及磁体542和540和保持器538之后以便提供独立的通量返回路径。导磁材料段548可分离地安装在定子夹环532中，气隙控制磁体(540、542、544、546)附近的转子背铁534和535可由相对不导磁的材料，比如铝、奥氏体不锈钢或塑料组成。
[0097]图18是根据另一个实施例的轴向转子/定子组件612的示意图。转子/定子组件612包括定子支撑结构652，所述定子支撑结构可支撑一个或多个定子支撑构件624，定子夹环632联接到所述定子支撑构件。定子夹环632可沿着其自身内周支撑环形定子段618的外周。定子段618可配置成与前面实施例中的一样，并可支撑传导绕组(未显示)。转子/定子组件612也包括转子支撑结构662，所述转子支撑结构支撑第一环形转子部分段614和相对的第二环形转子部分段616的内周。环形转子部分614和616定位于环形定子段618的相对两侧，并且可相对于环形定子618围绕轴线A-A旋转。第一转子部分614支撑第一磁体630，第二转子部分支撑第二磁体631。磁体630和631可配置成与前面实施例中描述的一样。轴向转子/定子组件612进一步包括一个或多个定子支架668,所述定子支架在间隔位置处与定子夹环632的两侧联接。
[0098]如在前面实施例中描述的，定子支撑构件624与在轴向方向上刚性或刚硬的转子支撑结构662相比在轴向方向上相对具有依从性。定子支撑构件624和转子支撑结构662在非轴向方向上的刚性可相对来说相同或大体上相等，或者至少足以满足使用轴向转子/定子组件612的特定应用在结构上的需要。
[0099]在本实施例中，气隙控制系统610包括导轨670，所述导轨联接至静止支架668并且设置在静止支架668与第一转子部分614之间以及定子支架668与第二转子部分616之间。导轨670可由例如具有低摩擦系数和强耐磨损性能的材料形成。在操作中，当外力使得环形转子部分614或者环形转子部分616运动(例如，轴向偏移)时，该转子部分就和其中一个导轨670接触并因此向该导轨670施加力。该力从导轨670通过静止支架668和静止压紧环632传至定子支撑构件624，在该处所述力使得定子支撑构624件在轴向方向上偏移。定子支撑构件624然后可防止或限制环形转子部分614或616与环形定子618的进一步运动或它们之间的接触，并且可用于使环形定子618重新位于第一环形转子部分614和第二环形转子部分616之间的中央，从而在定子618与转子部分614和616之间保持所需的气隙间隔或距离。
[0100]图19图示了联接至转子/定子组件612的替代性气隙控制系统的实施例。在本实施例中，气隙控制系统710为主动系统，其包括可控制的力产生装置(在本实施例中是空气支承)和控制器，控制器基于来自近程式传感器或机械杠杆的输入而改变施加至定子618的力，机械杠杆通过与导轨的接触而被致动，以定位空气支承空气供应节流阀。在本实施例中，气隙控制系统710包括联接至转子/定子组件612的压缩空气供应源754，所述压缩空气供应源向空气供应歧管772提供压缩空气，空气供应歧管将压缩空气供送到静止支架668内限定的通道774中。压缩空气接着通过被整合到导轨770中的孔776释放，从而形成空气支承。空气供应歧管772可包括一个或多个孔(未显示)，也可包括压力调节系统(未显示)。系统控制器787与空气供应歧管772联接和/或连通，并且可基于来自可用于定位空气供应节流阀(未显示)的机械杠杆(未显示)或近程式传感器(未显示)的输入或者响应于空气支承与上面描述的614或616的空隙改变时压力的变化而控制释放至通道774中的空气量，以及增加或减少相对于定子618定位转子部分614或616所需的流量。在后面的示例中，当较小的空隙使得由导轨770形成的空气支承腔中的气压增加时，增加的压力可用于致动空气供应节流阀以增加气流量，以便增加恢复力，因而保持气隙所需的尺寸。
[0101]在操作中，当环形定子618位于转子614和616之间的中央时，由空气支承施加至环形定子618各侧的力大小相等方向相反。当外力使得环形转子部分614和616运动或偏移时，近程式传感器就可检测出相应于转子部分与定子之间的距离变化的变化，并且可将检测出的变化传至系统控制器787，所述系统控制器可改变由空气支承施加的力。例如，系统控制器787可将较高流量的压缩空气在定子618与转子部分614或616之间的间隙或距离减小的一侧上释放至空气支承，使得施加至相邻的转子部分上的力增加，还可将较少的压缩空气在定子618与转子部分614和616之间的间隙或距离增加的一侧上释放至空气支承，使得施加至相邻的转子的力减小。净获得的力通过静止支架668被传递至定子支撑构件624，这可防止或限制环形转子部分614或616与环形定子618的进一步运动或它们之间的接触，因此使环形定子618重新位于环形转子部分614与616之间的中央并使气隙的变化最小。导轨770可为保持所需气隙间隙提供备份机械装置。例如，如果空气支承失效，导轨770就发挥如图18所示和描述的功能。
[0102]在替代性实施例中，气隙控制系统710发挥被动系统而不是主动系统的功能。在这种实施例中，气隙控制系统710可不包括系统控制器787和近程式传感器。在该系统操作期间，当环形定子618位于转子614和616之间的中央时，由空气支承施加至环形定子618各侧的力大小相等方向相反。当外力使得环形转子部分614和616运动或偏移时，由空气支承施加的力由于流到由导轨770形成的轴承套外的气流受到限制而改变。该限制将使气压增加，这会使空气支承的载重量增加并且使得其施加更大的力。例如，间隙减小的一侧上的空气支承在相邻的环形转子部分(614或616)上施加增加的力，而间隙增加的一侧上的空气支承在相邻的环形转子部分(614或616)上施加减小的力。净得到的力通过静止支架668被传到达定子支撑构件624,这能防止或限制环形转子部分614或616与环形定子618的进一步运动或它们之间的接触，因此使得环形定子618重新位于环形转子部分614与616之间的中央，并使气隙的变化最小。如上面描述的，导轨770可为保持所需的气隙间隙提供备份机械构件。例如，如果空气支承失效，那么导轨770就发挥如图18所示和所述的功能。
[0103]图20图示了联接至转子/定子组件612的替代性气隙控制系统的实施例。在本实施例中，气隙控制系统810是主动系统的另一个示例，主动系统包括用于确定转子部分614和616与定子618之间的距离的近程式传感器、可控制的力产生装置(本实施例中为电磁体)和用于基于来自近程式传感器的输入而改变所施加的力的控制器。具体地，在本实施例中，转子/定子组件612包括转子延伸部878，所述转子延伸部被并入到转子部分614和616中或者与转子部分614和616相联。在使用近程式传感器的替代性实施例中，可不包括转子延伸部878。转子延伸部878可由例如钢等铁磁材料形成。电磁体组件880与定子618每侧上的静止支架668联接。电磁体组件880可均包括至少部分被两个相对的极片884围绕的近程式传感器882和用于使极片884磁化的线圈886，如图21所示。电磁体组件880设置在静止支架668上使得近程式传感器882面对转子延伸部878。系统控制器887与电磁体组件880联接和/或连通。
[0104]在操作中，当近程式传感器882检测到距转子延伸部878的距离减小(该距离对应于转子部分614和616与定子618之间的距离)，就将该距离与储存的阈值距离进行比较。如果检测出的距离比储存的阈值距离小，那么系统控制器887可增加电磁体880的磁性的强度，以便在定子618或转子部分614或616上施加力。具体地，系统控制器887可致动电磁体组件880的线圈886，因此使相对的极片884磁化并在转子延伸部878与静止支架668之间形成磁性吸引力。该力传输通过定子支撑结构652，定子支撑结构可阻止或限制环形转子部分614或616与环形定子618的进一步运动或它们之间的接触，并且可用于使环形定子618重新位于转子部分614和616之间的中央并使气隙的变化最小化。在近程式传感器882检测到所需的气隙恢复时，系统控制器887就停止致动线圈886。与其它实施例一样，可包含导轨870以便在电磁体组件880失效时提供机械备份。尽管该实施例描述了使用具有两个相对极片884的磁体组件880，但是在替代性实施例中也可用其他类型的电磁体。
[0105]图22图示了联接至转子/定子组件612的另一个替代性气隙控制系统的实施例。在本实施例中，气隙控制系统910包括以与上文对气隙控制系统810所描述的相同的方式而与静止支架和转子延伸部联接的磁体。图22图示了使用与参照图10-图17描述的永磁体相似的永磁体。在本实施例中，磁体阵列988在定子618每侧上与静止支架668联接。磁体阵列988可包括，例如，安装在铁磁背铁994上的两个永磁体990和992，铁磁背铁与静止支架668的内侧附接。例如，磁体阵列988可包括在径向外侧位置处与背铁994附接的南极永磁体990和在径向内侧位置处与背铁994附接的北极永磁体992。另外，永磁体996和998安装在转子延伸部978上，分别与永磁体990和992相对。
[0106]永磁体990、992、996和998可安装为使得在磁体对990与996之间和在磁体对992与998之间具有排斥力，当使磁体对靠近到一起时，该排斥力可增加。在标称位置处，例如，在环形定子618位于环形转子部分614和616之间的中央处，环形定子618两侧上的磁体对之间的排斥力大小相对方向相反，导致支撑构件624上的净力为零。然而，当环形转子部分614和616从平衡位置处移位时，在气隙减小(即，定子618与转子部分614或616之间的距离减小)的一侧上的磁体对之间的排斥力增加，而在气隙增加(即，定子618与转子部分614或616之间的距离增加)的一侧上的磁体对之间的排斥力减小，净得到的力使支撑构件624在能重新使环形定子618位于环形转子部分614与616之间的中央的方向上偏移。在替代性的实施例中，磁体对可设置为使得当转子部分614或616与定子618之间的距离增加时就在气隙增加的一侧上的磁体对之间形成磁性吸引力。在此同样，导轨970可以可选地用于提供备份气隙控制系统。
[0107]在替代性的实施例中，气隙控制系统可使用永磁体和电磁体的组合而不是仅使用永磁体或仅使用电磁体(如对于气隙控制系统910所描述的)。例如，在一些实施例中，定子一侧上可使用一个或多个电磁体，定子的另一侧上可使用一个或多个永磁体。磁体阵列988中包括的磁体数量也可变化。
[0108]图23图示了联接至转子/定子组件612的气隙控制系统的另一个实施例。在本实施例中，气隙控制系统1010包括在环形定子618的轴向侧上与静止支架668附接的非铁磁支架1091。在此示例中，非铁磁支架1091联接到定子618邻近转子部分614的一侧。非铁磁支架1091可保持例如一两个或其它数量的磁体环形排1093。磁体环形排可以是，例如，海尔贝克(Halbach)磁体阵列或其它磁体阵列，或者被设置为使通过零通量梯级回路的通量最小的磁体和极片。
[0109]也由非铁磁材料制成的环形转子部分614 (或如果非铁磁支架1091在环形转子部分616的同一侧上与静止支架668附接，则环形转子部分616)的边缘延伸部1095，可支撑零通量梯级回路1097。本领域的技术人员也熟知零通量梯级回路。
[0110]在操作中，由于环形转子部分614并且因而零通量梯级回路1097在磁体环形排1093下面旋转，因此只要环形定子618保持在标称位置(例如，位于环形转子部分614和616之间的中央)，就没有电流会流过零通量梯级回路1097。如果转子部分614和616由于外力运动或偏移，使得磁体环形排1093不再位于零通量梯级回路1097上的中央，那么来自磁体环形排1093的磁通量将会使电流流过零通量梯级回路1097。相应地,这会产生向后朝向零通量梯级回路1097的中央推动磁体环形排1093和与其附接的结构的排斥磁场。因为磁体环形排1093相对于环形定子618固定，所以由磁体环形排1093与零通量梯级回路1097相互作用而产生的定心效应用于将环形定子618保持在环形转子部分614与616之间的中央。导轨1070可以可选地用于在该实施例的主系统失效时提供备份气隙控制系统，并且还在环形转子部分614和616停止时保持所需的气隙。
[0111]图24图示了根据另一个实施例的气隙控制系统。在本实施例中，气隙控制系统110包括在环形定子618上或环形定子618附近的辅助绕组1185。例如，如果环形定子618如以引用的方式并入本文的美国专利N0.7，109,625中所述的由印刷电路板形成，那么辅助绕组1185可包含在环形定子618的外层中，接近环形定子部分614和616。辅助绕组1185可具有与定子618上的主绕组不同的绕组构造，并可与环形定子618中的主绕组极数略有不同。进一步地，辅助绕组1185与主要绕组采用相同的电分段方案，以便减少复杂度，或者可替代地，每个印刷电路板上的辅助绕组1185可电分段。
[0112]在操作中，系统控制器1187可测量并比较每对辅助绕组1185 (S卩，单个印刷电路板相对两侧上的两个辅助绕组1185)的反电动势。辅助绕组1185可以例如处于与环形定子618上的主绕组不同的通量路径上。如果测量出的反电动势相等，那么环形定子618就位于环形转子部分614与616之间的中央。如果反电动势不相等，那么环形定子618就偏离中央。当环形定子发生偏离时，系统控制器1187就向定子618的反电动势相对较低的一侦仪定子618的在转子部分与定子之间具有较大间隔或距离的一侧)上的辅助绕组1185 (不是环形定子618的主绕组)发送交流电流，以便当辅助绕组1185通电时产生将环形定子618拉向同一侧上的转子的引力(即，减小该侧的气隙)。在环形定子618位于中央后，就中断向辅助绕组1185上施加交流电流，以便不再其间产生力。与前面的实施例中一样，导轨1170可以可选地用作备份气隙控制系统并且用于在环形转子614和616停止时控制气隙。
[0113]图25图示了与转子/定子组件612联接的气隙控制系统的另一个实施例。在本实施例中，气隙控制系统1210包括轮或辊1281，所述轮或辊可旋转地附接到静止支架668。每个轮或辊1281均可以以其轴线A-A在径向方向上相对于转子/定子组件612对齐。在操作期间，当外力使得环形转子部分614和616偏移或运动时，转子部分614和616其中之一就与一个或多个轮或辊1281接触并向其施加力。该力传输通过支架668并使得定子支撑构件624运动或偏移以使环形定子618重新位于环形转子部分614与616之间的中央，因此保持定子618与转子部分614和616之间所需的气隙间隔。
[0114]图26图示了径向转子/定子组件1312的一部分。径向转子/定子组件1312包括设置在第一转子部分1314与第二转子部分(未图示)之间的定子1318。定子1318与定子支撑夹1332联接，所述定子支撑夹使定子1318与定子支撑构件1324联接。转子部分1314也可联接至转子支撑结构(为显示)，如上面实施例中所述。气隙控制系统1310联接至定子支撑夹1332和第一转子部分1314并且包括磁体阵列，例如参照图10-图17所述的磁体组件。在替代性的实施例中，径向转子/定子系统可包括本文中描述的气隙控制系统的多种构造中的任何一种。
[0115]图27和图28是杯形径向通量转子/定子组件的实施例的示意图。转子/定子组件1412包括转子组件1428、定子1418和定子支撑结构1473。在本实施例中，转子组件1428设置成用于相对于定子1418旋转运动。定子支撑结构1473支撑定子1418并且包括主轴承1420和定子毂1421，并且可包括未在图27和图28中图示的其他支撑元件。
[0116]转子组件1428包括圆筒形部分1414和端部支撑部分1453，它们共同形成杯形。圆筒形部分1414支撑圆筒形磁体阵列1430。磁体阵列1430可以联接到转子组件1428的转子背铁1435。磁体阵列1430可与例如上面参照图2描述的磁体30和31相同或相似并发挥相同或相似的功能。每个支撑部分1453与旋转轴1475的一端联接，所述旋转轴支撑在轴承1420中并延伸通过定子毂1421的中央开口。轴承1420可与主轴承20和本文描述的其它轴承相同或相似并发挥相同或相似的功能。例如，轴承1420可支撑轴1475以便转子组件1428相对于定子1418旋转运动。
[0117]与端部支撑部分1453相对的圆筒形部分1414的端部未受支撑或开口。转子组件1428的直径和/或长度可配置为所需尺寸以便实现转子组件1428和支撑结构1473的所需刚度，该刚度将抵抗转子磁体1430与定子1418之间的吸引力(在本示例中为径向)。
[0118]定子1418可包括与在前述实施例中描述的相同的特征并执行与其相同的功能。例如，定子1418包括多个芯，例如，上面参照图6描述的铁磁芯，所述芯分布在定子1418的圆筒形外表面周围，每个芯周围环绕有传导绕组1455。转子/定子支撑结构1473还可包括，例如，定子支撑夹(未显示)的定子支撑构件(未显示)，其可使定子1418与定子毂1421联接。如图27所示，定子1418设置在转子组件1428的圆筒形部分1414的内部。例如，定子1418可同心地位于圆筒形部分1414中的中央或大体上中央。
[0119]在本实施例中，转子组件1428的未被支撑端可响应于由于振动通过转子组件1428和定子1418的几何结构而变化的电磁力。例如，所关注的振动模式可导致“呼吸模式”，在该呼吸模式中转子组件1428的圆筒形部分开始变形并开始在径向方向上凸出，和/或转子组件1428使支撑膜在与主轴承1420的连接处偏移，并且当转子组件1428旋转时，转子组件1428的开口端在定子1418的一侧比另一侧更靠近定子。在杯型转子组件1428的开口端处增加此处描述的接触式或不接触式的、主动或被动的气隙控制系统可消除或减缓振动的影响，以使得这种机器的长度或直径更大，这是实现更高力矩和功率所需要的。
[0120]如图28所示，气隙控制系统1410可联接至定子1418和/或转子组件1428并用于控制和/或保持在定子1418和转子组件1428之间限定的所需的气隙。气隙控制系统1410可为本文描述的气隙控制系统的各种构造中的任何一种并且可在各种位置处(除了图28中所示的位置)联接至转子/定子组件1412。如在前面的实施例中所描述的，在转子/定子组件1412操作期间，如果定子1418相对于圆筒形转子部分1414存在相对运动或偏移，那么气隙控制系统1410可包括定心力，该定心力用于使定子1418运动至圆筒形部分1414内的中央位置或大体上中央位置。例如，如果圆筒形部分1414由于外部负载或惯性加速而运动或偏移，那么气隙控制组件1410可在定子1418上施加力，使得定子1418保持在标称位置，例如，在圆筒形部分1414内的中央。
[0121]图29是根据一实施例的控制气隙的方法的流程图。方法包括:在步骤1561检测支撑绕组的第一构件与支撑磁体的第二构件之间的距离。第二构件设置在距第一构件例的距离不为零的地方并配置成相对于第一构件运动。在步骤1563，将检测出的距离与阈值距离作比较。在步骤1565，如果检测出的距离比阈值距离小，那么联接至第一构件或第二构件至少其中之一的气隙控制装置被致动，以便在第一构件和第二构件中的一个构件上施加力，并且使第一构件与第二构件之间的距离增加。气隙控制装置可为，例如，与第一通量产生构件和第二通量产生构件分开的元件。
[0122]在一些实施例中，致动该装置包括:增加至少部分地设置在第一构件的一部分与第二构件的一部分之间的电磁体的磁性强度，以便电磁体向第一构件和第二构件其中之一施加磁力，并且使第一构件与第二构件之间的距离增加。在一些实施例中，致动该装置包括:向联接至第一构件的辅助绕组发送交流电流以便产生引力，该引力使第一构件朝向第二构架运动并且第一构件与第二构件之间的距离增加。
[0123]尽管上面描述的实施例图示了使用用于在定子的内周或外周保持转子与定子之间的气隙或距离的各种构造，但也可用其它变体。例如，气隙控制系统可在定子的内周和外周这两者处实施。气隙控制系统可在如所示和所述的多种不同的位置处实施，例如，参照图3-图6。另外，气隙控制系统可实施成用以控制双侧转子系统和一侧转子系统(例如，见图6)这两者中的气隙。例如，如本示例中所述，对于双侧转子系统，气隙控制系统可将定子控制和保持在第一转子部分与第二转子部分之间的中央位置。在一侧系统中，气隙控制系统可将定子控制和保持在距转子最小的距离处。[0124]本文中描述的气隙控制系统可用在各种电磁机中，包括轴向、径向和横向通量电磁机，以及用在利用了轴向、径向或线性运动的机器中。例如，气隙控制系统可用在具有定子的电磁机中，该定子具有自由悬置的外周、自由悬置的内周、或者固定的内周和外周。本文中描述的气隙控制系统可用于在静止元件与相对于静止元件运动的元件之间需要具有所需的间隙或距离的任何机器中。
[0125]本文中描述的系统控制器787、887和1187可均包括一个或多个计算机的使用。如本示例中使用的术语“计算机”意为在广义上解释成包括各种系统和装置，包含个人电脑、膝上电脑、主计算机、机顶盒和多功能数字盘(DVD)播放器等。计算机可包括，例如，处理器、用于储存数据的记忆元件(例如，只读存储器(ROM)和/或随机存储器(RAM)、其它储存装置、各种输入/输出通信装置和/或用于网络接口容量的模块等)。本文中描述的转子/定子组件和/或气隙控制系统的多种功能可由软件和/或硬件执行。
[0126]本文中描述的一些实施例涉及具有非暂时性计算机可读介质(也可称为非暂时性处理器可读介质)的计算机存储产品，非暂时性计算机可读介质上具有指令或计算机代码以便执行各种计算机实施操作。计算机可读介质(或处理器可读介质)为非暂时性的意味着其本身不包括暂时性的传播信号(例如，在诸如空间或缆线的传输介质上携带信息的传播电磁波)。介质和计算机代码(也可称为代码)可以是被设计和构造成用于特定的一个或多个目的那些代码。非暂时性计算机可读介质的示例包括但不限于:磁性存储介质，比如硬盘、软盘和磁带；光存储介质，比如压缩盘/数字化视频盘(CD/DVD)、压缩盘只读存储器(⑶-ROMs)和全息装置；磁光存储介质，比如光盘；载波信号处理模块；以及特别是配置为储存和执行程序代码的硬件装置，例如特定用途的集成电路(ACICs)、可编程逻辑装置(PCLs)、只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)装置等。
[0127]计算机代码的示例包括但不限于，微代码或微指令、例如由编译器产生的机器指令、用于产生网络服务的代码、和包括由计算机使用译码器执行的高级指令的文件。例如，可用Java、C++或其它程序语言(例如，面向对象的程序语言)和开发工具来执行这些实施例。计算机代码的另外的示例包括但不限于，控制信号、密码和压缩代码。
[0128]尽管上面已经描述了多种实施例，但应理解，它们仅作为示例呈现，并不是作为限制，可以在形式和细节上进行各种变化。除了相互排斥的组合外，本文描述的系统、设备和/或方法的任何部分可以以任何组合方式进行组合。本文中描述的实施例可包括所描述的不同实施例中的功能、元件和/或特征的各种组合和/或子组合。例如，尽管系统控制器是参照特定实施例描述的，但是系统控制器可被包含在本文描述气隙控制系统的任何实施例中，在另外的示例中，尽管参照具体实施例描述了特定类型和数量的磁体，但应理解，可替代性地使用其它类型或数量的磁体。另外，机器(例如，转子/定子组件)可使用机器中气隙控制系统的应用的任何组合。
【权利要求】
1.一种设备，包括: 第一构件，所述第一构件支撑磁通量携载构件； 第二构件，所述第二构件支撑磁通量生成构件，所述第二构件设置成用于相对于所述第一构件运动；以及 气隙控制系统，所述气隙控制系统与所述第一构件和所述第二构件中的至少一个构件联接，所述气隙控制系统包括气隙控制装置，所述气隙控制装置被配置成:在所述第一构件和所述第二构件中的一个构件上施加力，所述施加力是响应于第一构件和第二构件中的另一构件沿着使所述第一构件和所述第二构件之间的距离减小的方向的运动进行的，以实现在所述第一构件和所述第二构件之间保持最小距离以及使所述第一构件和所述第二构件中的所述一个构件位于由所述第一构件和所述第二构件中的所述另一构件限定的区域内的大体上中央这二者中的至少一个，所述气隙控制装置与在所述第一构件和第二构件之间形成的主磁通量回路分隔开。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一构件为定子，所述磁通量携载构件为绕组，所述第二构件为转子，所述磁通量生成构件包括磁体。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述气隙控制系统包括与所述第一构件联接的第一磁体以及与所述第二构件联接的第二磁体，其位于所述第一构件和所述第一磁体之间，所述第一磁体具有在第一方向上的极性，而所述第二磁体具有在相反的第二方向上的极性，施加在所述第一构件和所述第二构件中的所述一个构件上的力是由所述第一磁体和所述第二磁体之间的排斥力而引起的，当所述第一构件和所述第二构件之间的距离减小时，所述排斥力增大。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述气隙控制系统包括与所述第一构件联接的导轨，施加在所述第一构件和所述第二构件中的所述一个构件上的力是从所述第二构件经由所述导轨传递至所述第一构 件的力。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述气隙控制系统包括空气支承，所述空气支承被配置成:在所述第一构件上施加力，所述施加力是响应于所述第二构件沿使所述第一构件和所述第二构件之间的距离减小的方向的运动进行的。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述气隙控制系统包括电磁体和近程式传感器，所述电磁体被配置成当所述近程式传感器检测到所述第一构件和所述第二构件之间的距离小于阈值距离时，就在所述第一构件和所述第二构件中的所述一个构件上施加力。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述气隙控制系统包括邻近所述第二构件设置的轮构件，所述轮构件被配置成在所述第一构件上施加力，所述施加力是响应于所述第二构件沿使所述第一构件和所述第二构件之间的距离减小的方向的运动进行的。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述气隙控制系统包括系统控制器以及与所述第一构件联接的辅助绕组，所述系统控制器配置成为所述辅助绕组供能，从而在所述第一构件上施加引力，所述施加引力是响应于所述第二构件沿使所述第一构件和所述第二构件之间的距离减小的方向的运动进行的。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二构件设置成用于相对于所述第一构件旋转运动。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二构件设置成相对于所述第一构件直线运动。
11.一种设备，其包括: 定子，所述定子与定子支撑结构联接，所述定子支撑磁通量携载构件； 转子，所述转子设置成用于相对于所述定子运动，所述转子具有第一转子部分和第二转子部分，并且所述转子支撑磁通量生成构件，所述定子设置在所述第一转子部分和所述第二转子部分之间；以及 气隙控制系统，所述气隙控制系统与所述转子和所述定子中的至少一个联接，所述气隙控制系统配置成在所述定子上施加力，所述施加力是响应于所述转子沿使所述转子和所述定子之间的距离减小的方向的运动进行的，以使所述定子保持在所述第一转子部分和所述第二转子部分之间的大体上中央。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述气隙控制系统包括与所述定子联接的第一磁体和与所述转子联接的第二磁体，其位于所述定子和所述第一磁体之间，所述第一磁体具有在第一方向上的极性，所述第二磁体具有在相反的第二方向上的极性，施加在所述定子上的力是由所述第一磁体和所述第二磁体之间的排斥力引起的，当所述定子和所述转子之间的距离减小时所述排斥力增加。
13.根据权利要求11所述的设备，其中所述气隙控制系统包括与所述定子联接的导轨，施加在所述定子上的力是响应于所述转子沿使所述转子和所述定子之间的距离减小的方向的运动从所述转子经由所述导轨传递至所述定子的力。
14.根据权利要求11所述的设备，其中，所述气隙控制系统包括空气支承，所述空气支承配置成在所述定子上施加力，所述施加力是响应于所述转子沿使所述转子和所述定子之间的距离减小的方向的运动进行的。
15.根据权利要求11所述的设备，其中，所述气隙控制系统包括电磁体和近程式传感器，所述电磁体配置成当所述近程式传感器检测到所述转子和所述定子之间的距离小于阈值距离时在所述定子上施加力。
16.根据权利要求11所述的设备，其中，所述气隙控制系统包括邻近所述转子设置的轮构件，所述轮构件配置成在所述定子上施加力，所述施加力是响应于所述转子沿使所述转子和所述定子之间的距离减小的方向的运动进行的。
17.根据权利要求11所述的设备，其中，所述气隙控制系统包括系统控制器以及与所述定子联接的辅助绕组，所述系统控制器配置成使为所述辅助绕组供能，从而在所述定子上施加引力，所述施加引力是响应于所述转子沿使所述转子和所述定子之间的距离减小的方向的运动进行的。
18.—种设备,包括: 定子，所述定子与定子支撑构件联接并支撑绕组； 转子，所 述转子设置成用于相对于所述定子运动，所述转子支撑磁体并相对于所述定子设置成使得所述磁体与所述绕组隔开预定距离；以及 气隙控制系统，所述气隙控制系统与所述定子和所述转子中的至少一个联接，所述气隙控制系统包括与所述转子联接的第一磁体以及与所述定子联接的第二磁体，所述第二磁体位于所述定子和所述第一磁体之间，所述第一磁体具有在第一方向上的极性，所述第二磁体具有在相反的第二方向上的极性，所述第一磁体和所述第二磁体被设置为使得，当由于所述定子和所述转子之间相对运动使得所述磁体和所述绕组之间的距离减小时，所述第一磁体和所述第二磁体之间的排斥力增加，从而迫使所述定子和所述转子间隔开。
19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述气隙控制系统包括与所述转子联接的第三磁体和与所述定子联接的第四磁体，所述第四磁体位于所述定子与所述第三磁体之间，所述第三磁体具有在第一方向上的极性，所述第四磁体具有在相反的第二方向上的极性，所述第三磁体和所述第四磁体被设置成使得，当由于所述定子和所述转子之间相对运动使得所述磁体与所述绕组之间的距离减小时，所述第三磁体与所述第四磁体之间的排斥力增加，从而迫使所述定子和所述转子间隔开。
20.根据权利要求18所述的设备，其中，所述气隙控制系统为第一气隙控制系统，所述设备还包括: 第二气隙控制系统，所述第二气隙控制系统与所述定子和所述转子中的至少一个联接，所述第二气隙控制系统被配置成在所述定子上施加力，所述施加力是响应于所述转子沿使所述转子和所述定子之间的距离减小的方向的运动进行的，以使所述定子保持在所述第一转子部分和所述第二转子部分之间的大体上中央。
21.根据权利要求18所述的设备，其中，所述气隙控制系统为第一气隙控制系统，所述设备还包括: 第二气隙控制系统，所述第二气隙控制系统与所述定子和所述转子中的至少一个联接，所述第二气隙控制系统包括与所述转子联接的第三磁体以及与所述定子联接的第四磁体，所述第四磁体位于所述定子和所述第三磁体之间，所述第三磁体具有在第一方向上的极性，所述第四磁体具有在相反的第二方向上的极性，所述第三磁体和所述第四磁体被设置成使得，当由于所述定子和所述转子之间相对运动使得所述磁体与所述绕组之间的距离减小时，所述第三磁体和所述第四磁体之间的排斥力增加，从而迫使所述定子和所述转子间隔开。
22.根据权利要求18所述的设备，其中，所述转子设置成用于相对于所述定子旋转运动。
23.根据权利要求18所述的设备，其中，所述转子设置成用于相对于所述定子直线运动。
24.根据权利要求18所述的设备，其中，所述第一磁体包括第一永磁体阵列，所述第二磁体包括第二永磁体阵列。
25.—种方法,包括: 检测支撑磁通量携载构件的第一构件与支撑磁通量生成构件的第二构件之间的距离，所述第二构件设置为与所述第一构件的距离不为零并配置成相对于所述第一构件运动； 将检测出的距离与阈值距离进行比较； 如果检测出的距离小于所述阈值距离，就致动与所述第一构件和所述第二构件中的至少一个构件联接的气隙控制装置，使得在所述第一构件和所述第二构件中的一个构件上施加力并使得所述第一构件和所述第二构件之间的距离增加，所述气隙控制装置与所述磁通量生成构件以及所述磁通量携载构件分开。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，致动气隙控制装置包括:增加至少部分地设置在所述第一构件的一部分和所述第二构件的一部分之间的电磁体的磁性强度，使得所述电磁体将磁力施加到所述第一构件和所述第二构件中的一个上并且使得所述第一构件和所述第二构件之间的距离增加。
27.根据权利要求25所述的方法，其中，致动气隙控制装置包括:向与所述第一构件联接的辅助绕组发送交流电，使得产生使所述第一构件朝向所述第二构件运动的引力，并且使得所述第一构件和所述第二构件之间的距离增加。
28.根据权利要求25所述的方法，其中，致动气隙控制装置包括:将较高流量的压缩空气释放至与所述第一构件和所述第二构件中的至少一个构件联接的空气支承，使得施加到所述第二构件上的力增加并且所述第一构件和所述第二构件之间的距离增加。
29.根据权利要求25所述的方法，其中，将检测出的距离与阈值距离进行比较包括:将检测出的距离与所述第一构件和所述第二构件之间的最小距离进行比较。
30.根据权利要求25所述的方法，其中，在所述第一构件上施加力，使得所述第一构件位于所述第二构件的第一部分和第二部分之间的中央。
【文档编号】H02K7/09GK103703658SQ201280026020
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年4月12日 优先权日:2011年4月12日
【发明者】J·S·史密斯, M·B·乔尔, M·A·克瓦姆, D·萨姆塞尔, 小查尔斯·佩里·巴特菲尔德, B·J·沙利文, J·D·杜佛德 申请人:巨石风力股份有限公司