039]磁回路包括诸如在大多数情况下在三侧(或者在绕着绕组完成大部分旋转的圆形或其它形状的芯的情况下)围绕一个或多个定子绕组的C形芯等的成组的芯。完成磁回路所需的其余部分由铁磁元件(用于马达或发电机的铁磁材料或永磁体材料)形成。
[0040]芯可以为C形芯(具有大致“C字”形的截面，或者为环的一部分，或者其它类似形状。优选地，芯具有近乎正圆形。
[0041]本发明的芯可以全部使用用于防止涡流的变压器钢形成。
[0042]定子包括与常规构造不同的具有交替磁极的磁有源元件的组。
[0043]装置可以在许多应用中使用，诸如用于汽车的作为主动力或轮毂马达(hubmotor)的电动马达，无需变速器；用于火车的电动马达;压缩机马达;发电机-风力涡轮发电机、轴带发电机(shaft generator)等。
[0044]在本发明的许多实施方式中，磁体配置于定子、而不是配置于转子(由于除了不可避免的磁力以外，磁体上不存在离心力，所以较容易地实现了可靠地设计)。
[0045]另外，具有相反极性的磁体彼此相对远地配置，使得磁通的显著泄漏程度比基于转子的磁体的情况低，其中，通常靠得越近磁通就越大。这将趋向于减少电抗和提高功率因数。
[0046]永磁体的使用
[0047]在使用永磁体的ITFM的单相实施方式中，仅能够实现发电机(并非马达)。可选地，使用被定位成产生适当的相位偏移的磁体、绕组和芯的另外的组，可以将ITFM实现为多相发电机或马达。该配置允许实现具有诸如图2-图4所示的内转子或具有外转子的装置。
[0048]在感生型机器的情况下，除了相绕组以外，还必须采用励磁绕组。在该情况下，所有励磁绕组均可以串联地缠绕，以消除其中的感生EMF。
[0049]该设计允许使用如图4所示的内转子或使用外转子。为了方便说明，我们能够以使图4的装置具有外转子的方式对该装置作出如下变型:支脚(footing)5安装于固定的轴8，而盘9与转筒2连接。
[0050]在一些实施方式中，转子位于定子内，C形芯元件位于转子，而励磁元件位于外定子。
[0051]铁磁元件能够为永磁体或用于使涡流最小化的层叠的钢层叠体。芯能够为C形芯或环形的一部分。
[0052]一般而言，磁通回路被设计成使得所有磁通均沿挤出方向穿过C形芯，以便使铁损最小化。
[0053]在所有情况下，定子相绕组可以卷绕在单个绕组上，或者借助于分开的绕组卷绕。
[0054]在所有情况下，转子可以为承载铁磁元件的单个盘，或者可以分成两个盘。
[0055]卷绕筒
[0056]在本发明的许多实施方式中，卷绕筒同时用于三个独立的目的:用于保持绕组、用于分布(C形芯)励磁元件和用于从定子芯向壳筒(housing drum)传递转矩。
[0057]另外的实施方式
[0058]本发明能够实现各种构造，包括:具有层叠的钢层叠体的形式的磁通切换器，C形、T形、H形、梳形(comb)等；
[0059]磁回路的定子部件具有层叠的钢层叠体的形式，C形、T形、E形、H形等；
[0060]每个相位使用一个相绕组或两个相绕组；
[0061 ]基于支承铁磁元件的单个盘或采用多个盘的转子结构。
[0062]以下列出了可能的变型:
[0063]1.面对轴向的C形芯的实施方式
[0064]图3示出了装置的又一实施方式，其使用面对侧向的芯。在本实施方式的示例中，定子I包括筒2。支脚3安装于筒2，采用方形环4的形式的绕组用于使C形芯5(在该情况下为铁磁无源切换器)中生成的改变的磁通封闭，该磁通交替地面对左方或右方，使得一个芯(诸如图示的腿面向图中的右方的C形芯)从一个方向包围绕组，另一半(诸如腿朝向左方地布置、位于第一 C形芯后方的另一 C形芯)布置在另一方向上。C形芯5借助于支脚3固定就位。由于该支脚可以包括卷绕筒，因而卷绕筒用于保持绕组、用于分布C形芯和用于将转矩从定子芯传送至壳筒。筒2安装在支撑轴承7的盘6的两侧，轴承7保持转子轴8。
[0065]转子8安装于盘9，盘9保持励磁元件10并且沿径向布置。这些元件能够为由具有如图所示的极性的硬铁磁材料构成的永磁体，该情况中，形成同步永磁体机器。可选地，元件可以包括成组的具有高导磁性的变压器钢板，如在现有技术中公知的，以这样的方式减少涡流。在该情况下，需要向AC绕组增加DC励磁绕组，从而实现同步感生型机器。
[0066]在本实施方式中，各芯5均在三侧围绕绕组4。当转子上的磁性元件10转至与芯5相对的位置时，完成磁回路。
[0067]2.双绕组的实施方式
[0068]图4、图5描绘了本发明的具有通过永磁体励磁的外定子的又一实施方式。如图所示，定子I包括筒2。定子保持导磁材料制成的彼此面对地布置的两组C形芯3。在每组芯内，采用环的形式的绕组4均穿过承载机器绕组，该绕组在三侧被芯围绕。C形芯3借助于支脚5固定就位，支脚5附接于筒2，筒2的两端与盘6联接，盘6进而支撑允许转子轴8自由转动的轴承7。
[0069]转子轴8保持支承铁磁励磁元件(ferromagnetic excitat1n element) 10的盘9。这些铁磁励磁元件位于具有轴向磁定向(与转动轴线平行)的转子，并且当穿过C形芯时周期性地激发磁回路。
[0070]当励磁元件穿过C形芯时，由C形芯形成的磁回路通过励磁元件以周期性的方式闭合，从而由于封闭磁通的改变而会根据感应定律在绕组中产生EMF。
[0071]在类似于图3的永磁体机器的情况下，装置仅需要用作相绕组的单个绕组。这两个实施方式可以用于实现单相装置，该单相装置用于仅具有单组绕组和C形芯的发电机构造，或者可以通过以适当的角度间隔增加另外的组的绕组和C形芯而具有多相位。在转子转动期间，装置的相绕组4中会感生出EMF，以允许将装置用作发电机。类似地，在适当地控制绕组中的电流的情况下，可以将装置用作马达。与图2、图3所示的实施方式相反，在本实施方式中能够在同一相位中使用两个定子绕组。
[0072]图5示出了本实施方式的另一示例。图示的元件可以为来自多相机器中的一相，或者可以为单相发电机(single 口1^8686116作1:01')的唯一相。这里，层叠体13、14为绕着绕组的磁通方向的无源改变器(passive changer)。
[0073]卷绕筒1、2用于保持绕组、用于分布C形芯和用于将转矩从定子芯传送至壳筒。
[0074]定子包括与定子架3刚性连接的保持C形芯4、5的两个卷绕筒1、2。如图所示，芯的腿沿轴向定向并彼此面对。
[0075]C形芯4和5偏移一个角度极距(angular pole pitch)。如果使用多个相位，贝Ij不同的相位模块会以相应的角度相对于彼此偏移，例如在三相电机的情况下偏移120电角度。
[0076]转子轴9保持两个平行的盘1、11，盘1、11保持励磁元件(例如，永磁体12)。这些励磁元件将交替极性，并且设置有用作“切换器”(在这个范围内，穿过这些元件的磁通将根据最接近的C形芯所在侧而有时指向左、有时指向右)的诸如层叠的钢层叠体13和14的导磁材料。随着转子每次转动一个角度极距，切换元件13、14两者中的磁通方向均反转。
[0077]磁体12的数量可以为一个卷绕筒的C形芯的数量的两倍。例如借助于由诸如凯芙拉(Kevlar)等的适当的高模量材料制成的带(band) 15，可以应对作用于盘壳的离心力。
[0078]3.具有“三组C形芯”的三相装置的实施方式
[0079]图6、图7、图8示出了实现具有保持在卷绕筒5、6、7中的三个相绕组2、3、4的三相机器的实施方式。如在标准TFM和所有公开的实施方式中，绕组围绕转动轴线方形地(azimuthal Iy)布置。
[0080]采用定子磁通传导元件，例如定子磁通传导元件包括采用与转动轴线平行平行六面体或T形的形式的层叠的钢层叠体9。
[0081 ]在本实施方式中，所采用的用作无源切换器的三组芯22、23、24位于转子15，转子15具有轴16，保持芯的盘18、19、20附接于轴16。这些形成了使磁回路周期性闭合的切换器，磁回路包括芯和径向上成组的磁体11、12、13、14Χ形芯的开口端径向向外地面对径向上成组的磁体11、12、13、14。
[0082]可以采用例如碳纤维或凯芙拉制成的支撑带25、26、27，以缠绕芯并使得芯抵抗离心力。卷绕筒扮演三个角色，即保持绕组、分布芯和传递转矩。
[0083]本实施方式的优点在于，代替这种类型的标准机器中所要求的六组磁体，使用四组磁体11、12、13、14(例如，参见图8)，在本实施方式中，这四组磁体11、12、13、14借助于支脚9与定子筒8联接。
[0084]如图7所示，重叠的C形芯形成“四叉形(four-pronged)”芯的效果，三个重叠的C形芯具有四个径向向外突出的腿。这形成了类似E形芯的样子，只是具有四条腿，而不是三条。
[0085]机敏的读者将注意到，与使用四组磁体一致，机器的尺寸、质量以及所要求的对昂贵的永磁体材料的使用均相应地