专利名称：：多极直流设备的制作方法多极直流设备相关申请的交叉引用本发明要求标题为"MP-D设备(多极直流设备；MP-Dmachines)"、2006年7月7日提交的序列号为No.60/819,499的美国临时专利申请的优先权，该申请的全部公开内容通过引用在此并入。进一步可参考标题为"多极扁平/t体(MultipolarFlatMagnets)"、2006年6月8日提交的序列号为No.60/811,946的美国临时专利申请以及标题为"MP-T冷却和润滑(MP-TCoolingandLubrication)，，、2006年6月8日提交的序列号为No.60/811，944的美国临时专利申请，由此这两个申请的全部公开内^it过引用在此并入。
背景技术：
："多极直流设备(MP-D设备)"是MP("多极")型的直流设备，即，通过在附连到圆筒形同心磁体管的平行永久磁极对之间的多"绕，，中轴向取向的电流在圆筒形"电流管"中产生扭矩的设备。在所有的现有MP设备中，磁体在内磁体管和外磁体管上设置为交替径向极性的连续的轴向延伸的行，并且电流管在内磁体管和外磁体管之间的圆筒形间隙中相对旋转。产生径向磁通密度B的轴向延伸的"区域"的磁体对总是平行于旋转轴线，以便产生相同方向的扭矩，其中电流被引导来回地穿过所述径向磁通密度B。在带有静止的磁体管的MP设备中，电流管旋转并由此需要电刷。无刷MP设备可带有静止的电流管并相应地使一个或者多个磁体管旋转。但是，对于现有MP设备中的所述轴向延伸的区域，尽管具有任意的相数，但是在电机模式中仅可使用交流电或者在发电机模式中仅可产生交流电。
发明内容本发明的直流MP-D设备利用相同的基本原理，但是7JC^体附连到连续的周向"套筒"形式的磁体管。阐述了两种基本类型，称之为MP-DI设备和MP-DII设备，取决于它们是仅包括一个磁体管(在电流管的内侧或外侧)还是包括两个磁体管(电流管置于这两个磁体管之间的间隙中)。对此有两种选择，即，电流管中的邻近的套筒和磁体管上的相关的邻近的磁体套筒具有相同的极性或者交替的极性。在相同极性的情况中，所需的磁通量回路材料的厚度随轴向套筒长度大体线性地增长。因此，对于可接受的大功率密度的MP-D设备，套筒的轴向长度受到限制。因此，在相同极性的邻近的套筒对之间需要容纳通量回路的间隙。但是，在穿越通量回路间隙时，沿相同极性的多个套筒对流动的电流将遇到相反方向的通量线并由此产生相反的扭矩，在设备中扭矩总计为零。对于交替极性的套筒对来说，不存在对通量回路间隙的同样需求，因为每对套筒为其邻近的套筒提供了通量回路。但是，沿交替极性的多个套筒对流动的轴向电流将产生交替方向的扭矩，即，分别对于电机和发电机，偶数套筒对的扭矩或电压为零，并且奇数套筒对的扭矩或电压与单个套筒对时相同。因此，对于具有交替极性的套筒的有效MP设备来说，必须在套筒之间留出间隙以在套筒对之间沿避免相反扭矩的5M圣引导电流。因此，具有单向套筒对的MP设备和具有交替极性套筒对的MP设备均在邻近的套筒对之间需要间隙，一方面提供通量回路，另一方面提供适合的电流路径。而且，在这两种类型中，电流路径和通量回路路径之间的交叉是不可避免的，其引入了额外的设备电阻和/或相反的扭矩。有两种方法可以最小化电流通路穿越通量回路路径的这种非期望的影响。第一种是直接穿行。使用这种方法的设备标有用于"穿行"的标记t;例如，MP-DIIt表示带两个磁体管的电流穿越通量回路路径的设备。这种选择显著增加了设备电阻，主要因为与导体材料的P2xl(T8Qm的电阻率相比，磁通量回路材料(典型地，硅钢)具有PF"10々Om的电阻率。典型地，导体材料是包括绝缘粘性边界的铜，其广泛地用于设备构造、用于限定电流路径和/或用于抑制涡电流(不期望涡电流的情况)所需的紧密缠绕的Litz线(绞合线)。可选择地，通量回路可以构建为使高阻抗的通量回路材料旁通电流路径。可以通过将通量回路材料的平行层与电流路径交错来实现这一目的。这种方法产生了额外的欧4ti殳备阻抗，因为它需要加长和/或变窄的电流路径。具有这种特征的设备标有用于"旁通，，的标记&;例如，MP-DIb表示具有一个磁体管的通量回路旁通电流路径而不^与电流路径相交的设备。可以在此补充在下文中并贯穿全文，假定永磁体和背衬永磁体的通量回路材料具有均匀的厚度，即，Hm为磁体厚度，U为背衬永磁体的通量回路材料的厚度。实际上，就磁通量而言，背衬永磁体的通量回路材料可以具有递变的厚度，理论上，从中部趋于零的薄到磁体末端处，即邻近的磁体之间的间隙的边缘处，的厚度U。虽然这种递变可以减轻重量，但是其不可靠或者没有意义，因为通量回路材料还通过提供机械强JL^双重作用。此外，递变可能致使产品成本增加。在此并不致力于厚度递变的问题。虽然如此，特别是在大型设备中，磁体厚度和通量回路材料厚度的递变可能是有用的，并且可能在未来技术的MP-D设备，特别是大尺寸的MP-D设备中可能很重要。除了上述特征，MP-D设备的重要特征包括径向延伸的相互电绝缘的"片"，每个片包括至少一个电流"绕"。典型地，片串联连接。在电M式和发电机模式中，"串连的"片的感应电压是叠加的。通过将端子对设置在不同数目的片之间的外侧，以与以前描述的用于其它MP设备类型(参考2003年7月8日提交的、申请人为DorisKuhlmann-Wilsdorf、题目为"多极设备(MultipolarMachines)"的专利申请PCT/US03/21298;2005年6月29日提交的、申请人为DorisKuhlmann-Wilsdorf、题目为"多极正设备--电刷数目减少的多极设备(Multipolar-PlusMachine画-國MultipolarMachineswithReducedNumbersofBrushes)，，的专利申请PCT/US05/23245;2005年8月24日提交的、申请人为DorisKuhlmann-Wilsdorf、题目为"MP-A设备和MP-Ti史备以及用于交:危三相电的多^Li殳备(MP國AandMP-TMachines,MultiploarMachinesforAlternatingandThree-PhaseCurrents)"的专利申请PCT/US05/30186;2005年9月23日提交的、申请人为DorisKuhlmann-Wilsdorf、题目为"多极i殳备--改进(MultipolarMachines—Improvements)，，的专利申请)相同的方式，MP-D设备可以划分为用作电机、发电机和/或变压器的独立设备。通过"电流回路端环"为接连的绕之间提供了连续的电流路径。MP-D设备的性能和功率密度非常敏感地取决于所选择的具体的磁体尺寸。这些方面还未被最优化。在这一点上，发现在之前通过有限元分析研究过的许多不同磁体对布置之中的"工况3A，，(见下文)对于MP-D设备是最优的，并始终如此假定。提供的表格归纳了MP-DI和MP-DII设备的预测性能。现在，MP-DIIb设备可能是最有效的。建i財最优化进行仔细的有限元分析。MP-D设备的优点包括下列内容它们是同极的，磁体和电流几何在设备操作过程中均不改变，并由此期望在电子和声音方面非常安静。其次，它们应该非常容易控制，因为它们将根据情况产生与阻碍它们运动的扭矩或使用者接受的功率相称的电流，并且因为它们将以正比于提供给电机的电流电压的速度旋转，或者相反将提供正比于施加到MP-D发电机的旋转速度的电压。进一步地，像所有的MP设备一样，MP-D设备也可以按比例扩大至无限大的尺寸。具有这种特征是因为它们很容易冷却并且它们中的磁体即使在大功率设备中也不会很大。其它的MP设备不具备的附加优点是它们可以按比例缩减到'fHH氐于约10hp(马力)，过去，约10hp是MP设备的估计的实际的下限尺寸。在这一点上，',低于100瓦的MP-D电机和发电积4^认为是可行的和具有商业价值的。作为重要的进一步的特征，可以在比以前的MP设备类型中可能使用的更广的范围内选择MP-D设备中的电流"绕"的数目。因此，即使在低的转速下，也可以比其它的MP设备更自由地选择MP-D设备的电压，并且它们可以制造得非常短，即，它们适用于轮内电机或者毂内电机。图1:MP-DIt设备的壁在纵向横截面中的一个"段"的细节示意图。图2:穿过包括如图1的单元的MP-DIH殳备的纵向横截面的示意图。图3:在图2的位置A-A处穿过MP-D11设备的局部横截面的示意图。图4:如图1到图3所示的MP-DI设备的端部图(图4A)和俯视图(图4B)的示意图。图5:穿过包括冷却通道的MP-D11设备的一部分的横截面图。图6:MP-DII设备的壁在纵向横截面中的一个"段"的细节示意图。图7:在邻近的内区和外区之间往返交迭的电流5M圣的示意图。图8:穿过MP-DII设备的纵向横截面的示意图。图9:在图8的位置AA处穿过MP-DII设备的局部横截面的示意图。图10:用于估算通量密度的基本构造的示意图。图11:用于工况1A的磁体形态和场线的图形。图12:用于工况3A的磁体形态和场线的图形。图13:在MP-DIt设备中期望的通量密度分布B的示意图。图14:在MP-DIIt设备中期望的通量密度分布B的示意图。图15:图l形式的MP-DIbi殳备的壁细节和局部横截面的示意图。图16:电流管206T(展平的)的扭矩产生内区2上的俯视示意图。图17:MP-DIIb设备的一个段的一部分中的通量分布和电流路径的示意图。具体实施例方式下面的阐述将结合附图和表格说明MP-D设备的构造。MP画DI设备的基本构造如已在上面阐述的，MP-D设备可最佳理解为细分为径向"片"的磁体的连续"套筒"。对于MP-DIi殳备的情况，其包括静止的电流管(定子)206t和内磁体管5t,在图1中示出了两个套筒的纵向横截面，它们组装成图2中的设备。在此，通it^目对的永磁体对，例如，5(1)和6(1)以及5(2)和6(2)之间的若干到许多"绕，，的电流L提供扭矩，每一绕穿过周向宽度w的任一个片内。如图2和图3所示，磁体5(n)和6(n)布置在整个360。围绕内磁体管5T的连续的同心套筒对中，并且类似地对齐电流管206t的内侧。磁体在两侧嵌入通量回路材料175和176(假定为硅钢)中。在引导电流越过邻接的电流运载扭矩产生区2(n)和2(n+l)之间的距离时，即，在图1中，>^体5(1)和磁体6(1)之间的区2(1)到磁体5(2)和磁体6(2)之间的区2(2)，必须尽可能地避免反向的通量密度面积，即，國B，因为它们将生成与预期的设备扭矩相反的扭矩。为此，在图1到图3中，如标以"i，，箭头所示，电流绕行远离转子5t和定子206i之间的界面37并返回，即经由电流屏障190返回。在电流跨越电流管206T的长度L之后，电流经由电流回路171引到下一个片。在需要抑制涡电流的地方，定子206T可由紧密的相互绝缘的并适当绞合的Litz缆线制成。但是，由于MP-D设备是直流同极的，所以在其中使用Litz缆线几乎必定没有必要，而所有的现有MP设备都需要抵制涡电流的措施。与其它的MP设备相比，MP-DI的另一个重要的优点是在电流管206T和通常情况下为内磁体管5t之同包括单个移动界面37。可选地，取而代之可使用旋转的外磁体管。实际上，在此提出的构造细节在很大程度上是可择的并且仅以示例的方式给出。除了用于避免相反的扭矩，还要最小化电流路径上的欧姆阻抗。在图1和图2中，通量回路175和176以及紧邻磁体5(n)的非磁性绝缘插入物130的外形设计成用于实现这种双重目的。但是，推荐用有P艮元分析找出最佳的可能形态。具体地，轴向加长的套筒，即增加的Lm,需要更宽的通量回路层，即增加的U，相应地增加了设备重量和每次穿行的电流路径阻抗，但是其减少了穿行数。图1、图2和图5中的^t体形态基于"工况1A，，(见图11)，其具有相对短的轴向套筒长度L^和使i殳备欧姆阻抗相应增大的穿越通量回路材料176的很多穿行。数值分析显示工况3A(见图12)对MP-D设备有利，而工况1A对MP-T设备(多极三相设备)极佳。因此，工况3A或者有待确定的形态将有可能用于未来的MP-D设备。如已经提到和在图3中示出的，定子，即电流管206T，被分割成在电流路径中线4处具有宽度w或wA的相互电绝缘的径向"片"。在MP-DI设备中，每个片如下所述地容纳电流"绕"使电流经由图2左侧的电流回路端环172(1)iiA设备的片1。在电流连续地通过片1的所有的电流运载区2(n)之后，电流将到达电流管206T的末端，在此处，电流将通过电流回路端环172(2)i^到电流回路171的片1并回到电流回路环172(1)。在电流到达172(1)或者在172(1)中之前，电流被引导到片2从而开始另一"绕"，并从此通过片3直至电流最终出现在最后的片N上。图4说明了两种不同的构造，可以通过该构造实现从一个片到下一个片的转移。在图4A中图示了第一种构造。图4A是设备的端视图，并且示出了电流回路端环172(1)，其被分成了两个相互绝缘的环，即如在图1和图2中示出的外环和内环，此外当然与电流管206i的其余部分一样被分成相互绝缘的"片"。在此，外环的片以相互绝缘的方式与电流回路171中的相关的片电接触，而内环中的片以类似的方式与电流5M圣2(n)的邻近的片接触。但是，在环172(1)内，在外部和内部之间，在邻近的片之间进行连接。因此，如图4A所示，电流接连地从弁1到N经过N"绕"通过所有的片。可选择地，如图4B所示，电流回路171的片可以稍微地成螺旋形，4吏片的左端和右端沿切线偏移宽度w。如图3中所示，由于电流路径的中线(标以4)的直径为D并且在该线上的片宽度为w,所以完整电路中的绕数为N=ttD/w。明显地，N可以是相当大的数，这取决于D和w的值。具体地，w-lmm可能是适当的下限。因此，即使D40cm的小型设备也可以具有上百绕。更普遍地，技术人员将想到当片的厚度为w=lcm时，绕数N为几十绕。在此，重要的考虑因素是产生相当大电压的可能性，因为所有的"绕"是串联的，设备电压将是vm:NVn其中W是每绕的电压。在除了端子处的任何位置，邻近的片之间的电压仅是vm除以"串联"片的数目，但是，连接在"入，，端子和"出，，端子之间的片处于电压差降VM。为了安全地防止瞬态放电的漏电流，这些片优选由一个或者两个"空的"或"闲置的"片分开。如已经讨论的，图4B图示了使电流逐绕转移的更简单的方法，即，通过使电流回路171中的电流路径相对于设备轴线倾斜。在这种情况中，电流回路端环172(1)不需要细分成内环和外环(虽然仍然需要分成用于N绕的N片)。取而代之，端环172(1)仅需将电流回路片连接到下面的"绕"片，期望电流回路端环172(2)以相同的方式进行。冷却构想了两种冷却方案。在前面的图中图示了第一种方案，即，通过冷却"套"。这种方案可能非常有效，但是仅可应用于MP-DI设备。可选择地，可以釆用位于电流路径2(n)内的冷却通道40，在尺寸、形状以及布置方面几乎无限制的各种变化中的各种选择中，图5图示了用于MP-DI"i殳备的冷却通道40，图9图示了用于MP-D1Ii殳备的冷却通道40。在最近的临时专利申请"MP-T的冷却和润滑(MP-TCoolingandLubrication)"(2006年6月8日提交)中分析了这种方法。当使用四分之一的电流絲横截面作为冷却通道时，发现用水或者其它的适合流体冷却介质以这种方法对MP-T设备进行冷却足以用于各种可以想到的情况。MP-D设备的增加的内部电阻和随之增加的焦耳热将使这些冷却更加迫切。虽然如此，MP-T设备的安全余量如此大以至可以假设任何的和所有的MP-D设备可以通过这种方法容易地冷却；并且通过稍^L再增加冷却通道面积，将必定T以4吏用这种方法冷却。润滑图3和图15假定经由扁平磁体5(n)在滑动界面37处在转子5t和屯流管206i之间具有空隙，并且图9构想了分别用于电流管206和/t体管5T之间的界面37以及电流管206和磁体管6i之间的界面38的相同构造。在已述的2006年6月8日公开的"MP-T的冷却和润滑"中已经阐述了这种构造。可以相信，通过将润滑剂置于磁体和光滑的环状圆筒形电流管206T之间的多个浅的楔形空间中同时不断地将润滑剂分布于界面并抑制"嘎嘎作响"是有效的。优选地，注入润滑剂的选择和模式应该按照可接受的用于润滑的工业习惯，才艮据不同的情况，取决于尺寸、速度、材料以及周围的温度。为了减小由不同的热膨胀引起的过度的界面应力，这种构造被认为在邻近的磁体之间需要约0.5mm的间隙，并且在电流管206t和磁体管5i之间以及电流管206t和磁体管6T之间需要大约D的0.06%的径向膨胀空间。MP-DIIt设备的基^造MP-DII设备设计用于消除电流回路171,因为电流回路171在不增加i殳备扭矩的情况下4吏i殳备重量和电阻增加。因此，在图6到图8中所示构造的MP-DIIt设备中，(i)套筒的极性交替，(ii)通过将关于中线表面4成镜像的磁体7(n)和磁体8(n)添加到电流管206T中并使磁体之间的通量回路材料17的宽度增大一倍，可以代替电流回路171,(iii)添加作为磁体管5i的关于中线表面4成镜像的磁体管6T，(iv)使电流在内侧电流运载扭矩产生区2i(n)和外侧电流运载扭矩产生区2。(n)之间蜿蜓从而在各处产生相同方向的扭矩。忽略由于内侧和外侧的不同圆柱半径导致的两侧之间的速度和力矩的不同，MP-DII设备的这种构造使设备电压增大一倍。这一优点是以如图8所示的更复杂的设备构造为代价获得的。实质上，MP-DII设备的形态表示了由磁体管5t和磁体管6t形成的双壁杯的内壁和外壁，电流管206T像倒置的杯一样插入到内壁和外壁之间。因此，同心的磁体管5t和6t从内侧到外侧包围电流管206T,并且电流管206T的壁宽度增加以容纳额外的磁体套筒对和额外的通量回路材料的厚度，同时去除了电流回路171并实现两个电流运载/扭矩产生滑动界面，即37和38，而不是一个电流运载产生滑动界面。因此，单个片将容纳两个电流绕，一个从左到右，另一个从右到左。基本上，上述形态与现有的MP设备的形态相同，只是稍复杂一些。即，在现有的MP设备中，由于内磁体管5t和外磁体管6t的提供了周期性深能量阱的交替磁极，内磁体管5t和外磁体管6i的相对的角度排列得以自动保持，即，在磁体管5t和磁体管6T之间的对状态的磁体排列的任何配置中得以自动保持。因此，在包括MP-A和MP-T设备的其它MP设备中，没有必要^地固定磁体管6"目对于磁体管5t的角度位置，反之亦然。但其不适用于基于磁体套筒的MP-D设备的情况，因为对于这些MP-D设备来说，所有的径向排列是对等的。因此，MP-D设备可能在磁体管6t和磁体管5T之间需要牢固的;Wfe连接，例如，图8中的部件180。虽然这种连接防止了从该设备端非旋转地物理接近电流管206t并防止了电流管206t沿^^体管5t和磁体管6t的整个长度的任何位置机械地支撑在轴10上，但是它确实允许磁体管5t和磁体管6i以这种定心的方式支撑在轴10上。而且，认为这种构造使刚性连接的磁体管5t和磁体管6i能够绕定子206T平滑的低摩擦的旋转，即使对于相对较长的设备来说也是如此。如图8中所示，建议，通过在环形的圆筒形电流管206T两侧的磁体套筒中使用扁平磁体，促进这种平滑的旋转，类似地，其特征已经在上面的段落"润滑"中概述的单界面的MP-DI设备(见图3和图15)中也使用扁平磁体。MP-DIH殳备和图8所示类型的MP-DIIH殳备之间的另一个差别是电流必须从电流管的内侧到电流管的外侧，即在区域2i和2。之间，反复地穿行，并由此必须在电流越过邻接的套筒之间的间隙的同时反复地越过通量回路材料177。而且，如图6到图8所示，每个片包括从左到右和从右到左的电流，这两个方向的电流必须相互穿过同时保持电绝缘。无^存在实现这一目标的各种形态。图7图示了特定的方案。图9示出了穿过两对套筒的MP-DIIt设备的横截面，即，任何"交叉穿行"的外侧。在图6和图8中，通过垂直线表示这些穿行，并且标记l卯代表分隔两个旁通的电流路径的轴向取向的屏障。在首先论述通量回路形态之后，阐述进一步的MP-DIIi殳备类型。电流路径和通量回路的最优化形态，絲城荐至今，没有可用的有关在此构想的磁体布置的通量分布的详细模拟。取而代之，使用以引述的2006年6月8日的临时专利申请"多极扁平磁体(MultipolarFlatMagnets)"(即，由沙洛兹维市维吉尼亚大学的埃里克H玛森教授(Prof.EricH.MaslenoftheUnviersityofVirginia,Charlottesville)所申请的)为基础的紧密隔开的扁平磁体的有限元模拟。图10到图12展示了该工作的实质成果，其中图10展示了基;^I造，其包括主要参数的定义H^永磁体的厚度，21^=与极性方向无关的磁体之间的周期距离，Lf背衬永磁体的通量回路材料的厚度，L『相对的磁体对之间的间隙宽度。进一步地，图11和图12展示了用于工况1A和工况3A的磁通线形状和对于这些工况的磁体之间的中间平面上的磁通密度，即，在本文中，中间平面指电流运载扭矩产生区2(n)或2i(n)和2。(n)各自的中间平面。如图10中所示，对作为通量回路材料的珪钢和NdFeB35MGOe材料进行计算。但是，在优选的实施例中，NdFeB45MGOe材料将用于MP-D设备中。因此，在下表的数值计算中，下面的图ll和图12的图形中的磁通密度值B[特斯拉]乘以(45/35)1、1.13。进一步地，MP-D设备中的相对的磁极之间的空间填充有区2(n)，即普通的铜，来代替空气间隙。该差别几乎不影响数据。在该研究中计算出的各种工况标记为"A"以区别于随后研究的工况"B"。假设，如果尺寸成比例设置，即，Hm=KHm。，其中对于所有的工况K不变，Hm、Lm、Lb和Lg用于任何一种工况，则将获得相同值的通量密度B[特斯拉]。具体的数据如下工况1A:11咖=1.25cm,Lb0=1.25cm;2L咖=5.0cm，Lg0=2.5cm=T。工况3A:H咖=1.25cm,Lb0=1.25cm;2L咖=15.0cm,Lg0=2.5cm=T。虽然对于MP-T设备的工况，"工况1A"的设置被证明是最佳的，并且其在图1、图2和图5中以半定量的方式使用，但是，较近的研究显示工况3A非常适用于MP-D设备中。虽然如此，通it^目对如此少的可用数据，工况3A不太可能刚好是绝对最佳的。因此，附加的数值分析非常有可能发现比工况3A更佳的结果，并且强烈地推荐对未来的实际MP-D设备构造进行这种分析。MP-DI设备和MP-DII设备的近似通量线图形和所致的差别基于与交替极性的紧密隔开的扁平磁体的工况3A相关的图12，构建了具有工况3A的磁体^a^体之间包括间隙的MP-DI设备和MP-DII设备的通量线图形。在此，假设相同厚度的通量回路材料，即Lb=H^Kxl.25cm厚度，用作通量回路并桥接磁体之间的距离，并且这么做不会显著损失电流管206i的扭矩产生区2(n)中的磁通密度B。图13、14和17分别示出了穿过MP-D11、MP-DIIt以及MP-DIIb壁区的一部分的纵向切面的结果。从这些图形清楚地看出，可以4吏如图17中的MP-DIIb设备——即所有套筒的磁体极化沿相同的方向并且电流平行于界面37和38的各个位置一一的内阻抗具有所有MP-Di殳备的最小阻抗，即，通过如图16中所示使用插入平行的电流路径之间的磁体返回材料区。但在此考虑了两种不同的但密切相关的情况。首先(图16A)，通量回路材料177以其正常的轴向宽度2Lb穿入电流路径，位于具有局部减小的厚度宽度w但总体增大的片厚度\￥*的电流路径之间。虽然这是可行的选择，但是，发现更好的选择是，如图16B所示，通量回路材料区沿轴向延伸并且变窄而占据它们正常的横截面区域，并且通量回路材料区之间包括电流路径宽度为\￥*的变窄区域，该变窄区域连接正常厚度w的片。在第二种情况中，路径阻抗取决于wS即通量回路材料层之间的变窄的路径宽度，并且如下如果w央-xw，则每个片的通量回路材料的宽度余留为(l-x)w,并且如果每个片的通量回路面积不变，则AL=2Lb/(l-x)。电流路径的变窄路段的电阻为情况pAL/xTw=p2Lb/[x(l-x)Tw]。通过微分并设为零，即，在x-l/2时，得到电阻的最小值。因此，界*的最优值是w/2，长度Al^4Lb。利用这些值，单元2(n)的电阻由横截面wT的电流路径长Lm,加上横截面w*T=wT/2的长度Al^4Lb构成，与若未插入通量回路材料的正常电阻R2(n)Q=p[Lm,/wT+2Lb/wT相比，单元2(n)的电阻为R2(n)C=P[Lm/wT+8Lb/wT。因此，在数值上，对于工况3A,Lm尸12Hm-12Lb的情况，磁体加上磁体之间的间隔的单元长度，即Lm,+AL,从(12+2)Lb增加到(12+4)Lb，即，增加了系数16/14=1.14，并且5M圣阻抗从R2(n)。=P[(12+2)Hm/wT增加到R2(n)c=P[Lm,/wT+8Lb/wTI=p[(12+8)Hm/wT，即，增加了系数R2(n)c/R2(n)。=20/14=1.43。这是非常合理的很小的数值。通过比较，图中的穿行包括每个2(n)区单元的电阻至少增加2.3的系数。因此，得到结论在电压和电阻即欧姆损失Z方面，类型为MP-DIIb的设备是最成功的。MP-DII设备操作的近似M关系对于MP-D设备操作的近似数值分析，将使用下面的符号DAZ=wKT。=MP-D设备的单个绕中的电流流动的横截面，TAZ=K2Lm。T。/NT=MP-T设备的单个绕中的电流流动的横截面,8=垂直于电流的磁通，CM=设备的材料成本=$40xmm+$10x(mM-mm)，D-电流路径中线(4)处的直径，d8000kg/m^设备材料的机械密度，=磁体所占据的电流管长度的摩擦(对于MP-T设备，等于1)F^每个片的洛伦兹力，H^KHmf永磁体的厚度，i-经由单个绕的电流叫Az，iM—殳备电流，j-电流密度，1<:=磁体组件尺寸的比例系数，L-电流管的长度，L^KLb。-通量回路材料的径向厚度，Lm=KLm。=MP-T设备中的永磁体的宽度(即，"区段宽度")，L^KL咖^W体在轴向方向上的长度(即，"套筒"的宽度)，Ln^MP-D设备中的周期距离的半宽度，/^欧姆损失Vm/V"MM=WM/27Tv=设备扭矩，NDL=7TD/w=MP-D设备中的片的数目，Ns-L/(L加,+A"fL/KLm^每个片的套筒的数目，NT=MP-T设备的电流5§4圣材料中的层的数目，NTT=NTNZ=MP-T设备中的绕的数目，Nu-设备分成的平行的单元的数目，Nz-7TD/2Lm-nD/2KL咖-区段的数目，R产每"绕"的欧姆阻抗，1=10>电流路径材料的径向厚度，Vr=7TDV=(71/60)000^=电流和;^0^体之间的相对速度，Vj^设备电压，V产每绕的感应电压，Vru=每绕的电流路径中的欧姆电压，w-电流通路可用的段的宽度，界*=包括磁通旁通材料的段的几何宽度，AL>2Lb-通量回路材料所占据的MP-D设备的区的轴向长度，V=Wrpm/6(^单位为赫兹的旋转速率，p"2xl(rSQm-电流路径的起作用的部分的电阻率，wrpm=60v=单位为rpm(每分钟转数)的旋转速率。在下表I中列出了与MP-T设备相比较的MP-D11设备和MP-DIIt设备的期望性能特性。由于对于未来技术应用而言，MP-DIbi殳备和MP-DIIb设备可能比"t，，设备更成功，所以以下更明确地考虑MP-DIb设备和MP-DIIb设^(为了比较，分别以下标D和T区分MP-D设备和MP-T设备)。MP-DIIbi殳备的特性对于一绕，在MP-DIIb设备的2(n)区中电流密度为j时的洛伦兹力，F！=jDAZfLB=jwKT0fLDB(1)其中f-Lm,/(LmrHA)。因此，在每片两绕的情况下，每个片的g兹力将是FL,=2wKT0fLDBj《2)并且每个设备具有NDL=7TD/w片的情况下，作为结果的设备扭矩将是i线=(D/2》NW-PL=fftD2IU;LD!n(3)MP-T设备的相应的表达式是美i=(n/4》D2KT0LTBj(4)其中，由于与工况3A或者MP-D设备中的类似设置相比，使用了工况IA或者MP-T设备中的类似的磁体设置，所以TB可能比DB的约0.58特斯拉稍小(即，约0.56特斯拉)。无论何种情况，设备扭矩^li更备电流和电流管/磁体构造的直接函数，与旋转速率无关。在相同的电流密度下，则根据(3)和(4),dM嫁tMm=4fdB/tB,(5)由于期望f二Lm,/(Lm,+AL)在相同的电流密度下为f-75%(即，12Hm除以16Hm,见上段"近似的通量线图形...")，所以MP-DII设备产生三倍大的扭矩。但是，由于变窄的段的宽度为界*=/2(见图16)，所以MP-T设备中仅能实现50%的电流密度。虽然如此，也可能维持大于50%的收益。这是由于，第一，片占据了整个电流管的圆周，而区段仅占据电流管圆周的一半；第二，因为每个MP-D片容纳两绕而不是MP-T设备中的一绕，所以通过区段是连续的但套筒之间需要间隙的事实得以补偿。由公式4得到设备功率dWm=〖)MM(2加)—'说)(6)即，对于坤目同的i更备速度dWW=4fuB/.i'B(7〗dWm/tWm相同。依次地，电压通过每个片的套筒长度fL中的感生反电压所控制，即dV，二vJLB(8)其中，Vr是电流管壁的切向速率，即，在单位为赫兹的旋转速率V和单位为rpm的旋转速率corpm的情况下vfnDv=穴Do)rpjn/60(9>由此DV〗-(it/60)fDLBto，亂(10)因此，如果电流接连地流经全部Ndl=ttD/w片中的每个片中的两绕，则设备电压将是DVM=2V,NI)L=(7i2/30)fD2LBw,/w=0*246D2LB叫,/w.(11)MP-T设备的相应值是TVM=(兀2/固》華D^W(KL,》(12)则DVM/〗'Vm=4fKL瞧/NTw,再次地，MP-DIIb设备具有期望的电压收益，因为NT很少如果有的话也不会超过6,并且MP-T设备的区段宽度KLm。不能与w—样小，事实上，KL咖可能具有大约3mm的下限，而w可以小至lmm,这已经阐述过。另外，如果以所阐述的包括图16B的方式构建的话，期望MP-Dlib电流管的制造比MP-T设备中的电流管的制造更筒单，尤其当Nt大于一时。由每绕的欧姆电压损失uV产iuRw比根据公式8的每绕的感应电压的比率得到百分比欧姆热损失￡。如上面已经导出的，在AI^4U和w*=w/2的最优化的设计中，每绕的欧姆阻抗是其在沿电流管的长度经过横截面wT未受阻塞地传导时的欧姆阻抗的1.43倍大，即dR!"=!,43pL/wKT0.《14)因此，在j4/wKT。的情况下，并且对于工况3A，f-0.75的情况下，i)￡iDRifi/。V=1,43x60pj/(穴fDB&)，)=36,4pj/(DBco,),(15》或者数值上，在p=2xl(T8Qm和f=0.75的情况下D￡=7.28x歸'7j/(0B叫,),(16)MP-T设备的等同的表达式是T￡=60pj/(nBDrpro)(17)因此，MP-DIIb设备的欧姆损失大约是MP-T设备的两倍。MP-DIIb设备的功率密度、重量和材料成本还非常关注的是MP-D设备的重量和作为结果的功率密度以及材料成本。具体地，对于MP-DIIb设备的当前情况，对于工况3A，在f4.75、近似重量密度或者磁体材料d=8000kg/m3及Hm。=0.0125m的情况下，MP-DII设备中的永磁体材料的量是Dmm=4兀dfLDHm二4ndfLDKH咖^942KDL,(19)则d￡/t￡=1-43/f=1.90.相比于前面导出的对于MP-Ti殳备的Tmm^628KDL(20)因此，MP-D设备的扭矩/磁体质量的比率是(美i/,附)^3,63xl(r5Dj(21)而MP-T设备的扭矩/磁体质量的比率是(美,n由-75x0-5Dj(22)再次地，对于MP-D设备，获得了系数大约为2的收益。近似地，(1=80001^/1113也是通量回路材料的导体材料(即，通常为铜)和如轴10的其它结构材料的重量密度，尽管一些部件可以由塑料制成。进一步地，为了计算除电流管和磁体管之外的材料，引进了系数1.3。在这些假设之下，除永磁体材料之外的电流管和磁体管的重量粗略地为(40)并且峰值设备功率将为WM=VMiM=420瓦特。所需的永磁体材料量为mm=471KDL=1,45kg成本Cs$58(4ib)电机的重量为mMs3扁KDLs6。9:m=10,0kgs22lbs.(42)相同规格下的轮椅电机但带有减速齿轮通过使用减速齿轮，电机的重量和成本可能如下减小再次利用KM).08和相同的电流密度j-4.22xl(^A/n^，但选择D^.078m的较小的电流路径直径，公式35b产生D化j:2,52xl04[mksl，2,57xi(^Lraks其中L，U7〖m(431)即，对于轮椅来说这是个可笑的长度。作为修正，在相同的输出速度co啊下，比率NR的减速齿轮将允许电机在速度NR(Orpm下运转并在忽略摩擦损失情况下相对于电机扭矩使输出扭矩增大相同系数NR。对于该示例，假定减速齿轮比为NR=9。则电机输入速度为NRcorpm=卯0rpm，而输入电机扭矩为MM=40/NR=4.44[Nml。因此，7>式34转变为DMM*=%f7tD2KT0LDBj;=0。術:1KD2Ljmks=4线;444.[Hm〗，(雄2)对于与前面相同的IC08和j二4.22x106A/m2,并在D-0.078m的情况下，公式(34b2)要求L=4J気CL0171KD2』)=0,129m-129e亂(44)对于这些相同的值，"^值速度下的损失变为￡.=61Jftj/〖腿Nrqj,)+￡RGs0,128+.0,10s23%(37b3》其中Z^C是减速齿轮损失，假设1^(510%。再次基于公式39a，但现在在nr(Orp^卯0rpm的情况下，选择片厚度以使设备电压VM=6[V，如VM=0.1230213>1,，,/讽=0,048/沐:=V〗其中w;OJO:cm(39b2)即，形式上，Ndl=ttD/w=30.6片，但是实际上]\肌=31片或者可能32片甚至33片，这些片中的位于接到电池的输入电缆和输出电缆之间的一片或者两片可闲置作为端子之间的绝缘空间。在电流^M圣横截面Az=KT。W=0.08x2.5x0.8cm2=0.16cm2的情况下，在电流密度j-422A/cii^时，设备电流为iM约70A，其与不带减速齿轮的值相同。因此，在全速下，即，Vj^6V时，电机功率为WM=420w。由于减速齿轮，这种较小的设备所需的磁体材料为mm471KDL=0.38kg、成本约$15。而且再次根据修改的公式24,设备质量为mM3270KDL=2.6kg5.8lbs，必须将减速齿轮的重量加入到设^^质量中。总之，MP-DIb设备可被制成很小的尺寸，例如，直接驱动的轮椅电机或者与减速齿轮协作的电机。在不带减速齿轮的情况下，预测的重量大约为221bs,而在带有减速齿轮的情况下，电机独自的重量仅为其大约四分之一，即，在考虑的特定情况下，电机独自的重量为5.81bs。具体地，根据适于MP-DIb设备的公式14，上面提出的设备的内阻抗为DRM=1,77x1,43iipDL/(w2KT0)=7,95x1(TSLI)/w2〖mks〗(45)'即，带有减速齿轮时为0.0125Q。因此，在最大70A电流下緩慢运动时，废热将仅为约60瓦特//>舰虽然MP-DIIb设计使得重量和材料成本稍减小并且在相同的电流密度下损失相当小，但是MP-DIb设备的结构和应用非常简单，由于后者仅有一个滑动界面并且外壳体静止而不旋转，所以可以胜过前者的优点。因此，下一示例将也采用如下的MP-DIb设计。对于该特定情况，扭矩公式34适于上面的规格，DMM=/2fjiD2KT0LDB.i=0.0〗71K.D2Li『mksl=緣l,INmld1》即j=2.10xl^/KD2L.《34c2》接下来，如在前面的情况中那样，考虑到欧姆损失，即公式37，所以必须适当选择电流密度，但是考虑到低的旋转速率和为了尽可能地减小重量和成本，所以允许10%的损失，即，在C0rpn^l20rpm的情况下，￡=61,9pj/(DB(ra)=l,78xl(Tg』/D=0,10fmks](37c，)得到j=5,6xl06DA/m2〗(37c2)与K无关。将(34c2)与(37c2)结合，在公式(41b)下，产生2,10xl(^/KD2L=5-6xl06D〖46c，、或者KD3L'=37,5=I)2mm/471,(46e2)因此，根据(46c2)，磁体材料的质量为mm=lH04/—)2鋒3)即，对于固定的扭矩和损失，nv似乎独立于K。但是，磁体质量mm的确间接地取决于K,即，通过对于任意选择的K随旋转速度和设备长度緩慢改变的D。如果为了最大限度地方便制造而筒单地选取K,则K可以选在0.3至1之间。进一步地，对于降低重量和成本，坚固且短粗的电机是期望的，但考虑到使用者的空间需要，这种坚固且短粗的电机可能是非优选的，例如，如果电机将要^^A艙中，则电机优选为细长的。因此，D的选择取决于周围环境。假设纵横比L/D的选择相对不受限制，则L=D/2可能是合理的。在I^D/2的情况下，公式(46c2)产生D=(75/K》w[m=2"4服^m其中L=1)/2=1.47/K'''4(47c)即，仅sW4取决于K,除了通过其与。mm建立联系之外，还与j建立联系，利用公式47，从公式(37c2)得出j为在K=l(Hm=1.25cm)和Vm=2000V/2300A情况下的电机接下来选择K和VM的值。如果在iM=2300A的情况下选择K=l和VM=2000V,则由公式(47)得出D=2.94m和L=1.47。在这种情况下，D=2.94m和L=1.47m。进一步地，利用/>式47,由>^式39得到w.:0,〗23D2LBt%m/VM=0.0544『m〗-5.4cni,(48c1》作为结果的磁体材料质量为mm=471KDL=2035kg,成本$81,000。根据公式42,整个设备重量为niMe3270KDL三6,9，M，200kg^31，000lbs(42e)其材料成本CM$46，500xKDL=$200，000，重量功率密度为约5.11bs/hp。相同的电机，但K=2(Hm=2.5cm)和VM=2000V,iM=2300A由公式47，在K=2的情况下，得到D=(75/K)1/4[m]=2.47m和L=1.24m，由(37c2)j=5.6xlObD=1.38x107A/cm2(37c4)并且w-0.〗23d2LBf,/VM-D,OM『m=3,2em(4fc2)其磁体材料质量mm=471KDL=2890kg、成本约$115，000、总的i殳^^质量mm6.9mm=19，900kg43，7001bs以及材料成本CM2.5Cm=$288，000。功率密度为约7.21bs/hp。在1^=0.32(H^-4mm)和Vm=2000V/2300A情况下的值由公式47，在K=0.32的情况下，得到D=(75/K)1/4[m=3^0m和L=l.95m，由此j=5,6xlO§D=1,53>^07復,=2,03xl07/Vem2(37c4)并且w=0.123D2Uk0『pm/VM=(U27[m=!2,7cm(4fe1)其磁体材料质量mm=471KDL=1146kg、成本CM$45,800、总的i殳备重量mM6.9mm7910kg"17,4001bs以及电机的材料成本CM"2.5Cm=$115,000。功率密度为mm/WM=2.851bs/hp。结论:在功率密度和成本方面，选择小的K值具有明显的优势。但是，根据公式46,外部设备尺寸按比例1/K^减小，并且需要在制造过程中安装的磁体件的数目随D"增大，即，随1/《K增大。这些事实^Jt不适当的小的K值。进一步地，随着K值减小，电流密度j随1/K"增大，并且在该示例中，由于在满扭矩下选择/:=10%的大的损失值，所以电流密度j可能过高。但由于设备很容易被冷却，所以其不会造成冷却问题，但电流可能超过M稳定性。由于扭矩和损失与j成比例，减小￡将使设备重量成比例地增加并使功率密度成比例地减小。在任何情况中，对于小的K值，当功率密度为可接受的较大值时，设备尺寸可能不合意地较大。通过如下的MP-DIIb构造减小这些问题。示辦心痴y^鉱动器，『m=4.6^/TF、Af^=3.6MMii,//6#造除了在"近似通量线图形..."段落的末尾已指出的变化和在表II中列出的之夕卜，对MP-DIIb设备的分析与上面对MP-DIb设备的分析大致相同。因此，设备扭矩为美-f兀D2K'r。LnBj=0.0342Kl)2Lj[mks=3.6x106『Nni《34d1)即j=1.05xl08/KD2L.(34d2、接下来，再次允许在C0r，-120rpm时具有10%的损失，￡36,4pj/(DB,)-L05xlO,/D=O,!O[mks(37d，)得到并由(34d2)和(37d2)，即，由j=1.05xl08/KD2L=9.5xl06D，得到KD3L.,,1f46d1)并由mm=942KDL〖4k〗Kl)1L=，L1=D2mJ942,《46d2)所以，MP-DIIb构造的该设备的磁体材料的质量为nim=L05xi04/1)2.(46d3)再次选取L/D4/2的纵横比，(46d2)使D-(222/K)1''4lra〗=2.17/K,/4m其中L=D/2-1,09/Ki/4(47d!)并由公式(37d2)和公式47d，得到j=9.5xl06D=9,5xl062,17/Km=2,0xl07/Kw,《37d3)K=l(Hm=1.25cm)和2000V/2300A情况下的电机在K=l和VM=2000V/2300A的情况下，由(47d1)得到D和LD=2,!7/K"4m=2,nm和L=D/2=1,09m《4d2)并由/>式39和7>式47，V'fvi=0,246D2LBa,/w=2000=[V』(39dl》w=0.044m=氛4ain《48d1)其中ttD/w=15片，或再次地，如在上面的其它情况中那样，在具有2000V势差的端子之间可能具有一个或者多个片作为电压緩冲器。在这种构造下，>^体材料质量为mTO=942KDL=2,230kg成本为Cra=$89,000(42d1》而整个i殳备的重量为mM兰5.5,mmsi2，300kg=27,000lbs(42d2》重量功率密度为约4.41bs/hp，总的材料成本为CMs2,1Cms$37，700xKDL=$187,000.(42d3》,K=0.32(Hm=0.4cm)、2000V、2300A和￡=10%情况下的相同的设备在K-(U2和其它相同值的情况下，公式(47d)使D=2J7/K，i4m=2J8m和L=D/2=144m(47d2)并且公式39和公式47使VM=0,246D2LBojfpm/w=204/w[mks〗=20聰[V]《39d2)w=0.102m=10.2cm(48d2)得到tiD/w=89或卯片。则磁体材料质量为mm=942KDL=1250kg成本为Cm=$50,000(42d2)所以，i殳备重量mMs5.5.m，三6875kg=15,100lbs(42d3)其中重量功率密度为约2.51bs/hp，总的材料成本为CiMs2,1Cms$37，700xKDJL$50,000,(42d3)K=0.32(Hm=0.4cm)、V￥=2000V/2300A^E峰值速度下的￡=5%情况下的相同的i殳备通过两倍的系数减小允许的损失，通it^目同的系数减小允许的电流密度j,即j=4,8xl0&l)A/m2(37d4)并由(34d2)和(37d4)，即，由j=1.05xl08/KD2L=4.8xl06D，得到KD3L=21.9(46d4)即，由942KDL(41c)KD3L。21D2mm/942〖46d5)得到在与前面相同的纵横比L/D4/2的情况下，(46d5)使D—(43,8/K)w配m'2.57/K"4rn其中l..=D,2=1,29,K『/4(47d3)并由公式(37d2)和公式(47d3)，得到7接下来，在K-(U2的情况下，公式(47d3)使(37d5)和I,D/2;-1.7.m《4d4)并且公式39和公式(47d4)使0,246D2LB份,/w…342/wmks〗=2000〖V〗w=0,17ni-7Jcm即，形式上，7TD/w=62.8A,但实际上为63或64片则磁体材料质量为rnm-942KDL=1730kg成本为=$69，2)因此，设备重量mMs5.5-mm^9520kg二2.0,900，fcw其中重量功率密度为约3.431bs/hp，总的材料成本为CMs2.1CmsS37，700xKDL^$145,000,(39d3)(48d2)(42d4)(42<i5)^辨g..『j^^欣『/^卯H7柳，伊3f^26卯MMfi^Af尸-D/6^〖造时Aff-D/6她对于该情况(即各处f=0.75和B=0.58特斯拉的情况下)，扭矩公式34使r)MM=WfTtD2KT0LDBj=0,0171KD2Lj〖mks〗=2600『Nm〗(34e1)得到j=l,52x0s/ia)2L(Me2〗接下来，再次允许10%的损失，但现在处于cOrpm-1100rpm的情况下，由p=2xl(T8nm，得到得到j=5.15x，(fDlAM2〖37e2)并由(34e2)和(37e2)，即，由j=1.52xl05/KD2L=5.15xl07D，得到KD3H,95xlO"3(46e1)并由mm=471KDL("e1)得到KD3L=0纖95=D2mfflM7，(46e2)所以，MP-DIb构造的该设备的磁体材料的质量为mm=l,39/D2.〖46e3)在该情况中，期望纵横比不小于D/L-1。在该条件下，(46el)使D=L=(2.95x10-3/K)"'4[m〗=4m(47e1》由公式(37e2)和公式(47e1)，则得到j=5.15xl07D=5J5xl07x0.233/Kl/4=1.20xl07/K"4.(37e3)K=0.1(Hm=0.125cm)和VM=800V/375A情况下的电机在KM).l、V!^800V和ij^375A的情况下，由公式(47e1)，得到D=L=0,233/K"4m=(K562m(47e2)并由公式39和公式(47e2)VM=CU23D2LBG)，、/w-14,0/w〖mks]=,O[V《39e1)得到w=0J174m-1,74e趣(48e1)形式上，ttD/w=101.5片，或实际上可能是102或103片。在该构造下，磁体材料质量为mm=471KDL=14.9kg成本为Cm=$5%(42e1)所以，整个设备重量为mM三s116kg-255lbs2)其中重量功率密度为约0.64.11bs/hp,总的材料成本为CM兰2,7Cms$51，0CxKDL=Sl細，(42e3)￡=5%、K=0.2(Hm=0.25cm)、VM=800V和i^=375A情况下的电机在峰值速度下5%的损失和K=0.2和VM=800V/375A的情况下，由(37e1)得到j=2,5SxJ{|7D(37e4)并由(34e2)和D二Lj:2,58xlOD=l,52xl05/KD2L，j&2，〗07D=，.52x，05/KD3(34e3)即KD4L=5，xlO's(47")得到D=I,=0,277服|/4m=(M14m(47e4)并由公式39和公式(47e4)VM=0-，23D2LB/w=5,57/w〖mks〗。柳0〖V(39e2)w=0,0069m=(J,69c顶(48e2)形式上，ttD/w=188.5片。则电流密度为j=iM/(2KHmyw)=35/(0-4xO,0125xO,0069)〖mks〗=〗,09xl07A/m2(37e5)在该构造下，磁体材料质量为mm=471KDL=16.1kg=35.4〗te成本为Cm=,(42e4)因此，整个设备质量为mM三7.8.mms126kg=276lbs(42e5)其中重量功率密度为约0.691bs/hp,总的材料成本为CM;2.7CmsS51，000x!CDL=$1750.(42e6)^辨"『M^g欣『/l卯n附，伊JVf^26卯MMfi殆MP謹D//6^造^MP与示例d相似，在MP-DIIb设备构造下，该示例的设备扭矩为L)MM-fTtD2KT0LDBj=0,0342KD2Lj[mks〗=2600[Mm(34f，)即j=7.60x104/KD2L.(34f2)在cOrp^ll00rpm时允许5。/。的损失，使￡=36,4pj/(DB叫,)=L14x，0"j/D;0i〗5[mksj(37f1》得到j=4,38xl07D[A/m2].〖37f2)进一步地，由(34f2)和(37f2)，即，由j=7.60xl04/KD2L=4.38xl07D,得到KD3L=1.76>d{r3(46f1》以及mn，-942KDL(41f)ICD3L=l,版l(F3=D2nW942,(46f2〗因此，MP-DIIb构造的该设备的磁体材料的质量为mm=l,64/D2〖46f3)像上面的示例"e"那样，选取I^D，由公式(46f2)，得到D=L=(L76x認,Kfm〗=0.205/K"4〖m《47f1》并由公式(37f2)和公式(47fl),得到j=4.38xl07D=4,3gxl07x=8J7xl06ZK稱(37f3)在K4.2和Vm-800V的情况下，由(47fl)，得到D=L"0,205/Kl/4[m]-0,306m(47f2)并由公式39和公式47，VM=0.246D2LBo>,/w=4'50/w=800[V](39f1)以及w=0<纖56m=0,56cni(48f1〗其中ttD/w-172片，或者为带有一个或一对多余片的173或174片。在这些值下，由公式(37f3),电流密度为j=,34x10Mn2-iM/2KHTOw(37f4)并且在该设备中，磁体材料的质量为mm=942KDL=17.6kg=38.8lbs成本为=S704,(42f)得到整个设备质量为raws5.5,nim吝96,8kg=213ibs(42f2)其中重量功率密度为约0.531bs/hp，总的材料成本为CMs2,1Cms$79,900KDL-$1，490.f42d3)表m-数伯:数据上标1=SBIR原M;2:=轮椅电机3=SBIR'妇;小K、j';4=GlacierBay电机<table>tableseeoriginaldocumentpage40</column></row><table>讨论表III中列出了各个示例的数值结果。它们揭示了各种参数的影响。具体地，降低欧姆损失导致设备尺寸和成本增加。其通过伴随的电流密度的减小而发生。这一点值得进行如下的一些附加讨论对于MP-T设备，电流密度限于约lxl(fA/n^或高达1.4xl07A/m2，因为电流密度仍然较高，所以磁极彼此滑开。因此，在所有类型的MP设备的现有构思设计中，电流密度通常限于j约lxl07A/m2。其它类型的电气设备可能受到相同的限制，另外，明显规律地受冷却的限制。对于MP-T设备来说，由于它们可以容易地冷却，所以这不是问题。而且，由于"套筒"构造，根据本发明的MP-D设备的电流密度不受限于通过磁体布置支持的最大扭矩。更确切地，认为如果机械构造充分坚固，则MP-D设备的电流密度可以无限地增大。若如此，表III中的高达j-2，740A/cn^的电流密度将非常有可能。但是，仍需要详细的有限元分析来证实这一点。对设备尺寸和功率密度影响最大的参数是K。遗憾的是，从构思的设备构造的角度出发，减小K,即减小磁体尺寸的大小，虽减小了设备重量和成本但增大了可视的设备尺寸，即D和L。而且，特别是对于大型设备，需要组装许多小尺寸的永磁体，这无疑增加了制造成本。因此，对于小型设备，认为K可以低至0.08，而对于大型设备，K-0.2被认为是下限。表III也揭示了MP-D设备的很大的优点，即，通过片厚度w的选择可以近乎随意地选择MP-D设备的电压。该特似艮大程度地简化了低速设备的构造，否则低速设备可能具有不适当的很低的设备电压。MP-D设备、特别是MP-DIb型设备的可能的最大的优点是现有的MP设备类型所缺乏的小型化的能力。事实上，对以适当快的旋转速率下工作的中型和小型设备来说，可能做出非常有利的MP-D设计。表III通过轮椅电机和"GlacierBay"电机例证了该事实。认为其材料成本和功率密Jbl任何其它的电气设备构造无法M的。虽然没有给出发电机的示例，但是应该理解，所有讨论的示例和任何其它方面适用于电机以及发电机。而且，所有的特定设计是通过示例的方式而不是绝对的方式给出的。示例中没有给出Nu，即i殳备可分成的平行单元的数目，非1的情况。但如已经指出的那样，Npl是非常有可能的，并且有时是非常有价值的。前面未提及，对于MP-A设备和MP-T设备，即，具有接收或发送交流电的静止电流管的设备，可以为平行构造。关于MP-TI和MP-TII设备的相应公开正在进行中。现在转到每幅图中，对发明的各个方面进行更详细的说明。图1以纵向横截面示出了MP-DIH殳备的壁中的一个"片"的细节，其中电流断续地通，体/导体组件206T中的通量回路材料。内磁体管5T沿界面37以速度Vr-(丌/60)DC0rpm相对于电流管206i运动。该图展示了众多径向取向的片中的一个片，每个片容纳一个电流"绕"。如标以"i"的箭头所示，扭矩产生电流分别在电绝缘的永磁体对5(1)/6(1)之间的区2(1)和电绝缘的7Jc磁体对5(2)/6(2)之间的区2(2)中从左向右流动。电流在图上部的水平阴影的电流回路中从右向左返回。在任意两个接连的区2(n)和2(n+1)之间的通路上，电流必须通过高阻抗的通量回路材料(从左上到右下的斜线的阴影部分)。在该路径的这部分上，为了尽可能多地防止产生相反的扭矩，引导电流远离滑动界面37并尽可能地平行于磁通返回线(比较图13)。通过阻抗屏障l卯并借助标以130的位于磁体5(1)和5(2)侧部的三角形的绝缘非磁性插入物实现该目的。除了指出的引导电流尽可能近似地平行于返回磁通线从而使相反的扭矩最小化的目的之外，磁通返回材料应通过缩短经由它的电流路径成形为使电气设备阻抗最小的形状。图1的设计旨在根据直观感觉实现这一目的，但是未来需要详细的模拟来实现使相反的扭矩和欧姆阻抗最小化的双重目的。虽然如此，由于通量回路材料(可能是硅钢)的电阻将比可能形成区2(n)和电流回路的铜或绞合的紧密的Litz线的电阻高五倍，所以总的欧^fi殳备阻抗易受流经其的电流支配。为避免这些问题，设计了MP-DIb和MP-DIIb设备(见图15和图16)。在MP-DIt设备的优选实施例中，如铜质的并沿期望的电流方向取向的细的金属纤可以沿想要的电流路径嵌入通量回路中从而减小设备阻抗。在本图中，磁体的形态和通量回路材料的相对厚度与"工况1A"近似，已经发现工况1A是在前面为MP-T设备模拟的工况之中最有利的工况(比较图10到图12)。但是，如段落"电力W4圣、磁体以及通量回路的最优化形态"中所述的，工况3A对MP-D设备更有利。指出的尺寸用于i殳备性能的数值分析。为了抑制短路，滑动界面37上的表面应覆盖有优选具有低摩擦的绝缘涂层。在一些情况下，优选地，要润滑界面37。图2示出了经由包括如图1中的单元的MP-DIH殳备的纵向横截面，MP-DIt设备包括彼此电绝缘并与其周围电绝缘的磁体。在此，磁体管5t通过支撑件29(1)和29(2)牢固地联结到设备轴10，支撑件29(1)和29(2)的尺寸和形状在此以示例的方式给出。通过经由区2(n)的电流L产生的扭矩使磁体管5i旋转，而电流管206t是静止的。通过标以"i""箭头表示电流流动的整体形态。电流回路171被可选的冷却套40包围，通过流入口51和流出口52将冷却流体，例如7JC或油或有机流体，注入冷却套40。通过杆23(1)和23(2)及低摩轴承35(1)和35(2)将轴10或可选地包括轴10的整个设备支撑在底板19上。再次地，底板和支撑件的细节是可选的。电流回路端环172(1)和172(2)设计用于引导电流接连地通过片，每个片容纳一个电流"绕"。电流绕因此"串联"设置，接连的绕的电压一一在发电机的情况下由磁体感应产生的电压，在电机的情况下从外部提供的电压——是叠加的。但是，可选地，设备可以分成Nu个平行的单元，即，通it^设备的起始片和终止片提供独立的端子而将设备分成Nu个平行的单元。通过这种子单元，单个设备可同时用作独立的设备、电机和/或发电机，其电压与片的数目，即设备各自的端子之间的电流绕的数目，成比例。如图1中所示，在设备性能的分析中所需的设备尺寸在箭头之间表示。图3示出了在图2的位置A-A处经由MP-DIt设备的横截面的一部分。其中的标记具有与图l和图2中的相同的意义，并且阴影也;l相同的，而且，除此之外，在图1和图2中接连的电ite载区2(n)在单个片内排成一行，而在此，标记2(n-l)、2(n)以及2(n+l)表示与图2中的线A-A相交的同一电流运载扭矩产生区2+的邻近的片。电流管206T中的，即部2(n)和电流回路171中，的径向线是邻近的片之间，即邻近的电流"绕"之间的电绝缘边界(并且在各处磁体彼此电绝缘并与其周围电绝缘)。D是区2(n)的中线的直径。磁体管5t和磁体管206T之间的滑动界面在此设计为由电绝缘的扁平>^体5(n)形成，扁平磁体5(n)在其边缘处相对于部2(n)滑动并且二者间具有润滑剂。如前面在临时专利申请"MP-T冷却和润滑"(2006年6月8日提交)中提出的，预期效果是平滑的4錄擦滑动。该构造要求滑动界面的两侧之间具有大约0.06%D的余量并且在邻接的磁体之间具有大约0.5mm的间隙，从而适应不同的热膨胀。形态的细节，例如部件的相对尺寸，是可调整的。图4示出了如图l到图3和图15所示的MP-DIi殳备的端部图(图4A)和俯视图(图4B)。图4说明了绕设备的圆周从绕到绕，即从"片"到"片"，流动的电流|_的形态。再次，标记数字和阴影与前面的图相同。但是，在该情况下，电流方向与图1中的电流方向相反。如所绘制的，设备用作电机(其中，如已阐述的，电流沿与图1中的方向相反的方向流动)。因此，在左侧的图4A的形态中，其中在图4A的主视图的右侧设置电流源，并且正极端子连接到电流回路端环172(1)的外层中的片1，电流L在电流回路171的左侧从电流回路171的片liiA^设备。随后在电流回路171的右端，电流流入并经过电流回路环172(2)ii7v电机的最右区2的片1。仍在片1中，电流沿按图1中表示的电流^M圣但以相反的方向流动直到电流到达片1左端的区2(1)。从该处，电流沿图1所示的电流路径但以相反的方向流动折回到电流回路环172(1)，但此时位于电流回路环172(1)的内层部，电流从电流回路环172(1)的内层部转移到电流回路171的片2。片l和片2之间的这种转移在图4A中由电流回路环172(1)的内层中的片1和电流回路环172(1)的外层中的片2之间的稍弯曲的4头表示。从此电流重复相同的路径但此时在片2中，即，从电流回路171的左端到右端，从此处流入并经过电流回路端环172(2)的片2i^yV片2的最右区2，经过连续的区2(n)折回到电流回路环172(1)的内层部但此时在片2中，并到达电流回路环172(1)中的片3的外层部。在图4A的构造中，从片到片，即从绕到绕，重复这种模式直到电流最终到达电流回路环172(1)的片N并从此到达电流源的负极端子。在图4B中示出了可选的和可能更简单的形态。在此，两个电流回路端环均容易地连接径向对齐的片，但电流回路片以一个片宽度的偏移量相对于旋转轴倾斜。由于第一片和末尾片之间的电压差可能相当大，所以在优选实施例中，倒数第二个片而不M尾片连接到"出"端子，留下末尾片(或甚至可能是最后两个或更多的片)作为绝M沖器。进一步地，通过在预选位置设置端子对替代连续的绕之间的电流连接，i殳备可以分成Nu个平行的单元。如贯穿全文的，所有的磁体均与其周围电绝缘。图5示出了如图1中那样的经由MP-DIt;殳备壁的一部分的横截面，但除了冷却套40(1)之外还包括从设备一端经过电流传导扭矩产生区2(n)到达设备另一端的冷却通道40(2)。在发明公开"MP-T冷却和润滑"(2006年6月8日提交)中分析了穿过MP设备的可比的电流传导扭矩产生区的这种通道，并且这种通道被证明非常有效。在片厚度恒定时，通道40(2)将中断片并由此减小电流流动，或者可选择地，在优选实施例中，通过使片厚"部变窄为通道40(2)留出空间。冷却通道40(2)可单独使用或联合冷却套40(1)使用。图中的细节可广泛地调整，并且是以示例的方式而不是固定的方式给出的。图6以纵向横截面图示了MP-DIIt设备的壁中的片的细节，其包括电流管206T、内磁体管5t、外磁体管6t、防止沿界面37和38的连续的区之间，即2"n)和2i(n+l)之间及类似地2。(n)和2。(n+l)之间的直接电接触的屏障l卯，其与大体可比的图1的MP-DIt设备相同。在本图中，仿照工况3A而不是图1中的工况1A构建磁体布置。在这一点，通过待定的适当的有限元分析和段落"电流路径、磁体以及通量回路的最优化形态"，认为对于MP-DI设备和MP-DII设备，工况3A是接近最优的(比较图10到图12)。磁体管5t和磁体管6t在一端剛性連接(见图8)并刚性连接到轴10从而一起刚性地旋转。磁体管相对于206T沿界面37和38以速度Vr=(7t/60)DcOrpm运动，为了防止越过37和38的意外的电接触，磁体应设置有高阻抗层和/或界面37和38应被润滑，优选地，高阻抗层优选地也提供良好的耐久性和低的摩擦系数。本图可广泛ilM目比于图1的MP-DIt设备。但是，除了已指出的存在两个磁体管而不是仅一个磁体管和缺少电流回路和冷却套40的事实之外，MP-DIIt设备展现了完全不同的电流路径。具体地，MP-DIIt设备的电流管206T的片关于磁体7(n)和磁体8(n)之间的径向中线，即通量回路材料177的中线，基本对称。进一步地，与MP-DIt设备中电流间断地偏离界面37并返回到连续的扭矩产生区之间的5^的同一侧不同，在此，电流在内电流运载扭矩产生区和外电流运载扭矩产生区，即2i(n)和2。(n)之间蜿蜒穿行。因此，如图6中的标以"i，，的箭头所示，在从电流管206i的任意片的内侧到外侧的每个穿行中，电流穿过通量回路材料177的厚度2Lb。图7中示出了该穿行形态的优选形式。相互绝缘的电流必须穿越彼此的事实，即图中标记为192的交叉点，4吏这些穿行复杂化，其中，一个电流从段的左内侧移动到段的右外侧，而另一个电流从段的右内侧移动到段的左外侧。事实上，192表示平行于图的平面的屏障，其在图7中更详细地示出，所述屏障提供了电流路径之间必须的相互电绝缘，其中两个电流分支到达屏障192的相对侧。图7示出了MP-DIIt设备的优选构造的细节，该构造允许在片中的邻近的内区和外区之间往返交迭电流路径，即从区2i(n)穿过通量回路材料177到达区2。(n+l)以及从区2。(n+l)穿过通量回路材料177到达2j(n)的电流路径，同时维持这些路径之间的相互电绝缘。正交于旋转轴的绝缘屏障l卯(l)和l卯(2)位于对等的位置并执行与图1、图2、图5和图6中的屏障l卯相同的功能，即，用于抑制区2i(n)和区2i(n+l)之间的轴向电流流动和类似地抑制区2。(n)和区2。(n+l)之间的轴向电流流动。跨过"套筒"端部的绝缘屏障191(n)和191(n+l)抑制电流流进和流出(在任何情况中都应独立绝缘的)磁体以及抑制电流流进和流出通量回路材料177。径向取向的绝缘屏障192平行于轴线、切分任一片内的通量回路材料177中的潜在的电流路径。由此它们跨越材料177建立了两个相互绝缘的轴向取向的电流路径，相对于观察者，其中一个在在屏障192的后部，而另一个在屏障192的前部。最后，切线取向的屏障194(1)至194(4)描绘了如标以"i"的虚线剪头所示的从区2i(n)到区2。(n+l)和从区2。(n+l)到区2i(n)的期望的相互绝缘的电流路径。图8示出了经由包括如上面图6所示单元的MP-DIIt设备的纵向横截面。电流管206i是静止的。电流管206i通过附连到磁体/导体组件206T的结构端(206E)的支撑件181端部的易于移动的轴承35居中定位在轴10上。轴10依次由柱23(1)和23(2)支撑在基板19上并通过轴承35自由地旋转。对于大多数部件，作为定子的电流管206i从内侧和外侧S^由磁体管5t和6T形成的套中并由此独立地居中定位在轴10上。在该图中的左端，内磁体管5t和外磁体管6T通过部件180刚性连接，并共同通过支撑件29(1)到支撑29(4)刚性地连接到轴10。因此，在电机漠式中，电流管206T中由电流i产生的扭矩传递到轴10并使轴10旋转。为了增加机械稳定性，在设备的底部将磁体管6i的外侧通过紧固到基敗19并配备有##轴承35的部件28支撑。注意该配置的细节大部分是可选的，在此仅以示例的方式给出。图9图示了在图8的位置AA处经由MP-DII设备的局部横截面。该图可与相对于图2的图3相比，类似于图3，利用了与前面的图中相同的阴影和标记。再次地，磁体之间的径向线表示电流管206T中的相互绝缘的片，即部件2"n)和2。(n)。D是电流管206i的中线的直径。再次地，如所示的，磁体管5T、6T和电流管206i之间的滑动界面间隙37及38优选地成形有电绝缘的扁平磁体5(n)和6(n)。在其边缘和中心处，这些扁平磁体分别相对于部件2i(n)和2。(n)滑动并由此提供了注入和分配润滑油的狭窄空间。可应用如已结合图3阐述的用于不同热膨胀的相同要求。标记40(1)、40(2)以及40(3)表示冷却通道的位置的示例，左下侧的小图表示冷却液体如何通过冷却剂供应管41供应到冷却通道，并且另一个管用于排出冷却剂，两个管均如图所示的附连到电流管206t的末端部206E。在这一点上，冷却通道40优选地将如所示的在组件206i内弯转至少180°。这是需要的，因为在MP-DII设备中电流管仅有一端可接近，这防止了可能发生在MP-DIi殳备中的流经冷却(见图5)。电流从片转移到片，即，可如图4A中所示的实现"双绕到双绕"。细节是可调整的，并且在此仅以示例的方式给出。图10展现了UVA(维吉尼亚大学)的EricMaslen提出的在各种情况的磁通分布的有限元分析中使用的基本构造，并通过该基本构造估算不同"套筒"形态的通量密度。不像例如图1、图2和图5中所示的MP-D设备的磁体形态，在该图中，磁体之间没有间隙并且磁体间的径向极性交替。但是对于相同极性的邻近的磁体来说，如图l、图2和图5中那样，"通量回路"需要间隙。期望的是，形态的这种变化不会导致磁体对之间的磁通密度过度变化，并且如果有变化的话，期望通量密度由此增大。临界尺寸是周期距离2Lm、磁体厚度Hm、通量回路材料厚度Lb以;M目对的磁体之间的间隙宽度Lg。图11示出了根据UVA的EricMaslen于2005年9月提出的有限元分析对于工况1A的磁场线的形态(以图10中上图的方式)和电流传导扭矩产生区2(n)的中线上的磁通密度(下图)。尽管根据图10，分析采用NdFeB35MGOe磁体材料，但是在MP画D设备中将优选使用45MGOe磁体。因此，图的下部中的通量密度应该乘以系数(45/35)1/2=1.13。因此，在待定的更好的模拟中，该工况1A的平均磁通密度预计为0.56特斯拉而不是0.49特斯拉。尺寸为Hm=KHm。=K1.25cm;Lb=Hm;Lm=KLm。=K2.5cm，以及Lg=KLg。=K2.5cm。图12示出了工况3A的磁场线形态和电流传导扭矩产生区的中线上的磁通密度。由于使用45MGOe磁体，所以平均磁通密度预计为0.58特斯拉而不是0.51特斯拉。尺寸为Hm=KHm。=K1.25cm;Lb=Hm;Lm=KL咖-K7.5cm，以及Lg-KLg。-K2.5cm。图13是根据图1但利用图12中模拟的工况3A的MP-DIt设备中的预计的通量密度分布B。在这一点上，在完成>^体和通量回路材料形态的最优化模拟之前，小(例如，10%到20%)体积百分比的高导电性的金属纤，例如铜，必须如标记9所示的以大体平行于通量线的方式嵌入到通量回路材料中，以避免较大的相反的扭矩。假定在这种纤嵌入模式下并基于该期望的型式，用于电流路径的相对扭矩产生长度(即区2(n)内)fL的系数f估计为f=0.82。，区2(n)中的径向磁通密度估计为B=0.58特斯拉(使用45MGOe材料而不是图12中模拟所用的35MPOe材料)。利用这些值，并忽略经由所述的嵌入的纤导致的可能较大的阻抗减小，一绕的电阻估计为dR^ZJpL/wT,其中L是电流管206T的长度，w是段宽度，T是区2(n)的径向厚度。最后，如果区2(n)由铜制成，则p二2xlO-SQm是区2(n)中的预计电阻率，而通量回路材料的电阻率取为五倍大，即，pFlxlO—7Om(但是，嵌入的纤将使其大大减小)。但是，应该指出，通量回路材料旁通电流(见图15和图16)的MP-DIb构造避免了这些问题，只是明显地稍微局部增大了电流密度。图14可与上面的图13相比，但其是关于MP-DIIH殳备的。图14是图6和图12的结合并展现了工况3A的MP-DIIt壁中的片的截面内的磁通密度B的预计的型式。基于该预计的型式，(i)电流路径的相对扭矩产生长度fL的系数f估计为f=0.82，(ii)区2(n)内的径向磁通密度估计为B=0.58特斯拉(使用45MGOe材料而不是图12中模拟所用的35MPOe材料)，(iii)一绕的电阻估计为dR尸2,3pL/wT，其中L是电流管206T的长度，w是段宽度，T是区2(n)的径向厚度，p=2xl(T8Qm是绕的导体部分(假设是铜)的假定电阻率，而通量回路材料的电阻率是它的五倍大。在这一点上，在精度的限制之内，在完成磁体和通量回路材料形态最优化的模拟之前，这些值与根据上面的图13的MP-DIt设备的数据相同，假设在MP-DIt设备的情况中，传导纤如图13所示嵌在通量回路材料中以避免相反的扭矩。在MP-DIIt设备中，緩解或消除了相反扭矩的问题，这是因为如图中所示，电流几乎平行于通量线，在此电流将承受轴向方向的洛仑兹力，如图7中所示，除穿行的中部之外，电流不影响设备的行为。但是，由此产生的相反扭矩对于两个电流分支来说是相等的并相反的，由此不具有有效影响。图15示出了't，型或'b，型MP-DI设备的图l和图3类型的MP-DIb设备的壁细节和局部横截面。MP-DIt设备和MP-DIb设备之间的根本不同在于在后者中，电流沿滑动界面37通过，而没有间断地偏离滑动界面37，从而避免了使将产生相反扭矩但在该过程中必须穿过高阻抗的通量回路材料176的返回通量B交叉。如所述的，取而代之，避免了电流经过2U宽度的层(178)返回通量，其中层(178)旁通了每侧的区2(n)片。旁通电流的通量回路材料插入物(178)仅插入套筒之间需要插入物的间隙中，但是插入物(178)将对电流回路171和电流运载扭矩产生区2不利。图16是电流管206T(展平的)的扭矩产生内区2(n)上方的俯视图，其示出了MP-DIb设备和MP-DIIb设备的"旁通单元"178中的磁通返回材料177旁通电流的两个不同但紧密相关的构造。在上面的图A中，连续的区2(n)和2(n+l)之间的轴向方向上的间距等于AL-2Lb，根据目前最佳的模拟，AL-2U是不削弱区2(n)中的磁通密度所需的通量回路材料的最小宽度。为了提供电流i经由AL通过的空间，片宽度必须在各处增大，即，增大到w、w+2Lb,其中w是单元178内选定的电流传导宽度。这减少了设备中的绕数7iD/w由此减小了设备电压和设备功率密度。在下面的图B中，使用了相同的形态，但是，区2(n)和2(n+l)之间的间隔AL变长，由此使旁通的通量回路层的宽度变细。在最优设计下，其将允许设备电压和功率密度总体上更佳。上述的在一个电流传导层之间仅具有一层通量回路材料的形态是最简单并可能是最佳的，但其是可选的并仅以示例的方式给出。多层和/或杆和纤，绞编或未绞编的，是其它可能的形态。图17示出了MP-DIIbi殳备的一个片的一部分中的通量分布和电流路径。在"旁通单元，，178(由垂直的白色条M示)中，磁通回路通过图16中的或者类似的构造旁通电流i(由水平的带箭头的线表示)。图9中示出了穿过套筒的BB切面的MP-DII设备的横截面，对于MP-IIt设备和MP-DIIb设备，该截面是相同的。AL是单元178的轴向延伸长度。扭矩产生电流路径的分数f是f-LJ(2L咖)，即，f=Lml/(Lml+AL)。根据目前最佳的可用模拟，AL=2Lb是防止电流管的扭矩产生区中的磁通密度削弱的最小轴向通量回路尺寸。在图16A中所示的旁通单元178的构造中，△L=2Lb的要求导致总的段宽度w^与单元178中段的最窄部分相比变宽，即，变宽到w4=w+2Lb，而图16B中所示的构造使用变长的AL。这两种选择之间的选择将取决于对具体设备的详细的有限元模拟。此时，在待定的改进的有限元分析下，认为在本文中提出的使Al^4Hm但单元178中的通量回路材料层的厚度等于2Hm的解决方法是最佳的。MP-D设备的标注<table>tableseeoriginaldocumentpage50</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage51</column></row><table>在不偏离披露的精神或基本特征的情况下，可以以其它的特定形式实施该发明。因此，应该认为前面的实施例在所有方面都是示例性的，而不是在此阐述的本发明的限制。因此，披露的发明的范围由所附权利要求限定，而不由前面的阐述限定，并且在权利要求的等同物的含义和范围内进行的所有的改变都将包括在此。除非相反地明确声明，否则对特定阐述或图示的动作或构件、任何特定的尺寸、速度、大小、材料、频率或者任何阐述构件的特定相互关系没有要求。因此，认为说明书和附图实际上是示例的而非限制性的。在此通过参考引入的任何材料中的任何信息仅通过参考与在本文中阐述的这些信息、陈述以及附图之间不存在抵触的部分引入本文。在抵触的情况下，包括将使本文的任何权利要求不可实施的抵触，则声明通过参考引入的任何这种抵触信息将明确地不通过参考引入本文。权利要求1.一种直流电气设备，包括两个同心的磁体管，所述磁体管一端连接而另一端敞开，在所述磁体管之间具有空间；所述磁体管固定到所述磁体管的中心轴线处的轴；每个磁体管进一步包括具有一个或多个磁体的一个或多个套筒；电流管，所述电流管位于所述磁体管之间的空间中；所述电流管具有大体恒定的厚度并包括位于一个或多个套筒中的一个或多个磁体，这些磁体与所述两个磁体管的所述一个或多个套筒中的所述一个或多个磁体相对，并且相对的磁体之间的电流路径形成一个或多个绕；所有的磁体配置为当电流经过任何或所有相对的磁体组之间时产生相同方向的扭矩。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备用作电机。3.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备用作发电机。4.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备用作变压器。5.根据权利要求1所述的设备，其中每个绕经过所述套筒中的相对的磁体对之间的周向宽度。6.根据权利要求5所述的设备，其中一个或多个绕进一步包括径向延伸的相互电绝缘的传导片。7.根据权利要求1所述的设备，其中两个或多个绕串联连接。8.根据权利要求1所述的设备，其中邻近的磁体套筒具有相同的极性。9.根据权利要求1所述的设备，其中邻近的磁体套筒具有不同的极性。10.根据权利要求1所述的设备，纳通量回路材料的间隙。11.根据权利要求1所述的设备,纳电流路径的间隙。12.根据权利要求8所述的设备,纳通量回路材料的间隙。13.根据权利要求9所述的设备，纳电流路径的间隙。14.根据权利要求1所述的设备,转过程中是静止的。15.根据权利要求1所述的设备，电流沿路径从一绕到下一绕的穿行。其中邻近的磁体套筒之间具有容其中邻近的磁体套筒之间具有容其中邻近的磁体套筒之间具有容其中邻近的磁体套筒之间具有容其中所述电流管在所述设备的运其中所述电流管进一步包括引导其中所述电流管进一步包括引导16.根据权利要求1所述的设备,电流沿路径从一绕到下一绕的旁通。17.根据权利要求1所述的设备，其中所述磁体管和所述电流管的磁体是扁平的。18.根据权利要求1所述的设备，其中所述磁体管和所述电流管的磁体是弓形的。19.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备由最外面的磁体管外部的冷却套冷却。20.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备由所述磁体管和所述电流管之间的间隙中的液体冷却。21.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备由所述磁体管和所述电流管之间的间隙中的液体润滑。22.根据权利要求1所述的设备，其中所述磁体管旋转。23.—种直流电气设备，包括静止的电流管；两个或多个磁体管，所述磁体管进一步包括布置在一个或多个套筒中的一个或多个周向布置的磁体。24.根据权利要求23所述的设备，其中所述设备用作电机。25.根据权利要求23所述的设备，其中所述设备用作发电机。26.根据权利要求23所述的设备，其中所述设备用作变压器。27.根据权利要求23所述的设备，其中所述电流管进一步包括一个或多个绕，每个绕经过所述套筒中的相对的永磁体对之间的周向宽度。28.根据权利要求23所述的设备，其中所述电流管在所述设备的运行过程中是静止的。29.根据权利要求23所述的设备，其中所述电流管进一步包括引导电流沿路径从一绕到下一绕的穿行。30.根据权利要求23所述的设备，其中所述电流管进一步包括引导电流沿路径从一绕到下一绕的旁通。31.根据权利要求23所述的设备，其中所述磁体管和所述电流管的磁体是扁平的。32.根据权利要求23所述的设备，其中所述磁体管和所述电流管的磁体是弓形的。33.—种直流电气^殳备，包括静止的电流管，所述电流管包括一个或多个绕，所述电流管集成到包括一个或多个磁体的静止的第一磁体管；可旋转的第二磁体管，所述第二磁体管包括一个或多个磁体。34.根据权利要求33所述的设备，其中所述第二磁体管位于集成到第二磁体管的所述电流管的外部。35.根据权利要求33所述的设备，其中所述第二磁体管位于集成到第二磁体管的所述电流管的内部。36.根据权利要求33所述的设备，其中所述可旋转的第二磁体管固定到中心轴。37.根据权利要求33所述的设备，其中所述磁体管进一步包括布置在径向套筒中的一个或多个磁体。38.根据权利要求33所述的设备，其中所述第一磁体管的磁体与所述第二磁体管的磁体相对。39.根据权利要求33所述的设备，其中所述磁体是扁平的。40.根据权利要求33所述的设备，其中所述磁体是弓形的。41.根据权利要求33所述的设备，其中所述电流管的每个绕在所述第一磁体管和所述第二磁体管的相对的磁体对之间包括具有周向宽度的一个或多个传导的但相互绝缘的片。42.根据权利要求33所述的设备，其中所述电流管的一个或多个绕串联连接。43.根据权利要求33所述的设备，其中所述设备用作电机。44.根据权利要求33所述的设备，其中所述设备用作发电机。45.根据权利要求33所述的设备，其中所述设备用作变压器。全文摘要MP-D设备是多极型直流设备，即，通过在附连到圆筒形同心磁体管的平行永久磁极对之间的多绕中轴向取向的电流在圆筒形电流管中产生扭矩的设备。与其它的多极型设备不同，MP-D设备的磁体管包括连续周向套筒形式的多个永磁体。MP-D设备中的电流管保持静止，而两个磁体管中的至少一个旋转。MP-D设备可供以直流电或者可以产生直流电。文档编号H02K31/00GK101542875SQ200780033027公开日2009年9月23日申请日期2007年7月6日优先权日2006年7月7日发明者多丽斯·维尔斯多夫申请人:多丽斯·维尔斯多夫