专利名称：一种电动机的制作方法
技术领域：
本实用新型主要涉及通过电动机产生的旋转力而进行的机械发电。本实用新型尤其涉及一种电动机，其利用了转子上的多个永磁体设备的磁场与定子上的多个电磁线圈的平行磁场之间的相互作用所施加的力。
背景技术：
电动机广泛地应用在全世界的许多器械中，其具有不同的尺寸和操作模式类型。传统地，将电动机分为交流型和直流型。典型的直流电动机由外部静止不动的定子和内部转子构成，该外部定子具有以交流电供应的线圈，以产生旋转磁场，该内部转子连接在输出轴上，该输出轴由旋转磁场限定了扭矩。电动机的发展趋势是逐渐模糊这种区分，因为在现代的驱动器中，整流器移出至电动机壳外。在这种新型的电动机中，依赖驱动器电路来产生正弦交流驱动电流或其它任何理想形状的波形。两个最佳的例子是无刷直流电动机和步进式电动机，二者都是需要外部电动控制的多相位交流电动机。由电动机通过电磁感应力将电能转换为机械能，这一过程与发电机将机械能转换为电能的操作相反。由于电动机和发电机往复进行机械能和电能的转换，基于物理原理，电动机的操作与发电机的操作之间具有本质的相关性。电能向机械能的转换与相反的机械能向电能的转换，这二者之间的联系弓I领近年来的电动机研发者来设计这种还能作为发电机进行操作的电动机。在此以引用的方式纳入US5903082，其公开了一种诸如电动机、发电机或再生电动机这样的设备，该设备包括转子装置和定子装置。所述定子装置具有绝缘性电磁体外壳和至少一个可供能式电磁体组件，该电磁体组件包括整体非晶态金属磁芯。所述整体非晶态金属磁芯由多个单独形成的非晶态金属核心件组成。所述绝缘性电磁体外壳具有形成于电磁体外壳上的核心件开口，用于将单独形成的非晶态金属核心件保持在相互相邻的位置，以形成整体的非晶态金属磁芯。所述设备进一步包括控制装置，通过使用多个激活参数和去活参数的任意组合，可变地控制电磁体的激活与去活，从而控制设备的速度、效率、扭矩和功率。在此以引用的方式纳入US6259233，其公开了一种诸如电动机、发电机或再生电动机这样的设备，该设备包括转子装置和定子装置。所述定子装置具有介质电磁体外壳和至少一个可供能式电磁体组件，该可供能式电磁体组件包括整体非晶态金属磁芯。所述整体非晶态金属磁芯由多个单个形成的非晶态金属核心件组成。所述介质电磁体外壳具有形成于电磁体外壳上的核心件开口，用于将单个形成的非晶态金属核心件保持在相互相邻的位置，以形成整体非晶态金属磁芯。所述设备进一步包括控制装置，其能通过使用多个激活参数和去活参数的任意组合而可变式控制电磁体的激活与去活，从而控制设备的速度、效率、扭矩和功率。在此以引用的方式纳入US7105974，其公开了一种同步交流电动机，该同步交流电动机具有定子，该定子具有以多个环状延伸定子磁极组形式设置的定子磁极，每个定子磁极组具有一对相应的环状延伸的回路型定子绕组，这对定子绕组相邻地分布在任一侧，或者，每个定子磁极组只具有位于相邻一侧的单个上述绕组，相邻的定子磁极组相互周向移动一固定量，该固定量与特定电相位角度相对应。对绕组分别作用多相交流电压，以产生旋转的磁场，从而在每对绕组中产生方向相反的电流。因此，长期以来仍需求一种高效率的电动机，以通过利用类似发电机的配置来使给定尺寸的机械能输出最大化。
发明内容相应地，本实用新型的一个主要目的是，公开一种电动机，该电动机可通过对与定子相连的倾斜电磁线圈阵列施加电压以进行工作。倾斜线圈的磁场与相应的倾斜磁场(该倾斜磁场位于电磁设备阵列的匹配对之间)之间相互作用，产生倾斜的力矢量，该力矢量具有切向分量，该切向分量对电动机转子作用转矩。因此，通过将每对设备的磁场以及相应的线圈进行倾斜，具有垂直磁场和垂直线圈装置的发电机可毫不费力地转换为电动机。
通过多个具有高磁通密度的强大的、不同的、均匀的磁场，以及充分利用电动机容积的匹配倾斜线圈，这种配置能使电动机的效率最高，并使电动机每给定物理尺寸的机械能输出最大。对应于本实用新型的优选实施例，本实用新型的目的是公开一种电动机，其包括(i)多个表面，每个表面上连接有磁体阵列，以容纳位于任意两个相邻表面的偏移磁性元件相反对之间的多个倾斜磁场；(ii)多个静止不动的支撑结构，每个固定支撑结构都支撑一个电磁线圈阵列；每个线圈都位于每对匹配磁体之间；(iii)与所述表面相连的旋转轴。作用在线圈上的电压在每个线圈内产生轴向的磁场。线圈磁场与相应设备对的磁场之间相互作用，产生力矢量，该力矢量轴向地作用于倾斜的电磁场，该力矢量具有转矩分量，对与旋转轴相连的磁阵列表面产生作用。其中，通过设置多个强大的、不同的、均匀的磁场以及匹配电磁线圈，能使所述电动机效率最高、机械功率密度最大。本实用新型的一个目的是，提供一种用于产生机械能的电动机，同时提高电动机效率和机械功率密度，其中，所述电动机包括(i)多个具有主纵轴的圆盘表面，每个圆盘表面都连接至偏移磁体阵列；所述磁体设置为位于两个相邻圆盘表面上的匹配磁体对，以在所述匹配磁体对之间产生多个磁场；所述磁场相对于所述主纵轴倾斜角度A ;(ii)多个静止不动的支撑结构，每个固定支撑结构都具有位于每一对所述匹配磁体对之间的电磁线圈阵列,在对所述电磁线圈施加电压时,所述电磁线圈阵列产生轴向磁场；每个所述电磁线圈阵列都相对于所述主纵轴倾斜角度A ;以及(iii)与所述圆盘表面相连的旋转轴。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，其中，所述角度A大于0°且小于180°。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，其中，根据IEC 60034-30标准，所述电动机的发电效率提高至约90%。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，其中，根据Edict 553/2005标准，所述电动机的发电效率提高至约90%。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，其中，所述磁体的形状选自圆形或多边形。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，所述电动机包括多种磁性设备尺寸。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，其中，所述磁体为由例如钐或钕等稀土材料制成的磁场源。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，其中，所述磁体为铸铁构件。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，其中，对所述电动机进行设置，以使所述磁体与所述线圈之间的空气间隙最小，从而减少磁场损失。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，其中，所述圆盘表面具有非磁性层，以使每个所述匹配磁体对之间的所述磁场相互区别并分隔。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，所述电动机包括多个所述线圈支撑结构，用于悬置所述线圈阵列。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，所述电动机包括按一个方向或双向缠绕的线圈，这些线圈设置在阵列中，用于优化发电机的效率。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，其中，所述磁性设备阵列安装在所述圆盘表面上。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，其中，所述圆盘表面的全部所述磁体具有相同的磁极朝向。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，其中，所述磁体对的相反的磁极产生引力磁场。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，其中，顶部圆盘的顶面和底部圆盘的底面与发电机封包的铁壁相接触，以提供到磁场的低损耗介质路径。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，其中，所述磁体在两条相邻径向线上是交错设置的。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，其中，所述磁体设置在从所述圆盘中心到所述圆盘边缘的任意形状的曲线上。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，其中，所述磁体置在从所述圆盘中心到所述圆盘边缘的螺旋线上。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，其中，对整个电动机来说，每个所述匹配磁体对和线圈倾斜角度是相同的。 本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，其中，圆盘表面的各同心环的所述倾斜角度是不同的。[0044]本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，其中，所述电动机具有球形结构，且包括位于第一球内的第一表面和位于第二球外表面的第二表面，所述第二球位于所述第一球内。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，其中，所述电动机为椭球形结构，且包括位于第一椭球内的第一表面和位于第二椭球外表面的第二表面，所述第二椭球位于所述第一椭球内。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，所述电动机包括位于内部的第一波浪形表面，以及位于外部的第二波浪形表面。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，其中，所述第一表面和所述第二表面与所述铁制旋转轴相接触，以提供闭合磁场的低损耗介质路径。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的电动机，其中，每个所述静止不动的电动机线圈位于由一对磁体之间产生的磁场所界定的方向上。本实用新型的另一个目的是，提供一种提高电动机效率和机械功率密度的方法。该方法包括选自以下的步骤a.提供多个具有主纵轴的圆盘表面；b.将所述磁体阵列连接至每个所述圆盘表面，获得位于两个相邻圆盘表面上的匹配磁体对，以产生多个位于所述匹配磁体对之间的磁场；所述磁场关于所述主纵轴倾斜角度A;d.定位多个静止不动的支撑结构，每个固定支撑结构具有位于每个所述匹配磁体对之间的电磁线圈阵列；e.将旋转轴与所述圆盘表面相连；f.使所述线圈与所述磁体之间的空气间隙最小化，从而使磁场损耗最小化，并提高所述电动机的效率和所述机械密度。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，该方法还包括将所述电动机效率增加约90% (根据EC 60034-30)的步骤。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，该方法还包括将所述电动机效率增加约90% (根据Edict 553/2005)的步骤。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，该方法还包括将所述角度A调整至大于0°、小于180°的步骤。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，该方法还包括从以下组中选择所述磁体形状的步骤，所述组由圆形或多边形构成。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，该方法还包括配置所述电动机、以使所述磁体与所述线圈之间的空气间隙最小化，从而减少磁场损耗的步骤。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，该方法还包括用非磁性层包覆所述圆盘表面、以区别和分割每个所述匹配磁体对之间的所述磁场的步骤。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，该方法还包括将所述磁性设备安装在所述圆盘表面的步骤。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，该方法还包括调整圆盘表面上的全部所述磁体，以使其具有相同的磁极朝向的步骤。、[0063]本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，该方法还包括调整所述磁体对的相反磁极，以产生引力磁场的步骤。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，该方法还包括使顶部圆盘的顶面与底部圆盘的地面与发电机封包的金属壁相接触，以提供到磁场的低损耗路径的步骤。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，该方法还包括将所述磁体设置在从所述圆盘中心到所述圆盘边缘的任意形状的曲线上。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，该方法还包括将所述磁体设置在从所述圆盘中心到所述圆盘边缘的螺旋线上。 本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，该方法还包括将所述电动机设置为球结构的步骤。本实用新型的另一个目的是，提供如上所述的方法，该方法还包括将所述电动机设置为椭球的步骤。
为更好地理解本实用新型及其实施例，可参照以下附图，其中同一附图标记通篇指同一相应部件，其中图I为根据本实用新型一个实施例的电动机以及驱动该电动机的交流电压或直流电压的示意框图；图2为根据本实用新型一个实施例的匹配磁体对阵列和倾斜线圈阵列的非尺寸比例横截面视图，其中所述匹配磁体对阵列分布于电动机转子的两个相邻表面上，所述倾斜线圈阵列分布于每对匹配磁体对之间的电动机定子上；图3a为根据本实用新型一个实施例的电动机圆盘的非尺寸比例俯视图，其中所述电动机圆盘由两个同心区组成，这两个同心区具有两个不同的磁场倾斜；图3b为根据本实用新型一个实施例的两个相邻表面的非尺寸比例横截面视图，其中包括有四对相互面对的不同设备；图4为根据本实用新型一个实施例的圆柱形电动机的非尺寸比例横截面视图，该电动机具有三个圆盘，这三个圆盘具有四个表面，其上连接有磁性设备阵列，在每对相邻圆盘之间具有支撑结构，用于支撑多个电磁线圈；图5a为根据本实用新型一个实施例的电动机的非尺寸比例横截面视图，该电动机为第一球，其具有连接在第二球内的外表面上的磁性设备阵列，该第二球具有连接在内表面的磁性设备阵列，以及位于各表面之间的支撑结构，用于支撑多个电磁线圈；图5b为根据本实用新型一个实施例的电动机的非尺寸比例横截面视图，该电动机为第一椭球，其具有连接在第二椭球内的外表面上的磁性设备阵列，该第二椭球具有连接在内表面的磁性设备阵列，以及位于各表面之间的支撑结构，用于支撑多个电磁线圈；图5c为根据本实用新型一个实施例的电动机的非尺寸比例横截面视图，该电动机具有第一波浪形表面，该第一波浪形表面具有连接在第二波浪形表面内的外表面的磁性设备阵列，该第二波浪形表面具有连接在内表面的磁性设备阵列，以及位于各表面之间的支撑结构，用于支撑多个电磁线圈；[0078]图6a为圆盘表面的非尺寸比例俯视图，该圆盘表面具有相等尺寸的磁性设备阵列，这些磁性设备阵列连接在表面上，并沿从中心到边缘的径向线设置；图6b为圆盘表面的非尺寸比例俯视图，该圆盘表面具有连接在表面上的磁性设备，沿从中心到边缘的径向线，这些磁性设备的尺寸逐渐増大；图6c为圆盘表面的非尺寸比例俯视图，该圆盘表面具有相等尺寸的磁性设备阵列，这些磁性设备阵列连接在表面上，并沿从中心到边缘的曲线设置；图6d为圆盘表面的非尺寸比例俯视图，该圆盘表面具有相等尺寸的磁性设备阵列，这些磁性设备阵列连接在表面上，并沿从中心到边缘的螺旋线设置。
具体实施方式
以下各章节说明书部分使本领域任何技术人员能够使用本实用新型，并将发明人设计的最佳实施例付诸实践。当然，由于本实用新型总的原则已限定为提供一种电动机，因此，各种修正例对本领域技术人员来说都是显而易见的。在以下具体描述中，大量的特定细节都用于彻底地理解本实用新型的实施例。然而，本领域技术人员将能理解，这些实施例无需特定细节也可实施。说明书通篇的“某ー实施例”或“一个实施例”的意思是，与该实施例相关联的ー个特定特征、结构或特点包含与本实用新型的至少ー个实施例中。因此，说明书中各处的“在某一实施例中”或“在一个实施例中”这些表述无需全都指同一实施例或实用新型。另外，特定的特征、结构或特点也可按适当的方式组合在一个或多个实施例中。附图给出了本实用新型的优选实施例。在此公开的本实用新型的实施例都是发明人所设计的用于在商业环境中实施其实用新型的最佳模式，当然，应当理解的是，各种修正例都在本实用新型的參数范围内所完成的。术语“电动机”或“电机”在下文中非限制地指ー种将电压转化为旋转机械カ的机器。术语“转子”在下文中非限制地指电动机的旋转部分，其围绕电动机轴旋转。术语“定子”在下文中非限制地指电动机的固定部分，其对转子施加磁场力。术语“电磁线圏”或“线圈”在下文中非限制地指一种由多个围绕铁磁芯的导线绕组构成的部件。术语“线圈支撑结构”或“支撑结构”在下文中非限制地指ー种可用于支撑线圈阵列的电动机定子结构。术语“铁磁芯”在下文中非限制地指一种物质材料结构，例如铁、镍或钴及各种展现出极高磁导率、特征饱和点及磁滞性的合金。 术语“永磁场源”在下文中非限制地指ー种由特殊材料制成的设备，这种特殊材料自身能产生长期磁场。术语“磁性设备”或“磁体”在下文中非限制地指一种永磁场源或匹配铸铁构件。磁场产生于任何相互朝向的匹配磁体对之间。术语“非磁性材料”在下文中非限制地指ー种材料，该材料的单个原子的磁场随机排列，因而整体磁场趋向于抵消。术语“大约”在下文中非限制地指在參考值上下25%的范围。[0095]术语“国际电エ委员会(InternationalElectrotechnical Commission (IEC)60034-30)”在下文中指由IEC制定的一种新标准IEC 60034-30，单速三相笼型感应电动机 1! 效分级(Efficiency Classes of single-speed three-phase cage inductionmotors)。该标准的目的是，提供一组全球通用的性能标签，以对单速三相笼型感应电动机的能效等级进行分类。所考虑的电动机范围为频率50Hz或60Hz的三相笼感应电动机· 其额定功率为0. 75kff至200kW ；· 其额定电压最大为1000V ;· 其连续负荷等级为SI级；· 其防护等级为IP4X或更高。术语“Edict 553/2005”在下文中指从2005年底开始的更新的规则。于2002年首次制定的第一个用于电动机的规定“能效法案(Energy Efficient Act)”建立了两组最低效率性能标准(MEPS)，分别用于“标准电动机”(強制性)和“高效电动机”(自愿性)(參见Agenor Gomes Pinto barciaa, Alexandre b. Szkloa, Roberto Schaeifera and MichaelA. McNeilb, Energy-efficiency standards for electric motors in Brazilianindustry", Energy Policy, Volume 35, Issue 6, June 2007, Pages 3424-3439)。本实用新型为ー种可通过对连接在定子上的倾斜电磁线圈施加电压而进行工作的电动机。所述倾斜线圈的磁场与相应的倾斜磁场(位于任意匹配磁体对之间)之间相互作用，产生倾斜的カ矢量，该カ矢量具有对电动机转子作用转矩的切向分量。因此，通过纳入任意匹配磁体对之间的倾斜磁场、并在其之间分布倾斜线圈，具有垂直磁场和垂直线圈的等效发电机装置将转化为电动机。多个具有高磁通密度的強大的、不同的、均匀的磁场，以及充分利用电动机的容积的匹配倾斜线圈，这种配置能使电动机的效率最高，并使电动机每给定物理尺寸的机械能输出最大。參见图1，其为电动机系统10的示意框图。电动机14为本实用新型的一个实施例，是由交流电压驱动的交流电动机。如果具有可用的交流电压源11，则电动机14由该交流电压直接驱动。如果驱动电压为直流电压源12，则利用现有技术的电子直流交流转换模块13将直流电压12转换为交流电压。电动机14的定子由连接在相互面对的相邻表面上的磁体对阵列(匹配磁体对)组成。电动机14的定子由分布于相应的匹配磁体对之间的匹配电磁线圈阵列组成。当交流电压作用于线圈时，作用在转子的水平矢量力分量使转子围绕转子轴旋转。參见图2，其为本实用新型的圆柱形电动机实施例的非尺寸比例横截面视图。磁体201、202、203、204和205连接在圆盘200上，形成磁体的ニ维阵列。同样，磁体221、222、223、224和225连接在圆盘220上，形成磁体的ニ维阵列。连接在圆盘200上的磁体201与连接在磁体220上磁体221形成一对磁体(匹配磁体对)。连接在圆盘200上的每个磁体都具有一个连接在圆盘220上的匹配磁体对。所述磁体对彼此相对偏移。这样，每ー对磁体对都产生倾斜磁场。所述匹配磁体对之间的任何偏移都将在二者之间产生倾斜磁场。如果所述偏移在圆盘平面上的突出不沿着径向线，则将对圆盘施加切向力。例如，匹配磁体对201与221、202与222、203与223、204与224以及205与225彼此之间偏移的距离和方向相同，则各磁体对之间的磁场也以相同方式傾斜。倾斜角度可以为相对于圆盘的主纵轴大于0°、小于180°的任意值。所描述的电动机包括三个圆盘，具有四个磁性阵列表面。当然，任何可行的圆盘数量都在本实用新型的范围之内。分布在定子支撑结构210内的电磁线圈211、212、213、214和215以与匹配磁体对之间的磁场相同的方式进行傾斜，且这些线圈具有相似的物理尺寸。当电压作用于定子线圈阵列时，所有匹配磁体对的倾斜磁场与作用于线圈的电压所产生的电磁场之间相互作用，在每对匹配磁体对与相应的线圈之间施加力矢量，该カ矢 量具有相同的倾斜角度。所述カ矢量具有竖直分量和水平分量。所述カ矢量的水平分量对电动机转子施加转矩。所述倾斜角度可以是相对于圆盘的主纵轴大于0°且小于180°的任意方向上的角度值，该角度在电动机容积内不同位置可以不同，以优化电动机运转，提高其效率。所述磁体可以为多边形或圆形，通常为由例如钐、钕等稀土材料或铸铁构件制成的磁场源。该构件封装在低磁损耗的铸铁壁封包内，这种铸鉄壁封包用于闭合磁力线，同时使损耗最低。所述圆盘由磁性材料制成，与铁制电动机轴和铁制电动机外围相接触，所述外围用于提供通向每ー对的磁场的低磁阻路径。线圈与相应的匹配磁体对之间的空气间隙減少至最小，以将通过二者的磁场损耗最小化。本实用新型采取以下方式来提供高效率和高功率密度的电动机多个匹配磁体对形成高磁通密度，匹配磁体对与匹配电动机线圈的紧密结构，以及线圈与磁体之间最小程度的空气间隙使得磁场损耗最小等。參见图3a，其为圆盘的俯视图。区段36的所有磁体与其匹配磁体对形成第一磁场倾斜角。同样，区段37的所有磁体与其匹配磁体对形成第二磁场倾斜角。这样，不同的力作用于这两个区段，以优化电动机的操作。电磁线圈的绕组可在两个相反方向上进行，以产生相反的磁场以及由此的相反力矢量。在一个实施例中，线圈阵列可包括以优化电动机-发电机效率的方式而双向绕组的线圈。參见图3b，其为两个相邻圆盘的横截面视图，这两个圆盘具有相互面对的磁体对，这些磁体对相对偏移地连接在圆盘上。连接在圆盘30a上的磁体35a和连接在圆盘30b上的磁体35b是一对永磁场源。永磁场源35b具有朝上的北磁极,而偏移的永磁场源35a具有朝下的南磁极。这样，这对永磁场源之间的磁场产生倾斜的引力。磁体34a和磁体34b为永磁体，二者相互偏移且都具有北磁极。因此,这ー对磁体之间的磁场产生倾斜的斥力。磁体33a为铸铁构件，磁体33b为任意磁极方向的永磁场源。永磁场源33b将铸铁构件33a磁化，从而在这对磁体之间产生倾斜磁场。磁体32a为永磁场源，磁体32b为铸铁构件。因此，这对磁体的设置与磁体对33a和33b相反，但也具有倾斜磁场。电磁线圈的磁场分布在匹配磁体对之间，且被施加有电压，该磁场与匹配磁体对的倾斜磁场之间发生相互作用。匹配磁体对之间的偏移不与圆盘的径向线重合。因此,匹配磁体对的磁场与相关线圈的磁场之间相互作用，产生カ矢量，该カ矢量具有在圆盘上的切向分量，该切向分量对电动机转子施加转矩。不同匹配磁体对的最佳设计和倾斜组合实现优选的系统系能。參见图4，其为圆柱形电动机40的横截面视图。电动机40的转子由圆盘41a、41b和41c组成，这些圆盘连接在旋转轴40上。磁体阵列连接在圆盘41a的第一表面上。第一磁体阵列连接在圆盘41b的第一侧，第二磁体阵列连接在圆盘41b的第二表面。另ー磁体阵列连接在圆盘41c上。连接在圆盘41a上的阵列面对圆盘41b的第一阵列，且彼此面对的装置形成匹配磁体对，这些磁体对之间具有磁场。同样，连接在圆盘41b的第二表面的第ニ阵列面对连接在圆盘41c上的阵列，且彼此面对的装置形成匹配磁体对，这些磁体对之间具有磁场。由于匹配磁体对彼此偏移，因此，匹配磁体对之间的磁场相对于圆盘的主纵轴发生倾斜。电动机定子包括线圈支撑结构42a和42b。线圈支撑结构42a支撑多个电磁线圈。每个线圈由于相应的磁体对之间的磁场发生傾斜。同样，线圈支撑结构42a支撑多个电磁线圈。每个线圈由于相应的磁体对之间的磁场发生倾斜。 当电压作用于全部线圈时,在姆个线圈内产生磁场。多个匹配磁体对的磁场与相应的线圈磁场之间相互作用，产生多个カ矢量，这些カ矢量具有对电动机转子施加转矩的切向分量。由于有效地优化了发电机容积，使发动机具有低损耗和高机械能量密度，因此，这种配置可实现电能向机械能的高效转换。參见图5a,其为球形电动机的横截面视图。所述电动机的转子包括外部球表面52和内部球表面51。磁体阵列连接在内部表面52上。同样，磁体阵列连接在外部表面51上。外部表面51上的每个磁体都具有位于内部表面52上的适配磁体，这些互相面对的适配装置构成匹配磁体。任意一对磁体之间的磁场都关于径向线在同一方向上倾斜。电动机定子包括线圈支撑结构53，用干支撑电磁线圈阵列。对应于每ー对匹配磁体对的每个线圈都在相应磁体对的磁场的方向上傾斜。当电压作用于这些线圈时，匹配磁体对的磁场与相应线圈的磁场发生相互作用，产生平行于磁场的力矢量。该カ矢量具有切向分量，该切向分量作用转矩，使电动机转子围绕电动机轴50旋转。參见图5b，其为椭球形电动机。该椭球形为图5a的球形电动机的变形例。第一磁体阵列连接在内表面55上,该内表面55为电动机转子的一部分。第二磁体阵列连接在外部表面54上，该外部表面54为电动机转子的一部分。第一阵列的每个磁体在第二阵列中都具有匹配的磁体对。所有匹配磁体对在突出于图5b的平面的方向上倾斜，每对的磁场也以同样方式傾斜。线圈支撑结构55支撑电磁线圈阵列，使匹配磁体对阵列相互关联。每个线圈都在相应的匹配磁体对之间的磁场的方向上倾斜，即，线圈倾斜以突出于图5b的平面。当电压作用于线圈时，电磁线圈产生轴向磁场。匹配磁体对的磁场与相应的线圈磁场之间相互作用，施加轴向的力矢量。该カ矢量具有切向分量，该切向分量作用转矩，使电动机转子围绕电动机轴50旋转。图5c为具有ー对任意波浪形表面的电动机的横截面视图。第一磁体阵列连接在内表面58上,该内表面58为电动机转子的一部分。第二磁体阵列连接在外部表面57上，该外部表面57为电动机转子的一部分。第一阵列的每个磁体在第二阵列中都具有匹配的磁体对。所有匹配磁体对在突出于图5b的平面的方向上倾斜，每对的磁场也以同样方式倾斜。线圈支撑结构59支撑电磁线圈阵列，使匹配磁体对阵列相互关联。每个线圈都在相应的匹配磁体对之间的磁场的方向上倾斜，即，线圈倾斜以突出于图5c的平面。当电压作用于线圈吋，电磁线圈产生作用于线圈的磁场。匹配磁体对的磁场与相应线圈的磁场之间相互作用，施加轴向的力矢量。该カ矢量具有切向分量，该切向分量作用转矩，使电动机转子围绕电动机轴50旋转。參见图6a，其为图4的圆柱形电动机的圆盘俯视图，展示了电动机圆盘60上磁体设置的一个实施例。磁体阵列可沿着圆盘上相邻的径向线交错设置。例如，圆形磁体61的 线沿着径向线设置，而相邻的磁体线关于该径向线61交错分布。同样，可将六边形磁体66沿径向线设置。相邻的六边形径向线无需交错分布，只需ー齐并排分布在相邻径向线上即可。圆盘材料为磁性的，以提供对磁体磁场的低磁场阻力。圆盘表面包覆有非磁性材料，以对磁体之间进行磁性隔离。所述磁性圆盘与铁制轴和电动机外围相接触，以提供对匹配磁体对的低磁场阻力。參见图6b，其为图4中的圆柱形电动机的俯视图，展示了电动机圆盘60上设备设置的一个实施例。磁体阵列可沿着圆盘的径向线设置。例如，圆形磁体62的线沿着径向线设置。沿径向线设置的磁体的尺寸逐渐増大。这使磁体沿相邻径向线的设置更加容易。圆盘材料为磁性的，以提供对磁体磁场的低磁场阻力。圆盘表面包覆有非磁性材料，以对磁体之间进行磁性隔离。所述磁性圆盘与铁制电动机外围相接触，以提供对匹配磁体对的低磁场阻力。參见图6c，其为图4中的圆柱形电动机的圆盘的俯视图，展示了电动机圆盘60上的另ー种磁体设置。磁体阵列沿着从圆盘表面至圆盘边缘的曲线(而非直的径向线)设置，如前图所示。圆盘材料为磁性的，以提供对磁体磁场的低磁场阻力。圆盘表面包覆有非磁性材料，以对磁体之间进行磁性隔离。所述磁性圆盘与铁制电动机外围相接触，以提供对匹配磁体对的低磁场阻力。參见图6d，其为图4中的圆柱形电动机的圆盘俯视图，展示了电动机圆盘60上的另ー种磁体设置。磁体阵列沿着从圆盘中心开始、以各种方式延伸至圆盘边缘的螺旋线65设置。圆盘材料为磁性的，以提供通向磁体磁场的低磁场阻力。圆盘表面包覆有非磁性材料，以对磁体之间进行磁性隔离。所述磁性圆盘与铁制电动机轴和电动机外围相接触，以提供到匹配磁体对的低磁场阻力。本实用新型范围内的磁体设置的实施例可包括多种设备尺寸和形状，这些都可设置为不同的磁体阵列。匹配磁体对的各种磁场倾斜的实施例都在本实用新型的范围之内。应当理解，前述方法可在许多方面有所不同，包括可改变步骤的顺序，和/或同时执行多个步骤。[0144]应当理解，前述的方法和设备应当解释为包括用于实施所述方法的装置，以及使用所述装置的方法。对于本实用新型主要的实施例，类型和模式的特定选择并非决定性的，除非是在特别指出时。本实用新型通过对实施例的具体描述来展开阐述，实施例通过举例的方式，并不意在限制本实用新型的范围。不应当认为总体上具有限制，也不应当认为例如“可能”、“应当”、“优选地”、“必须”等其它表征重要性或动机程度的表达限制了权利要求及其等同例的范围，除非是在对范围进行了书面限制的那些权利要求中。应当理解的是，关于一个实施例的特征和步骤可以用于其它实施例，并不是本实用新型的所有实施例都具有某一特定图中或某一实施例所描述的全部特征和/或步骤。即，应当从组合的角度来理解所述公开，应 当认为每个部件的每个实施例都与每个部件的每个其它实施例共同公开(事实上，是在同一部件变形例的相兼容实施的各种组合中进行公开)。本领域技术人员可作出所描述的实施例的变形。另外，术语“包含”、“包括”、“具有”及其同义词在权利要求中的意思都是“包括但不限干”。权利要求中単数形式的每个部件都是指ー个或ー个以上部件，当具有ー组的ー个或多个可选项时，应当解释为，权利要求只需要一个选自各种可选项的部件，并不需要每种可选项都选择ー个。摘要也不构成对本申请或权利要求范围的限制。应当注意到，上述的一些实施例可能描述了由发明人设计的最佳模式，因而可能包含有对本实用新型而言并非必须的结构、行为或结构和行为的细节，而这些都作为例子进行了描述。在此描述的结构和行为就算在现有技术中是不同的，其仍可由实现同样功能的等同例来替代。因此，本实用新型的范围只受权利要求所使用的部件和限定的限制。
权利要求1.一种电动机，用于产生机械能、同时提高电动机效率和机械功率密度，其中，所述电动机包括 a.多个具有主纵轴的圆盘表面，每个圆盘表面都连接至偏移磁体阵列；所述磁体以相互匹配的磁体对的形式排列于两个相邻圆盘的表面上，以在匹配磁体对之间产生多个磁场；所述磁场相对于所述主纵轴倾斜角度A ； b.多个静止不动的支撑结构，每个支撑结构都具有位于每ー对所述匹配磁体对之间的电磁线圈阵列，当电压作用于电磁线圈吋，所述电磁线圈阵列用于提供轴向磁场；每个所述电磁线圈阵列都关于所述主纵轴倾斜角度A ；以及 c.连接在所述圆盘表面的旋转轴。
2.根据权利要求I所述的电动机，其特征在于所述角度A大于0°且小于180°。
3.根据权利要求I所述的电动机，其特征在于所述磁体的形状选自圆形或多边形。
4.根据权利要求I所述的电动机，其特征在于所述磁体为由稀土材料钐或钕制成的磁场源。
5.根据权利要求I所述的电动机，其特征在于所述磁体为铸铁构件。
6.根据权利要求I所述的电动机，其特征在于对所述电动机进行配置，使所述磁体与所述线圈之间的空气间隙最小，以减少磁场损耗。
7.根据权利要求I所述的电动机，其特征在于所述圆盘表面具有非磁性涂层，以使每个所述匹配磁体对之间的所述磁场相互区别并分隔。
8.根据权利要求I所述的电动机，其特征在于所述电动机还包括多个线圈支撑结构，用于悬置所述线圈阵列。
9.根据权利要求I所述的电动机，其中，所述电动机包括按ー个方向或双向缠绕的线圈，这些线圈设置在阵列中，用于优化发电效率。
10.根据权利要求I所述的电动机，其特征在于所述磁体阵列安装在所述圆盘表面上。
11.根据权利要求10所述的电动机，其特征在于所述圆盘表面的全部所述磁体具有相同的磁极朝向。
12.根据权利要求10所述的电动机，其特征在于所述磁体对的相反磁极产生引力磁场。
13.根据权利要求12所述的电动机，其特征在于顶部圆盘的顶面和底部圆盘的底面与发电机封包的鉄壁相接触，以提供通向磁场的低损耗介质路径。
14.根据权利要求10所述的电动机，其特征在于所述磁体在两条相邻径向线上是交错设置的。
15.根据权利要求10所述的电动机，其特征在于所述磁体置在从圆盘中心至圆盘边缘的螺旋线上。
16.根据权利要求10所述的电动机，其特征在于整个电动机中的每个所述匹配磁体对和线圈倾斜角度是相同的。
17.根据权利要求10所述的电动机，其特征在于所述圆盘表面的各同心环上的所述倾斜角度是不同的。
18.根据权利要求I所述的电动机，其特征在于所述电动机具有球形结构，其包括位于第一球内部的第一表面和位于第二球外表面的第二表面，所述第二球位于所述第一球内。
19.根据权利要求I所述的电动机，其特征在于所述电动机为椭球形，且包括位于第ー椭球内部的第一表面和位于第二椭球外表面的第二表面，所述第二椭球位于所述第一椭球内。
20.根据权利要求I所述的电动机，其特征在于所述电动机包括位于内部的第一波浪形表面，以及位于外部的第二波浪形表面。
21.根据权利要求18或19所述的电动机，其特征在于所述第一表面和所述第二表面与所述铁制旋转轴相接触，以提供闭合磁场的低损耗路径。
专利摘要本实用新型涉及一种用于产生机械能、同时提高电动机效率和机械功率密度的电动机，其中，所述电动机包括a.多个具有主纵轴的圆盘表面，每个圆盘表面都连接至偏移磁体阵列；所述磁体以相互匹配的磁体对的形式排列于两个相邻圆盘的表面上，以在所述匹配磁体对之间产生多个磁场；所述磁场相对于所述主纵轴倾斜角度A；b.多个静止不动的支撑结构，每个固定支撑结构都具有位于每一对所述匹配磁体对之间的电磁线圈阵列，当电压作用于所述电磁线圈时，所述电磁线圈阵列用于提供轴向磁场；每个所述电磁线圈阵列都关于所述主纵轴倾斜角度A；以及c.连接在所述圆盘表面的旋转轴。
文档编号H02K1/18GK202395532SQ201120328138
公开日2012年8月22日 申请日期2011年9月2日 优先权日2011年6月16日
发明者尤里·拉波波特 申请人:尤里·拉波波特