專(zhuān)利名稱(chēng)：具有電動(dòng)機(jī)效應(yīng)和發(fā)電機(jī)效應(yīng)的環(huán)形功率轉(zhuǎn)換器的制作方法
具有電動(dòng)機(jī)效應(yīng)和發(fā)電機(jī)效應(yīng)的環(huán)形功率轉(zhuǎn)換器
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種在機(jī)械能和電能之間進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的設(shè)備。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展水平，這種設(shè)備部分地被稱(chēng)為電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)。電動(dòng)機(jī)原理可以描述如下在永久勵(lì)磁的情況下，(靜止的)定子用作具有極靴的永磁體。在電勵(lì)磁的情況下，定子充當(dāng)承載勵(lì)磁線圈和/或勵(lì)磁繞組的鐵芯。如果將電流引導(dǎo)經(jīng)過(guò)定子繞組，則定子中產(chǎn)生永磁場(chǎng)(奧斯特原理)。轉(zhuǎn)子位于定子的內(nèi)側(cè)，轉(zhuǎn)子在多數(shù)情況下由具有鐵芯的線圈(所謂的電樞)組成， 其通過(guò)樞軸安裝在定子的極靴之間的永磁場(chǎng)中。電樞經(jīng)由分段的(segmented)換向器和滑動(dòng)觸點(diǎn)(碳刷)來(lái)供電。如果將電流引導(dǎo)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子，同樣產(chǎn)生永磁場(chǎng)，所述永磁場(chǎng)與定子的磁場(chǎng)相互作用。因此，電樞繞著其自身的軸旋轉(zhuǎn)，并且使用同樣旋轉(zhuǎn)的換向器而將適當(dāng)?shù)木€圈切換至電流路徑。因此，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。如果這種電動(dòng)機(jī)不裝配有換向器，則電樞將旋轉(zhuǎn)，直至轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)與定子的磁場(chǎng)換向。為了確保電動(dòng)機(jī)在該“死點(diǎn)”上不停止，使用換向器(也稱(chēng)為集電器)針對(duì)每個(gè)新的段切換電樞線圈中的電流。換向器由金屬段組成，其產(chǎn)生被不導(dǎo)電材料(塑料、空氣)的窄帶中斷的圓柱形或圓形區(qū)域。電樞繞組連接所述段。對(duì)于絕大部分來(lái)說(shuō)，使用彈簧將兩個(gè)碳刷壓在換向器上。它們用于供應(yīng)電力。每個(gè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)改變經(jīng)過(guò)電樞繞組的電流方向。導(dǎo)體進(jìn)入定子的永磁場(chǎng)，所述導(dǎo)體的電流流向產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子的永磁場(chǎng)是靜止的。因此，為了避免渦流，旋轉(zhuǎn)電樞的鐵芯必須包括金屬片的疊置體。在發(fā)電機(jī)的情況下，應(yīng)用相同的原理。唯一的不同之處在于機(jī)械力從外部施加到驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的軸上。這導(dǎo)致定子上產(chǎn)生一定的電壓和電流。然后可以將產(chǎn)生的電能用于某種目的。上述電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)幾何形狀消極地限制了這些重要的能量轉(zhuǎn)換器的可能改進(jìn)。因此，本發(fā)明的任務(wù)是針對(duì)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的最重要的系統(tǒng)部件引入新的幾何形狀。該新的幾何形狀實(shí)現(xiàn)了這些電動(dòng)機(jī)和/或發(fā)電機(jī)的特定應(yīng)用、特定設(shè)計(jì)布置。

發(fā)明內(nèi)容
具有獨(dú)立權(quán)利要求的各個(gè)特征的主題解決該任務(wù)。本發(fā)明的各個(gè)主題的有利的進(jìn)一步發(fā)展和改進(jìn)能夠在從屬權(quán)利要求中發(fā)現(xiàn)。簡(jiǎn)而言之，本發(fā)明包含將永磁體靜止地布置成環(huán)形或布置在環(huán)的內(nèi)側(cè)的思想。然后將包括永磁體的該環(huán)通過(guò)沿著環(huán)圓周靜止布置的多個(gè)線圈的繞組內(nèi)側(cè)移動(dòng)。從而，暫時(shí)地、按時(shí)間順序地精確控制對(duì)驅(qū)動(dòng)線圈的供電。這些線圈使永磁體加速。發(fā)電機(jī)線圈可以用于使永磁體減速，并且用于將電流饋送至電流蓄電池中?，F(xiàn)在，如果永磁體通過(guò)去激勵(lì)的線圈，則在進(jìn)入和離開(kāi)線圈時(shí)永磁體產(chǎn)生感應(yīng)電壓浪涌。隨后的永磁體也產(chǎn)生這樣的電壓浪涌?？梢詫a(chǎn)生的電能分接(tap)作為由該裝置產(chǎn)生的電能(發(fā)電機(jī)效應(yīng))，并且能夠?qū)⑵溥M(jìn)一步使用。反之亦然，如果永磁體通過(guò)線圈，并且在正確的時(shí)間點(diǎn)使用預(yù)先確定的電流激勵(lì)該線圈，則該線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)包含具有相應(yīng)的磁通量以及相應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和電通線的北極和南極。當(dāng)永磁體的北極通過(guò)線圈的當(dāng)前各自產(chǎn)生的、剛產(chǎn)生的磁場(chǎng)的北極時(shí)，如果此時(shí)將按時(shí)間順序控制的電流精確地饋送到線圈中，則觀察到排斥效應(yīng)，例如北極和北極相互排斥。使用各自不同的線圈和永磁體，能夠在環(huán)中的幾個(gè)位置上并行地產(chǎn)生該效應(yīng)。該效應(yīng)驅(qū)動(dòng)填充有永磁體并且組裝有線圈的環(huán)，并且建立根據(jù)本發(fā)明的裝置的相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)效應(yīng)。在下一個(gè)永磁體進(jìn)入預(yù)先激勵(lì)的線圈之前，為了防止線圈的磁場(chǎng)對(duì)下一個(gè)進(jìn)入的永磁體的減速，必須去除該磁場(chǎng)。為此，由相應(yīng)的線圈及時(shí)減小電流。產(chǎn)生的感應(yīng)電壓浪涌用于經(jīng)由電阻器將相應(yīng)的電流饋送到電容器中。接下來(lái)，以按時(shí)間順序控制的方式再次激勵(lì)線圈。這確保了在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間點(diǎn)對(duì)連續(xù)的永磁體產(chǎn)生所期望的排斥力。假設(shè)適當(dāng)?shù)碾娏黟佀兔}沖控制和使用適當(dāng)長(zhǎng)度的永磁體適當(dāng)?shù)靥畛洵h(huán)，則將轉(zhuǎn)矩施加至環(huán)。這要求將永磁體永久地固定至該環(huán)，并且不能在環(huán)內(nèi)移動(dòng)。然后將施加至環(huán)的轉(zhuǎn)矩用作電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。為此，該環(huán)經(jīng)由一個(gè)或幾個(gè)機(jī)械連接件而與相應(yīng)的軸連接?？梢詫⒃撛斫Y(jié)構(gòu)僅操作為并且用作發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)，或者可以作為兩種功能的組合。為此，沿著環(huán)的圓周布置并且因此致動(dòng)適當(dāng)數(shù)量的驅(qū)動(dòng)線圈(也被稱(chēng)為電機(jī)線圈)和 /或適當(dāng)數(shù)量的發(fā)電機(jī)線圈。如果驅(qū)動(dòng)線圈的數(shù)量和電能占優(yōu)勢(shì)，則結(jié)果是電動(dòng)機(jī)效應(yīng)。反之亦然，如果發(fā)電機(jī)建立比電動(dòng)機(jī)更大的能量消耗，則大體上實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)效應(yīng)。換句話說(shuō)， 該設(shè)計(jì)安排最終用作用于電能的發(fā)電機(jī)。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展水平，能夠?qū)⒃撾娔軓木€圈分接。反之亦然，在電動(dòng)機(jī)的情況下，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展水平，也能夠使用軸的動(dòng)能。具體的應(yīng)用是用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛的電動(dòng)機(jī)， 和/或當(dāng)由能量產(chǎn)生而使軸減速時(shí)，用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛、對(duì)電池或其它儲(chǔ)能器件饋電的發(fā)電機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的與過(guò)程相關(guān)的主要方面，公開(kāi)了一種僅作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行而用于在電能與機(jī)械能之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換方法，其特征在于下列步驟a)在連續(xù)均勻間隔安裝的環(huán)形永磁體的環(huán)形裝置中，所述永磁體的連接軸相對(duì)于環(huán)幾何形狀指向切線方向，其中沿著環(huán)形裝置的環(huán)圓周布置特定的預(yù)定數(shù)量的驅(qū)動(dòng)線圈和 /或特定的預(yù)定數(shù)量的發(fā)電機(jī)線圈，在圍繞環(huán)形裝置的中心點(diǎn)移動(dòng)該環(huán)形裝置時(shí)，永磁體通過(guò)線圈，b)在移動(dòng)所述環(huán)時(shí)使用預(yù)定的記錄位置，記錄所述永磁體的磁極的通過(guò)，c)根據(jù)環(huán)的速度，或多或少地暫時(shí)激勵(lì)所述驅(qū)動(dòng)線圈，其中分別從緩沖器獲得電流，通過(guò)激勵(lì)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)線圈而產(chǎn)生相應(yīng)的暫時(shí)磁場(chǎng)，其中在由記錄器件和控制器件限定的使永磁體的磁極通過(guò)相應(yīng)的暫時(shí)磁場(chǎng)的相同特性的磁極的時(shí)間點(diǎn)發(fā)生激勵(lì)。這導(dǎo)致相應(yīng)的永磁體和整個(gè)環(huán)形裝置的移動(dòng)的加速。根據(jù)本發(fā)明的與過(guò)程相關(guān)的另一主要方面，公開(kāi)了一種僅作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行而用于在電能與機(jī)械能之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換方法，其特征在于下列步驟d)在連續(xù)均勻間隔安裝的環(huán)形永磁體的環(huán)形裝置中，所述永磁體的連接軸相對(duì)于環(huán)幾何形狀指向切線方向，其中沿著環(huán)形裝置的環(huán)圓周布置特定的預(yù)定數(shù)量的驅(qū)動(dòng)線圈和 /或特定的預(yù)定數(shù)量的發(fā)電機(jī)線圈，在圍繞環(huán)形裝置的中心點(diǎn)移動(dòng)該環(huán)形裝置時(shí)，永磁體通過(guò)線圈，e)當(dāng)相應(yīng)的永磁體進(jìn)入或離開(kāi)發(fā)電機(jī)線圈時(shí)，在相應(yīng)的永磁體和環(huán)形裝置減速的時(shí)刻，不時(shí)地將感應(yīng)電流從一個(gè)前述發(fā)電機(jī)線圈饋送到緩沖器中。根據(jù)本發(fā)明的與過(guò)程相關(guān)的另一主要方面，公開(kāi)了一種作為電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)運(yùn)行的能量轉(zhuǎn)換方法，其在具有驅(qū)動(dòng)線圈和發(fā)電機(jī)線圈的一個(gè)裝置中操作，并且能夠組合執(zhí)行步驟a)至e)。根據(jù)本發(fā)明的其它有利方面，能夠通過(guò)幾個(gè)這種環(huán)的同心裝置來(lái)擴(kuò)展根據(jù)本發(fā)明的環(huán)幾何形狀。用于待激勵(lì)線圈的致動(dòng)導(dǎo)線被布置在環(huán)之間或者被布置在垂直于共同的環(huán)軸的平面中，與一個(gè)相應(yīng)的環(huán)相鄰。通過(guò)這種方式能夠分別增加每單位體積的發(fā)電機(jī)輸出和電動(dòng)機(jī)輸出。為了產(chǎn)生具有進(jìn)一步增加的高度的圓柱體，可以將上述的幾個(gè)這種環(huán)裝置和/或剛剛所述的同心環(huán)裝置連續(xù)布置。圓柱體的底面積是由一個(gè)“圓盤(pán)”的外環(huán)覆蓋的面積。圓柱體高度原則上是連續(xù)布置的單獨(dú)環(huán)和/或多個(gè)環(huán)或圓盤(pán)的寬度尺寸的總和。同樣將在單個(gè)圓盤(pán)之間的間隙(clearance)中容納控制器。使用該方法，將進(jìn)一步增加功率密度和/ 或功率輸出。根據(jù)本發(fā)明的與設(shè)備相關(guān)的基本方面，公開(kāi)了一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，其在一定程度上以自推進(jìn)發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)效應(yīng)為特征。該設(shè)備的特征在于下列屬性a)在連續(xù)均勻間隔安裝并且優(yōu)選以相同的北極/南極取向?yàn)樘卣鞯沫h(huán)形永磁體的環(huán)形裝置，所述永磁體的磁極的連接軸優(yōu)選相對(duì)于環(huán)幾何形狀指向切線方向，b)其中沿著環(huán)圓周布置特定的預(yù)定數(shù)量的驅(qū)動(dòng)線圈以及特定的預(yù)定數(shù)量的發(fā)電機(jī)線圈，使得在圍繞環(huán)的中心點(diǎn)移動(dòng)該環(huán)時(shí)，永磁體通過(guò)線圈，c)其中存在至少一個(gè)記錄器件，其在移動(dòng)環(huán)時(shí)記錄所述永磁體的磁極的通過(guò)，d)用于在由記錄器件限定的時(shí)間點(diǎn)將能量特定地饋送到一個(gè)前述驅(qū)動(dòng)線圈中的設(shè)備，其中分別從緩沖存儲(chǔ)器獲得電流，并且由于永磁體相互機(jī)械耦合，所以基于該設(shè)備使一個(gè)永磁體加速，從而使整個(gè)環(huán)形裝置也加速，e)用于將感應(yīng)電流從一個(gè)前述發(fā)電機(jī)線圈特定地饋送到緩沖存儲(chǔ)器中的設(shè)備。由于永磁體永久地機(jī)械耦合，所以這導(dǎo)致一個(gè)永磁體和整個(gè)環(huán)形裝置的減速。這些永磁體例如在環(huán)中的適當(dāng)位置上永久地安裝至該環(huán)。f)能量緩沖存儲(chǔ)器，其能夠用于特定地汲取電流和饋送電流，g)由此，環(huán)形裝置途徑線圈內(nèi)部，因此由線圈繞組產(chǎn)生的間隙用于在環(huán)的中心點(diǎn)附近的同心移動(dòng)。前述連續(xù)布置的磁體有利地是永磁體而不是電磁體。為了產(chǎn)生永磁場(chǎng)，必須首先激勵(lì)它們。將環(huán)形裝置有利地設(shè)計(jì)成環(huán)形管，在其內(nèi)部布置永磁體。通過(guò)環(huán)位于單個(gè)線圈內(nèi)， 因此在驅(qū)動(dòng)線圈和用戶線圈內(nèi)可用的內(nèi)部空間中的事實(shí)而支撐環(huán)形裝置。在環(huán)的外表面以及線圈中的引導(dǎo)通孔的內(nèi)表面上布置低摩擦涂層，以便在永磁體由通過(guò)排斥效應(yīng)而移動(dòng)時(shí)，確保盡可能最小的摩擦。可替換地或組合地，能夠?qū)h(huán)安裝在可移動(dòng)的輥或滾筒上。在環(huán)內(nèi)部的永磁體永久地固定至環(huán)。由于永磁體被安裝在環(huán)內(nèi)部的預(yù)定位置上， 所以它們相互之間的間隔也是固定的。取決于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的主要應(yīng)用目的，驅(qū)動(dòng)線圈的數(shù)量超過(guò)發(fā)電機(jī)線圈的數(shù)量，或者反之亦然。這些線圈的數(shù)量和這些數(shù)量相互之間的比率取決于這些線圈的電氣布置。在移動(dòng)環(huán)時(shí)記錄所述永磁體中的一個(gè)或幾個(gè)磁極的通過(guò)的記錄器件的目的是確定將電流饋送到驅(qū)動(dòng)線圈中的最佳時(shí)間點(diǎn)。然后這導(dǎo)致線圈產(chǎn)生相應(yīng)的永磁場(chǎng)，所述永磁場(chǎng)在該時(shí)間點(diǎn)以排斥永磁體的通過(guò)的磁極的方式進(jìn)行取向。通過(guò)激勵(lì)的驅(qū)動(dòng)線圈的相應(yīng)位置和時(shí)間的同步而使排斥過(guò)程同步。這確保了最佳的排斥。用于特定地激勵(lì)驅(qū)動(dòng)線圈的設(shè)備優(yōu)選地包含功率晶體管，其控制電極接收由前述記錄器件產(chǎn)生的電流信號(hào)。記錄器件能夠處理例如由光屏障裝置產(chǎn)生的信號(hào)，所述光屏障裝置檢測(cè)移動(dòng)的永磁體的北極或南極通過(guò)確定的、靜止的標(biāo)記，例如電機(jī)線圈的產(chǎn)生磁場(chǎng)的北極位置。用于暫時(shí)激勵(lì)電機(jī)線圈的正確時(shí)間點(diǎn)也能夠基于電壓峰值的檢測(cè)及其用于控制目的的使用，當(dāng)永磁體進(jìn)入到驅(qū)動(dòng)線圈中時(shí)感應(yīng)所述電壓峰值。用于上述感應(yīng)電流的特定耗用電流(current drain)的設(shè)備分接在發(fā)電機(jī)線圈上產(chǎn)生的電壓，并且將感應(yīng)電流饋送到緩沖存儲(chǔ)器中。在這種情況下這是一個(gè)電容器。使用來(lái)自每個(gè)發(fā)電機(jī)線圈的饋電電流對(duì)所述電容器并行地進(jìn)行充電。為此，布置這些饋電器件的對(duì)應(yīng)并聯(lián)電路。所述電容器連接至該并聯(lián)電路的端部。如果從電容器汲取電流，如同這里的情況，如果經(jīng)由功率晶體管來(lái)激勵(lì)驅(qū)動(dòng)線圈， 則功率晶體管的集電極一發(fā)射極路徑位于電容器和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)線圈的磁極之間。為此，應(yīng)該為相應(yīng)數(shù)量的驅(qū)動(dòng)線圈布置并聯(lián)電路。該電路將電容器經(jīng)由功率晶體管而連接至相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)線圈。代替一個(gè)單獨(dú)的電容器，例如對(duì)于確定數(shù)量的驅(qū)動(dòng)線圈和確定數(shù)量的發(fā)電機(jī)線圈可以布置多個(gè)電容器。


在附圖中例示并且在下面的說(shuō)明中更詳細(xì)地解釋了本發(fā)明的執(zhí)行示例。所有附圖表示示意性的圖示。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的執(zhí)行示例的重要系統(tǒng)部件的概括圖；圖2示意性示出了永磁體進(jìn)入到發(fā)電機(jī)線圈中；圖3示意性示出了永磁體離開(kāi)發(fā)電機(jī)線圈；圖4示意性示出了永磁體進(jìn)入到驅(qū)動(dòng)線圈中；
具體實(shí)施例方式在附圖中，相同的附圖標(biāo)記描述相同的或功能上等效的部件。參考圖1，根據(jù)執(zhí)行示例的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備10主要包含環(huán)形裝置12以及幾個(gè)切換元件，這些切換元件或者適用于中心上的整個(gè)環(huán)形裝置或者單獨(dú)適用于每個(gè)所示的線圈，因此適用于驅(qū)動(dòng)線圈16 (被稱(chēng)為電機(jī)線圈)以及發(fā)電機(jī)線圈18。具體而言，多個(gè)永磁體14在塑料環(huán)15中均勻地間隔開(kāi)，并且例如通過(guò)膠粘而固定在預(yù)定位置上。在圖1中，在平均的距離中分別布置M個(gè)永磁體、6個(gè)發(fā)電機(jī)線圈以及3個(gè)電機(jī)線圈。在這種情況下，永磁體具有以下的大概尺寸
7
圓柱形設(shè)計(jì)，分段成三個(gè)順次連續(xù)地固定的單獨(dú)磁鐵，總長(zhǎng)度大約為15mm，直徑大約為25mm。環(huán)的直徑總計(jì)為大約60cm，環(huán)的橫截面直徑大約為30mm。在該執(zhí)行示例中，三個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈16以120°的角距離進(jìn)行布置，六個(gè)發(fā)電機(jī)線圈以60°的角距離進(jìn)行布置，其中驅(qū)動(dòng)線圈位于兩個(gè)發(fā)電機(jī)線圈的中間點(diǎn)上。在圖1的左下方顯示了用于一個(gè)電機(jī)線圈和一個(gè)發(fā)電機(jī)線圈的致動(dòng)的相應(yīng)控制電路的簡(jiǎn)化圖示。用于其它線圈的致動(dòng)器是可利用的，但是為了附圖更加清楚而已經(jīng)從附圖中省略。如下所述地執(zhí)行對(duì)于每個(gè)所述發(fā)電機(jī)線圈18的電連接經(jīng)由整流器四分接發(fā)電機(jī)線圈18的電壓，并且將電流饋送至用戶17、電池27和電容器22。由此，將電能饋送到所述元件中。為了使用具有正確符號(hào)和限流以及限壓的直流分別激勵(lì)電機(jī)線圈16，與電阻器(farristor)25 —起提供阻塞二極管19。經(jīng)由控制器M與光屏障一起實(shí)現(xiàn)用于激勵(lì)的電流和電壓脈沖的時(shí)間點(diǎn)和持續(xù)時(shí)間。用于特定激勵(lì)驅(qū)動(dòng)線圈的該設(shè)備優(yōu)選地包含功率晶體管(或繼電器)，其控制電極接收由作為正確激勵(lì)時(shí)間的記錄器件的前述光屏障裝置產(chǎn)生的電流信號(hào)。記錄器件能夠處理例如由光屏障裝置產(chǎn)生的信號(hào)，所述光屏障裝置檢測(cè)移動(dòng)的永磁體的北極或南極通過(guò)確定的、靜止的標(biāo)記，例如產(chǎn)生的電機(jī)線圈的磁場(chǎng)的北極位置。用于暫時(shí)激勵(lì)電機(jī)線圈的正確時(shí)間點(diǎn)也能夠基于電壓峰值的檢測(cè)及其用于控制目的的使用，當(dāng)永磁體進(jìn)入到驅(qū)動(dòng)線圈中時(shí)感應(yīng)所述電壓峰值。使用可以在市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)的光屏障電路。該電路以所需的時(shí)間偏置輸出輸出信號(hào)。 在這里，能夠調(diào)整相應(yīng)的時(shí)間延遲。利用環(huán)的更高速度，根據(jù)本發(fā)明的控制器減少延遲。如果永磁體被均勻間隔開(kāi)并且電機(jī)線圈被均勻間隔開(kāi)，并且兩個(gè)系統(tǒng)元件以相同的設(shè)計(jì)為特征，則能夠?qū)蝹€(gè)控制信號(hào)用于激勵(lì)幾個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈。這簡(jiǎn)化了控制方案。因此， 所述用于記錄將電流饋送到驅(qū)動(dòng)線圈中的時(shí)序的器件能夠簡(jiǎn)單地使用，并且確保所有驅(qū)動(dòng)線圈的激勵(lì)，或者能夠?qū)⑵鋯为?dú)用于每個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈。當(dāng)在永磁體的行進(jìn)方向上的后側(cè)磁極通過(guò)暫時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)時(shí)，確保激勵(lì)脈沖在正確的時(shí)刻上發(fā)生是重要的。這在圖4中示出。激勵(lì)脈沖的適當(dāng)?shù)某掷m(xù)時(shí)間可以根據(jù)速度來(lái)調(diào)整，并且能夠使用實(shí)驗(yàn)輕易地進(jìn)行優(yōu)化。利用增加的環(huán)速度的上述時(shí)間延遲的減少的控制能夠基于兩個(gè)連續(xù)的光屏障信號(hào)之間的時(shí)間差。在下文中，將解釋當(dāng)永磁體在移動(dòng)的環(huán)內(nèi)通過(guò)線圈時(shí)線圈的功能性。參考圖2，移動(dòng)的永磁體14剛進(jìn)入發(fā)電機(jī)線圈，從右向左移動(dòng)，參見(jiàn)箭頭。永磁體 14在類(lèi)似線性的路徑上通過(guò)發(fā)電機(jī)線圈繞組的內(nèi)部，并且再次離開(kāi)繞組，參見(jiàn)圖3。這導(dǎo)致進(jìn)入線圈的感應(yīng)電壓的感應(yīng)，相對(duì)于時(shí)間其顯示大致的正弦特性。平均持續(xù)時(shí)間可以例如總計(jì)為1/10秒。此外，感應(yīng)強(qiáng)度取決于發(fā)電機(jī)線圈設(shè)計(jì)和永磁體的強(qiáng)度。參考圖4，移動(dòng)的永磁體14剛離開(kāi)驅(qū)動(dòng)線圈，從右向左移動(dòng)，參見(jiàn)箭頭。在此之前， 永磁體14在類(lèi)似線性的路徑上通過(guò)驅(qū)動(dòng)線圈的內(nèi)部。此外，感應(yīng)強(qiáng)度取決于驅(qū)動(dòng)線圈設(shè)計(jì)和永磁體的強(qiáng)度。在進(jìn)入過(guò)程中(未示出)，在線圈中感應(yīng)出感應(yīng)電壓脈沖。優(yōu)選地，該脈沖也能夠用于控制控制器M的激勵(lì)時(shí)序，參見(jiàn)至控制器M的虛線。
8
驅(qū)動(dòng)線圈16的一個(gè)磁極經(jīng)由功率晶體管21連接至電容器的負(fù)極。在上述時(shí)間點(diǎn)上一其對(duì)于激勵(lì)驅(qū)動(dòng)線圈是十分精確的，光屏障23產(chǎn)生信號(hào)，其連接功率晶體管21。此時(shí)，從電容器22汲取電荷，激勵(lì)驅(qū)動(dòng)線圈或電機(jī)線圈16并且產(chǎn)生磁場(chǎng)，這恰好在該時(shí)間點(diǎn)上產(chǎn)生從移動(dòng)的永磁體的相同特性的磁極的排斥，使得在離開(kāi)驅(qū)動(dòng)線圈16時(shí)， 強(qiáng)烈地且精確地排斥永磁體14。電機(jī)線圈磁場(chǎng)和永磁體14的磁場(chǎng)的相同特性的磁極相對(duì)于行進(jìn)方向、χ方向、切線方向的差異例如能夠總計(jì)為在新產(chǎn)生磁場(chǎng)時(shí)電機(jī)線圈的北極與南極之間的長(zhǎng)度差異的 10%。在激勵(lì)脈沖的起點(diǎn)，永磁體的磁極應(yīng)該直接接近于剛產(chǎn)生的電機(jī)線圈的磁場(chǎng)的相同特性的磁極。這確保了在產(chǎn)生的磁場(chǎng)迅速變?yōu)橛行r(shí)，移動(dòng)磁鐵的相同特性的磁極恰好及時(shí)地通過(guò)靜止磁鐵的磁極。因此，能夠產(chǎn)生最大的排斥，使環(huán)加速，盡可能地使減速最小化。 在電機(jī)線圈中能夠產(chǎn)生的磁場(chǎng)越精確和迅速，加速作用越好。因此，排斥的永磁體的加速和一基于其永久連接至環(huán)一環(huán)移動(dòng)的加速由通過(guò)光屏障23、功率晶體管21實(shí)現(xiàn)的按時(shí)間順序的控制而精確地產(chǎn)生。盡管在這里使用優(yōu)選的執(zhí)行示例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不應(yīng)限于此，而是能夠以許多方式進(jìn)行改進(jìn)。有效的線圈長(zhǎng)度能夠根據(jù)需要通過(guò)中間分接而變化。永磁體能夠以不同的(并且不必是均勻的)北極一南極取向來(lái)布置，特別是在驅(qū)動(dòng)線圈能夠可替換地以它們能夠產(chǎn)生具有兩個(gè)(相對(duì)的)方向的磁場(chǎng)的方式連接的時(shí)候。 因此，例如通過(guò)在之前的線圈中由感應(yīng)產(chǎn)生的電壓峰值的評(píng)估，或者經(jīng)由光屏障和由光屏障記錄的對(duì)于北極和南極的可能的不同標(biāo)記，能夠?qū)γ總€(gè)永磁體單獨(dú)地確定永磁體的通過(guò)的磁極的檢測(cè)和識(shí)別。每個(gè)線圈也能夠具有幾個(gè)光屏障。例如一個(gè)光屏障檢測(cè)接近的南極， 并且另一個(gè)光屏障檢測(cè)相應(yīng)的北極。最后，附屬權(quán)利要求中的特征能夠基本上自由地進(jìn)行組合，并且不只是以這里在權(quán)利要求中提供的順序，只要它們相互獨(dú)立即可。
9
權(quán)利要求
1.一種用于在電能與機(jī)械能之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換方法，其特征在于以下步驟a)在連續(xù)均勻間隔安裝的環(huán)形永磁體的環(huán)形裝置中，所述永磁體的連接軸相對(duì)于環(huán)幾何形狀指向切線方向，其中沿著所述環(huán)形裝置的環(huán)圓周布置特定的預(yù)定數(shù)量的驅(qū)動(dòng)線圈和 /或特定的預(yù)定數(shù)量的發(fā)電機(jī)線圈，在圍繞所述環(huán)形裝置的中心點(diǎn)移動(dòng)所述環(huán)形裝置時(shí)，所述永磁體通過(guò)所述線圈，b)在移動(dòng)所述環(huán)時(shí)使用預(yù)定的記錄位置，記錄所述永磁體的磁極的通過(guò)，c)激勵(lì)所述驅(qū)動(dòng)線圈，其中分別從緩沖器獲得電流，通過(guò)激勵(lì)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)線圈產(chǎn)生相應(yīng)的暫時(shí)磁場(chǎng)，其中在由記錄器件和控制器件限定的使永磁體的磁極通過(guò)相應(yīng)的暫時(shí)磁場(chǎng)的相同特性的磁極的時(shí)間點(diǎn)發(fā)生激勵(lì)。
2.一種用于在電能與機(jī)械能之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換方法，其特征在于以下步驟d)在連續(xù)均勻間隔安裝的環(huán)形永磁體的環(huán)形裝置中，所述永磁體的連接軸相對(duì)于環(huán)幾何形狀指向切線方向，其中沿著所述環(huán)形裝置的環(huán)圓周布置特定的預(yù)定數(shù)量的驅(qū)動(dòng)線圈和 /或特定的預(yù)定數(shù)量的發(fā)電機(jī)線圈，在圍繞所述環(huán)形裝置的中心點(diǎn)移動(dòng)所述環(huán)形裝置時(shí)，所述永磁體通過(guò)所述線圈，e)當(dāng)相應(yīng)的永磁體進(jìn)入或離開(kāi)發(fā)電機(jī)線圈時(shí)，不時(shí)地將感應(yīng)電流從一個(gè)所述發(fā)電機(jī)線圈饋送到緩沖器中。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，在具有驅(qū)動(dòng)線圈和發(fā)電機(jī)線圈的裝置中，其中組合執(zhí)行步驟a)至e)。
4.一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，其特征在于a)連續(xù)均勻間隔安裝的環(huán)形永磁體的環(huán)形裝置，所述永磁體的磁極的連接軸相對(duì)于環(huán)幾何形狀指向切線方向，b)其中沿著環(huán)圓周布置特定的預(yù)定數(shù)量的驅(qū)動(dòng)線圈，使得在圍繞環(huán)的中心點(diǎn)移動(dòng)所述環(huán)時(shí)，永磁體通過(guò)線圈，c)其中存在至少一個(gè)記錄器件，其在移動(dòng)所述環(huán)時(shí)記錄永磁體的磁極的通過(guò)，d)用于在由所述記錄器件限定的時(shí)間點(diǎn)對(duì)所述驅(qū)動(dòng)線圈進(jìn)行特定激勵(lì)的設(shè)備，其中分別從電流源獲得電流，并且由于所述永磁體相互機(jī)械耦合，所以基于所述電流使所述永磁體加速，并且使整個(gè)環(huán)形裝置也加速。
5.一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，其特征在于a)連續(xù)均勻間隔安裝的環(huán)形永磁體的環(huán)形裝置，所述永磁體的磁極的連接軸相對(duì)于環(huán)幾何形狀指向切線方向，b)其中沿著環(huán)圓周布置特定的預(yù)定數(shù)量的發(fā)電機(jī)線圈，使得在圍繞環(huán)的中心點(diǎn)移動(dòng)所述環(huán)時(shí)，所述永磁體通過(guò)所述線圈，e)用于從所述發(fā)電機(jī)線圈特定地分接電流的設(shè)備，其中將電流饋送到緩沖蓄電池中，f)用于電流的緩沖存儲(chǔ)器，電流能夠被饋送在所述緩沖存儲(chǔ)器中，g)其中引導(dǎo)所述環(huán)形裝置通過(guò)線圈中的開(kāi)口進(jìn)行圍繞所述環(huán)的中心點(diǎn)的同心移動(dòng)。
6.一種設(shè)備，包括兩個(gè)前述權(quán)利要求的特征。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的設(shè)備，其中所述永磁體被布置在中空的環(huán)中，所述環(huán)被永久地安裝至所述永磁體上。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的設(shè)備，其中所述記錄設(shè)備包括光屏障，所述光屏障檢測(cè)具有圓周標(biāo)記的圓形。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述驅(qū)動(dòng)線圈的輸出占優(yōu)勢(shì)，并且所述設(shè)備作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述發(fā)電機(jī)線圈的輸出占優(yōu)勢(shì)，并且所述設(shè)備作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求4-10中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中在一個(gè)平面中同心地布置幾個(gè)環(huán)并且所述幾個(gè)環(huán)生成圓盤(pán)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求4-11中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中幾個(gè)圓盤(pán)被布置為具有共同的中心軸，形成圓柱體，其相當(dāng)于多個(gè)環(huán)的厚度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在機(jī)械能與電能之間進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的設(shè)備。為了對(duì)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的重要系統(tǒng)部件設(shè)計(jì)新的幾何形狀，提出以環(huán)形的方式靜止布置永磁體(14)，或者將其靜止布置在環(huán)的內(nèi)部。然后，包括所述永磁體(14)的該環(huán)移動(dòng)通過(guò)多個(gè)線圈的繞組(16，18)的內(nèi)部，所述多個(gè)線圈沿著環(huán)的圓周靜止布置。因此，暫時(shí)并且以精確的時(shí)間控制的方式對(duì)驅(qū)動(dòng)線圈(16)供電。這些線圈使所述永磁體(14)加速。發(fā)電機(jī)線圈(18)可以用于使所述永磁體(14)減速并且將電流饋送至電流存儲(chǔ)器。
文檔編號(hào)H02K21/14GK102232262SQ200980135805
公開(kāi)日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者K·舍費(fèi)爾 申請(qǐng)人:卡塞爾舍費(fèi)爾變速器技術(shù)有限公司