电磁电机的改进.pdf

一种电磁电机(1)包括设置在两个磁性阵列(3)之间的电导体叶片(7)。这种电导体叶片(7)包括多个电绝缘的导体(35)，其中导体(35)设置在由磁性阵列(3)所产生的磁场中，并且当电流在导体(35)中流动时，产生感应的电磁力，以造成磁性阵列(3)相对于电导体叶片(7)的运动，并且这组导体(35)基本上填充了供磁场穿过的磁性阵列(3)之间的间隙。

1.  一种电磁电机，其包括：
磁性部件，其包括第一部分和相对于所述第一部分以间隔关系设置的第二部分，所述磁性部件设置成可提供横过所述第一部分和所述第二部分之间间隙的多个磁场；和
电气部件，其设置在所述磁性部件的第一部分和第二部分之间的间隙中，并且设置成可相对于所述磁性部件而移动，所述电气部件由一组电绝缘的导体组成，其中当这组导体设置在由所述磁性部件所产生的磁场中时，并且当电流在这组导体中流动时，产生了感应电磁力，以造成所述磁性部件相对于所述电气部件的运动，并且这组导体基本上填充了所述磁性部件的第一部分和第二部分之间的、供所述磁场穿过的间隙。

2.  根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述电气部件包括沿着所述磁性部件和所述电气部件的相对运动轨迹而设置的其它组电绝缘导体，所述其它导体组基本上填充了所述磁性部件的第一部分和第二部分之间的、供所述磁场穿过的间隙。

3.  根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述导体是横向传导路径，其垂直于所述磁场，且垂直于所述电气部件及所述磁性部件的相对运动方向两者。

4.  根据权利要求3所述的电机，其特征在于，所述横向传导路径形成了具有重复的′S′形状的一个或多个薄片状电导体的一部分，所述或各个所述薄片状电导体还包括位于所述电气部件和所述磁性部件的相对运动方向上的轴向传导路径，其中相邻的横向传导路径的端部通过所述轴向传导路径而连接在一起。

5.  根据权利要求4所述的电机，其特征在于，所述薄片状电导体由绝缘的图案化的金属片、条、带或箔制成。

6.  根据权利要求4或5所述的电机，当从属于权利要求2时，其特征在于，多个薄片状电导体相互交错而形成电导体叶片。

7.  根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述薄片状电导体可连接在供分开的电流通过的多个相位上，所述电流的相对符号和幅度受到控制，从而确定由所述电机所产生的电磁力的大小和符号。

8.  根据权利要求7所述的电机，其特征在于，所述薄片状电导体连接成三个相位。

9.  根据权利要求6，7或8所述的电机，其特征在于，所述电导体叶片是一种平面机械结构。

10.  根据权利要求6，7或8所述的电机，其特征在于，所述电导体叶片是一种弯曲的机械结构。

11.  根据权利要求10所述的电机，其特征在于，所述电导体叶片是一种圆形机械结构。

12.  根据前述任一权利要求所述的电机，其特征在于，所述导体不具有衬底。

13.  根据前述任一权利要求所述的电机，其特征在于，所述导体具有足够的自支撑的抗挠刚度。

14.  根据前述任一权利要求所述的电机，其特征在于，所述导体不以线圈形式成形。

15.  根据前述任一权利要求所述的电机，其特征在于，设置在所述磁场中的所述电气部件由非磁性材料制成。

16.  根据前述任一权利要求所述的电机，其特征在于，所述磁场的极性沿着所述磁性部件和所述电气部件的相对运动轨迹呈空间周期性。

17.  根据前述任一权利要求所述的电机，其特征在于，所述磁性部件的第一部分包括第一磁性阵列。

18.  根据权利要求17所述的电机，其特征在于，所述第一磁性阵列包括由永久磁化的材料制成的磁铁。

19.  根据权利要求18所述的电机，其特征在于，所述磁铁是在其面向所述电气部件和所述磁性部件的相对运动方向的平面上具有相反磁极的平面磁铁，所述磁性阵列还包括安装在所述磁铁平面上的带一定形状的极片，所述极片成形为可使磁通量转向，使其横过所述磁性部件的第一部分和第二部分之间的间隙。

20.  根据前述任一权利要求所述的电机，其特征在于，所述磁性部件的第二部分包括磁性材料板。

21.  根据权利要求20所述的电机，其特征在于，所述磁性材料是铁。

22.  根据权利要求17至19中的任一权利要求所述的电机，其特征在于，所述磁性部件的第二部分包括与所述第一磁性阵列相似的第二磁性阵列。

23.  根据权利要求22所述的电机，其特征在于，所述磁铁和所述极片设置在所述各个磁性阵列中，使得所述各个磁性阵列中的相邻磁铁的相对平面具有相同的极性，并且使得不同阵列中的相对磁铁的对准的平面具有相反的极性。

24.  根据权利要求16所述的电机，其特征在于，通过导线线圈或通过图案化的薄片状导体可产生所述空间周期性的磁场，当所述电机处于操作时，使电流流动穿过该导线线圈或薄片状导体。

25.  根据权利要求16所述的电机，其特征在于，所述空间周期性的磁场通过所述电流在所述电气部件的导体中的时间变化而产生。

26.  根据权利要求16所述的电机，当从属于权利要求4至11中的任一权利要求时，其特征在于，所述薄片状电导体具有规则的空间尺寸，其大致等于但是小于所述磁变周期的长度的六分之一，并且其造成电流相对于力矢量线横向交替地来回流动，使空间周期等于所述磁变周期的一半，各个相位的传导路径设置成可与所述空间周期性的磁场区域中的其它两个相位的传导路径相邻，并且使它们在其它地方重叠。

27.  根据前述任一权利要求所述的电机，其特征在于，所述电气部件安装在具有低热阻的一个或两个盖梁上，所述或各个盖梁包括用于耗散所述电气部件中产生的热量的装置。

28.  根据权利要求27所述的电机，其特征在于，用于耗散所述电气部件中所产生的热量的所述装置可包括位于所述盖梁中的一个或多个可供冷却液流过的冷却通道、热沉和热量耗散器。

29.  根据前述任一权利要求所述的电机，其特征在于，所述磁性部件形成电枢，并且所述电气部件形成定子。

30.  根据权利要求1至28中的任一权利要求所述的电机，其特征在于，所述磁性部件形成定子，并且所述电气部件形成电枢。

31.  根据权利要求29或30所述的电机，其特征在于，所述电枢可滑动地或可回转地通过一个或多个轴承组件而安装在所述定子上。

32.  根据权利要求31所述的电机，其特征在于，所述电枢载力元件自所述定子轴承组件中显露出来或由其承载。

33.  根据权利要求29至32中的任一权利要求所述的电机，其特征在于，所述电机的至少一个端部具有孔，并且承载滚柱轴承，推管或推杆穿过所述滚柱轴承延伸，通过所述推管或推杆可向外部传递所述电枢上的力。

34.  根据权利要求29至33中的任一权利要求所述的电机，其特征在于，所述电枢位于所述定子的外部，所述电枢联接在所述负载上。

35.  根据权利要求29至34中的任一权利要求所述的电机，其特征在于，所述电枢机械地连接在至少一个盘或轮上，通过所述盘或轮可将所述电枢上的电磁力所产生的旋转扭矩传递到轴上，该轴的轴线与所述定子所形成的圆环面的中心轴线重合。

36.  根据前述任一权利要求所述的电机，其特征在于，所述电气部件的电流可与多个磁性部件相互作用，所述磁性部件沿着至少一个轴承或沿着与所述电气部件和所述磁性部件的相对运动轨迹重合或平行的轨道而移动。

37.  根据前述任一权利要求所述的电机，其特征在于，所述电气部件可沿着所述电气部件和所述磁性部件的相对运动轨迹而被分隔成扇区，所述各个扇区是独立供能和控制的，从而提供了对共享所述电气部件扇区的多个磁性部件的独立控制。

38.  根据前述任一权利要求所述的电机，其特征在于，没有延伸的翅片或杆以便连接到内部电枢上，但其中所述负载连接在定子上，并从而接收与未连接的电枢的加速度相对应的完全的或部分的反作用力。

39.  根据前述任一权利要求所述的电机，其特征在于，所述磁性部件和所述电气部件的相对运动轨迹包括直线段和弯曲段中的一种或两种。

40.  根据前述任一权利要求所述的电机，其特征在于，所述磁性部件和所述电气部件的相对运动轨迹形成了封闭的圆形路径。

41.  根据前述任一权利要求所述的电机，其特征在于，所述磁性部件和所述电气部件的相对运动轨迹形成了三锥的平滑曲线，例如螺旋线。

42.  根据任一权利要求29或30所述的电机，其特征在于，所述电枢组件是挠性的或铰接的，并遵循平滑的三维运动轨迹而行进。

43.  根据前述任一权利要求所述的电机，其特征在于，至少其中一个所述导体包括或支撑在冷却到其临界温度以下时变成超导的材料层。

44.  根据前述任一权利要求所述的电机，其特征在于，至少其中一个所述导体由铁磁性材料制成。

45.  一种电磁电机，其包括：
第一磁性阵列和第二磁性阵列，其设置成间隔关系，并设置成可提供横过所述磁性阵列之间间隙的多个磁场；和
设置在所述磁性阵列之间间隙中的电导体叶片，所述电导体叶片包括多个封闭封装的自支撑的激励导体和多个连接导体，各个激励导体于其一端通过连接导体而连接在另一激励导体的端部上；所述电导体叶片设置成使得当电流在所述激励导体中流动时，产生感应的电磁力，以造成所述电导体叶片相对于所述磁性阵列的运动，并且所述激励导体设置在所述磁性阵列之间的视线中，而所述连接导体设置在所述磁性阵列之间的视线之外。

46.  一种旋转式电磁电机，其包括：
圆柱形的电导体叶片，所述电导体叶片包括多个基本上轴向平行的激励导体和多个连接导体，各个激励导体于其一端通过连接导体而连接在另一激励导体的端部上；和
多个磁性阵列，其设置成可提供多个穿过所述激励导体的磁场，使得当电流在所述激励导体中流动时，产生感应的电磁力，以造成所述电导体叶片相对于所述磁性阵列的径向运动。

47.  根据权利要求46所述的旋转式电磁电机，其特征在于，所述磁性阵列包括设置在所述圆柱形电导体叶片内部的内圆柱形磁性阵列和设置在所述圆柱形电导体叶片外部的外圆柱形磁性阵列。

48.  一种旋转式电磁电机，其包括：
环形电导体叶片，所述电导体叶片包括多个基本径向的激励导体和多个连接导体，各个激励导体于其一端通过连接导体而连接在另一激励导体的端部上；和
多个磁性阵列，其设置成可提供多个穿过所述激励导体的磁场，使得当电流在所述激励导体中流动时，产生感应的电磁力，以造成所述电导体叶片相对于所述磁性阵列的旋转。

49.  一种旋转式电磁电机，其包括：
具有公共轴线的多个环形电导体叶片，各个电导体叶片包括多个基本径向的激励导体和多个连接导体，各个激励导体于其一端通过连接导体而连接在另一激励导体的端部上；和
多个磁性阵列，其设置成可提供多个穿过所述激励导体的磁场，使得当电流在所述激励导体中流动时，产生感应的电磁力，以造成所述电导体叶片相对于所述磁性阵列的旋转。

50.  根据权利要求49所述的旋转式电磁电机，其特征在于，至少其中一个所述环形电导体叶片具有与至少其一个相邻的环形电导体叶片一样的相关联的磁性阵列。

51.  一种线性电磁电机，其包括：
多个电导体叶片，各个电导体叶片包括多个激励导体和多个连接导体，各个激励导体于其一端通过连接导体而连接在另一激励导体的端部上，所述电导体叶片设置在彼此平行；和
多个磁性阵列，其设置成可提供多个穿过所述激励导体的磁场，使得当电流在所述激励导体中流动时，产生感应的电磁力，以造成所述电导体叶片相对于所述磁性阵列的运动。

52.  一种线性电磁电机，其包括：
多个电导体叶片，各个电导体叶片包括多个激励导体和多个连接导体，各个激励导体于其一端通过连接导体而连接在另一激励导体的端部上，所述电导体叶片径向设置在轴的周围；和
多个磁性阵列，其设置成可提供多个穿过所述激励导体的磁场，使得当电流在所述激励导体中流动时，产生感应的电磁力，以造成所述电导体叶片相对于所述磁性阵列的运动。

53.  根据权利要求51或52所述的线性电磁电机，其特征在于，至少其中一个所述电导体叶片具有与至少一个其相邻的电导体叶片一样的相关联的磁性阵列。

54.  根据权利要求53所述的电磁电机，当从属于权利要求52时，其特征在于，各个磁性阵列包括偶数量的磁铁。

55.  根据权利要求52所述的线性电磁电机，其特征在于，所述电机构造在圆柱形的容器中。

56.  根据权利要求55所述的线性电磁电机，其特征在于，至少所述容纳用圆柱体的一端具有孔，并承载轴承，推管或推杆穿过所述轴承而显露出来，从而将所感应的电磁力传递至外部负载上。

57.  根据权利要求55或56所述的线性电磁电机，其特征在于，包含所述容纳用圆柱体的容积被密封，并且所述显露的推杆或推管设置成穿过滑动密封，使得所述电枢可具有电动功能和气动功能两者。

58.  根据权利要求56或57所述的线性电磁电机，其特征在于，所述推杆或推管形成了气垫弹簧的积极元件。

59.  根据权利要求51至58中的任一权利要求所述的线性电磁电机，其特征在于，所述或各个电导体叶片沿着所述电机的运动轨迹而分隔成电绝缘的扇区。

60.  根据前述任一权利要求所述的电机，当从属于权利要求29和30时，其特征在于，作用在电枢上的脉冲电磁力通过所述定子所承受的相等且相反的反作用力而传递到所述负载上。

61.  根据权利要求60所述的电机，其特征在于，所述电枢的运动设置成可推进或被所述封闭的定子中的流体推进，从而用作泵或从移动流体中吸收能量。

62.  一种电磁电机，其包括：
磁性部件，其包括第一部分和相对于所述第一部分以间隔关系设置的第二部分，所述磁性部件设置成可提供横过所述第一部分和所述第二部分之间间隙的多个磁场；和
电气部件，其设置在所述磁性部件的第一部分和第二部分之间的间隙中，并设置成可相对于所述磁性部件而移动，所述电气部件由一组电绝缘的自支撑的导体组成，从而当电流在这组导体中流动时，所产生的电磁力造成所述两个部件之间的相对运动。

63.  一种用于电磁电机的电导体叶片，所述电磁电机具有用于为所述电导体叶片提供磁场的磁性部件，使得当电流在所述电导体叶片中流动时，产生感应的电磁力，以造成所述电导体叶片相对于所述磁性部件的运动，所述电导体叶片包括：
多个激励导体；和
多个连接导体，各个激励导体于其一端通过连接导体而连接在另一激励导体的端部上，当所述电流在所述激励导体中流动时产生了所述电磁力，
其中所述激励导体的中心部分是封闭封装的，并且某些所述激励导体的端部部分在所述连接导体的区域中是弯曲的，使得所述连接导体重叠。

电磁电机的改进
本发明涉及电磁电机，例如线性电动机和旋转电动机。
传统的电磁电机设计成可通过由电枢和定子两者所产生的磁场图形的相互作用而产生力，至少一个磁场图形是电动变化的，并且这些电机在这里被称为″内磁″电机。
在传统的″内磁″电机中，电机的电气部件由缠绕在铁芯结构的槽中的导线线圈组成。铁芯结构将线圈保持在合适位置上，并提供将导线上的电磁力传递到电机体上所必要的机械强度-并且其还用作用于磁通量的低磁阻路径。
″内磁″电机造成使得环形导体(或等效的导体束)所封闭的区域与磁极片的区域相匹配，或者是其一粗粒部分(coarse fraction)(即，由低整数量的环形导体所封闭的区域，其与磁极片的区域相匹配)。另外在″内磁″电机中，线圈的前面区域相对较小的，并且线圈时常封闭大量高磁导率的磁性材料，其功能是减少磁路的空隙距离，并对缠绕在它上面的线圈提供刚性支撑。为了使线圈包围铁芯，″内磁″电机的线圈通常放置在切入铁芯的槽中-线圈本身不处于空隙中，并且空隙距离较小。
以圆柱形式或者以平面形式构造线性电动机是已知的，在圆柱形式中输出为杆或管，在平面形式中，电枢在定子表面上移动，或者在位于两个相似的定子之间的通道中移动。利用电枢构造这种电机也是已知的，其并非外部连接的，而是用作用于压缩的活塞，用于受控制的扩展(电动机被反向驱动并用作发电机)或用作惯性质量，反作用力通过定子而耦合在负载上。
在任一布局中，磁性部件通常由永久磁铁阵列组成，其产生横穿相对运动轨迹的空间周期性的磁场。线性电动机的电气部件由至少一个线圈或电导体阵列组成，其在与运动轨迹和磁场两者正交的方向上与所述空间周期性的磁场相交。
将线圈保持在合适位置上的铁芯结构导致电导体有效地浸没在铁芯中。使用那种布局的重要结果是导线所经受的有效的通量密度受到铁芯结构中的槽的实际几何形状和铁芯磁导率的限制，因而导线表现为好像其与工作通量密度通常约为0.6特斯拉的磁场相交。
因而需要在线圈的区域中以高的通量密度操作电磁电机，从而减少任何给定的输出力或扭矩所需要的电流。那是因为由电磁电机产生的力P(以牛顿为单位)是磁场强度B(以特斯拉为单位)、电流路径长度L(以米为单位)和该电流的强度I(以安培为单位)的矢量叉积。此外，因为电阻热损失(通常被称为″铜损″)以电流的平方数增加，所以在需要产生大推力输出的电机中特别需要使用高的工作通量密度，从而最大限度地减小铜损。
在本申请中，我们描述了可使导体浸没其中的磁通量密度增加至1.5特斯拉左右的装置，在1.5特斯拉点上，其开始受到易于获得的磁性材料例如低碳钢的饱和度的限制。通过使用特定的磁性材料，可进一步增加场强。
增加的磁场强度具有在电机中造成更大内力的缺点，因为在具有面积A(sq m)的两个平面磁面之间的且由具有密度B(特斯拉)的磁通量所链接的力F(牛顿)以链接那些表面的通量密度的平方而增加，并且大致由以下等式给出
F＝400000B²A
也就是说，磁场产生了迫使这两个表面聚合在一起的有效的″磁压力″，其值以巴为单位等于4B²。
例如，如果从5mm宽和100mm长的极片中出现1.5特斯拉的通量密度，那么极片被450牛顿的力恒定地吸引至相邻的通量-回归板上。带有50个这种极片的典型电枢将产生22500牛顿的大的静磁力。如果通过使用特定的磁性材料提高电机的电效率，并使通量密度增加到2特斯拉，那么由相同尺寸的电枢所产生的静磁力将增加到40000牛顿。
许多传统的线性电动机是以这样一种方式设计的，即其由仅仅一边带有定子的电枢组成，电枢通过轴承系统而保持不接触定子。任何提议增加这两个部件之间的通量密度都是受阻的，因为全部静磁力都必须被电枢轴承阻止。
工业线性电动机的布局时常被修改，使得电枢沿着与磁铁对准的平行边通道的中心线而移动，使其经历与定子通道的对边大致相等的引力。然而，应该懂得，在那些相反力之间的任何不平衡都将必须由使电枢位置居中的轴承来阻止。当增加通量密度时，那些相反的力的大小迅速地增加，并且任何不平衡的影响也更大。因而如果通量密度有待增加，那么必须将传统线性电动机的电枢轴承制得更加坚固。
甚至最优的可得到的磁性材料的特征是在永久磁铁表面上的优化的工作通量密度(BH最大值的情况)只是一特斯拉的小部分。因而，如果在电枢和定子之间间隙中的通量密度增加至超过一个特斯拉，那么必须使用极片，其将来自磁铁表面的通量集中到小得多的区域中。假如极片材料没有达到磁饱和，那么就使通量密度乘以面积比。
在本申请人之前的某些涉及隐极电机的申请中，磁铁是已在平行面之间磁化的平的盘件。在这种设计中，相似形状的铁芯极片安装在磁铁的任一边，使得极片成为其中中间是磁铁的圆形三明治的″面包″，其一起被称为″磁力单元″。极片的功能是聚集来自磁铁平面的通量，并使其径向转向，从而使其从极片的圆周涌出。
在本申请所述的电机中，磁铁和极片是平板，并将通量设置成可从两个相对的平的侧面中涌出(以增加的集中度)。在三相电机中，极片和磁铁具有相同的厚度-而且该尺寸也是沿着运动轴线的线圈之间的间距。所以，如果必须减少极片的轴向厚度，从而进一步聚集通量，那么磁铁厚度和电导体的尺寸也必须减少。因而具有高通量密度的电机在其运动线上具有每单位长度更多的磁极(交变的极性)。对于电枢相对于定子的任何给定的移动速度，通量交变的频率随着设计通量密度而增加。
与电导体相关联的铁芯通常被称为″护铁″，并且铁芯中磁通量的幅度和方向随着电枢相对于定子移动而交替变化。磁场方向的交替变化造成能量耗散在铁芯中，并且″铁损″以通量密度的平方而增加。
出于所有上述原因，高工作通量密度的电机通常是不可用的，并且其局限于专门应用，对于这些应用，其相应的缺点是可以接收的。
US4319152描述了在旋转电机中使用图案化的金属叠片结构替代缠绕的线圈。然而薄片状导体的使用仅被描述为用于激励电磁铁，并用作导线的简单且直接的替代，该导线可用于相同的功能。还应该注意，US4319152的图3显示了开槽的铁芯或铁氧体磁芯的两种形式，金属叠片结构意图放置在铁芯中-其并没有消除护铁的意图，也没有使叠片导体自支撑的意图。
GB-A-1420391描述了一种线圈系统的构造，其可产生用于使专门的铁路车辆悬浮的磁场。通过使用至少另一组线圈，可使磁场换向，从而产生引起铁路车辆前进运动的差动力。
JP-A-62189931描述了许多利用带状导体构造旋转电动机的电气构件的方法。
使用圆形平盘状永久磁铁和极片堆叠来构造具有高径向通量密度的轴向交变磁场是已知的。然而，这种圆柱形的当前技术结构在其能够持续产生的最大的轴向力方面受到极大的限制，因为：
1.磁性活塞的推力与其体积或质量成比例-直接地与其长度和其直径的平方成正比。
2.在任何应用中对于圆柱形的致动器的活塞长度都有实际的限制，并因此如果在有限的空间内需要更大的推力，那么就需要增加盘的直径。但是对于一体式磁铁盘的最大直径也有限制，其是由于作为烧结构件进行制造的实际困难而引起的。
3.其对于一体式磁铁的体积有类似的限制，其是由于脉冲磁场对其激励所需要的功率而引起的。
4.随着大功率的永久磁铁的单位尺寸的增加，在建造电动机的过程中的处理变得更加危险。
5.如果必须使用大直径的盘状磁铁，那么除了将许多较小的分段磁铁组装成大的圆盘件别无它法，其在粘接到铁芯极片上之前必须首先被磁化，之后放置在一起(克服强大的相互排斥力)。这种组装过程是即困难又危险的。
6.顽磁沿着分段之间的各个结合部的直线而减少(被称为″边缘通量″效应)，从而从组装磁铁中可获得比等效的一体式构件更小的磁通量。
7.在传统构造的圆柱形线性致动器中，所有形成相位绕组的线圈都必须单独构造，组装成堆叠，并以正确的相位连接在一起，之后相互粘接在一起，粘接在内部衬里上，其形成用于活塞的轴承面，并且最终粘接到较厚的外壳上，其形成电机的护铁。那种制造过程是劳动密集性的，其品质难以控制，并且是昂贵的。
然而，对于比根据当前技术构造而成的那些线性致动器而言更大型且更大功率的圆柱形的线性致动器仍有需求。出于该原因，我们已经研究出了一种大功率范围的电机，其是有效的，成本相对较低，且制造安全。这种新颖的电动机由许多基本电机组装而成，以下将描述其构造和操作原理。
本发明的一个目的是提供一种构造电机的方法，在这种电机中，电导体被放置在高通量密度磁场中，从而最大限度地减小″铜损″。
本发明的又一目的是减少电导体的护铁数量，从而减少″铁损″。
本发明的又一目的是减少电枢和定子之间的磁引力，从而减少轴承磨损，并使组装更安全，且成本更低廉。
本发明的又一目的是最大限度地减小移动电枢的质量，从而增加电机的操作带宽。
本发明的又一目的是在具有一定布局范围的电磁电机中并入这里所述的基本的线性电动机元件。
本发明的又一目的是显示了可将许多这种电动机元件组合以形成一定紧凑范围的大功率线性和旋转电机的方法。
根据本发明的第一方面，提供了一种电磁电机，其包括：磁性部件，其包括第一部分和相对于第一部分间隔开设置的第二部分，磁性部件设置成可提供多个横过第一部分和第二部分之间间隙的磁场；和电气部件，其设置在磁性部件的第一部分和第二部分之间间隙内，并设置成可相对于磁性部件而移动，电气部件由一组电绝缘的导体组成，其中当将这组导体设置在由磁性部件产生的磁场中，并且当电流在这组导体中流动时，感应产生的电磁力造成磁性部件相对于电气部件的运动，并且这组导体基本上填充了供所述磁场穿过的磁性部件的第一部分和第二部分之间的间隙。
电气部件可包括沿着磁性部件和电气部件的相对运动轨迹而设置的其它组电绝缘导体，其中导体组基本上填充了供所述磁场穿过的磁性部件的第一部分和第二部分之间的间隙。
尽管当前技术的电磁电机具有″内磁″类型，但本发明涉及具有独特的电气部件和磁性部件的电磁电机。在这种电机中，电动机作用力不是″内磁″的，而是由于当电荷在电气部件的导体中移动时由磁性部件产生的磁场作用而引起的。还应该懂得，当作为发电机被驱动时，部件的相对运动造成电流在导体中流动。
尽管″内磁″电机造成使得环形导体所封闭的区域(或同等的导体束)与磁极片的区域相匹配或者是它的粗粒部分，但相比而言，在形成本发明实施例的电磁电机中，电导体(或基本导体束)的区域尺寸本身与磁极片的那些区域尺寸相匹配，或者是它的粗粒部分。
尽管在″内磁″电机中，线圈的前面区域相对较小，但相比而言，在形成本发明实施例的电磁电机中，电导体具有大的前面区域，并且将其直接放置在磁极片之间的气隙中，或者放置在磁极片和高磁导率的磁性材料或″护铁″之间的气隙中。形成本发明实施例的电磁电机的导体，其并不需要形成完整的环路或线圈。
″内磁″电机的操作方法不同于本发明电磁电机的操作方法，因为设计成通过磁场的相互作用进行操作的电机，其在物理上可能不同于那些设计成以电磁方式进行操作的电机。
体现本发明的电机不需要电气部件中的导线线圈，因此这种电机可被称为″无线″电动机。电流改为在两维电导体中流动，其不浸没在铁芯通量导体中，而是定位在高通量密度的磁场中。这里所述的电机受益于改进的效率，并能够产生大的作用力，并且能够在大功率水平下操作。
导体可以是横向传导路径，其垂直于所述磁场及电气部件和磁性部件相对运动的方向两者。
横向传导路径可形成具有重复的′S′形状的一个或多个薄片状电导体的一部分，这些或各个薄片状电导体还包括位于电气部件和磁性部件相对运动方向上的轴向传导路径，其中相邻的横向传导路径的端部通过轴向传导路径而连接在一起。
薄片状电导体可由绝缘的图案化的金属片、条、带或箔制成。
多个薄片状电导体可相互交错，以形成电导体叶片。
薄片状电导体可连接在多个供分开的电流通过的相位上，电流的相对符号和幅度受到控制，从而确定由电机产生的电磁力的大小和符号。
电绝缘导体优选不以线圈形式成形。设置在磁场中的电气部件可由非磁性材料制成。
薄片状电导体可以三相相连。
电导体叶片可以是平面机械结构或弯曲的机械结构，包括圆形机械结构。
导体可不具有衬底，并且具有足够的自支撑的抗挠刚度。
磁场的极性可沿着磁性部件和电气部件的相对运动轨迹而呈空间周期性。
磁性部件的第一部分可包括第一磁性阵列，其包括由被永久磁化的材料制成的磁铁。
磁铁可以是在其面向电气部件和磁性部件的相对运动方向的平面上具有相反磁极的平面磁铁，磁性阵列还包括安装在平的磁铁表面上的成形状的极片，极片成形为可使磁通量转向，使其横过磁性部件的第一部分和第二部分之间的间隙。
磁性部件的第二部分可包括磁性材料板，例如铁板。
磁性部件的第二部分可包括与第一磁性阵列相似的第二磁性阵列。磁铁和极片可设置在各个磁性阵列中，使得各个磁性阵列中的相邻磁铁的相对的平面具有相同的极性，并且使得不同阵列中的相对磁铁的对准的平面具有相反的极性。
通过导线线圈或通过图案化的薄片状导体可产生空间周期性的磁场，当电机处于操作时，使电流流动穿过该导线线圈或薄片状导体。
通过电气部件导体中的电流随时间的变化可感应产生空间周期性的磁场。
薄片状电导体可具有规则的空间尺寸，其大致等于但是小于磁变周期(magnetic period)的长度的六分之一，并且其造成电流相对于力矢量线横向交替地来回流动，使空间周期等于磁变周期的一半，各个相位的传导路径设置成可与空间周期性的磁场区域中的其它两个相位的传导路径相邻，并且使它们在其它地方重叠。
电气部件可安装在具有低热阻的一个或多个盖梁上，这些盖梁或各个盖梁包括用于耗散电气部件中所产生的热量的装置。用于耗散电气部件中所产生的热量的装置可包括位于盖梁中一个或多个可供冷却液流过的冷却通道、热沉和热量耗散器。
磁性部件可形成电枢，并且电气部件形成定子，或者磁性部件可形成定子，并且电气部件可形成电枢。
电枢可通过一个或多个轴承而滑动地或回转地安装在定子上。
电枢载力元件可自定子轴承组件显现出来或由其承载。
至少电机的一个端部可具有孔，并且承载滚柱轴承，推管或推杆穿过滚柱轴承延伸，通过推管或推杆可向外部传递电枢上的力。
电枢可位于定子的外部，电枢联接在负载上。
电气部件的电流可与多个磁性部件相互作用，磁性部件沿着至少一个轴承或与电气部件和磁性部件的相对运动轨迹相符或平行的轨道而移动。
电气部件可沿着电气部件和磁性部件的相对运动轨迹而被分隔成扇区，各个扇区是独立供能和控制的，从而提供对共享电气部件扇区的多个磁性部件的独立控制。
没有延伸的翅片或杆以便连接到内部电枢上，但其中负载连接在定子上，并从而接收与未连接的电枢加速度相对应的完全的或部分的反作用力。
磁性部件和电气部件的相对运动轨迹可包括一条或两条直线段和弯曲段，并且该轨迹可形成闭合的圆形路径。
电枢可机械地连接在至少一个盘或轮上，通过它可将电枢上的电磁力所产生的旋转扭矩传递到轴上，其轴线与定子形成的圆环面的中心轴线重合。
磁性部件和电气部件的相对运动轨迹可形成三维的平滑曲线，例如螺旋形。
电枢组件是挠性的或铰接的，并遵循平滑的三维运动轨迹而行进。
至少其中一个导体可包括或支撑材料层，其在冷却到它的临界温度以下时变成超导的。
至少其中一个导体可由铁磁性材料制成。
根据本发明的第二方面，提供了一种电磁电机，其包括：以间隔关系设置的第一磁性阵列和第二磁性阵列，其设置成可提供横过磁性阵列之间间隙的多个磁场；和设置在磁性阵列之间间隙中的电导体叶片，电导体叶片包括多个闭合封装的自支撑的激励导体和多个连接导体，各个激励导体于其一端通过连接导体而连接在另一激励导体的端部上；电导体叶片设置成使得当电流在激励导体中流动时，感应的电磁力造成电导体叶片相对于磁性阵列的运动，并且激励导体设置在磁性阵列之间的视线中，而连接导体设置在磁性阵列之间的视线之外。
根据本发明的第一方面，提供了一种旋转式电磁电机，其包括：圆柱形电导体叶片，电导体叶片包括多个基本轴向平行的激励导体和多个连接导体，各个激励导体于其一端通过连接导体而连接在另一激励导体的端部上；和多个磁性阵列，其设置成可通过激励导体而提供多个磁场，使得当电流在激励导体中流动时，产生感应的电磁力，以造成电导体叶片相对于磁性阵列的径向运动。
磁性阵列可包括设置在圆柱形导体叶片内部的内圆柱形磁性阵列和设置在圆柱形导体叶片外部的外圆柱形磁性阵列。
根据本发明的又一方面，提供了一种旋转式电磁电机，其包括：环形电导体叶片，电导体叶片包括多个基本径向的激励导体和多个连接导体，各个激励导体于其一端通过连接导体而连接在另一激励导体的端部上；和多个磁性阵列，其设置成可通过激励导体而提供多个磁场，使得当电流在激励导体中流动时，产生感应的电磁力，以造成电导体叶片相对于磁性阵列的旋转。
根据本发明的又一方面，提供了一种旋转式电磁电机，其包括：具有公共轴线的多个环形电导体叶片，各个电导体叶片包括多个基本径向的激励导体和多个连接导体，各个激励导体于其一端通过连接导体而连接在另一激励导体的端部上；和多个磁性阵列，其设置成可通过激励导体而提供多个磁场，使得当电流在激励导体中流动时，产生感应的电磁力，以造成电导体叶片相对于磁性阵列的旋转。
至少其中一个环形电导体叶片可具有与至少一个其相邻的环形电导体叶片一样的相关联的磁性阵列。
根据本发明的又一方面，提供了一种线性电磁电机，其包括：多个电导体叶片，各个电导体叶片包括多个激励导体和多个连接导体，各个激励导体于其一端通过连接导体而连接在另一激励导体的端部上，导体叶片设置成彼此平行；和多个磁性阵列，其设置成可通过激励导体而提供多个磁场，使得当电流在激励导体中流动时，产生感应的电磁力，以造成电导体叶片相对于磁性阵列的运动。
根据本发明的又一方面，提供了一种线性电磁电机，其包括多个电导体叶片，各个电导体叶片包括多个激励导体和多个连接导体，各个激励导体于其一端通过连接导体而连接在另一激励导体的端部上，导体叶片径向设置在轴的周围；和多个磁性阵列，其设置成可通过激励导体而提供多个磁场，使得当电流在激励导体中流动时，产生感应的电磁力，以造成电导体叶片相对于磁性阵列的运动。
至少其中一个电导体叶片可具有与至少一个其相邻的电导体叶片一样的相关联的磁性阵列。
各个磁性阵列可包括偶数量的磁铁。
电机可构造在圆柱形的容器中。至少容纳用圆柱体的一端可具有孔，并承载轴承，推管或推杆穿过轴承而显露出来，从而将感应电磁力传递至外部负载上。
包含容纳用圆柱体的容积可被密封，并且可设置推杆或推管，使其穿过滑动密封，使得电枢可具有电动和气动功能两者。
推杆或推管可形成气垫弹簧(gas spring)的积极元件(activeelement)。
这些或各个电导体叶片可沿着电机的运动轨迹而被分隔成电绝缘的扇区。
电枢上的脉冲式电磁力可通过定子所承受的相等且相反的反作用力而传递到负载上。
可设置电枢的运动以推进或被封闭的定子中的流体推进，从而用作泵或吸收移动流体的能量。
根据本发明的又一方面，提供了一种电磁电机，其包括：磁性部件，其包括第一部分和相对于第一部分间隔关系设置的第二部分，磁性部件设置成提供横过第一部分和第二部分之间间隙的多个磁场；和电气部件，其设置在磁性部件的第一部分和第二部分之间的间隙中，并设置成可相对于磁性部件而移动，电气部件由一组电绝缘的自支撑的导体组成，使得当电流在这组导体中流动时，所引起的电磁力造成这两个部件之间的相对运动。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于电磁电机的电导体叶片，这种电磁电机具有用于为电导体叶片提供磁场的磁性部件，使得当电流在电导体叶片中流动时，产生感应的电磁力，以造成电导体叶片相对于磁性部件的运动，电导体叶片包括：多个激励导体；和多个连接导体，各个激励导体于其一端通过连接导体而连接在另一激励导体的端部上，当电流在激励导体中流动时，产生感应的电磁力，其中激励导体的中心部分是封闭封装的，并且某些激励导体的端部部分在连接导体的区域中发生弯曲，使得连接导体发生重叠。
将通过示例参照附图来进一步描述本发明，其中：
图1是基本线性致动器的示意性的横截面，其是形成本发明第一实施例的电磁电机；
图2是图1的电磁电机沿着图1的线II-II的示意性的截面图；
图3是图2部分的放大图；
图4A是形成图1至图3的电磁电机的电导体叶片部分的薄片状电导体的示意性的平面图；
图4B显示了如何形成图4A的薄片状电导体的简化图；
图5是图4A的两个薄片状电导体的示意图；
图6是通过粘接图5的两个薄片状电导体而形成的相位导体的示意图；
图7是图1至图3的电导体叶片的示意性的平面图；
图8是图7的电导体叶片的端视图；
图9是图8的电导体叶片的分解图；
图10显示了如何将电导体叶片精确地装配到盖梁中的示意形式；
图11显示了本发明第二实施例的示意形式；
图12以示意形式显示了穿过形成本发明又一实施例的旋转电机的横截面；
图13显示了形成本发明又一实施例的旋转电机的备选布局；
图14A是形成本发明又一实施例的线性电机的示意性的横截面图；
图14B是形成本发明又一实施例的线性电机的示意性的横截面图；
图15是形成本发明又一实施例的旋转电机的示意性的横截面图；
图16以示意形式显示了形成本发明又一实施例的线性电机；
图17是电枢或磁性组件的图示，其形成了本发明又一实施例的电机的一部分；
图18是形成本发明又一实施例的电机的局部剖切透视图；
图19是形成本发明又一实施例的图1至图10的基本电机的备选形式的示意图；且
图20是穿过图19的线XX-XX的横截面图。
图1是基本线性致动器1的示意性的横截面图，其是形成本发明第一实施例的电磁电机，该截面是沿着图3的线I-I剖切的。
致动器1包括磁性部件，其包括两个相对的磁性阵列3分别形成了磁性部件的第一部分和第二部分。磁性阵列3安装在外壳5中，并且包括电导体叶片7的电气部件设置成可在外壳5中，在磁性阵列3之间轴向移动，出入图1中所示的页面。在这个实施例中，磁性阵列3用作定子，并且电导体叶片7用作电枢，但在其它实施例中，磁性阵列3可用作电枢，而电导体叶片7可用作定子。外壳5由非磁性材料制成，并且由分别于其上端和下端连接到底板11上的一对侧板9组成，从而当从端部看去时形成如图1中所示的矩形框架。
电导体叶片7是三相叶片，导体叶片包括三组相位导体8a，8b，8c；以下将参照图4至图10进一步详细描述电导体叶片7的结构。(出于清晰起见，图1至图3中显示各组相位导体8a，8b，8c为单个部件。)
各个磁性阵列3安装在其相关联的侧板9的内壁10上，一个磁性阵列3相对于其它磁性阵列3呈间隔关系，并且电导体叶片7设置在磁性阵列3之间的间隙中。磁性阵列设置在电导体叶片7的附近，以便最大限度地减小这些部件之间的气隙，从而优化在磁性阵列3和电导体叶片7之间的磁通量传递，如本领域中已知的那样。
电导体叶片7的上边部分13和下边部分15各保持在盖梁17中，其沿着电导体叶片7的长度而延伸(出入图1的页面)。盖梁17通过轴承19而可滑动地安装在顶板和底板11上，其容许电导体叶片7相对于基本线性致动器1的磁性部件而沿着外壳5移动，而不接触磁性阵列3。
图2和图3是图1的基本线性致动器1沿着图1的线II-II的示意性的截面图，图3比图2所示更详细地显示了致动器1的一部分。磁性阵列3由多个″磁力单元″25组成，各个磁力单元25包括夹在一对成形状的极片23之间的磁铁21。磁铁21是在其平面27上具有相反磁极的平面磁铁，并且成形状的极片23连接在磁铁21的平面27上。
如以下参照横向传导路径的宽度w_tcp解释的那样，各个磁铁21的厚度t_m(轴向沿着电导体叶片7的长度)与各个极片23的厚度t_pp是基本相同的，其还相当于相位导体组8a，8b，8c的厚度。成形状的极片23从上面看去时具有直角梯形形状，其中垂直面24a设置在外壳5的侧板9的远端，并且相邻的最长的面24b紧贴在磁铁21的平面27上。在这个实施例中，磁铁21由永久被磁化的材料制成，但在其它实施例中可使用电磁铁。
磁铁21和极片23设置在各个磁性阵列3中，使得相邻磁铁21的相对的平面27具有相同的极性，即，位于磁铁21的平面27上的北极(N)面向相邻磁铁21的平面27上的北极(N)。这对磁性阵列3设置在外壳5的侧板9上，位于电导体叶片7的各边上，使得相对磁铁21的对准平面27具有相反的极性，即，位于一个磁性阵列3的磁铁21的平面27上的北极(N)与另一磁性阵列3的相对磁铁21的对准平面27上的南极(S)对准。
磁铁21和成形状的极片23位于电导体叶片7各边的这种布局的效应是使从磁铁平面27中垂直发出的磁通量(平行于相对运动轨迹)转过直角，并且极片23聚集磁通量以跨过电导体叶片7并进入相对的极片23中，并进一步转过直角以进入另一磁性阵列3的相对磁铁21的平面27中，如图3的磁通线所示。
这种从各个磁铁21经由极片23而与相对磁铁21的通量链接，其在相对的成对极片23之间产生了磁场，磁场横穿过磁性阵列3之间的间隙，垂直地穿过电导体叶片7。如可从图3上的磁通线看出，位于相邻成对的相对极片23之间的磁场，即，位于一个磁性阵列3的极片23和另一磁性阵列3的相对极片23之间的第一磁场和位于第一磁性阵列3的毗连极片23和另一磁性阵列的相对极片23之间的第二磁场处于相同的方向上。然而，在位于磁铁21另一边的相对成对的极片23之间的磁场方向则处于相反方向上，并且这些交变磁场沿着磁性部件的轴向长度而连续。磁铁21和极片23的这种布局在磁性阵列3之间产生了强大的轴向周期性的磁场。
极片23由铁或其它便利的高磁导率的材料制成，并且应该懂得以这种方式形成极片23极强地阻碍了穿过侧板9向外的磁通泄漏。
由于磁性阵列3固定所在的侧板9之间的大的静磁力，所以顶板和底板11需要保持侧板9之间的精确的间距。因为在电导体叶片7中没有磁性材料，所以没有静磁力将电导体7拉向任一磁性阵列3。因此轴承19能够受到轻微的负载。
位于极片23的各个斜面24c和侧板9的内表面10之间的区域29是空气、电介质或非磁性金属例如铝的低导磁率区域。
现在将参照图4至图10来描述电导体叶片7的结构。
图4A是形成图1至图3的电导体叶片7的一部分的薄片状电导体33的示意性的平面图。薄片状电导体33包括多个轴向传导路径37和相对轴向传导路径37成直角的多个平行的横向传导路径35，其中相邻的横向传导路径35在其端部通过轴向传导路径37而连接起来，使得薄片状电导体33以重复的′S′-形图形绕成。轴向传导路径37位于电导体叶片7穿过磁性阵列3的相对运动的方向上，并且横向传导路径35在电导体叶片7的上边部分13和下边部分15之间延伸，如图1中所示。
横向传导路径35的宽度w_tcp大约为极片23的厚度t_pp(和磁铁21的厚度t_m)，从而当电导体叶片7在某点移动穿过磁性阵列时，然后当横向传导路径35位于相对的极片23之间时，穿过相对极片23之间的磁场将穿过横向传导路径35的导体。因此使横向传导路径35的宽度w_tcp与极片23的厚度t_pp相匹配，其将最大限度地增加磁性系统的效率。如以下解释的那样，横向传导路径35的宽度w_tcp大约为相邻的横向传导路径35之间的间隙39的宽度w_g的一半，使得三个薄片状电导体33可在相邻的横向传导路径35之间以最小的间距进行交错设置。
薄片状电导体33被覆有电绝缘体，以防止电流从一个导体33流向相邻导体33。轴向传导路径37在使用过程中用作横向传导路径35之间的连接导体，其宽度w_acp可便利地大于横向传导路径35的宽度w_tcp，从而减少轴向传导路径37的阻抗，并提高电机效率。薄片状电导体33可由金属片、条、带或箔制成。
图4B显示了如何形成图4A的薄片状电导体33的简化图。在导体，例如铝的矩形板43中形成通常矩形的孔41。相邻的孔41彼此横向偏离，并使交替的孔41对准，以形成两列偏离的孔41。一旦在板43中通过例如冲孔形成孔41时，板43就沿着穿过孔41端部的线45进行切割，以形成上述薄片状电导体33的重复的′S′形图形。如果这种叠片结构由铝制成，那么通过硬阳极处理工艺可便利地形成必要的表面电绝缘。
图5是具有图4A中所示种类的彼此相对反向的两个相同的薄片状电导体33的示意图。在各个薄片状电导体33的端部形成了连接衬条45。图5的这两个薄片状电导体33一个位于另一个顶部地进行精确设置，并粘接在一起，以形成如图6中所示相位导体47，相位导体形成图1至图3的电导体叶片7的一部分。
位于远离连接衬条45的薄片状电导体33端部的横向传导路径49，其被焊接在一起，以形成高品质的电连接。应该懂得，现在在两个连接衬条45之间存在连续的电气路径，通过它可使电流沿着串联的叠片结构而流动，始终以相同的方向穿过每对对准的横向传导路径35。还应该注意，如以下所述，虽然薄片状电导体33可能在机械方面较弱，但当将两个薄片状电导体33粘接在一起以形成相位导体47时，并且当将多个相位导体47粘接在一起以形成电导体叶片7时，电导体叶片7是一种刚性的自支撑结构。应该懂得，使交替的传导层反转的技术可扩展到使用许多层，从而取得任何所需的性能规格。
图7是图1至图3的电导体叶片7的示意性的平面图。如图6中所示，通过交错设置三组8a，8b，8c相位导体47可形成电导体叶片7，各组8a，8b，8c包括两个相位导体47。各组8a，8b，8c相位导体47承载一个相位，并且将看到位于磁性阵列3的磁铁21所产生的高密度磁场中的横向传导路径35的产生推力的激励导体，其在中心区域相互交错，而电导体叶片7的轴向传导路径37在电导体叶片7的上边部分11和下边部分13彼此重叠，其中电流路径处于轴向方向上。因此薄片状电导体33的轴向传导路径37与传统电动机的端部绕组相符。图中可以看出，形成激励导体的横向传导路径37以导体之间最小的气隙进行紧密地封装，从而当设置在由磁性阵列3所产生的磁场中时，最大限度地增加传递到电导体叶片7上的磁通量。
图8是从箭头方向VIII看去的图7电导体叶片7的端视图，其显示了交错设置的相位导体47的导体组8a，8b，8c。电导体叶片7的相位导体47的中心组8a基本上是平的。因为三组8a，8b，8c相位导体47在电导体叶片7的上边部分13和下边部分15上重叠，所以在轴向传导路径37的区域中，第二组8b和第三组8c相位导体47的端部部分49向外弯曲，使得当横向传导路径35的中心部分相互交错并位于相同的平面中时(如图3中所示)，各个相位导体47的轴向传导路径37设置成一个位于另一个的顶部上。
图9是图8的电导体叶片7的分解图，其显示了在交错设置并粘接在一起以形成具有精确限定的尺寸的强机械结构之前的分开的相位导体47的组8a，8b，8c。图8和图9的电导体叶片7的各个相位导体47的组8a，8b，8c由四个薄片状电导体33，即两对相位导体47组成。本领域中的技术人员应该懂得，本发明并不局限于这一数量的薄片状电导体33，而是可根据所需的电动机设计规格而使用一个或许多个薄片状电导体33来形成电导体叶片7。使用多个粘接的薄片状电导体33将增加相位导体47的抗挠刚度和最终因此产生的电导体叶片7的抗挠刚度。
图10显示了如何将电导体叶片7的上边部分13和下边部分15精确地装配到盖梁17中的示意形式。盖梁17是将叶片7中所产生的电磁力传递到电动机机身或负载上的装置。盖梁17为电导体叶片7提供了额外的纵向刚性，并且其还是由此将电导体叶片7的本体中所产生的热量引导离开端部绕组板的装置。在盖梁17中提供了冷却通道51，其用作一种可将电导体叶片7中所产生的热量从电导体叶片7带走的装置。在一个备选实施例中，电导体叶片7可设置在单个盖梁17中。
在使用过程中，在用于无刷式三相电动机的标准工业电子驱动单元的控制下将电流供给基本线性致动器1的单独的相位导体47的组8a，8b，8c中。当电流流过薄片状电导体33，尤其穿过横向传导路径35的电绝缘导体时，产生感应的电磁力，以造成电导体叶片7相对于磁性阵列3的运动，横向传导路径35与横过磁性阵列33之间间隙的磁场相交。具体地说，当穿过横向传导路径35的电流产生感应电磁力时，可认为横向传导路径35是激励导体。位于相对极片23之间的磁场中的一组横向传导路径35的封闭封装的电绝缘导体组基本上填充了供所述磁场穿过的第一磁性阵列和第二磁性阵列3之间的间隙，从而提供一种最佳效率的磁传送系统。
本领域中的技术人员应该懂得，在导体叶片7和磁性阵列3之间存在气隙，以容许在一个部件不与另一部件接触的条件下实现导体叶片7和磁性阵列3之间的相对运动，而且电绝缘的导体在存在必要气隙的程度上基本填充了导体叶片7和磁性阵列3的间隙。还应该懂得，填充间隙的电导体指包括其电绝缘的导体体积，其需要防止导体之间的电流泄漏。
电导体叶片7相对单独的定子磁力单元25的位置和关系通过位置传感器(未显示)进行测量。
在这个实施例中，已经描述磁性阵列3用作定子，并且已经描述电导体叶片7用作电枢。然而技术人员应该懂得，电导体叶片7可固定，用作′定子′，而且磁性阵列3和相关联的外壳5可移动，用作′电枢′。
对于电导体叶片7的长度没有内在限制，其可便利地分隔成电气离散段，从而在任何时候只将功率供给与磁力单元25相邻的电导体叶片7的一部分。电导体叶片7的中心线不需要是直线性的，但电导体叶片7和在相对的磁力单元25之间所形成的路径可以是弯曲的，使得电枢和定子之间的相对运动轨迹沿平滑曲线而延伸，其不会造成电枢在任何点上与定子发生碰撞。这种基本电机的特别独特之处在于，以其本身和电枢之间的恰当间隙为条件，无线定子叶片的中心线可沿着三维的平滑路径而延伸。此外，还可设置定子(和因而电枢)的平面，使其在行进时平滑地围绕其轴线而旋转。应该懂得，例如，为了增加电枢沿着定子的弯曲路径行进的能力，电枢可能需要包括铰链或包含挠性材料。
以下将解释如何使用上述基本电机来构造具有各种布局的无线电机。在以下简图中，通过示例且在没有限制的条件下，我们已经选择聚集于无刷式三相永久磁铁的构造进行描述。然而，通过应用相同的原理还可以设计其它构造的无线电机。
图11显示了本发明又一实施例的示意形式，其中在轨道上，例如包围制造设施的处理中心的磁道环上可使用与图1至图10中所示的致动器相似形式的多个基本线性致动器1a。在这个实施例中，电枢包括磁力单元25和相关联的外壳5，其设置成可沿着定子而移动，定子包括电导体叶片7a-f。各个电枢在轨道扇区/电导体叶片7a-f中受到独立的控制，使得电枢可在防止碰撞的范围内沿着相同的定子来回移动。在这种布局中，各个轨道扇区7a-f具有其自身的电子驱动装置(未显示)，并且各个电枢5，25具有其自身的位置传感器(未显示)，其与电子驱动装置通信，以取得此时的电枢的位置。应该懂得，例如，对于在相同的轨道系统上移动的若干个高架起重机，或者对于在相同轴中移动的若干个升降吊笼可应用相同的控制原理。
图12以示意形式显示了形成本发明又一实施例的旋转电机61的横截面图。通过设置图1至图10中所示类型的基本致动器1c，使得电导体叶片7沿着圆形路径而行进，并通过延长包括磁铁和相关联的极片的磁性阵列3的长度至磁力单元25的双环中，以便在其内外圆周上包围圆柱形的电导体叶片7，从而形成大扭矩的旋转电机61。应该懂得，在不改变这个原理的条件下，定子可以是磁性部件，而电枢可以是电气部件。在这个简图中，标号表示与之前图中相同的电动机部件。电导体叶片7包括形成圆柱形状的成组相位导体47，使横向电导体35位于与相对旋转的轴线基本平行的方向上。圆柱形的电导体叶片7安装在电动机61的下面部分65上，同时磁性阵列3也形成圆形，并通过圆柱形板63而安装在电动机61的上边部分67上，其通过轴承19和密封单元69相对于下面部分65而旋转。
图13显示了形成本发明又一实施例的旋转电机71的一种备选布局，其包括图1至图10中所示类型的基本电磁致动器1d。在这种构造中，导电叶片7具有环形形状，并由环形薄片状电导体33组装而成，其中横向传导路径35设置在基本径向的方向上。此外，可以使电机以互补形式而存在，使得形成磁性部件的磁性阵列3是固定的，而形成电气部件的电导体叶片7旋转。在这个简图中，电导体叶片7将其作用力(扭矩)传递至电枢轴组件73上，同时磁性阵列3安装在外壳5上。
上述构造初看起来似乎与印刷电路电动机的构造是相似的，但应该注意电枢的薄片状电导体33：
1.不是印刷的，而是完全自支撑的，并且没有任何衬底，从而受益于减少的重量，并从而受益于减少的惯性和减少的成本；
2.是导体，其不被构造成线圈形式，但具有与极片23的那些表面区域相匹配的表面区域；
3.包括横向传导路径35，其在磁场区域中相互交错，并且轴向传导路径37覆盖其它地方；
4.设计成可承载比传统的印刷电路电动机的导体大得多的电流；
5.在比印刷电路电动机通常所采用的磁通量更高密度的磁通量中移动；且
6.类似于三相伺服电动机而非直流电机的导体。
因此应该懂得，图13中所示的构造既不是当前技术的印刷电路电动机的任何明显的扩展，也决不是由印刷电路电动机得来的。
当需要使电磁力(推力或扭矩)变得极其大时，其差异将随着我们现在考虑基本无线的电磁电动机的特别优势时而变得更清晰。
形成本发明一个实施例的任何电磁电机的推力可通过利用更大的导电叶片7和更大的平面磁铁21而增加。然而，尺寸增加很快会遇到之前结合早先圆柱形的线性致动器所提及的相同的磁铁尺寸的限制。制造及磁化具有大于约0.015平方米(即150mm×100mm)面积的钕硼铁磁铁都是极端困难的。
然而，因为形成本发明一个实施例的图1至图10中所示类型的基本无线的线性致动器在横截面上是狭窄的，所以可在小的空间内将许多电动机元件紧密地堆叠在一起。如以下解释的那样，这样做还有其它优势。
图14A是许多基本电磁电动机元件1e的示意性的横截面，其各个在结构上都类似于图1至图10中所示的电磁电动机元件，但现在被彼此平行且紧密地堆叠在一起，以形成线性电动机83。应该懂得将电导体叶片7机械且电动地连接在一起，并由相同的电子单元来驱动它们是可行的。还应该懂得，还可联接电枢使得任何一个基本电机1e所产生的推力倍增以共同作用电机的数量。
图14B显示了如何可以简化图14A的级联结构并实现具有更便利且更经济的封闭封装的一种线性电动机78。应该注意的是，磁力单元25对于其任一边的电导体叶片7都是相同的。因而，虽然在相邻的磁力单元25之间具有强的静磁力，但是在这种布局中，那些作用力通常是相等且相反的。出于此原因，可消除图14A中所显示的中间框架，并可只通过坚固的支架75来保持磁力单元25。所有电导体叶片7都精确地装配到公共框架77中，其装配有轴承19，使其可相对于磁力单元25的框架而移动。在没有静磁力关闭供叶片7穿过的槽的危险的条件下，使电导体叶片7离开磁性部件也变成是可能的。只有侧板9的端部经历不平衡的静磁力，并且其必须因此具有坚固的结构。
图15是形成本发明又一实施例的一种非常大扭矩的旋转电动机79的示意性的横截面图，其中上述无线电动机元件的级联原理可应用于图13的旋转电动机71中。图13中所示类型的若干个电动机被组合以驱动相同的轴81，并且按照与图14的基本线性电动机相同的方式简化中间结构。
在这个示例中，电导体叶片7采用冲孔盘的形式，其按照之前关于直线性叠片结构所述的方式相互交错并粘接以形成自支撑结构。环形导电叶片埋置并键连接到中心轴81上，中心轴81在轴承19中运转。磁性阵列3也采用环的形式，其通过定位环57而固定在外壳5上。
应该懂得，虽然在这图示中只显示了四个堆叠的旋转电动机元件1f，但是对于旋转元件1f的数量没有内在限制，其可用于产生非常大扭矩的旋转电机。
还应该懂得，图15中所示的电动机是一种移动导体电机，其具有低转子惯性和高转子扭矩的优势。然而，在某些应用中，建造一种其中电气系统是定子，而磁系统是转子的等效电机可能是有利的。
磁力单元25之间的静磁力在中心区域是平衡的，并且显著失衡的静磁力只存在于侧板9和相邻的定位环57之间。
图16以示意形式显示了形成本发明又一实施例的线性电动机87。在这种线性电动机87的情况下，可完全消除之前段落中所提到的端部作用力，并且静磁力在整个系统中都是平衡的。这通过使基本电磁电机1g的堆叠在其自身上闭合以形成圆形或多边形阵列而实现。这种电机具有设置在其里面的偶数的基本电磁电机1g，使得相对的磁铁面的极性是相反的。通过这种装置可以产生一种紧凑且高度有效的线性致动器87，其具有比任何单独的电动机元件的推力大一个数量级的推力。
作为示例，图16显示了一个32元件的圆形阵列，其中这些元件具有与参照图1至图10所述形式相似的形式。电导体叶片7固定在外壳5上，并且与磁力单元25交替，其固定在电枢推管89上。在电导体叶片7的径向-设置的横向传导路径35中流动的电流造成磁铁阵列3(和因而推管)承受出入图纸平面的电磁力。
图17是电枢或磁性组件91的图示，其形成了形成本发明又一实施例的电机的一部分。应该懂得，电导体叶片7将设置在电枢周围的槽93中，并且磁场方向在交替的电枢槽中被逆转，使得所有机械力得到平衡。
虽然磁性电枢是大型的，但其是由小的磁铁和极片组装而成的，其一次一个地安装并放置在圆中，其各个强烈地横向吸引其近邻，并(不太强烈地)垂直地排斥其近邻。在夹具中通过如同一连串瓦片一样并排放置磁力单元而构造出磁性电枢。当完成一圆形层时，在其上面建造下一层，一次建造一个磁力单元。这种设计因而克服了传统圆柱形电磁致动器的重要的比例限制，并且容许安全地组装大块的且大功率的电枢。
图18是形成本发明又一实施例的电机95的局部剖切透视图，其中将看到电导体叶片7通过盖梁17而装配到外壳5上，并且其穿过周期性磁铁阵列3中的槽。
图19是图1至图10的基本电机的备选形式的示意图，其中成对磁力单元25的空间周期性的磁性阵列3被单个空间周期性的阵列3a所替代，其形成磁性部件的第一部分，面向位于气隙对边上的磁性材料板59，其形成磁性部件的第二部分。制成板的磁性材料在这个实施例中是铁并且可以使用其它的磁性材料。应该懂得，第二部分的磁性材料经感应而形成空间周期性的互补极性的磁极阵列，使得导体被连续放置在横向空间周期性的磁场中。这种结构在形式上更为简单，但因为气隙只有相同尺寸磁铁的一半宽度，所以电动机97功率较小，并减小了功率-重量比。然而，这种结构对于某些应用可能是有利的。图19中所示类型的基本电动机可用于替代上述任何级联电动机系统中的图1至图10的基本电动机，但性能将会因此被降低。
图20是穿过图19的剖面线XX-XX的横截面图，其显示了等效于图3的备选设计的简化的示意图，其中相同的标号用于其构件。铁板59替代了成对的轴向-周期性的磁铁阵列3中的一个，并产生了互补极性的感应磁极。
本领域中的技术人员将会想到各种变体，并且希望包括落在附属权利要求范围内的所有这种变体。
应该懂得，可扩展本发明的原理，以便包括使用不同磁铁构造的电机，从而产生横过磁性部件的第一部分和第二部分之间间隙的空间周期性的磁场，并且可使用电磁铁来替代之前考虑的永久磁铁。
还可扩展到包括感应式电机，其中永久磁铁的阵列被图案化的传导叠片结构的被动式构造所替代。在这种感应式电机中，通过有源导体中的相位交变的电流来产生移动磁场，并且有意设置涡电流，使之在被动的导体阵列中流动。感应电流和受控制的交变电流的相互作用产生了轴向力。虽然合成的轴向力小于通过使用永久磁铁或使用磁场的电机所产生的轴向力，电磁铁产生该磁场，但是感应式电机成本低廉，并且重量轻，而且其在某些情况下可提供显著的优势。
还应该懂得，本发明的原理可扩展到包括具有任何备选设计的无线线性电机的级联，其具有等效于图14中所示的平行力矢量，从而增加致动器每单位长度的作用力，并共享公共结构部件，从而减少成本和重量。
还应该懂得，本发明的原理可扩展到包括铁或钢的导电叶片。在那种情况下，在电枢和定子之间将存在强大的静磁力，并且电机损失将大于那些带有(例如)铝导体的电机。然而，这可能具有极大的好处，因为气隙的磁阻将被极大地减小，所以将需要较少的磁性材料来构造周期性的磁性阵列26。
本发明的原理可进一步扩展到包括传导材料，其由超导材料组成，或被覆一层超导材料，其优势在于，可完全地消除阻抗损失，而且可在小的空间内使用高得多的电流密度来产生大的作用力。
这里所述的形成本发明实施例的电磁电机受益于以下一个或多个优点：
1.通过由图案化的薄片状铝导体替代铜线可减少任何电机的电气部件的质量；
2.通过对图案化的导体叠片结构的横截面进行整形并将其粘接到坚固的自支撑的机械结构上，从而可减少制造成本；
3.铝导体的绝缘通过阳极处理工艺而简单地实现，并提供了一种坚固的绝缘涂层，如果需要，其将承受高温操作；
4.通过消除用于电导体的护铁，其还消除了″铁损″，从而可进一步减少电机的质量；
5.因为导体组件是轻量的，坚固的且尺寸稳定的，所以在某些应用中，其可用作格外低惯性的电枢，因而增加了控制应用中的操作带宽；
6.虽然磁场强度较高，但是在电枢和定子之间没有静磁引力。这使得电机更容易且更安全地进行组装，并且其减少了轴承力和轴承磨损；
7.相同的技术容许电气系统进行分段制造和运输，从而可在现场组装大型电动机，而没有过大难度；
8.电动机的电气系统比任何等效铜线低廉，并且其有时对于长行程线性电动机使用电动定子是有利的；
9.这样可由独立供能的隔离分段建造长的(或许迂回线路的)电动定子，从而可使若干个永久磁铁电枢精确且独立地在相同的定子上移动；
10.因为基本电机在形式上是平的，所以线性电机的运动轨迹可遵循任何平滑的三维路径而行进，同时根据需要围绕其自身轴线而旋转；
11.通过利用圆形导电叶片按盘或鼓的布局可构造高扭矩的旋转电动机，该叶片在成对的周期性的磁极阵列之间或相对于磁极阵列而移动；
12.许多基本线性电动机可级联而形成大型电机，在此过程中可简化基本电动机的结构，以减少尺寸、重量和成本，并平衡内部静磁力；
13.同样地，可组合许多基本旋转电动机以形成特殊扭矩的旋转电动机，在此过程中还可简化内部结构，以减少尺寸、重量和成本；
14.如果基本线性电动机的级联形成了完整的圆，那么可消除端部效应，并在整个结构中平衡静磁力；
15.利用前述技术，许多基本线性电动机可封装在紧凑的圆柱形容积中，通过杆或管传送格外大的输出推力；
16.这种电机的输出杆或输出管可被密封，以用作气垫弹簧子系统的输出元件，其支撑恒定负载，而电磁系统提供动态作用力；
17.这种密封的电机还可用作液压泵或用作可将流体能量有效地转变成电能的机构，无线电动机被反转驱动；且
18.这种技术是完全可缩放的，并可应用于具有较宽的尺寸及功率输出范围的电磁电机。