CN102204069B - 电机 - Google Patents

Abstract

一种多相电机，包括：定子，包括多个围绕非可磁化芯的线圈；转子，其中嵌有永磁体，该转子和所述定子邻近地布置，该转子安装在可旋转驱动轴上；电源；位置传感器，可操作地连接到所述转子；以及控制电路，可操作地连接到所述电源、所述位置传感器、以及所述线圈，用于控制电能在所述线圈中的分布。在这个电机中，控制机构将电量从第一线圈转送到第二线圈。

Description

电机

相关申请的交叉引用

本申请是2006年7月26日申请的，申请号为11/460149的美国专利申请的部分继续申请。

本申请要求2008年8月15日申请的，申请号为61/188,994的临时专利申请的优先权。

关于联邦资助的研究和开发的声明

不适用

附录

不适用

技术领域

本发明涉及用于产生电流的电机(electric motor)。

背景技术

随着能源成本持续上升和供应逐渐减少，存在对更加有效地使用能源的实质需要，特别是电机。电机为很多设备提供能量，因此对于给定输入的能量，改进从电机输出的功率将意味着能源成本的显著节约。

特别能从改进的电机受益的一个应用是风力涡轮发电机。电机输出功率的提高将有助于风力涡轮机在市场上更实用和被接受。

以前使用过具有电磁线圈而无铁芯的电机，例如一般在低功率应用中的扁平型(‘pancake’type)电动机。然而，非可磁化芯(non-magnetizable core)材料例如塑料还没有用于高功率电机。 

本领域需要制造和控制电机的新思想，以生产更高效的电机。

发明内容

在一个实施例中，本发明是多相电机，包括：定子，包括环绕的非可磁化芯的多个线圈；转子，其中内嵌永磁体，转子和定子邻近地布置，转子安装在可旋转驱动轴上；电源；位置传感器，可操作地连接到转子；以及控制电路，可操作地连接到电源、位置传感器、以及线圈，用于控制电能在线圈中的分布；其中，控制机构(mechanism)将电量从第一线圈转送到第二线圈。为了最优性能，在磁体和线圈之间提供了一定的设计和间隔常规(conventions)。而且，控制电路利用了脉冲调制，以便加强控制和最大化效率。

本申请进一步的适用范围将由下面的详细描述而更清楚。应当理解，详细的描述和特定的例子，虽然指示本申请的优选实施例，但是仅仅是为说明的目的而非对本申请的限制。

附图说明

从详细描述和附图可以更充分理解本发明，在附图中：

图1示出了电机的一个实施例的示意图；

图2示出了单个线圈的一个实施例；

图3A-3D示出了永磁体和电磁线圈的组合如何产生变化水平的力(varying level of force)；

图4A示出了用于支持定子线圈的类型的纵向条(longitudinal strip)的一个实施例；

图4B示出了定子的横截面，其中定子的线圈安装在如图4A所示的纵向条上；

图5A示出了纵向条的一个实施例，纵向条具有形成在侧面用于容纳线圈引线(running wires leading from the coils)的槽(slot)；

图5B示出了纵向条的另一个实施例，纵向条具有用于容纳安装在其上的导线的导线通道；

图6示出了固定(holds)线圈的安装支架如何附接到(attached to)纵向条的一个实施例；

图7示出了转子的一个实施例，其中采用可选钢制分流环(shunt ring)；

图8A、8B和8C示出了围绕不同类型的芯缠绕的导线线圈的几个实施例；

图9A和9B分别示出了模块化转子组件的一个实施例的正视图和侧视 图；

图9C示出了在转子中使用的复合磁体的一个实施例；

图10示出了本发明的电机的一个实施例的截面中在永磁体和电磁线圈之间的磁通线(flux line)的示图；

图11示出了用于激励(energizing)本发明的电机的线圈的电路的一个实施例；

图12示出了用于激励本发明的电机的线圈的电路的另一个实施例；

图13示出了位置传感器的一个实施例；

图14A和14B示出了使用铁屑通过直接评估而确定的、本发明的电机的一个实施例的磁力线(magnetic field line)；

图15A、15B和15C示出了逐渐变大的永磁体的磁力线；

图15D示出了包括夹在两条永磁体之间钢制嵌条(slug)的复合磁体的磁力线；

图16示出了用于在电机中从放电线圈向已充电或正在充电的线圈分流瓦解场(collapsing field)电流的电路的一个实施例；

图17示出了用于在电机中从放电线圈向已充电或正在充电的线圈分流瓦解场电流的电路的另一个实施例；

图18示出了用于在电机中从放电线圈向已充电或正在充电的线圈分流瓦解场电流的电路的再一个实施例；

图19示出了用于在电机中从放电线圈向已充电或正在充电的线圈分流瓦解场电流的电路的又一个实施例；

图20示出了本发明的转子的一个实施例的侧视图，其中电磁线圈的相对位置用虚线表示；

图21示出了通过描绘了在本发明的电机的一个实施例中永磁体和线圈的相对位置的图20的线21-21的截面；

图22A-22C示出了通过描绘了在本发明的电机的另一个实施例中永磁体和线圈的相对位置的图20的线21-21的截面；

图23示出了3相电机的一个实施例的时序图；

图24示出了4相、18永磁体电机的一个实施例的时序图；

图25示出了具有8绕组和18永磁体的4相电机的一个实施例的永磁体和线圈的侧视图；

图26示出了优化以允许本发明的电机产生电流的线圈和磁体的配置；

图27示出了本发明的模块化电机控制；并且

图28是本发明的优选实施例的电气示意图。

具体实施方式

下面描述的优选实施例在本质上仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明，及其应用或使用。

这里描述的电机被称为“磁控”(magnetronic)电机，和传统电机有几个方面不同，结果是描述电机行为的典型公式不能总是应用于磁控电机。这是因为有几个因素：

1.传统电机输出需要钢来聚集磁通(magnetic flux)；并且

2.传统电机在金属组件中将电力转变为磁通，由此通过定子和转子完成磁路，产生施加到转子上的转矩(torque)。

由于这些因素，典型电机的最大输出功率受到在磁场和转子中的用钢量(amount of steel)以及在绕组中的用铜量(amount of copper)的限制。

这里所描述的电机在这些组件中不同：

1.磁控电机无需钢来聚集磁通，并且实际上在大多实施例中，钢对于电机的运行是有害的。

2.在磁控电机中，磁路由转子中的永磁体和两个外侧或端部转子上的钢制端板(end plates)的配置来完成。聚集磁通由当线圈被激励时导致功率增加的配置来达成(图3A-3D、14A、14B)。图3A-3C示出了安装在一个或多个转子上的永磁体和定子中充电的电磁线圈的组合如何产生变化水平的力，得出结论，更多与给定线圈相关联的永磁体会产生增大量的力。另外，如图3D所示，通过组合更多的线圈以及更多的永磁体，能够产生更大的力。例如，一个线圈34和16个永磁体52产生5尺磅(foot-pounds)的力。加上另一个线圈和8个永磁体，总数为2个线圈34和24个永磁体52则产生10尺磅的力。类似地，3个线圈34加上32个永磁体52产生15尺磅的力，而4个线圈34加上40个永磁体52产生20尺磅的力。线圈34可以加到环绕电机30圆周的任意位置，并且每个线圈将增加5尺磅的力。

另一个不同是磁通线方向。典型电机中，所有磁通线都垂直于绕组而导致在转子旋转时对转子的拖曳(drag)(因为产生的反EMF(电动势))。典型 电机中，这种反EMF是必须的，否则电流将大到使绕组烧毁。

在磁控电机中，部分磁通(flux)平行于绕组，减少了拖曳或产生的反EMF。这种磁通方向可以通过转子中的PM(永磁体)的间隔(spacing)关于转子之间的空间(space)来改变。另外，没有由于缺少反EMF而导致的电涌(inrush)或大电流。因此，磁控电机的设计自动地控制电流。

磁控电机在构造(construction)上具有几处显著的不同，而导致了功能上的不同。

在典型电机中，绕组以相互交叠的方式放置在钢槽中。因此，如果一个绕组发热，它会加热交叠的绕组，并且整个电机会过热而烧毁。即使只有一个绕组烧毁，所有绕组必须被移除以替换所有绕组。

在磁控电机中，绕组是简单的线轴线圈(bobbin coils)，每个绕组相互独立，并且能够每次从电机中移除一个绕组或向电机中放入一个绕组。通过这种设计，电机完全是模块化的(modular)。转子模块可以增加，由此加长电机，其增加用于线圈模块的槽，从而增加电机输出。这种模块化概念使得工程化(engineering)新电机大为简化。

没有应用到传统电机而应用到本尝试的最后一点在于，使用反EMF来再生或补充输入功率以使这些电机更加高效。

磁控电机利用了在运行中工作得很好的新方法，且通过两个独立(separate)的方法来达成。

1.通过本申请其它地方提及的改变磁通方向来减少转子拖曳或反EMF。

2.当线圈被去激励来补充输入能量到不同的线圈、优选的刚被导通的线圈时，利用瓦解场能量。

应当理解，当反向运转时，磁控电机操作以产生电流。

因此，多相电机30包括：定子32，包括多个线圈34；转子36，安装在驱动轴38上；电源40，为线圈34充电；以及控制机构42，用于控制线圈34通过电源40的充电(图1、2)。

在一个实施例中，定子32包括多个线圈34，其中线圈34围绕非可磁化芯44缠绕。非可磁化芯44可以由多种材料中的任意一种制成，包括但不限于塑料，无论是实心棒或空心管。线圈芯44优选地横截面为环形(circular)，因此线圈34本身也为环形。虽然如此，芯44和线圈34也可能是其它形状的。在一个实施例中，通过一系列穿过芯44的中心且围绕外侧的发射状绳索 (radial ties)来将盘绕的线(coiled wire)固定在适当位置。另外，在一个实施例中，线圈34以诸如玻璃纤维的树脂来制模(molded)。模子(mold)给予树脂与线圈34附接到的安装支架46(参见下面)的形状互补的(complement)形状。然后将线圈和相关树脂使用粘接或其它附接手段(attachment means)附接到安装支架46。

在典型配置中，线圈芯44横截面直径为1英寸。另外，在一个实施例中的线圈导线是11规格(gauge)铜线，并且在芯44周围缠绕大约300圈。本实施例中的线圈34的外径为3英寸。然而，也可能有其它配置且被包含在本发明中。

线圈34的绕组具有统一的方向，其中，当线圈34安装到定子32中时，绕组在与转子36旋转的平面平行的平面中。当线圈34被布置在定子32中且被电激励时，创建的磁场由定子32向邻近的转子36横向(laterally)延伸。方向为线圈34的一边为磁北(N)且另一边为磁南(S)；这种方向可以通过反转输入电流的极性来改变。如下面进一步解释的，每个线圈34通过将线圈34的端部连接到合适的电源40来电激励。

线圈34通过框架结构47固定在定子32中合适的位置，在一个实施例中，框架结构47为铝制。框架包括多个平行于驱动轴38的长轴的材料的纵向条48，即平行于旋转轴。在一个实施例中，纵向条48的材料具有一系列形成于其中的缺口50用于将线圈34定位在正确方向上的正确位置。

线圈34固定在安装支架46上，该支架46然后附接到框架结构47的纵向条48上(图4A、4B)。在一个实施例中，支架46边缘稍微弯曲，以便与纵向条48紧密配合。优选地支架46使用可卸的紧固件(reversible fastener)附接到纵向条48，这使得更容易进行修理或替代有缺陷的或损坏的线圈34。在一个实施例中，纵向条48具有一系列螺纹孔，用于装入螺钉和螺栓，以便附接线圈安装支架46。线圈34沿纵向条48分开(spaced apart)以便在其间留出转子36的空间。每个线圈34具有非常邻近的、其中嵌入许多永磁体52的转子36。与许多其它电机相反，除了用于将线圈34固定的合适位置的框架结构47，该结构47在电机的外围(periphery)，则在一个实施例中，定子32是空旷的空间(empty space)。这种结构使制造和装配更加容易。

支持结构47的纵向条48的端部附接到电机30任一端部到端板54。这些端板54也支持驱动轴38，驱动轴38依次支持转子36，由此得到电机30 的整体结构。在一个实施例中，驱动轴38突出穿过或超过一个或两个端板54，然后耦接到要驱动的设备。

在一个特定的实施例中，端板54厚度为0.625英寸，直径为11.75英寸。另外，端板54可以在其上安装有用于固定驱动轴38的轴承的轴承支承板56(图1)，该轴承支承板56包括具有2.5英寸内径和4英寸外径的环(ring)。

在一个实施例中，每个线圈34的引出线58穿过安装支架46(图2)。在另一个实施例中，纵向条48具有形成于其中的通道60以使导线穿过(图5A、5B、6)。在这个情况下，导线由侧边并穿过形成在所述条的长边上的槽62离开线圈34(图5A)。在一个实施例中，线圈安装支架46的侧边部分被做得足够宽，以覆盖与主通道60邻近的槽62(图6)。在另一个实施例中，升高的导线通道64形成在或附接到纵向条48的一边，其中通道64的侧边具有与每个线圈34对齐的孔用于穿过导线(图5B)。在后面这些实施例的任一个中，导线穿过纵向条48到电机的一个或两个端部，在端部它们和电源40以及控制机构42连接。

总体而言，以环形安装的一系列线圈34在这里被称为定子32。在一个实施例中，电机30具有4个定子32和5个转子36，从而每个定子32在其任一边具有转子36，但是在电机任一端的转子36只在一边具有定子32而另一边则没有。另外，在一些实施例中，在电机30任一端的转子36具有含铁金属(例如钢)分流环66，该分流环在永磁体52的顶部、沿转子36的外围布置(图7A、7B)。在这些情况下，永磁体52是磁体与其它材料的薄片组成的层状复合结构，转子36附接环66的侧边上不包括磁体。环66改善了电机30中的磁通，创建了马蹄效应(horseshoe effect)，也消除了由于在电机端部存在任何导体材料而引起的拖曳。在这些实施例中，省略了钢制环66，优选地用非导电材料制造端板54，例如酚醛树脂或一些其它类型的树脂。

所采用的导线规格、线圈绕组长度、圈数、芯材料类型中的每一个都会改变电机30的特性。另外，芯44材料的形状以及永磁体52的形状也可以改变电机30制动(detent)的方式。下面列出几种可能类型的芯44结构以及芯44结构对线圈34性质的影响(图8A、8B、8C)。

在一个结构中，线圈34具有实心层叠芯44(图8A)。这种配置具有高感应系数和显著的磁滞损失，并且磁通聚集在所述芯中。

在另一个配置中，提供有具有中空芯44的线圈34(图8B)。这种配置具 有中等的感应系数和中等的磁滞损失，并且磁通聚集在芯44中。这种配置的一个例子是导线围绕具有中空铁芯的线圈缠绕。

在另一个配置中，提供有具有空气芯44的线圈34(图8C)。这种配置具有较低的感应系数而没有磁滞损失，并且磁通更加平均地分布在整个磁极面(pole face)。

而且，导线被用作层叠结构(laminations)而不是典型的平的层叠(flat laminations)。此外，导线可以为任意形状，包括圆形、饼形或中空的层叠管。对于高转速(RPM每分钟转速)，高效的空气芯将是最佳的，而当不考虑高RPM和效率时，对于更高的转矩，层叠芯将是更佳的。

在一个实施例中，转子36由酚醛树脂制成，尽管其它类型的树脂也能工作得很好。在另一个实施例中，转子36由铝制成。在任一情况下，转子36在一个实施例中固定地附接到驱动轴38，以便将电机30的功率转送给驱动组件。转子36基本上是扁平的环状盘，其中做出一系列孔用来容纳永磁体52或固定磁体(fixed magnet)52。

电机30可以用模块化方式制造，从而任意变化数量的转子36和定子32(一般转子数比定子数多1)可以装配成单个电机30，所以任意大小和功率的电机30可以由有限数量的基本组件来制造。为了在制造电机30同时仍然保持正确的转子对转子间隔，在一个实施例中，转子36具有从靠近中心的一侧突出的中空的隔离物68(图9B)。在一个实施例中，隔离物68是钢。在一个实施例中是铝的转子36和附接的隔离物68两者都具有在其中心的孔，以容纳驱动轴38，并且在孔中还有槽70来容纳从驱动轴38突出的隆起72，其中隆起72和槽70相互补充。隆起72和槽70的组合帮助转子36在没有任何相对驱动轴38的打滑的情况下，将功率由转子36传送到驱动轴38。替代地，隆起72可以在转子36的开孔(opening)的里面，而槽70被做在驱动轴38中(图20)。

在一个特定的实施例中，转子36厚度为1.5英寸而直径为9英寸。钢制隔离物68直径为3英寸并且从转子36的表面(face)向外突出2.7英寸。驱动轴38的直径为大约1.5英寸，同样转子和隔离物68中用来容纳轴的孔也是1.5英寸。在一个实施例中，隔离物68使用4个0.25英寸的螺栓附加到转子36，尽管结合两部分的其他手段也涵盖在本发明中(图9A)。

在一个实施例中，永磁体52包括两个稀土永磁体52A和夹在其间的钢 棒52B的复合物。在一个实施例中，复合结构总体上是柱状的，并且直径为1英寸，长度为1.5英寸(图9C)。在这个实施例中，永磁体52A每个有0.25英寸厚，钢棒52B有1英寸厚。在一个实施例中，永磁体52A和钢棒52B使用粘合剂(adhesives)相互附接并附接到转子36。

在这个实施例中，有8个复合永磁体52，其中永磁体52在转子36边缘附近均匀地(equally)分隔。在转子36中，在离转子36的边缘大约0.125英寸的地方，形成8个1英寸直径的孔。在这个实施例中并且一般地，永磁体52被这样排列，以使得在指向转子一边或另一边的磁北和磁南之间交替的极性。为达到这种围绕转子的连续的交替配置，优选地总是有偶数个永磁体52或复合体。

在一个实施例中，在转子36上，邻近的永磁体52之间的距离大约等于邻近的转子36之间的距离(图10)，尽管邻近的永磁体52之间的距离有时可以大于转子对转子(rotor-to-rotor)的间隔。在一个实施例中，这些距离都大约为2.5英寸。一般地，反EMF随着在给定转子36上邻近的永磁体52之间的距离的减小而减小。而且在一般情况下，反EMF、RPM和转矩也随着在转子36内的转子对转子的间隔以及永磁体52之间的空间的函数而变化。

在一个实施例中，控制机构42包括连接到位置传感器80的电路74，其中电路74连接到线圈34和电源40。在另一个实施例中，如下面进一步描述的，控制机构42还包括微处理器43。用于控制电机30的这个实施例的电路74的一个例子被示出在图11中。用于具有8个永磁体52的6线圈、3相电机的这个电路74使用单个电源40。开关78作为双极双掷(double pole，double throw)开关运行。如下面进一步描述的，这些开关78受到与转子36或驱动轴38相关联的位置传感器80的控制。线圈1和4、2和5、以及3和6位于定子32直径上的对边(opposite sides)，且总是相互处于相对的状态(opposite state)，即当线圈1导通时线圈4关断(off)，而当线圈4导通时线圈1关断。在这个特定的实施例中，二极管82控制电路74中电流的流向，从而来自特定线圈的瓦解场能量帮助对直径上的相对的伙伴线圈(partner coil)充电。

图12示出了用于控制本发明的电机30的电路74的另一个实施例，使用前述电路一半数量的开关78。在这个替代配置中，有两个电源40，这简化了系统的构造。这个电路74优选地用于“只推”(push-only)电机，因为它不容易提供用于切换供应特定线圈34的电源的极性，并且因此不能提供用于在 循环中切换线圈34的磁极性。再次，二极管82被放置在成对的(paired)线圈43之间，以指引(direct)线圈34之间的瓦解场能量。而且，如下面进一步描述的，开关78也受到位置传感器80的控制。

图13示出了对用于本实施例的6线圈、3相、8永磁体52电机的位置传感器80的一般要求，特别是磁控(magnetically-controlled)位置传感器80。在一个实施例中，位置传感器80包括附接到驱动轴38的控制轮84，从而控制轮84跟踪驱动轴38的运动，驱动轴38依次跟踪转子36的位置。可以使用各种手段来跟踪控制轮84的位置，包括磁条(magnetic strips)86，具有安装在轮84的外围周围的磁传感器88或检测器(pick-ups)，来检测磁条86的存在或不存在。如图13所示，通过将磁传感器88以邻近控制轮84的15度间隔分开，并且通过将磁条86延伸轮84的1/8圈(1/8^th of a turn)，这具有以正确的次序激活每个磁传感器88以及激励线圈34的适当持续时间的效果，如下面进一步讨论的。

对于具有8个磁体52的电机30，对于给定线圈34，优选的导通时间大约等于转子36的1/8圈或45度。因此，在位置传感器80上激活线圈34的磁条86延伸控制轮84的1/8圈。控制轮84固定地附接到转子36或驱动轴38，使得转子36或驱动轴38的旋转能够转动控制轮84(见图1)。为保持适当的相位，磁传感器88沿控制轮边缘以15度间隔分开，以便连续导通线圈，并导通一对线圈中的一个时关断同一对线圈中的另一个。在这个实施例中，线圈1-3以与线圈4-6相反的极性激励。相似地，线圈1、2和3分别与线圈4、5和6在相反的时间被激励和去激励(de-energized)。

上述实施例的一般原理，具有6个线圈、3相、8个永磁体，可以扩展到任意大于2的相数，任意偶数个永磁体和任意数量的线圈。尽管为了更容易协调从一个线圈向另一个线圈传送瓦解场能量，优选地具有偶数个线圈，但也可能用这里所讨论的原理设计具有奇数个线圈的电机。

增加电机30中的线圈34的数量和相数也增加了制造电机30的复杂度和成本，特别是驱动线圈30所需的电子装置。另一方面，具有更多数量的线圈34和相数增加了电机30的效率，因为对于每个线圈更容易在充电周期的正确的时间点执行从一个线圈向另一个线圈的瓦解场能量的分流。在一个实施例中，具有8个线圈和18个永磁体的4相电机代表了在制造成本和电机性能之间的一个很好的折衷。

对电机性能有很深影响的另一个因素是‘反EMF’(‘back EMF’)。由于转子上的磁体与定子上绕组之间的相对运动，在电动机中会产生反EMF。在电机线圈之间的区域中不断变化的磁通感应出对抗转子旋转的EMF，称为‘反EMF’。在电机中的任意导电材料中也可能感生出电压，因此优选地以非导电材料制造转子。然而，在一个实施例中，使用铝制造具有有限负面影响的转子。

在传统电机中，总的转矩由电机中定子和转子的用钢量和用铜量来决定。为达到最高效率必须平衡用钢和用铜量。然而，在本发明的电机中，对于定子和转子中的钢制组件没有严格要求。总的转矩由永磁体52的总磁通和由线圈34中的电流产生的场来确定。线圈34中的磁通，依次，是流过线圈34的电流的安培乘以围绕线圈34的导线的圈数的函数。

转子36中永磁体52之间的平均磁通密度和转子36之间的平均磁通的附加效果也会影响现在描述的电机30的转矩。只有当磁通穿过与磁通垂直的导线时，才会产生反EMF。然而，在现在描述的电机30的转子36中，永磁体52之间的磁通平行于绕组；因此，转子36沿这些磁通线的运动不会产生反EMF。在邻近转子36的永磁体52之间延伸的磁通线垂直于绕组(图10)，因此，当转子36转动时，导致反EMF。由于可用的总的功率是永磁体52的磁通和线圈34磁通的组合，根据毕奥-萨伐尔定律(Biot-Savart Law)，线圈34和永磁体52之间的间隔也会产生影响。注意线圈34和永磁体52两者的各自大小增加了可用的总磁通，就像线圈34和永磁体52的数量增加总磁通一样。

在固定直径以及固定线圈和永磁体大小的电机中，平均磁通密度也是固定的。然而，在转子中增加更多的永磁体不仅增加转子中的总磁通，还增加了转子中永磁体之间的平均磁通密度。转子对转子的总磁通也增加，但空间保持不变，因此平均磁通密度完全保持恒定。随着转子中的永磁体之间的平均磁通密度更强，因为磁通线平行于绕组，反EMF降低。由于这种极低的反EMF，与在低转速(RPM)时电流较高的情况不同，由于在转子内以及转子对转子的复杂的磁通线，电流在这些条件下实际上非常低。电流受限制的方式类似场效应晶体管控制流过它的电流，其中电流受到线圈的电阻(resistance)的控制。本发明的电机和场效应晶体管相似的地方在于，转子中的磁通由定子绕组中相对较小的电流控制。最终结果是电机没有浪涌电流 和峰值电流，并且因为没有磁性金属，它可以工作在非常高的旋转速度(RPM)。另外，由于较高的可用总磁通，电机具有非常高的转矩。

这里描述的典型电机30的磁通线90示意地示出在图10中。而图14A和14B示出了这里描述的电机30中的磁通线90的直接评估(direct assessment)的结果，根据铁屑相对于电机组件的分布来确定。由此可见，主(primary)磁通线90在转子36的永磁体52之间的空间中，在全部分离的转子36的永磁体52之间以及同一转子36的永磁体52之间。

在一个实施例中，永磁体52是稀土磁体。如上所述，在另一个实施例中，永磁体52是复合结构，包括两片(slices)永磁体52A，优选为稀土磁体，以及另一个材料52B夹在其中。在一个优选实施例中，两片磁体52A厚度大致相同。磁体52的片被这样朝向(oriented)，从而南磁极面对夹心(sandwich)的一面，北磁极面对夹心的另一面。在一个实施例中，永磁体52A之间的中间材料52B是非磁性材料，例如铁或钢，并且通常材料52B优选地具有较高的磁导率(permeability)能够满足永磁体52A中的磁通密度。在一个优选的实施例中，永磁体52，不论是单片的还是复合的，都是环形截面且整体上是圆柱形的，尽管其它截面形状也是可能的。

电机的永磁体52、或者有时也被称为固定磁体，与电磁相互作用，它们自己具有交替的极性，以便在转子36旋转时，交替地将转子36推向永磁体52或将转子36拉离永磁体52。希望在永磁体52中具有较高的磁通密度，例如12,000高斯。

如前所述，对于这个目的稀土磁体可以很好地工作。如图15A、15B和15C所示，随着北磁极和南磁极之间的距离增加，磁场强度从极面(pole face)进一步地延伸。增强的磁场强度，依次加强了电机30的功率。然而，由于稀土磁体的成本，使得用这种较大的永磁体制造的电机的价格惊人的昂贵。因此，在图15D示出了产生可比较的磁场强度的替代机构。如上所述，在图15D中，一片非磁性材料52B夹在两个稀土磁体52A之间，仅以部分稀土磁体产生具有类似磁通长度(flux length)的单元，因而具有部分的价格。在一个实施例中，非磁性材料52B是诸如铁或含铁合金的金属，例如钢制嵌条。在另一个实施例中，材料52B是镍钴合金。一般地，中间的填充材料52B应具有能够满足永磁体52A中的磁通密度的高磁导率。值得注意的是，尽管上述夹心磁体单元的磁通密度和相同尺寸的完整磁体一样，和完整磁体比较，夹心 磁体单元的矫顽场强(coercive strength)稍微减弱。最后，由于提供复合永磁体而不是整个磁体的主要动机是节省资金，在实践中，整个磁体的成本应当考虑装配复合磁体组件的价格而平衡。

转子36和定子32的大小可以彼此相对地变化。在一个实施例中，定子32具有比转子36更大的直径，允许转子36适合置入电机30中，同时用于固定定子32的线圈34的结构支持位于电机30的外围。

相似地，永磁体52和电磁线圈34可以彼此具有不同的直径，或具有相同的直径。然而，不论直径如何，在优选的实施例中，永磁体52和电磁线圈34的中心以从驱动轴38中心的相同径向距离彼此对齐(aligned)，使得各个组件的磁场处于最佳对齐状态。

在一个实施例中，永磁体(或上述复合体)和转子厚度相同，因此相同磁体面向转子的相对侧，南磁极面向一侧而北磁极面向另一侧。

电源40优选任意类型的传统直流(DC)电源，能够以48伏特为每个线圈提供30安培。然而，电压和安培(amperage)可以依据速度(RPM)和转矩而不同。速度(RPM)是由电压决定的(voltage-dependent)，而转矩是由安培决定的(amperage-dependent)。一般地，电源40应当与用于缠绕线圈34的导线的规格相匹配。例如，如果线圈34以10规格(ten-gauge)的导线缠绕，则其额定电流为30安培，则电源40必须能够为在给定时间位被激励的每个线圈34提供30安培的电流。因此，如果电机有6个线圈34，所有线圈可能同时被激励，则需要电源40能够提供180安培的电流。在一个实施例中，电源40是12伏特的汽车(automotive)电池，尽管其它类型的能够在给定直流(DC)电压提供足够安培的电源40也能使用。一般地，电源40应当和电机30的大小和功率相匹配，更小的电机30需要更小的电源40，而更大的电机30需要更大的电源40。

控制机构42可以是任意类型，能够在转子36旋转时，以适当的顺序在线圈34之间快速地切换电源。控制机构42包括位置传感器80，它采用多种位置感测机构(position-sensing mechanisms)来追踪转子36的位置，如同美国专利4,358,693所示，包括电刷和耦合到驱动轴的物理或光学开关，为了所有目的将该专利通过参考结合于此。另外，如上所述，也可使用磁传感器88和磁条86。不管所使用的位置感测机构的类型，优选地位置感测机构耦合到转子36的运动，以便追踪它们的位置，使得线圈34的充电可以和转子36的 运动适当地协调。如上所述，在一个实施例中，控制轮84固定地附接到驱动轴38，同时位置感测机构和控制轮84相关联。

总而言之，任意能够追踪转子的位置并将该信息反馈给控制电路的机构，相应地其电路将依次激励线圈，能够与本发明的电机一起使用：电刷/换向器；光传感器；磁拾取器；凸轮驱动(cam-driven)开关；感应传感器；以及激光传感器。因此，可以使用相等间隔的开关、电刷、光电池(light cells)或其它合适的开关装置，并且它们的操作由合适的瓣叶(lobes)或光通道(light passages)，或其它顺序装置(sequencing means)的元件来控制。

控制机构40的一个优选特征在于它应当在电机30中将来自正在放电的线圈34的功率转移到正在被充电的另一个线圈34。当多相电机30经历其循环时，各个线圈34根据电机循环的相位以及线圈与永磁体52的相对位置来充电和放电。

例如，当电磁线圈34的南极向永磁体52的北极移动时，电磁线圈34和永磁体52之间有吸引力，所生成的力依次产生电机30中的转动的转矩。然而，当两个磁体单元34、52变得对齐后，产生转矩的力停止，并且磁体之间的吸引力变为对电机30的拖曳。为避免这种情况，在电磁线圈34变为与永磁体52对齐的时候或在此之前，释放对线圈34的电磁充电。

通过切断(cutting off)线圈34的功率来释放对线圈34的充电。切断对线圈34的功率导致电磁场瓦解。磁场瓦解时释放的大部分能量可以被捕获，并用来帮助对电机30中的另一线圈34充电，另一线圈34优选为恰好在其周期中正被充电的时间点。在一些电机中，由于不能捕获和利用瓦解场能量，大量的能量被浪费并因此作为热量消散。另外，和瓦解场相关联的能量的释放产生热量，其必须消散以免电机过热，除了别的以外所述热量会损坏控制器。因此，为了提高效率和减少热积累，在一个实施例中，瓦解场能量被转移到第二线圈，以提供能量为第二线圈充电(图16)。

在一个实施例中，来自一个线圈34的瓦解场能量使用如图16中所示的电路74被馈送给另一个线圈34。在电机系统中，图16中所示的电路74使用由第一线圈中的瓦解磁场生成的电压，提供电压在第二线圈中建立电流。这种再分配系统提高了效率并且减少了电机中转化为与瓦解场相关联的热量的功率。在这个实施例中，当开关78(其可以是晶体管或其它合适的开关装置)闭合(closed)时，电源40(例如电池)对线圈A1充电。当开关78断 开(opened)时，来自线圈A1的瓦解场激励线圈A2。然而，由于功率损耗，线圈A2可能不像A1那样完全充电；因此关于线圈A1几个线圈可以并行充电，则来自这两个或更多线圈A1的总的瓦解场充电能够馈送到线圈A2，从而给线圈A2与单个线圈A1从电源40接收的相等的完全充电(complete charge)。

图17中所示的电路74的另一个实施例和图16中所示的类似，除了在这种情况下，与直接附接到线圈A1的第一电源相分离，线圈A2也具有附接到其的附加电源40。如果开关a1和a2交替地断开和闭合(总是相互处于相反的配置，即当a2闭合时a1断开，并且反之亦然)，则来自刚从各自的电源断开连接的线圈的瓦解场将帮助充电其它线圈。对于先前的电路，二极管82或其它类似设备被插入线路中，以便仅以前向方向导引电流。在一些实施例中，例如对于“推拉(push-pull)”型电机配置，需要全部开关a1和a2在过渡时段期间同时闭合一段短暂的时间，以避免由于强大的瓦解场充电而在开关两端产生火花。在图16和17中，线圈每次被导通时，以相同的电极性进行充电，即它是所谓的“只推”配置。

最后，图18示出了电路74的另一种配置，和图17的电路类似，其中全部线圈A1和A2可以利用同一电源40，同时也允许来自一个线圈中的瓦解场馈送到另一个线圈，以帮助激励另一个线圈。在本发明的电机30中，这种原理可扩充到出现在电路中的任意数量的线圈，从而允许电机30由单一电源40供电。另外，晶体管或其它开关78被耦合到位置传感器80，位置传感器转依次与转子36的运动耦合，因此线圈34的导通和关断与转子36的运动相协调。

在一个特定的实施例中，有4个线圈A-D产生级联电路74(图19)。电源40激励线圈A；当线圈A去激励时，来自线圈A的瓦解场激励线圈B；然后来自线圈B的瓦解场激励线圈C；最后来自线圈C的瓦解场激励线圈D。来自线圈D的瓦解场然后反馈回线圈A中以完成循环。由于每一步的电阻损耗，每个后续的脉冲可能更弱。然而，可建立来自电源40的输入电路来替换这些损耗，使得对于每个线圈的充电脉冲足够强，以完全充电线圈。

为确保电流在线圈间以正确的方向流动，二极管82与线路串联以防止逆流(图19)。作为所述二极管82的替代，可以使用开关或任意适当地导引到另一线圈的瓦解场的设备。这保证了瓦解场总是以‘前向(forward)’方式流 向循环中的下一个二极管，并且不会‘反向(backward)’流动到先前的线圈。

对于3相电机，示出了将瓦解场能量反馈到电机的其它线圈的原理的一个实施例，如图20的侧视图中所描述的。在这个实施例中，永磁体52安装在转子36上，而电磁线圈34安装在定子32上(图20)。在图20中，转子36和定子32是相互重叠显示，以便示出两个组件之间的关系。6个线圈用虚线表示并标注为A-C，同时每相有2个相对放置的线圈，即两个A相线圈，两个B相线圈、以及两个C相线圈。转子36的永磁体52被定向为其磁极(标为N或S)面对定子32，其中，邻近的永磁体52彼此处于相对的朝向，使得它们围绕转子36具有交替的极性(图20)。为简化起见，显示了单个定子32和两个邻近的转子36，尽管在原理上多个邻近的转子36和定子可以装配来产生更大的功率。

图21A-21E一步一步地示出了对于3相电机如何激励线圈，并且指示在第二线圈被激励时，来自第一线圈的瓦解场如何馈送到第二线圈。在图21A中，A相线圈处于切换(switching)过程中，而B相和C相线圈被激励。这时，来自A相线圈的瓦解场可馈送到B相和C相线圈中的任一个或两者。在图21B中，所有3相线圈A-C被激励。在图21C中，当C相线圈处于切换过程中时，A相和B相线圈被激励。这时，来自C相线圈的瓦解场可馈送到A相和B相线圈中的任一个或两者。在图21D中，所有3相线圈A-C再一次被激励。最后，在图21E中，当B相线圈处于开关过程中时，A相和C相线圈被激励。这时，来自B相线圈的瓦解场可馈送到A相和C相线圈中的任一个或两者。

尽管上述例子示出位3相电机，这些原理实际上可应用到两相或更多相的任意相电机。

这里描述的电机30优选作为多相电机被控制。为产生多相电机30，使线圈34位于围绕定子32的各个点。这些线圈34以特定的顺序模式导通，在某些情况下，包括在每一阶段通过反向(reversing)充电极性来反向磁极性。在一个优选实施例中，处于定子32相对侧的配对线圈34在电机周期中在同一时间点被一起激励，即它们彼此同相(in phase)。例如在3相电机中优选有6个线圈，其中在定子径向相对侧(相隔180度)的线圈对可被同时激励。然而，每相可以包括更多线圈，例如3个线圈可以组合到每一相中，则3相电机将需要总共9个线圈。在这种情况下，属于给定相的线圈将围绕定子均 匀地间隔开，分开120度。尽管这里公开的概念可以用来构造具有两相或更多相的电机，在一个优选的实施例中，电机具有3相或更多相，以更容易地适应将来自放电线圈的功率传递到充电线圈。

在一个实施例中，被称作“只推”的电机中，每次被激励时，线圈34的电极性相同，意味着每次被激励时，线圈34的磁极性也相同。在另一个实施例中，每次线圈每激励时，电极性被反向，因而磁极性被反向。在这后一个实施例中，其有时被称作“推拉”实施例，由于每个线圈通常被激励两次，电机能产生更多能量，或者将附近的磁体拉向线圈或将附近的磁体推离线圈。然而，不论线圈具有相同极性(uniform polarity)还是相反极性(reversing polarity)，电机仍可以运行。

转子上的永磁体的数量决定了每相持续的转子旋转的部分(fraction)。例如，如果有围绕转子分布的8个永磁体，每相持续1/8圈(rotation)，对应45度的旋转。相似地，当有10个永磁体时，每相持续1/10圈，或旋转36度，而当有12个永磁体时，则每相旋转30度。

图22A、22B和22C示出在具有6个线圈34和8个永磁体52的电机30中、永磁体52和电磁线圈34之间关系的线性表示。该图是沿穿过每个线圈34和永磁体52中心的环形线的一部分。永磁体52安装到转子36上而线圈34在定子32上。该图示出了两个转子36邻接一个定子32，尽管基本原理可以扩展到任意数量的转子和定子。然而，优选转子36是一堆(a stack of)定子和转子任一端的最后元件(last element)。

如图22A、22B和22C所示，永磁体52被安排以交替的极性。在一个优选的实施例中，电机30有偶数个永磁体52，使得永磁体52的极性围绕转子36连续交替变化。在所述的实施例中，线圈34仅以单极性激励，因此线圈34或者被这一个极性激励，或者不被激励。在所示的实施例中，位于相同相位但在转子的相对侧的成对的线圈34，被以彼此相反的极性激励，因此磁极性彼此相反。

图23示出了如图22A，22B和22C中的线性表示中示出的电机30的时序图。在图顶部有一条数字线，以对应于转子36的旋转周期的15度增量进行标记。因此，与该数字线下的每一相相关联的线显示了相位与转子36的位置的关系。在每一相，匹配的相对线圈34被作为一对导通和关断，其中成对的线圈34具有相反的电极性和磁极性。例如，当线圈1导通时，其磁北极面 向第一方向，则与其相对放置的线圈4关断。然后当线圈4导通时，其磁南极是第一方向，线圈1关断。如前所述，这种电机有时被称为“只推”电机，因为在该实施例中线圈被激励时，总是具有相同极性。在图23顶部相位图的下面，示出了转子36和定子32相互重叠的侧视图，例如在相位图中描述的那种。电机30的侧视图显示了永磁体52的位置和线圈34的位置的关系。

图24和25示出了在转子中具有18个永磁体52和在定子中具有8个线圈的电机30的类似的相位图和侧视图。再一次，当被激励时，线圈34总是具有相同是极性，因此电机30是“只推”类型(variety)。而且，像另一个相位图一样，当代表特定相位的线为高时，成对的线圈中的第一线圈被导通而第二线圈被关断，当线为低时，第一线圈关断而第二线圈导通，其电极性和磁极性与第一线圈相反。

在上述的两种情况下，当一对特定线圈在激励与不激励之间转换时，来自被关断的线圈的能量被馈送到被导通的线圈，因此来自一个线圈的瓦解场能量可以被捕捉，而不是仅仅消散掉。

可以将上述的电机中的任一个转化为“推拉”模式，通过交替在相位图中表示的转变时用来激励线圈的电源的极性，而不仅仅是导通一个线圈和关断另一个线圈。

在推拉配置的情况下，来自每对线圈的瓦解场能量被传输到定子中的另一组线圈，即处于不同相位的一组线圈。然而，在这个后一种的推拉情况下，当瓦解场的能量馈送到处于其它相位的线圈时，它们可能已经被充电，因此，瓦解场的能量不是帮助为其它线圈充电而是帮助保持充电。

在一个实施例中，电机30的控制机构42包括可以编程微处理器43，其用于控制线圈34的充电和放电(图1)。微处理器43从位置传感器80接收输入，并控制电路74中的开关78。微处理器43提供了程度加强的控制，很多附加特征可以加到电机30上。

在一个实施例中，电机30可以以在比被运行的所有线圈34更少的线圈运行。例如，在具有多个定子32的电机中，各个定子32可以被导通和关断，因此允许电机产生所需要的各种等级的能量(power)。例如，如果每个定子32产生100马力(hp)，而这里有5个定子32，则该电机依据有多少定子被激活而能产生100，200，300，400或500hp。另外，在给定时间可以激励任意定子32的组合，不需要定子32相互邻接。

在另一个实施例中，通过激励来自不同定子32的线圈34组，同时不激励其它线圈34，可以达到进一步程度的控制。例如，在具有3个定子32的3相电机30中，在第一定子32上的一对线圈34可以被激励，另一对在第二定子32上，并且再一对在第三定子32上。然而，为达此目的，需要激活在同一定子32上的相对的对(opposing pairs)中的线圈34，并且每对线圈34来自电机周期的不同相位，者意味着它们围绕电机圆周均匀地分布。

当特定的定子32、甚至是定子3上的个别线圈34没有被激励时，即使在电机30持续运行时，也可以去除没有被激励的线圈34进行修理或替换。

在图2A-3D以及图7A-7D中示出的线圈相对于永磁体52的位置，为了最大化性能，可以如图26那样被优化。在图26中，单个永磁体52的宽度W必须小于或等于邻近的磁体对之间的距离A，优选为等于。单个永磁体52的长度L必须大于或等于邻近的磁体对之间的距离A，优选为大于。一对水磁体52之间的距离B优选为小于或等于邻近的磁体对之间的距离A。线圈开孔(coil opening)C的距离必须大于或等于单个永磁体的宽度W，优选为等于。单个永磁体52的高度HM必须大于或等于芯44的高度HC。应注意如果不遵守这些优化规则，将会有效率的损失，但不是本发明电机必须的功能。然而，如果遵守这些设计规则，产生电流时，电机可以达到令人吃惊的高效。

另外，根据图27，示出了用于控制本发明电机的模块化电机控制。为使电机效率，大于100％，会考虑到永磁体52可能会消磁。为避免永磁体52的消磁，优选模块化电机控制。通过使用适当的电机控制，包括时序，由永磁体52提供的能量被优化。在图27中，位置传感器100将信息提供给定位逻辑102。定位逻辑102提供转子方向(前向/反向)。应注意本发明的电机转子沿一个方向运动会产生电力，而沿另一方向运动会产生能量。位置传感器100和定位逻辑102仅仅被定位电机需要，即被那些精确位置测量是关键性的电机需要。另外，线圈相对磁体定时传感器或旋转位置传感器104向极性定时逻辑106提供信息。通过多个输入，极性定时逻辑106、转子方向逻辑108、节流控制110(仅仅变速控制需要)、脉宽调制112(可由全速控制代替，但会有相应的效率损失)、保护逻辑132(例如过热、过流、过压、超速等)、逻辑和控制系统模块114控制电机的运行。

图27还示出了线圈驱动电源块120、122、128和130以及线圈126，还有捕捉来自瓦解场的能量的捕捉和存储电路124。关键是在同一时间激励两 个线圈驱动电源块，或者是120和130，或者是122和128。线圈驱动电源块122和128具有同一极性，线圈驱动电源块120和130具有相反的极性。如果这些组线圈驱动电源块同时激励，则灾难性的故障或线圈驱动电源块短路将发生。应注意，线圈可以是独立式，用线串联或并联的组。如果用组，则应在电机的同一相中。低线圈驱动电源块A、122和低线圈驱动电源块B、130每个都有高能量连接到地。更高的线圈驱动电源块B、120和更高的线圈驱动电源块A、128每个都有高能量连接到正电压。而且，节流控制110和脉宽调制112可以联合或整合。

利用传统的PWM(脉宽调制)，传统的PWM改变“导通”时间。如图27，本发明的磁控PWM基于多个数字地“逻辑与(anded)”在一起的脉冲和信号。逻辑与在一起的信号包括如下信号：

信号1-PWM信号。数字PWM信号，包括时钟频率和工作周期(duty cycle)，被设置为1)任意地为一种性能限定(limiter)的形式，或者2)在一些最优频率例如基于电机线圈的自然响应谐振频率(natural response resonant frequency)上。注意时钟频率在不同负载、不同的RPM、线圈相对于磁体的位置、或给予其它任意希望的位置或性能参数而改变。也应注意，PWM信号的工作周期也可以基于在信号1中描述同样的参数而改变，除了导通和关断时间变化的优化基于磁场建立时间(导通时间)和磁场瓦解时间(关断时间)。还要注意，基于线圈中磁场的完全建立或完全瓦解，PWM时钟频率和工作周期可能不是最优。对线圈中磁场完全饱和的一些最优比率和一些最优保持场，最优性能可通过设置PWM频率和工作周期的导通/关断分配来达到，在磁场完全瓦解前，对于工作周期的关断部分，设置在总体饱和磁场等级的剩余百分比的一些最优的更低的阈值。

信号2-定时和极性开始/停止脉冲。定时和极性脉冲，在这里被称为极性脉冲(polarity pulses)，和PWM进行逻辑与。这些信号控制开始时间、停止时间、以及信号极性，这些信号控制高功率FET、IGBT，或相似地，基于其他地方讨论的定时问题或需要，在能量周期中控制高功率输出的极性、开关导通点和开关断开点。注意对于定时和极性脉冲的最优停止时间可能与极性反向点(reversal point)不一致。最优停止时间可能早于极性反向点。在实际测试中，最优停止时间是极性开关定时的2/3。

信号3-节流信号。节流信号和其它信号进行逻辑与。可通过多种方式处 理节流：1)开始时间可以和极性定时信号的开始时间一致，并且在某个时间或前述的定时脉冲的长度的某个比率的时间结束，2)节流信号可以是传统的PWM信号，3)节流可以是任何其它数字信号，在和其它信号进行逻辑与之后，导致并非所有PWM脉冲到达电路的高功率极性来开关组件和部分，以及4)节流信号可以随电压或电流而变化。

信号4-保护信号。保护信号和其它信号进行逻辑与，并且被设计为只有在保护传感器、软件或其它合适的软件或硬件安全算法被激励时，才允许装置通电(powered)。共同的保护信号可以包括在驱动电路或线圈的一个或多个部分上的电流传感器、在驱动电路或线圈的一个或多个部分上的温度传感器、以及在电磁装置内，或电磁装置安装在其内的装备，或该装备周围的环境中实施的其它合适的安全测量。

磁控PWM关断和导通线圈移动。当关断时，线圈处于停止(stall)位置，当导通时，线圈移动。关断以及磁体的间隔是高效操作以最大化来自瓦解场的能量的关键。当线圈正好位于磁体对之间时，有最大的斥力、最大的转矩，但没有电流。在传统的永磁电机中，磁体和转子之间没有完整的磁路，并且反EMF限制了转矩。本发明在电机关断时提供了完整的磁路，其目的不必是限制空载电流。本发明的电机被导通，会有中断，并且反EMF被存储并用于产生更多转矩。当线圈到达下一个磁体对，一旦线圈通过该磁体对的大约2/3，瓦解场急剧减少且没有能量产生。在此时电机被关断。

图28示出了一个优选实施例的示意图，其中线圈功率驱动模块(一般示出在120)和捕捉电路(一般示出在124)耦合。

如图28所示，在最佳的模式下，FET元件U21具有内置并联二极管。U13是在高线圈电源块120、128(附加到如上所示的磁性的103)上面的阻隔(blocking)二极管。在低线圈电源块(122，130)中，阻隔二极管U12在附加到如上所示的磁极105中的电源块的下面。D1是保护二极管。应注意，对于阻隔二极管和保护二极管，具体组件的选择很关键。阻隔二极管U13必须能承受线圈电源块120、122、128、130的最高的(full)电流和电压。保护二极管D1必须是高速的，且比FET的内置保护二极管的正向电阻(forward resistance)更低，并且必须能处理线圈电源块120、122、128、130的最高电压。捕捉二极管U5、U6、U7、U9必须是高速的，且必须能处理线圈的瓦解场能量。捕捉电容C8和C4必须能处理电源块的最高电压以及来自COIL OUT  1A和1B的最高瓦解能量，并且必须能工作于更低的周期时间，更低的RPM、或更低的赫兹数Hz。

如上参考相应的示例描述的，由于示例性的实施例可以进行各种修改，在不偏离本发明范围的情况下，希望前述内容中包含以及相应的附图中示出的所有内容被认为是示例性的而非限制。因此，本发明的保护范围和精神不应由任何上面描述的示例性的实施例限制，而应该仅由附加的权利要求及其等同物来限定。

Claims (5)

1.一种电机，包括：

第一转子，配置为在第一旋转平面中旋转，该第一转子包括至少第一对以距离A分开的磁体，每个磁体宽度为W、长度为L且高度为HM；

第二转子，配置为在与第一旋转平面平行的第二旋转平面中旋转，该第二转子包括至少第二对以距离A分开的磁体，每个磁体宽度为W、长度为L且高度为HM，以距离B与所述第一对磁体分开；

定子，包括放置在第一对以距离A分开的磁体和第二对以距离A分开的磁体之间的线圈，该线圈具有高度为HC的芯，该线圈的开孔朝向所述第一旋转平面和第二旋转平面，所述磁体被定向为其磁极面对所述线圈，

其中W≤A，并且L≥A，

其中所述磁体的磁轴垂直于所述第一旋转平面和第二旋转平面，所述磁体的高度HM的方向与线圈的高度HC的方向平行，长度L是沿着磁轴的方向的大小，宽度W是沿着与磁轴的方向垂直的方向的大小。

2.根据权利要求1所述的电机，其中B≤A。

3.根据权利要求1所述的电机，其中C≥W，C是线圈开孔的距离。

4.根据权利要求1所述的电机，其中HM≥HC。

5.根据权利要求1所述的电机，其中B≤A，C≥W，并且HM≥HC，C是线圈开孔的距离。