氣隙控制系統和方法
【專利摘要】在一個實施例中，設備包括支撐磁通量攜載構件的第一構件和支撐磁通量生成構件的第二構件，第二構件設置成用于相對于第一構件運動。氣隙控制系統與所述第一構件和所述第二構件中的至少一個構件聯接，并且包括氣隙控制裝置，所述氣隙控制裝置與在第一構件和第二構件之間形成的主磁通量回路分開。氣隙控制裝置配置成：在所述第一構件和所述第二構件中的一個構件上響應于所述第一構件和所述第二構件中的另一個構件沿使第一構件和第二構件之間的距離減小的方向的運動施加力，以在所述第一構件和所述第二構件之間保持最小距離和/或使所述第一構件和所述第二構件中的一個構件位于另一根構件內的大體上中央。
【專利說明】氣隙控制系統和方法
[0001]優先權
[0002]本申請要求于2011年4月12日提交的名稱為“氣隙控制系統”的美國臨時專利申請序列號61/517,040的優先權，其全部公開內容以引用方式并入本文。
【技術領域】
[0003]本文描述的實施例涉及一種氣隙控制系統，更加詳細地涉及一種用于在電磁機中保持最小氣隙的氣隙控制系統。
【背景技術】
[0004]典型的電磁機是通過將定子中的傳導繞組暴露給由安裝在轉動轉子上的磁體產生的磁場中而發揮功能的。在定子和轉子之間的氣隙尺寸是一個非常重要的設計變量，這是因為這種機器的電磁效率在氣隙尺寸減小時會提高。保持不變的氣隙尺寸對于避免轉子和定子之間的碰撞和避免不需要的電流、通量效應以及由氣隙中的離心率引起的其它負載相關的損失都是很重要的。氣隙尺寸的一致性通常通過確保機器的定子和轉子(和任何支撐結構)的剛度在組裝和操作時足以承受期望的外力來實現。氣隙尺寸的明顯偏離，比如氣隙幾乎關閉或完全關閉時，對裝備和人員都是危險或有害的，尤其是當氣隙在操作電磁機期間被犧牲掉時。
[0005]隨著電磁機尺寸的增大，由于所需結構的重量和成本的原因，依靠結構剛度來確保保持了最小氣隙是不切實際的。因此，存在對用于保持不變氣隙的替代性方法的需要，也存在提供一種與包括增加結構剛度的已知的傳統方法相比能以較低重量和成本提供所需氣隙的替代性方法的需要。

【發明內容】

[0006]下面總結了在圖中圖示的示例性實施例。然而，應理解，其不限于本文描述的形式。本領域的技術人員可意識到還存在于許多修改、等同物和替換結構，這些修改、等同物和替換結構也包含在本發明的權利要求中要求的精神和范圍之內。尤其，本領域的技術人員可意識到本文描述的實施例可應用于任何具有交替極性磁體陣列的機器，包括以旋轉或線性方式操作的徑向、軸向和橫向通量馬達和發電機。
[0007]在一個實施例中，設備包括第一構件和第二構件，所述第一構件支撐磁通量攜載構件，所述第二構件支撐磁通量生成構件。所述第二構件設置成用于相對于所述第一構件運動。氣隙控制系統包括氣隙控制裝置，并且所述氣隙控制系統與所述第一構件和所述第二構件中的至少一個構件相聯。所述氣隙控制系統配置成:在所述第一構件和所述第二構件中的一個構件上施加作用力，所述作用力是響應于所述第一構件和所述第二構件中的另一個構件在使所述第一構件和所述第二構件之間的距離減小的方向上的運動而施加的，以便實現使所述第一構件和所述第二構件之間保持最小距離和使所述第一構件和所述第二構件中的所述一個構件位于由所述第一構件和所述第二構件中的所述另一個構件限定的區域中的大體上中央二者中的一個。所述氣隙控制裝置與所述第一構件和所述第二構件之間形成的主磁通量回路分開。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是根據一個實施例的氣隙控制系統和轉子/定子組件的示意圖。
[0009]圖2是根據一個實施例的轉子/定子組件和氣隙控制系統的示意圖。
[0010]圖3是根據一個實施例的轉子/定子組件一部分的示意圖。
[0011]圖4是根據一個實施例的轉子/定子組件一部分的示意圖。
[0012]圖5是根據一個實施例的具有雙側轉子的轉子/定子組件一部分的示意圖。
[0013]圖6是根據一個實施例中具有一側轉子的轉子/定子組件一部分的示意圖。
[0014]圖7是根據一個實施例的可與軸向通量馬達或發動機一起使用的轉子/定子組件的透視圖。
[0015]圖8是圖7中轉子/定子組件一部分的詳細分解圖，圖示了氣隙控制系統的一部分安裝在其上的其中一個轉子。
[0016]圖9是圖7中所示的轉子/定子組件一部分的放大圖，圖示了安裝在其上的氣隙控制系統的一部分。
[0017]圖10是圖示了圖7中的轉子/定子組件的一部分的截面示意圖，所述氣隙控制系統的一部分安裝在其上。
[0018]圖11是圖10中在“A”部截取的圖10中所示的轉子/定子組的件一部分和氣隙控制系統的一部分的示意圖。
[0019]圖12-圖16是圖11中所示轉子/定子組件和氣隙控制系統的那部份的示意圖。
[0020]圖17是從圖7中“A”部截取的轉子/定子組件的一部分和聯接到其上的根據替代性實施例的氣隙控制系統的一部分的示意圖。
[0021]圖18是根據一個實施例的軸向轉子/定子組件和氣隙控制系統的一部分的示意圖。
[0022]圖19是根據另一個實施例的軸向轉子/定子組件和氣隙控制系統一部分的示意圖。
[0023]圖20是根據另一個實施例的軸向轉子/定子組件的一部分和氣隙控制系統的一部分的示意圖。
[0024]圖21是圖20中氣隙控制系統的一部分的放大圖。
[0025]圖22是根據另一實施例的軸向轉子/定子組件的一部分和氣隙控制系統的一部分的示意圖。
[0026]圖23是根據另一個實施例的軸向轉子/定子組件的一部分和氣隙控制系統的一部分的示意圖。
[0027]圖24是根據另一實施例的軸向轉子/定子組件的一部分和氣隙控制系統的一部分的示意圖。
[0028]圖25是根據另一實施例的軸向轉子/定子組件的一部分和氣隙控制系統的一部分的示意圖。
[0029]圖26是根據另一實施例的徑向轉子/定子組件的一部分和氣隙控制系統的一部分的圖示。
[0030]圖27是根據一個實施例的杯式徑向通量轉子/定子組件的示意圖。
[0031]圖28是圖27中聯接有氣隙控制系統的轉子/定子組件的示意圖。
[0032]圖29圖示了根據一個實施例的控制氣隙的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0033]本文描述的氣隙控制系統可在許多應用中使用，在這些應用中，機器的機器性能和/或安全操作需要保持不變的空隙。在一些實施例中，本文中描述的氣隙控制系統可用于在轉子組件和定子之間保持間隙，這是通過使定子結構和轉子結構中的一個相對具有柔性或依從性，而使定子結構和轉子結構中的另一個相對剛硬，和通過將作用力從剛硬的構件傳送至具有依從性的構件以保持最小間隙來完成的。當剛硬的構件移位或偏移時，其就將作用力傳送至具有依從性的構件，使得具有依從性的構件以類似的方式偏移，以便保持不變的或大體上不變的空隙尺寸。氣隙控制系統可在轉子和定子之間提供定位剛度，使得氣隙控制剛度成為相對于定子和轉子之間的相對運動的主要剛度。例如，氣隙控制系統可起到與所需彈簧常量的彈簧相同的作用，因為其可用于在例如轉子和定子之間的局部位置產生所需的結構剛度。在一些實施例中，氣隙控制控制系統在機器和機構的相對柔性的元件和相對剛性的元件之間提供局部剛度。另外，如果這種設置使得更加適用于系統元件的動態反應，那么氣隙控制系統的相對柔性元件和相對剛性元件之間的剛度就可在兩個元件之間相互作用的較寬表面區域上分布。
[0034]本文中描述的氣隙控制系統的一些實施例可用于:比如在以旋轉方式或以線性方式操作的徑向、軸向和橫向通量馬達或發電機中將氣隙保持在其性能和/或安全性所需的限制之內。本文中描述的氣隙控制系統的一些實施例對于減少利用氣隙的機器的重量和成本和減少傳統氣隙機器所需的維修頻率和范圍可以是有用的。
[0035]盡管本文中描述的大多數實施例都聚焦在包括在旋轉、線性或往復式電機中的永磁體的實施例上，但是，技術人員應理解，這種電機也可使用非永磁體作為用于主能量轉換電磁回路設計的激勵裝置來設計和建造。例如，繞組場同步機、感應機和開關磁阻機等機器類型可以類似方式從本文中描述的用于永磁體機器的氣隙控制系統受益。這是至少部分地因為，在操作和致動氣隙控制系統期間，氣隙控制系統可操縱為對主能量轉換電磁回路有很少的影響或沒有影響。因此，當在上文和下文中提及電機類型時使用的術語“磁體”不應理解為將所討論的實施例限制為永磁體機器。
[0036]電磁機，比如本文描述的轉子/定子組件，使用來自例如永磁體或電磁體等磁體的磁通量來將機械能改變為電能，或將電能轉變為機械能。已知有多種類型的電磁機，包括軸向通量機、徑向通量機和橫向通量機，在這些電磁機中，一個部件相對于另一個部件在單個方向上或在兩個方向上繞一軸線旋轉或者沿一軸線平移，例如往復運動。這種機器通常包括繞組以通過線圈攜帶電流，其中所述線圈通過磁體和繞組之間的相對運動與來自磁體的通量相互作用。在通常的工業應用結構中，永磁體例如安裝成用于例如在轉子(或其它運動部件)上運動，繞組安裝在例如定子的靜止部件上。由直流電源操作的、典型地用于低功率、低成本的機器的其它的構造也是清楚和可獲得的，其中在這種構造中，磁體是靜止的，機器的繞組是轉子的一部分(由被稱為具有“電刷”的“換向器”的裝置激勵)，但是，為簡潔起見，下文沒有詳細論述這些構造。
[0037]在電馬達中，例如，電流施加于定子中的繞組，導致磁體(由此導致轉子)相對于繞組運動，從而將電能轉換成機械能。在發電機中，對發電機的轉子施加的外力導致磁體相對于繞組運動，由此產生的電壓使電流流過繞組一從而將機械能轉換成電能。在交流感應馬達中，轉子由電磁體產生的電磁感應供能，該電磁感應使得轉子相對于定子上的繞組運動，所述繞組與交流電源直接連接且當通電時能形成旋轉磁場。
[0038]本文中描述的氣隙控制系統可用在這種電磁機中以控制運動部件(例如，轉子)和靜止部件(例如，定子)之間的氣隙或距離，以便確保機器恰當操作。本文中描述的氣隙控制系統與這種電磁機的轉子-定子主支撐結構分開并且可獨立于例如轉子/定子組件的主軸承運行。另外，氣隙控制系統不承受轉子/定子組件的載荷；相反，轉子/定子組件由某些其它合適的承重元件支撐，比如，由例如下文描述的轉子/定子組件的主支承組件支撐。盡管本文中描述的實施例是參照在電磁機(例如，本文中描述的轉子/定子組件)中使用來描述的，但是，應理解本文中描述的氣隙控制系統也可在需要或期望在靜止元件和能相對于靜止元件運動的元件之間保持特定距離或間隙的其它機器或機構中使用。本文中描述的氣隙控制系統對于控制和保持鐵芯定子系統中的氣隙也是有好處的。在定子由鐵形成的這種系統中，定子被吸引向轉子，因此，比在本文參照特定實施例描述的氣芯定子系統中更需要控制轉子和定子之間的間隙。
[0039]在一些實施例中，氣隙控制系統可配置成類似于磁懸浮列車懸浮系統。例如，在這種系統中，磁懸浮可用于由磁體懸浮、引導和/或推動列車。類似的磁力可用在機器中以控制和保持機器的運動元件(例如，轉子)和靜止元件(例如，定子)之間的間隙。
[0040]本文中使用的術語“氣隙控制設備”可指本文所描述的氣隙控制系統的任何實施例中的元件。例如，氣隙控制設備可包括磁體(例如，永磁體、電磁體)、輔助繞組、空氣支承和導軌等。
[0041]圖1是根據一個實施例中轉子/定子組件的示意圖。轉子/定子組件是可包括氣隙控制系統的電磁機的一個不例性實施例，氣隙控制系統可用于控制電磁機的運動兀件和靜止元件之間的間隙。轉子/定子組件12可包括轉子組件28和定子18。轉子/定子組件12可被并入例如電馬達和發電機等機器中。轉子組件28可包括一個或多個相對于定子18運動的轉子部分。例如，在一些實施例中，轉子組件28可包括相對于定子18轉動的轉子部分(例如，通量方向大體上沿軸向方向或徑向方向從轉子至定子)。在一些實施例中，轉子組件28可包括相對于定子18線性運動的轉子部分。轉子組件28 (本文也稱為“磁體支撐構件”或“支撐磁通量產生構件的構件”)可包括或支撐一個或多個磁通量產生構件，比如，例如磁體(例如，磁極組件或磁體陣列)或繞組(圖中都未顯示)。磁體可包括例如磁體陣列并且可以為例如永磁體、電磁體或兩者的組合。例如,在感應機或繞組場同步機中,磁體為電磁體。繞組在下文描述中可用于定子18。
[0042]定子18 (本文也稱為“繞組支撐構件或”或“支撐磁通量攜載構件的構件”)可包括或支撐例如不含任何鐵磁材料的氣芯型定子，以用于支撐銅繞組或傳導磁通量。氣芯型定子可包括定子段的環形陣列(未顯示)和一個或多個傳導繞組(未顯示)或者一個或多個磁體(未顯示)。每個氣芯定子段可包括印刷電路板子組件(未顯示)或已知在結構上封裝非鐵磁材料繞組的其它構件。在一些實施例中，印刷電路板子組件類似于美國專利N0.7，109, 625和國際專利申請N0.PCT/US2010/000112中描述的印刷電路板子組件，這兩個專利的全部公開內容以引用方式并入本文。具有由傳統鐵芯結構制成的定子18的機器中的氣隙控制系統(如下面詳細描述的)的一些實施例的被設置成與上面描述的氣芯概念相似，但是，其尺寸設計為致力于鐵磁芯材料和來自轉子的通量之間的吸引力，以及由此導致的從轉子動力學角度看的負面剛度。
[0043]氣隙控制系統10可聯結至轉子組件28和/或定子28，且可用于在操作轉子/定子組件12期間控制在轉子組件28和定子18之間限定一個或多個的氣隙。氣隙在本文可以指，例如，兩個元件之間的距離，比如轉子組件28的一部分和定子18的一部分之間的距離。氣隙控制系統10可具體化為多種不同的配置，每個配置均被構造成:保持轉子組件28和定子之間的最小氣隙和/或提供用于使定子18保持在由轉子組件28限定的區域內的中央的機構。例如，如果轉子組件為本文所稱的一側轉子組件(例如，包括本文描述的單個轉子部分)，那么氣隙控制系統10就可配置成保持轉子組件28的轉子部分和定子18之間的最小距離。如果轉子組件28為本文所稱的雙側轉子組件(例如，包括定子一側上的第一轉子部分和定子另一側上的第二轉子部分)，那么氣隙控制系統10可配置成將定子18保持在轉子部件28的第一轉子部分和第二轉子部分之間的中央位置或大體上的中央位置。在無端部支撐部分53的實施例中,氣隙控制系統10也可承載系統的磁引力載荷，以便使第一轉子部分14與第二轉子部分16保持間隔開。
[0044]如圖2所示，轉子/定子組件12可包括將定子聯接至靜止的定子轂21的定子支撐結構52。取決于特定實施例，定子支撐結構52可包括一個或多個定子支撐構件、定子支撐夾和各種其它支撐元件(為了簡潔起見，這些元件未在圖2中圖示)。定子18和/或定子支撐結構52的一個或多個元件可相對具有依從性或柔性以允許定子18通過由氣隙控制系統10施加的力而偏移，如下面更加詳細的描述。轉子/定子組件12還包括將轉子組件28聯接至一個或多個軸承20的轉子支撐結構62，所述軸承與靜止的定子支撐轂21相聯。轉子支撐結構62可包括，例如，可將轉子組件28聯接至軸承20的一個或多個轉子支撐構件(未在圖2中顯示)。轉子組件28還可包括能隔離系統中的磁引力載荷的端部支撐部分53。
[0045]軸承20可為，例如，傳統的軸承，這種傳統軸承可用于建立大體上的對準和支撐(支承轉子組件18的重量)，以及為轉子組件28和定子18提供通常的定位力，以及提供旋轉和靜止部件的通常的轉子動力穩定性。軸承20可以是例如流體動力油膜、空氣、滾動元件或磁性軸承或現有技術中已知其它類型的軸承。氣隙控制系統10可獨立地作用在主軸承20上且可用于建立旋轉部件和靜止部件的相對接近，例如，在轉子組件28和定子18之間的氣隙處的相對接近。
[0046]如圖2所示，在本示例性實施例中，轉子組件28包括第一轉子部分14和第二轉子部分16，定子18可設置在第一轉子部分14和第二轉子部分16之間。例如，定子18可設置在第一轉子部分14和第二轉子部分16之間的大體上中央。轉子組件28還可包括至少一個磁體。在一些實施例中，如圖2所示，轉子組件28可包括聯接至第一轉子部分14或者由第一轉子部分支撐的第一磁體30和具有相反極性并聯接至第二轉子部分16的第二磁體
31。磁體30和31均可包括，例如，連接至轉子組件28或者由轉子組件支撐的磁體組件或磁體陣列。磁體30和31可沿軸向方向將通量從支撐在第一轉子部分14上的磁體30上的磁極引導到支撐在第二轉子部分16上的磁體31的磁極。[0047]氣隙控制系統10的一部分可設置在第一轉子部分14與定子18或定子支撐結構52 (例如定子支撐夾或定子支撐構件)的一部分之間。氣隙控制系統10的一部分也可設置在第二轉子部分16與定子18或定子支撐結構52的一部分之間。在一些實施例中，可使用多于一個的氣隙控制系統10。例如，在一些實施例中，氣隙控制系統10可如圖2所示設置，第二氣隙控制系統(未顯示)可設置成控制其他位置(例如，如圖2中所示的位置33、35和37)處的氣隙。
[0048]在轉子/定子12操作期間，如果定子18由于轉子組件28的運動(例如由于第一轉子部分14或第二轉子部分16的偏移)而偏移，那么氣隙控制組件10可誘導一定心力，該定心力作用成使定子18運動或返回到第一轉子部分14和第二轉子部分16之間的標稱中央位置處。例如，如果第一轉子部分14和/或第二轉子部分16由于外部負載或慣性加速而偏移，那么氣隙控制組件10可向定子8施加作用力以使得定子18保持在標稱位置，例如，保持在轉子組件28中第一轉子部分14和第二轉子部分16之間的中央。在另一個實施例中，如果定子18相對于轉子組件28經歷了軸向平移(例如，因為施加至第一轉子部分14和/或第二轉子部分16的、使得第一轉子部分14和/或第二轉子部分16在軸向方向上偏移的暫時或不變外力)，那么定子18 —側上的間隙距離會增加而定子18另一側上的間隙距離會減小。作為響應，氣隙控制系統10可在定子18上施加力以使得定子18重新位于第一轉子部分14和第二轉子部分16之間的中央。在另一個示例中，如果定子18相對于轉子組件28經歷了角度上的偏移(使得在定子18的任何給定區段，定子18的內徑處的間隙距離都與定子18的外徑處的間隙距離不同)，那么氣隙控制系統10可在定子18上施加力矩，該力矩使得定子18與第一轉子部分14和第二轉子部分16中的每一個之間的一些或全部點處的氣隙距離恢復均勻。
[0049]上面描述的實施例描述了具有依從性的定子18，但是，在替換實施例中，一個或多個轉子可以相對于一個或多個定子是具有依從性的。不考慮特定實施例，氣隙控制系統10可用于將作用力從相對剛性的構件(例如，本示例中的轉子組件28)傳送至相對具有依從性的構件(例如，本示例中的定子18)以便在定子18和轉子組件28之間保持所需的氣隙。
[0050]在一些實施例中，氣隙控制系統10為主動系統，其包括可控制的力產生裝置(例如，電磁體、空氣支承和輔助繞組)和系統控制器87 (圖2所示)，所述系統控制器可基于來自諸如近程式傳感器或反電動勢檢測繞組的傳感器82的輸入來改變施加至定子18的作用力。下面將詳細描述這種實施例的示例。
[0051]氣隙控制系統10可在為了機器的性能和/或安全操作而需要保持不變或大體上不變間隙的許多應用中實施。例如，氣隙控制系統10可與具有磁體陣列的任何機器一起使用，所述機器包括以旋轉或線性方式操作的徑向、軸向和橫向通量馬達和發電機。
[0052]在一些實施例中，氣隙控制系統10可包括磁體以產生使定子18運動和保持定子18和轉子組件28 (例如，第一轉子部分14和第二轉子部分16)之間的氣隙的作用力。磁體可為，例如，永磁體。磁體可包括一個或多個磁體并且可以為，例如，磁體陣列或磁體組件。在其它實施例中，磁體可以是如下面替換實施例中描述的電磁體。在一些實施例中，具有朝第一方向的極性的第一磁體(未顯示)可設置在第一轉子部分14上，具有與第一極性相反的第二極性的第二磁體(未顯示)可以聯接至面向第一磁體的定子18 (或定子支撐結構52)。當第一磁體和第二磁體之間的間隙例如由于如上描述的第一轉子部分14的偏移而減小時，第一磁體和第二磁體之間的排斥力將增加。排斥力的這種增加將在定子18上施加作用力以使得定子18回到平衡位置(例如，在去除引起偏移的作用力后位于第一轉子部分14和第二轉子部分16之間的中央，或者位于新的偏移位置，在該新的偏移位置中，前面描述的引起偏移的作用力和來自磁體的排斥力到達新的平衡位置)。同樣，氣隙控制系統10可包括具有朝第三方向的極性并且設置在第二轉子部分16上的第三磁體(未顯示)和具有與第三極性相反的極性并且聯接到面向第三磁體的定子18 (或定子支撐結構52)上的第四磁體(未顯示)。第三磁體和第四磁體可以以與第一磁體和第二磁體相同的方式起作用，以在定子18上施加作用力以控制定子18與第一轉子部分14和第二轉子部分16之間的氣隙。下面將更加詳細地描述這種實施例的示例。
[0053]在一個替換實施例中，氣隙控制系統10可包括一個或多個聯接至第一轉子部分14和第二轉子部分16上的導軌(未顯示)。在這種實施例中，導軌也還于相對剛性的靜止支架(未顯示)相聯，所述靜止支架與定子支撐結構52相聯。在操作中，當外力使得第一轉子部分14或第二轉子部分16軸向偏移時，這部分轉子部分(14或16)就與聯接至該轉子的導軌接觸并向該導軌施加作用力。施加至導軌的作用力然后從導軌通過靜止支架傳送至定子支撐結構52，在該處，所述作用力使得定子支撐結構52的定子支撐構件限制或阻止轉子部分14、16和/或定子18進一步運動，和/或阻止轉子部分14、16與定子18之間的接觸，并可用作使定子18重新位于第一轉子部分14和第二轉子部分16之間的中央，因此保持了需要的氣隙空隙。下面將更加詳細地描述該實施例的示例。
[0054]在一些實施例中，除了導軌以外，氣隙控制系統10還可包括聯接至靜止支架的氣動系統，該氣動系統可用于在導軌處形成空氣支承以施加在不接觸大多數預期的偏移載荷的情況下重新定位定子18 (例如，使其重新居中)所需的作用力。在一些這種實施例中，氣隙控制系統為被動系統。在這種實施例中，空氣支承可平衡剛度。在一些這種實施例中，氣隙控制系統為主動系統。例如，氣隙控制系統可包括系統控制器87，所述系統控制器可用于基于來自近程式傳感器82或機械杠桿的輸入或響應于由空氣支承和配合表面之間附近的變化引起的差壓變化而控制提供給空氣支承的壓縮空氣的流量，該差壓變化被引入到導軌中以控制空氣供應節流閥以便基于阻止進一步偏移所需的作用力的量而增加或減少進入空氣支承的空氣。下面將更加詳細地描述這種替換實施例。
[0055]在另一些替換實施例中，除了導軌以外或作為導軌的替換，氣隙控制系統10可包括用于保持轉子組件28和定子18之間所需的氣隙的主動系統的替換實施例。在這種實施例中，近程式傳感器82可檢測轉子組件28和定子18之間的氣隙距離的減小，系統控制器87可致動電磁體以形成或增加安裝有磁體或磁極的轉子組件28的轉子延伸部與靜止支架之間的磁性排斥力。在一個替換實施例中，系統控制器可配置成致動電磁體以在轉子延伸部與靜止支架之間形成磁性引力。在這兩個示例中，力都通過中間元件傳遞至定子支撐結構52，所述力能限制或阻止轉子組件28和/或定子18進一步運動以阻止轉子組件28和定子接觸，并可用于使定子18重新位于轉子組件28內(例如，第一轉子部分14和第二轉子部分16之間)的中央和使氣隙的變化最小。在控制器確定由近程式傳感器測量的氣隙已經恢復到所需距離后，該控制器就停止致動或減小通過電磁體的電流。上面描述的導軌可在電磁體失效時可選地提供機械備份。下面將更加詳細地描述這種氣隙控制系統的實施例的示例。[0056]在又一個替換實施例中，氣隙控制系統10可利用一個或多個磁體的排斥力來將定子18以與上面描述的方式類似的方式重新置于中央或重新定位。例如，兩個或更多磁體陣列可聯接至靜止支架，并且兩個或更多磁體陣列可聯接至轉子組件28的轉子延伸部。磁體陣列可包括各種不同磁體類型、磁體組合和磁體數量。例如，靜止支架和/或轉子延伸部上的磁體陣列可為永磁體、電磁體和/或其組合。在這種實施例中，上面描述的導軌可以可選地被包含進來以便在磁體系統失效時提供機械備份。下面將更加詳細地描述氣隙控制系統的這種實施例的示例。
[0057]在又一個實施例中，氣隙控制系統10可包括使用聯接至轉子組件28的非鐵磁支架和聯接至定子18的非鐵磁支架，以及聯接至定子18的磁體環形排，以形成零通量梯級回路。在這種實施例中，如果轉子組件28由外力偏移，使得磁體環形排不再位于零通量梯級電路上的中央，那么來自磁體環形排的磁通量將使電流流過零通量梯級回路，這又會產生推斥磁體的環形排和與其相聯的定子的排斥磁場。與前面實施例一樣，導軌可用于提供備份氣隙控制系統。下面將更加詳細地描述這種實施例的示例。
[0058]在另一個替換實施例中，氣隙控制系統10可包括在定子18的外表面上或接近定子的外表面的輔助繞組。在這種實施例中，系統控制器87可測量和比較輔助繞組的反電動勢以確定定子是否已移離中央。輔助繞組例如可在與定子18的主繞組不同的通量路徑上。系統控制器87接著就可向輔助繞組(而不是定子18的主繞組)發送交流電流以產生施加在定子18上的引力。與前面實施例一樣，導軌可以可選地用于提供備份氣隙控制系統。下面將詳細描述這種實施例的示例。
[0059]在另一個替換實施例中，氣隙控制系統10可包括輪、輥或其它以相對剛性的方式與定子支撐結構52的一部分相聯的機械施力構件。當外力使轉子組件28的轉子部分偏移時，轉子部分與一個或多個輪或輥接觸并對其施加力，施加的力通過定子支撐結構52傳遞至定子18。
[0060]圖3是轉子/定子組件的另一個實施例的一部分的示意圖。轉子/定子組件112包括轉子組件128、定子118、轉子支撐結構162和定子支撐結構152。在本實施例中，轉子組件128設置成用于相對于定子118旋轉運動。例如，轉子組件128可圍繞圖3中所示的軸線A-A旋轉。因此，轉子/定子組件112是軸向通量機系統的示例。
[0061]定子118可包括與上面描述的定子18相同的特征和執行相同的功能。例如，定子118可支撐傳導繞組(未顯示)。定子支撐結構152包括定子支撐夾132，所述支撐夾與定子118以及定子支撐構件124相聯。定子支撐構件124使定子118聯接至靜止定子轂121。轉子/定子組件112是定子118被支撐在系統的機內側上的系統的示例。換句話說，定子118與徑向地位于轉子組件128的一部分的機內的定子支撐夾132相聯。
[0062]轉子組件128包括第一轉子部分114、第二轉子部分116和端部支撐部分153。第一轉子部分114支撐第一磁體130，第二轉子部分116支撐第二磁體131。磁體130和131均可與上面描述的磁體30和31相同或相似并發揮相同或相似的功能。定子118設置在第一旋轉部分114和第二旋轉部分116之間。例如，如圖3所示，定子118可位于第一轉子部分114和第二轉子部分116之間的中央或大體上中央。轉子組件128聯接至包含轉子支撐構件122和軸承120的轉子支撐結構162。軸承120為轉子組件128提供相對于定子118的旋轉運動。[0063]氣隙限定在第一轉子部分114與定子118之間、第二轉子部分116與定子118之間，和磁體130與定子118之間、磁體131與定子118之間的多個位置處。因此，如上面參照圖1和圖2描述并且如在此處描述的氣隙控制系統(未在圖3中顯示)的任何實施例可在例如圖3中所示的任何氣隙位置G處實施以保持該位置處所需的氣隙。
[0064]如上面描述的，定子支撐夾132和/或定子支撐構件124可以是柔性的或具有依從性，使得當通過氣隙控制系統向定子支撐夾132和/或定子支撐構件124施加力時，定子118運動至第一轉子部分114和第二轉子部分116之間的中央或大體上的中央。
[0065]圖4是轉子/定子組件的另一個實施例的一部分的示意圖。轉子/定子組件212包括轉子組件228、定子218、轉子支撐結構262和定子支撐結構252。在本實施例中，轉子組件228設置成用于相對于定子218旋轉運動。例如，轉子組件228可圍繞圖4中所示的軸線A-A旋轉。因此，轉子/定子組件112是軸向通量機器系統的示例。
[0066]定子218可包括與上面描述的定子18相同的特征和執行相同的功能。例如，定子218可支撐傳導繞組(未在圖4中顯示)。定子支撐結構252包括定子支撐夾232，所述定子支撐夾聯接至定子218和定子支撐構件224。定子支撐構件224將定子218聯接至靜止定子轂221。轉子/定子組件212是定子218被支撐在系統的徑向上的機外側上的系統的示例。換句話說，定子218聯接至定子支撐夾232外部或轉子組件228的外側。
[0067]轉子組件228包括第一轉子部分214、第二轉子部分216和端部支撐部分253。第一轉子部分214支撐第一磁體230，第二轉子部分216支撐第二磁體231。磁體230和231均可與上面描述的磁體30和31相同或相似并發揮相同或相似的功能。定子218設置在第一轉子部分214和第二轉子部分216之間。例如，如圖4所示，定子218可位于第一轉子部分214和第二轉子部分216之間的中央或大體上中央。轉子組件228聯接至轉子支撐結構262，所述轉子支撐結構包括轉子支撐構件222和軸承220。軸承220為轉子組件228提供相對于定子218的旋轉運動。
[0068]氣隙限定在第一轉子部分214與定子218之間、和第二轉子部分216與定子218之間，以及磁體230與定子218之間、和磁體231和定子218之間的多個地方。因此，如上述參照圖1和圖2所述和本文所述的氣隙控制系統(未在圖4中顯示)的任何實施例可在例如圖4所示的任意氣隙位置G處實施以在該位置處保持所需的氣隙。
[0069]如上所述，定子支撐夾232和/或定子支撐構件224可相對地具有柔性或依從性，使得當通過氣隙控制系統將力施加到定子支撐夾232和/或定子支撐構件224上時，定子218運動至該定子218處于第一轉子部分214和第二轉子部分216之間的中央或大體上中央的位置。
[0070]如上所述，轉子/定子組件112是定子118被支撐在系統機內側或轉子組件128的一部分的機內側上的系統的示例，轉子/定子組件212是定子被支撐在系統的機外側或轉子組件228的機外側上的系統的示例。在替換實施例中，轉子/定子組件的定子可被支撐在機內側和機外側這兩側上。
[0071]圖5示意性圖示了轉子/定子組件的另一個實施例的一部分。轉子/定子組件312包轉子組件328、定子318、轉子支撐結構(未顯示)和定子支撐結構352。在本實施例中，轉子組件328可設置成用于相對于定子318旋轉運動或用于相對于定子318直線運動。例如，如果轉子組件328的旋轉軸線是圖5所示軸線B-B，與圖3中所示實施例相似，轉子/定子組件312是軸向通量機器系統。如果轉子組件328的旋轉軸線是圖5所示軸線A-A，那么轉子/定子組件312是徑向通量機器系統。可替換地，如果轉子組件328相對于定子318直線運動而不是旋轉運動，例如與軸線A-A和B-B垂直地進出圖5的平面往復運動，那么轉子/定子組件312具有線性機器結構。
[0072]定子318可包括與上面描述的定子18相同的特征和執行相同的功能。例如，定子318可支撐傳導繞組(未在圖5中顯示)。定子支撐結構352包括定子支撐夾332，所述定子支撐夾聯接至定子318和定子支撐構件324。定子支撐構件324可使定子318聯接至上面實施例中描述的靜止定子轂(未顯示)。轉子/定子組件312是機內側安裝定子系統(類似于圖3的實施例)的另一個示例，在該示例中定子318被支撐在系統機內側上。
[0073]轉子組件28包括第一轉子部分314和第二轉子部分316，以及可選地包括端部支撐部分353。第一轉子部分314支撐第一磁體330,第二轉子部分316支撐第二磁體331。磁體330和331可均與上面描述的磁體30和31相同或相似并發揮相同或相似的功能。定子318設置在第一轉子部分314與第二轉子部分316之間。例如，定子318可位于第一轉子部分314和第二轉子部分316之間的中央或大體上中央。轉子組件328可聯接至轉子支撐結構(未顯示)，轉子支撐結構可包括例如轉子支撐構件和軸承，軸承可使轉子組件328相對于定子318旋轉運動。
[0074]氣隙限定在第一轉子部分314與定子318之間、和第二轉子部分316與定子318之間，以及磁體330與定子318之間、和磁體331和定子318之間的多個位置。因此，參照圖1和圖2在上面描述的和在本文描述的氣隙控制系統(未在圖5中顯TjO的任何實施例可在例如圖5中所示任何氣隙位置G處實施以在該位置處保持所需的氣隙。
[0075]如上所述，定子支撐夾332和/或定子支撐構件324可相對具有柔性或依從性，使得當由氣隙控制系統將力施加到定子支撐夾332和/或定子支撐構件324上時，定子318運動至該定子318位于第一轉子部分314和第二轉子部分316之間的中央或大體上中央的位置。
[0076]圖6是轉子/定子組件的另一個實施例的一部分的示意圖。轉子/定子組件412包括轉子組件428和定子418。在本實施例中，轉子組件428包括單個轉子部分414，所述單個轉子部分可支撐磁體430。定子418包括傳導繞組455，該傳導繞組環繞芯部分457。在一些實施例中，芯部分457可以是例如具有鐵磁性。磁體430的極面通過氣隙與繞組455隔開使得磁通量大體上流到定子418和轉子428中并在所述定子和轉子中換向。
[0077]定子418可聯接至定子支撐結構(未在圖6中顯示)并且可聯接至靜止轂(未在圖6中顯示)，如前面實施例中所描述的。轉子組件428可聯接至轉子支撐結構(未在圖6中顯示)，轉子支撐結構使轉子組件428聯接至軸承(未在圖6中顯示)，軸承使轉子組件428相對于定子418運動并且承受轉子/定子組件412的主要載荷。
[0078]如果轉子組件428的旋轉軸線為圖6中的軸線B_B，那么轉子/定子組件412就為軸向通量機器系統。如果轉子組件428的旋轉軸線是圖6中的軸線A-A，那么轉子/定子組件412就為徑向通量機器系統。可替換地，如果轉子組件428相對于定子418直線運動而不是旋轉運動，例如與軸線A-A和B-B垂直地往復運動進出圖6的平面，那么轉子/定子組件412就具有線性機器結構。
[0079]氣隙限定在轉子部分414與定子418之間的多種位置，本文描述的氣隙控制系統(未在圖6中顯示)的實施例可在該位置處實施。例如，氣隙控制系統可用于控制圖6中所示位置G處的氣隙，以便保持轉子組件428和定子418之間所需的氣隙。在本實施例中，氣隙控制系統可例如在定子418和轉子部分414之間保持最小間隙或距離或標稱距離，而不是使定子418位于轉子組件428內的中央，例如，如對圖5中所示轉子部分328和定子318所描述的那樣。
[0080]圖7-圖10圖示了軸向轉子/定子組件的實施例。轉子/定子組件512包括轉子組件528、定子組件518 (例如，見圖8和圖9)、轉子支撐結構562和定子支撐結構552。在本實施例中，轉子組件528設置成用于相對于定子組件518旋轉運動。定子組件518可包括與前面實施例中描述的特征相同的特征并與其執行相同的功能。例如，定子組件518可支撐傳導繞組555 (例如，參見圖10的示意性圖示)。定子支撐結構552包括定子支撐夾552和多個定子支撐構件524 (見圖10)，所述定子支撐夾與定子組件518聯接。定子支撐構件524使定子組件518聯接至靜止定子轂521 (見圖7)。轉子支撐結構562包括多個與軸承520聯接的轉子支撐構件522。軸承520附接在延伸通過定子轂521的中央開口的轂577上并且可發揮與軸相似的功能，以使得轉子組件528相對于定子組件518旋轉運動。
[0081]轉子組件528包括第一轉子部分514、第二轉子部分518和端部支撐部分553 (見圖10)。第一轉子部分514支撐第一磁體530,第二轉子部分516支撐第二磁體531。磁體530和531可均與上面參照圖1描述的磁體30和31相同或相似并發揮與其相同或相似的功能。磁體530和531可以是例如磁極組件或磁體陣列,其將通量以軸向方向從一個轉子部分(例如，轉子部分514)上的磁極引導至另一個轉子部分(例如，轉子部分516)上的相反極性的磁極。例如，如圖9所示，磁體530安裝在或支撐在具有磁極保持器536的轉子部分514的轉子背鐵534上。磁體531可以類似方式安裝在第二轉子部分516上。第一轉子部分514聯接至多個轉子支撐構件522，所述轉子支撐構件與軸承520相聯。第二轉子部分516可在轉子/定子組件512的外直徑部分處與具有間隔塊526的第一轉子部分514相聯，使得第一轉子部分514和第二轉子部分516能一起轉動，并作為單個結構上剛性的子組件主要在軸向方向上偏移。例如，在一些實施例中，間隔塊526可聯接至具有螺栓、螺釘或其它聯接機構的安裝墊片525。在一些實施例中，端部支撐部分553可與間隔塊526整體形成或一體形成(換句話說，間隔塊526和端部支撐部分553為單一元件)。
[0082]定子組件518設置在第一段轉子部分514和第二段轉子部分516之間。例如，定子組件518可位于第一段轉子部分514與第二段轉子部分516之間的中央或大體上中央。如圖9所示，定子組件518可包括定子部段559的環形陣列。每個部段559可均包括上面對于定子18所描述的印刷電路板子組件。
[0083]如上所述，定子組件518聯接至定子支撐夾532，定子支撐夾通過結構支撐構件524與靜止定子轂521的邊緣相聯。定子轂521可聯接至支撐結構和/或殼體裝置(未顯示)，這可進一步使定子組件518保持在固定或靜止位置。如上所述，定子支撐夾532和/或定子支撐構件524可具有相當的柔性或依從性，使得當通過氣隙控制系統510在定子支撐夾532和/或定子支撐構件524上施加力時，定子組件518可運動。
[0084]現在參照圖10的示意圖，氣隙可限定在第一轉子部分514與定子組件518之間以及第二轉子部分516與定子組件518之間的多個位置。如上所述，在轉子/定子組件512操作期間，需要保持第一轉子部分514以及第二轉子部分516與定子組件518之間的氣隙或距離。氣隙控制系統510可聯接至轉子組件528和/或定子組件518并且用于在轉子部分514及516與定子組件518之間控制或保持所需的氣隙。圖8和圖9圖示了聯接至轉子部分514的內周部分515的氣隙控制系統510的一部分，這不是為了排除使氣隙控制系統510作為聯接到內周的替代而聯接到外周結構517的情況或使氣隙控制系統除了聯接到內周還聯接到外周結構的情況。例如，在替換實施例中，第二氣隙控制系統(未顯示)可以可選地設置在轉子部分514的徑向外部部分517。在另一個替換實施例中，氣隙控制系統510可僅設置在轉子部分514的徑向外部部分517處，而不設置在轉子部分514的徑向內部部分515 處。
[0085]如圖9所示，氣隙控制系統510可安裝在具有一個或多個氣隙控制磁體保持器538的第一轉子部分514的第一轉子背鐵上。氣隙控制組件510可以以類似的方式聯接到第二轉子部分516上。在該實施例中，氣隙控制組件510還可聯接至定子組件518，例如，如圖10的示意性圖示中的示例所示。
[0086]在轉子/定子組件512操作期間，如果存在定子組件518相對于第一轉子部分514或第二轉子部分516的相對運動或偏移，那么氣隙控制系統510可引起定心力，該定心力用于使定子組件518運動至第一轉子部分514和第二轉子部分516之間的中央位置或大體上中央位置。例如，如果第一轉子部分514或第二轉子部分516由外部負載或慣性加速而運動或偏移，那么氣隙控制組件510可在定子組件518上施加力，使得定子組件518保持在標稱位置，例如，位于第一轉子部分514和第二轉子部分516之間的中央。
[0087]更加具體的，當定子組件518由于施加到轉子部分514和516上的外力(臨時的或不變的力)而經歷了相對于第一轉子部分514和第二轉子部分516軸向平移，并從而使轉子部分514和516在軸向方向上運動或偏離時，定子組件518 —側上的氣隙距離增加而定子組件518另一側上的氣隙距離減小。因此，氣隙控制系統510在環形定子組件518上施加力以便使環形定子組件518重新位于環形轉子轉子部分514和516之間的中央。相似地，如果定子組件518相對于轉子部分514和516經歷了角度偏移(使得在定子組件518的任何給定部段，定子組件518的內直徑處的氣隙距離都與在定子組件518的外直徑處的氣隙距離不同)，那么氣隙控制系統510將在定子組件518上施加力矩，所述力矩使定子組件518與第一轉子部分514和第二轉子部分516中的每一個之間的氣隙距離恢復均勻。
[0088]如圖10所示，在本實施例中，氣隙控制系統510包括聯接至第一轉子部分514的第一磁體組件541和連接至第二轉子部分516的第二磁體組件543，以及聯接至定子組件518的第三磁體組件545和連接至定子組件518的第四磁體組件547。更具體地，如圖11-圖16的示意性圖示中所示，第一磁體組件541可包括磁體540和磁體542，磁體540安裝成使其朝南磁極靠著轉子部分514的轉子背鐵534，磁體542安裝成使其朝北磁極靠著轉子背鐵534。磁體組件543可包括磁體544和磁體546,磁體544安裝成使其朝南磁極靠著定子支撐夾532 (也稱為“定子背鐵”)，磁體546安裝成使其朝北磁極靠著定子背鐵532。相似地，第三磁體組件545可包括磁體540和磁體542，磁體540安裝成使其朝南磁極靠著轉子部分516的轉子背鐵535，磁體542安裝成使其朝北磁極靠著轉子背鐵535。磁體組件547可包括磁體544和磁體546,磁體544安裝成使其朝南磁極靠著定子背鐵532,磁體546安裝成使其朝北磁極靠著定子背鐵532。磁體540、542、544和546可均通過磁體保持器538保持就位。磁體組件541、543、545和547以周向模式圍繞第一和第二轉子部分514和516的內表面的整個內直徑安裝，并周向地圍繞定子組件518的兩個表面的整個內直徑。
[0089]轉子背鐵534和535可由例如鐵或鋼等導磁材料形成，并且都可提供回路以使得通量從一排磁體542傳至相鄰排的磁體540以及提供對轉子部分514和516之間的引力作出反應的結構上的剛度，如圖12中的通量箭頭所示，其圖示出了通量的主要方向。例如，一排磁體(例如，542)的極性與同其隔著氣隙面對的另一排磁體(例如，546)的極性相反。定子夾環532也可由導磁材料制成，其在鄰近的磁體544和546中提供返回路徑使得通量從一排磁體546行進至相鄰的一排磁體544,如圖12所示。在替換實施例中，通量返回路徑可由例如海爾貝克(Halbach)陣列或馬蹄形磁體形成。另外，盡管本實施例中圖示了設置在朝南磁體之上的朝北磁體，但是在替換實施例中，朝南磁體可設置在朝北磁體之上。
[0090]磁體540、542、544和546可為，例如，釹鐵硼(NdFeB)永磁體。然而，應理解，這只是可用磁體類型的一個示例。利用如圖12中所示的磁體裝置，氣隙控制系統510可起到與雙側、被動永磁體軸承相似的作用。因為相對的磁體放置在環繞著轉子部分514和516和定子組件518這兩者的幾乎連續的環中，因此使得由于相對運動而由交變磁場在給定位置引起的渦流阻力的效應最小化。盡管弧形磁體的連續環會進一步減小該效應，但是本實施例中實施的間隔使得存在的不連續在氣隙控制系統的轉子到定子的間隔上得以消除。因此，可使用矩形磁體。在這種軸向磁體到磁體尺寸很小的應用中，需要弧形磁體段或連續磁體環來進一步減小阻力。
[0091]磁體540和544定向成使得軸向相對的磁體的極性處于相反的方向。磁體542和546也定向成使得軸向相對的磁體的極性在相反的方向。因此，磁體對540和544的北極面彼此相對，磁體對542和546的南極面彼此相對。通過這種結構，磁體對540和544之間以及磁體對542和546之間(在定子組件518的兩側)具有排斥力，當通過減小磁體對之間的物理間隙使磁體對更加接近時，該力可增加。在圖12所示的標稱、平衡位置處(B卩，定子組件518大體上位于轉子部分54和轉子部分516之間的中央)，定子組件518兩側的排斥力大小相等方向相反，導致定子組件518上的凈力為零。
[0092]圖13圖示了由于例如轉矩、速度的波動，或是由于轉子/定子組件512本身固有的或是外部施加給轉子/定子組件512的其它慣性動力而導致轉子部分514或轉子部分516已經發生偏移或運動后的轉子/定子組件512。如圖13所示，轉子部分516的磁體540和542與定子組件518的右側上的磁體544和546之間的物理氣隙或距離減小，這導致了這些磁體之間的排斥力增加。轉子部分514的磁體540和542與定子組件518左側上的磁體544和546之間的物理氣隙或距離增加，這導致了這些磁體之間的排斥力減小。施加在定子組件518上的力的凈結果是向左的凈力，其用于使定子組件518運動到轉子部分514和516之間或使定子組件位于轉子部分514和516之間的中央。圖14中圖示了在定子組件518的左側和右側上的力的這種重新定心和平衡。圖14圖示了定子組件518由于移除了導致初始位移的外力已經回到平衡位置處后的定子組件518。應注意，該“休止”平衡位置可這樣或那樣地偏離。換句話說，其不必相同。例如，在具有垂直軸線存在恒定重力的設施中，“休止”位置可以這樣或那樣地移位，或相反地，可使產生力的特征在定子組件的每側具有不同的尺寸以便獲得需要的“休止”位置。
[0093]另外，在軸向磁體對540和544之間以及軸向磁體對542和546之間的排斥力通過反作用于如圖15所示的彎曲力矩而抵消了定子組件518相對于轉子部分514和516的角度偏移。這些彎曲力矩可以例如是定子支撐構件524偏移或轉子/定子組件512的慣性載重的結果。由氣隙控制系統510施加至定子組件518的反作用力矩可使定子組件518與各個轉子部分514和516之間的氣隙距離恢復均勻，如圖16所示。圖16圖示了定子組件518由于移除了所施加的導致慣性移位的力矩而已經回到平衡位置時的定子組件518。
[0094]氣隙控制系統510的角度剛度，即，其對定子組件518的角度偏移的抵抗能力，可隨著其磁體的強度、在氣隙方向上磁體之間的距離、磁體離定子組件518的徑向內端的徑向距離和由保持器538建立的磁體組件541、543、545和547中單個磁體的徑向分離而變化。因此，氣隙控制系統510可設計有沿著轉子部分514和516和/或定子組件518的所需的“軌跡寬度”或徑向位置，以便實現所需的相對于其軸向剛度的角度剛度(其不必取決于徑向位置)。
[0095]如前面所述，氣隙控制系統510可通過將力從剛性的第一構件傳至具有依從性的第二構件而保持兩個構件(例如，轉子和定子)之間的所需間隙或距離，第二構件在氣隙方向上相對具有依從性。因此，在上面描述的具有軸向間隙的軸向轉子/定子組件512中，第二構件(即，定子組件518)在軸向方向上相對具有依從性，而在具有徑向間隙的機器中，第二構件可在徑向方向上相對具有依從性。
[0096]圖17圖示了替代性的氣隙控制系統。在本實施例中，氣隙控制系統510’可聯接至如上面描述的轉子/定子組件512。氣隙控制系統510’可配置成與氣隙控制系統510 —樣，除了在本實施例中，磁體544和546的通量返回功能和磁體542和540的通量返回功能可以是這樣實現的:通過將小的導磁材料段548直接插到磁體544和546和保持器538之后以及磁體542和540和保持器538之后以便提供獨立的通量返回路徑。導磁材料段548可分離地安裝在定子夾環532中，氣隙控制磁體(540、542、544、546)附近的轉子背鐵534和535可由相對不導磁的材料，比如鋁、奧氏體不銹鋼或塑料組成。
[0097]圖18是根據另一個實施例的軸向轉子/定子組件612的示意圖。轉子/定子組件612包括定子支撐結構652，所述定子支撐結構可支撐一個或多個定子支撐構件624，定子夾環632聯接到所述定子支撐構件。定子夾環632可沿著其自身內周支撐環形定子段618的外周。定子段618可配置成與前面實施例中的一樣，并可支撐傳導繞組(未顯示)。轉子/定子組件612也包括轉子支撐結構662，所述轉子支撐結構支撐第一環形轉子部分段614和相對的第二環形轉子部分段616的內周。環形轉子部分614和616定位于環形定子段618的相對兩側，并且可相對于環形定子618圍繞軸線A-A旋轉。第一轉子部分614支撐第一磁體630，第二轉子部分支撐第二磁體631。磁體630和631可配置成與前面實施例中描述的一樣。軸向轉子/定子組件612進一步包括一個或多個定子支架668,所述定子支架在間隔位置處與定子夾環632的兩側聯接。
[0098]如在前面實施例中描述的，定子支撐構件624與在軸向方向上剛性或剛硬的轉子支撐結構662相比在軸向方向上相對具有依從性。定子支撐構件624和轉子支撐結構662在非軸向方向上的剛性可相對來說相同或大體上相等，或者至少足以滿足使用軸向轉子/定子組件612的特定應用在結構上的需要。
[0099]在本實施例中，氣隙控制系統610包括導軌670，所述導軌聯接至靜止支架668并且設置在靜止支架668與第一轉子部分614之間以及定子支架668與第二轉子部分616之間。導軌670可由例如具有低摩擦系數和強耐磨損性能的材料形成。在操作中，當外力使得環形轉子部分614或者環形轉子部分616運動(例如，軸向偏移)時，該轉子部分就和其中一個導軌670接觸并因此向該導軌670施加力。該力從導軌670通過靜止支架668和靜止壓緊環632傳至定子支撐構件624，在該處所述力使得定子支撐構624件在軸向方向上偏移。定子支撐構件624然后可防止或限制環形轉子部分614或616與環形定子618的進一步運動或它們之間的接觸，并且可用于使環形定子618重新位于第一環形轉子部分614和第二環形轉子部分616之間的中央，從而在定子618與轉子部分614和616之間保持所需的氣隙間隔或距離。
[0100]圖19圖示了聯接至轉子/定子組件612的替代性氣隙控制系統的實施例。在本實施例中，氣隙控制系統710為主動系統，其包括可控制的力產生裝置(在本實施例中是空氣支承)和控制器，控制器基于來自近程式傳感器或機械杠桿的輸入而改變施加至定子618的力，機械杠桿通過與導軌的接觸而被致動，以定位空氣支承空氣供應節流閥。在本實施例中，氣隙控制系統710包括聯接至轉子/定子組件612的壓縮空氣供應源754，所述壓縮空氣供應源向空氣供應歧管772提供壓縮空氣，空氣供應歧管將壓縮空氣供送到靜止支架668內限定的通道774中。壓縮空氣接著通過被整合到導軌770中的孔776釋放，從而形成空氣支承。空氣供應歧管772可包括一個或多個孔(未顯示)，也可包括壓力調節系統(未顯示)。系統控制器787與空氣供應歧管772聯接和/或連通，并且可基于來自可用于定位空氣供應節流閥(未顯示)的機械杠桿(未顯示)或近程式傳感器(未顯示)的輸入或者響應于空氣支承與上面描述的614或616的空隙改變時壓力的變化而控制釋放至通道774中的空氣量，以及增加或減少相對于定子618定位轉子部分614或616所需的流量。在后面的示例中，當較小的空隙使得由導軌770形成的空氣支承腔中的氣壓增加時，增加的壓力可用于致動空氣供應節流閥以增加氣流量，以便增加恢復力，因而保持氣隙所需的尺寸。
[0101]在操作中，當環形定子618位于轉子614和616之間的中央時，由空氣支承施加至環形定子618各側的力大小相等方向相反。當外力使得環形轉子部分614和616運動或偏移時，近程式傳感器就可檢測出相應于轉子部分與定子之間的距離變化的變化，并且可將檢測出的變化傳至系統控制器787，所述系統控制器可改變由空氣支承施加的力。例如，系統控制器787可將較高流量的壓縮空氣在定子618與轉子部分614或616之間的間隙或距離減小的一側上釋放至空氣支承，使得施加至相鄰的轉子部分上的力增加，還可將較少的壓縮空氣在定子618與轉子部分614和616之間的間隙或距離增加的一側上釋放至空氣支承，使得施加至相鄰的轉子的力減小。凈獲得的力通過靜止支架668被傳遞至定子支撐構件624，這可防止或限制環形轉子部分614或616與環形定子618的進一步運動或它們之間的接觸，因此使環形定子618重新位于環形轉子部分614與616之間的中央并使氣隙的變化最小。導軌770可為保持所需氣隙間隙提供備份機械裝置。例如，如果空氣支承失效，導軌770就發揮如圖18所示和描述的功能。
[0102]在替代性實施例中，氣隙控制系統710發揮被動系統而不是主動系統的功能。在這種實施例中，氣隙控制系統710可不包括系統控制器787和近程式傳感器。在該系統操作期間，當環形定子618位于轉子614和616之間的中央時，由空氣支承施加至環形定子618各側的力大小相等方向相反。當外力使得環形轉子部分614和616運動或偏移時，由空氣支承施加的力由于流到由導軌770形成的軸承套外的氣流受到限制而改變。該限制將使氣壓增加，這會使空氣支承的載重量增加并且使得其施加更大的力。例如，間隙減小的一側上的空氣支承在相鄰的環形轉子部分(614或616)上施加增加的力，而間隙增加的一側上的空氣支承在相鄰的環形轉子部分(614或616)上施加減小的力。凈得到的力通過靜止支架668被傳到達定子支撐構件624,這能防止或限制環形轉子部分614或616與環形定子618的進一步運動或它們之間的接觸，因此使得環形定子618重新位于環形轉子部分614與616之間的中央，并使氣隙的變化最小。如上面描述的，導軌770可為保持所需的氣隙間隙提供備份機械構件。例如，如果空氣支承失效，那么導軌770就發揮如圖18所示和所述的功能。
[0103]圖20圖示了聯接至轉子/定子組件612的替代性氣隙控制系統的實施例。在本實施例中，氣隙控制系統810是主動系統的另一個示例，主動系統包括用于確定轉子部分614和616與定子618之間的距離的近程式傳感器、可控制的力產生裝置(本實施例中為電磁體)和用于基于來自近程式傳感器的輸入而改變所施加的力的控制器。具體地，在本實施例中，轉子/定子組件612包括轉子延伸部878，所述轉子延伸部被并入到轉子部分614和616中或者與轉子部分614和616相聯。在使用近程式傳感器的替代性實施例中，可不包括轉子延伸部878。轉子延伸部878可由例如鋼等鐵磁材料形成。電磁體組件880與定子618每側上的靜止支架668聯接。電磁體組件880可均包括至少部分被兩個相對的極片884圍繞的近程式傳感器882和用于使極片884磁化的線圈886，如圖21所示。電磁體組件880設置在靜止支架668上使得近程式傳感器882面對轉子延伸部878。系統控制器887與電磁體組件880聯接和/或連通。
[0104]在操作中，當近程式傳感器882檢測到距轉子延伸部878的距離減小(該距離對應于轉子部分614和616與定子618之間的距離)，就將該距離與儲存的閾值距離進行比較。如果檢測出的距離比儲存的閾值距離小，那么系統控制器887可增加電磁體880的磁性的強度，以便在定子618或轉子部分614或616上施加力。具體地，系統控制器887可致動電磁體組件880的線圈886，因此使相對的極片884磁化并在轉子延伸部878與靜止支架668之間形成磁性吸引力。該力傳輸通過定子支撐結構652，定子支撐結構可阻止或限制環形轉子部分614或616與環形定子618的進一步運動或它們之間的接觸，并且可用于使環形定子618重新位于轉子部分614和616之間的中央并使氣隙的變化最小化。在近程式傳感器882檢測到所需的氣隙恢復時，系統控制器887就停止致動線圈886。與其它實施例一樣，可包含導軌870以便在電磁體組件880失效時提供機械備份。盡管該實施例描述了使用具有兩個相對極片884的磁體組件880，但是在替代性實施例中也可用其他類型的電磁體。
[0105]圖22圖示了聯接至轉子/定子組件612的另一個替代性氣隙控制系統的實施例。在本實施例中，氣隙控制系統910包括以與上文對氣隙控制系統810所描述的相同的方式而與靜止支架和轉子延伸部聯接的磁體。圖22圖示了使用與參照圖10-圖17描述的永磁體相似的永磁體。在本實施例中，磁體陣列988在定子618每側上與靜止支架668聯接。磁體陣列988可包括，例如，安裝在鐵磁背鐵994上的兩個永磁體990和992，鐵磁背鐵與靜止支架668的內側附接。例如，磁體陣列988可包括在徑向外側位置處與背鐵994附接的南極永磁體990和在徑向內側位置處與背鐵994附接的北極永磁體992。另外，永磁體996和998安裝在轉子延伸部978上，分別與永磁體990和992相對。
[0106]永磁體990、992、996和998可安裝為使得在磁體對990與996之間和在磁體對992與998之間具有排斥力，當使磁體對靠近到一起時，該排斥力可增加。在標稱位置處，例如，在環形定子618位于環形轉子部分614和616之間的中央處，環形定子618兩側上的磁體對之間的排斥力大小相對方向相反，導致支撐構件624上的凈力為零。然而，當環形轉子部分614和616從平衡位置處移位時，在氣隙減小(即，定子618與轉子部分614或616之間的距離減小)的一側上的磁體對之間的排斥力增加，而在氣隙增加(即，定子618與轉子部分614或616之間的距離增加)的一側上的磁體對之間的排斥力減小，凈得到的力使支撐構件624在能重新使環形定子618位于環形轉子部分614與616之間的中央的方向上偏移。在替代性的實施例中，磁體對可設置為使得當轉子部分614或616與定子618之間的距離增加時就在氣隙增加的一側上的磁體對之間形成磁性吸引力。在此同樣，導軌970可以可選地用于提供備份氣隙控制系統。
[0107]在替代性的實施例中，氣隙控制系統可使用永磁體和電磁體的組合而不是僅使用永磁體或僅使用電磁體(如對于氣隙控制系統910所描述的)。例如，在一些實施例中，定子一側上可使用一個或多個電磁體，定子的另一側上可使用一個或多個永磁體。磁體陣列988中包括的磁體數量也可變化。
[0108]圖23圖示了聯接至轉子/定子組件612的氣隙控制系統的另一個實施例。在本實施例中，氣隙控制系統1010包括在環形定子618的軸向側上與靜止支架668附接的非鐵磁支架1091。在此示例中，非鐵磁支架1091聯接到定子618鄰近轉子部分614的一側。非鐵磁支架1091可保持例如一兩個或其它數量的磁體環形排1093。磁體環形排可以是，例如，海爾貝克(Halbach)磁體陣列或其它磁體陣列，或者被設置為使通過零通量梯級回路的通量最小的磁體和極片。
[0109]也由非鐵磁材料制成的環形轉子部分614 (或如果非鐵磁支架1091在環形轉子部分616的同一側上與靜止支架668附接，則環形轉子部分616)的邊緣延伸部1095，可支撐零通量梯級回路1097。本領域的技術人員也熟知零通量梯級回路。
[0110]在操作中，由于環形轉子部分614并且因而零通量梯級回路1097在磁體環形排1093下面旋轉，因此只要環形定子618保持在標稱位置(例如，位于環形轉子部分614和616之間的中央)，就沒有電流會流過零通量梯級回路1097。如果轉子部分614和616由于外力運動或偏移，使得磁體環形排1093不再位于零通量梯級回路1097上的中央，那么來自磁體環形排1093的磁通量將會使電流流過零通量梯級回路1097。相應地,這會產生向后朝向零通量梯級回路1097的中央推動磁體環形排1093和與其附接的結構的排斥磁場。因為磁體環形排1093相對于環形定子618固定，所以由磁體環形排1093與零通量梯級回路1097相互作用而產生的定心效應用于將環形定子618保持在環形轉子部分614與616之間的中央。導軌1070可以可選地用于在該實施例的主系統失效時提供備份氣隙控制系統，并且還在環形轉子部分614和616停止時保持所需的氣隙。
[0111]圖24圖示了根據另一個實施例的氣隙控制系統。在本實施例中，氣隙控制系統110包括在環形定子618上或環形定子618附近的輔助繞組1185。例如，如果環形定子618如以引用的方式并入本文的美國專利N0.7，109,625中所述的由印刷電路板形成，那么輔助繞組1185可包含在環形定子618的外層中，接近環形定子部分614和616。輔助繞組1185可具有與定子618上的主繞組不同的繞組構造，并可與環形定子618中的主繞組極數略有不同。進一步地，輔助繞組1185與主要繞組采用相同的電分段方案，以便減少復雜度，或者可替代地，每個印刷電路板上的輔助繞組1185可電分段。
[0112]在操作中，系統控制器1187可測量并比較每對輔助繞組1185 (S卩，單個印刷電路板相對兩側上的兩個輔助繞組1185)的反電動勢。輔助繞組1185可以例如處于與環形定子618上的主繞組不同的通量路徑上。如果測量出的反電動勢相等，那么環形定子618就位于環形轉子部分614與616之間的中央。如果反電動勢不相等，那么環形定子618就偏離中央。當環形定子發生偏離時，系統控制器1187就向定子618的反電動勢相對較低的一偵儀定子618的在轉子部分與定子之間具有較大間隔或距離的一側)上的輔助繞組1185 (不是環形定子618的主繞組)發送交流電流，以便當輔助繞組1185通電時產生將環形定子618拉向同一側上的轉子的引力(即，減小該側的氣隙)。在環形定子618位于中央后，就中斷向輔助繞組1185上施加交流電流，以便不再其間產生力。與前面的實施例中一樣，導軌1170可以可選地用作備份氣隙控制系統并且用于在環形轉子614和616停止時控制氣隙。
[0113]圖25圖示了與轉子/定子組件612聯接的氣隙控制系統的另一個實施例。在本實施例中，氣隙控制系統1210包括輪或輥1281，所述輪或輥可旋轉地附接到靜止支架668。每個輪或輥1281均可以以其軸線A-A在徑向方向上相對于轉子/定子組件612對齊。在操作期間，當外力使得環形轉子部分614和616偏移或運動時，轉子部分614和616其中之一就與一個或多個輪或輥1281接觸并向其施加力。該力傳輸通過支架668并使得定子支撐構件624運動或偏移以使環形定子618重新位于環形轉子部分614與616之間的中央，因此保持定子618與轉子部分614和616之間所需的氣隙間隔。
[0114]圖26圖示了徑向轉子/定子組件1312的一部分。徑向轉子/定子組件1312包括設置在第一轉子部分1314與第二轉子部分(未圖示)之間的定子1318。定子1318與定子支撐夾1332聯接，所述定子支撐夾使定子1318與定子支撐構件1324聯接。轉子部分1314也可聯接至轉子支撐結構(為顯示)，如上面實施例中所述。氣隙控制系統1310聯接至定子支撐夾1332和第一轉子部分1314并且包括磁體陣列，例如參照圖10-圖17所述的磁體組件。在替代性的實施例中，徑向轉子/定子系統可包括本文中描述的氣隙控制系統的多種構造中的任何一種。
[0115]圖27和圖28是杯形徑向通量轉子/定子組件的實施例的示意圖。轉子/定子組件1412包括轉子組件1428、定子1418和定子支撐結構1473。在本實施例中，轉子組件1428設置成用于相對于定子1418旋轉運動。定子支撐結構1473支撐定子1418并且包括主軸承1420和定子轂1421，并且可包括未在圖27和圖28中圖示的其他支撐元件。
[0116]轉子組件1428包括圓筒形部分1414和端部支撐部分1453，它們共同形成杯形。圓筒形部分1414支撐圓筒形磁體陣列1430。磁體陣列1430可以聯接到轉子組件1428的轉子背鐵1435。磁體陣列1430可與例如上面參照圖2描述的磁體30和31相同或相似并發揮相同或相似的功能。每個支撐部分1453與旋轉軸1475的一端聯接，所述旋轉軸支撐在軸承1420中并延伸通過定子轂1421的中央開口。軸承1420可與主軸承20和本文描述的其它軸承相同或相似并發揮相同或相似的功能。例如，軸承1420可支撐軸1475以便轉子組件1428相對于定子1418旋轉運動。
[0117]與端部支撐部分1453相對的圓筒形部分1414的端部未受支撐或開口。轉子組件1428的直徑和/或長度可配置為所需尺寸以便實現轉子組件1428和支撐結構1473的所需剛度，該剛度將抵抗轉子磁體1430與定子1418之間的吸引力(在本示例中為徑向)。
[0118]定子1418可包括與在前述實施例中描述的相同的特征并執行與其相同的功能。例如，定子1418包括多個芯，例如，上面參照圖6描述的鐵磁芯，所述芯分布在定子1418的圓筒形外表面周圍，每個芯周圍環繞有傳導繞組1455。轉子/定子支撐結構1473還可包括，例如，定子支撐夾(未顯示)的定子支撐構件(未顯示)，其可使定子1418與定子轂1421聯接。如圖27所示，定子1418設置在轉子組件1428的圓筒形部分1414的內部。例如，定子1418可同心地位于圓筒形部分1414中的中央或大體上中央。
[0119]在本實施例中，轉子組件1428的未被支撐端可響應于由于振動通過轉子組件1428和定子1418的幾何結構而變化的電磁力。例如，所關注的振動模式可導致“呼吸模式”，在該呼吸模式中轉子組件1428的圓筒形部分開始變形并開始在徑向方向上凸出，和/或轉子組件1428使支撐膜在與主軸承1420的連接處偏移，并且當轉子組件1428旋轉時，轉子組件1428的開口端在定子1418的一側比另一側更靠近定子。在杯型轉子組件1428的開口端處增加此處描述的接觸式或不接觸式的、主動或被動的氣隙控制系統可消除或減緩振動的影響，以使得這種機器的長度或直徑更大，這是實現更高力矩和功率所需要的。
[0120]如圖28所示，氣隙控制系統1410可聯接至定子1418和/或轉子組件1428并用于控制和/或保持在定子1418和轉子組件1428之間限定的所需的氣隙。氣隙控制系統1410可為本文描述的氣隙控制系統的各種構造中的任何一種并且可在各種位置處(除了圖28中所示的位置)聯接至轉子/定子組件1412。如在前面的實施例中所描述的，在轉子/定子組件1412操作期間，如果定子1418相對于圓筒形轉子部分1414存在相對運動或偏移，那么氣隙控制系統1410可包括定心力，該定心力用于使定子1418運動至圓筒形部分1414內的中央位置或大體上中央位置。例如，如果圓筒形部分1414由于外部負載或慣性加速而運動或偏移，那么氣隙控制組件1410可在定子1418上施加力，使得定子1418保持在標稱位置，例如，在圓筒形部分1414內的中央。
[0121]圖29是根據一實施例的控制氣隙的方法的流程圖。方法包括:在步驟1561檢測支撐繞組的第一構件與支撐磁體的第二構件之間的距離。第二構件設置在距第一構件例的距離不為零的地方并配置成相對于第一構件運動。在步驟1563，將檢測出的距離與閾值距離作比較。在步驟1565，如果檢測出的距離比閾值距離小，那么聯接至第一構件或第二構件至少其中之一的氣隙控制裝置被致動，以便在第一構件和第二構件中的一個構件上施加力，并且使第一構件與第二構件之間的距離增加。氣隙控制裝置可為，例如，與第一通量產生構件和第二通量產生構件分開的元件。
[0122]在一些實施例中，致動該裝置包括:增加至少部分地設置在第一構件的一部分與第二構件的一部分之間的電磁體的磁性強度，以便電磁體向第一構件和第二構件其中之一施加磁力，并且使第一構件與第二構件之間的距離增加。在一些實施例中，致動該裝置包括:向聯接至第一構件的輔助繞組發送交流電流以便產生引力，該引力使第一構件朝向第二構架運動并且第一構件與第二構件之間的距離增加。
[0123]盡管上面描述的實施例圖示了使用用于在定子的內周或外周保持轉子與定子之間的氣隙或距離的各種構造，但也可用其它變體。例如，氣隙控制系統可在定子的內周和外周這兩者處實施。氣隙控制系統可在如所示和所述的多種不同的位置處實施，例如，參照圖3-圖6。另外，氣隙控制系統可實施成用以控制雙側轉子系統和一側轉子系統(例如，見圖6)這兩者中的氣隙。例如，如本示例中所述，對于雙側轉子系統，氣隙控制系統可將定子控制和保持在第一轉子部分與第二轉子部分之間的中央位置。在一側系統中，氣隙控制系統可將定子控制和保持在距轉子最小的距離處。[0124]本文中描述的氣隙控制系統可用在各種電磁機中，包括軸向、徑向和橫向通量電磁機，以及用在利用了軸向、徑向或線性運動的機器中。例如，氣隙控制系統可用在具有定子的電磁機中，該定子具有自由懸置的外周、自由懸置的內周、或者固定的內周和外周。本文中描述的氣隙控制系統可用于在靜止元件與相對于靜止元件運動的元件之間需要具有所需的間隙或距離的任何機器中。
[0125]本文中描述的系統控制器787、887和1187可均包括一個或多個計算機的使用。如本示例中使用的術語“計算機”意為在廣義上解釋成包括各種系統和裝置，包含個人電腦、膝上電腦、主計算機、機頂盒和多功能數字盤(DVD)播放器等。計算機可包括，例如，處理器、用于儲存數據的記憶元件(例如，只讀存儲器(ROM)和/或隨機存儲器(RAM)、其它儲存裝置、各種輸入/輸出通信裝置和/或用于網絡接口容量的模塊等)。本文中描述的轉子/定子組件和/或氣隙控制系統的多種功能可由軟件和/或硬件執行。
[0126]本文中描述的一些實施例涉及具有非暫時性計算機可讀介質(也可稱為非暫時性處理器可讀介質)的計算機存儲產品，非暫時性計算機可讀介質上具有指令或計算機代碼以便執行各種計算機實施操作。計算機可讀介質(或處理器可讀介質)為非暫時性的意味著其本身不包括暫時性的傳播信號(例如，在諸如空間或纜線的傳輸介質上攜帶信息的傳播電磁波)。介質和計算機代碼(也可稱為代碼)可以是被設計和構造成用于特定的一個或多個目的那些代碼。非暫時性計算機可讀介質的示例包括但不限于:磁性存儲介質，比如硬盤、軟盤和磁帶；光存儲介質，比如壓縮盤/數字化視頻盤(CD/DVD)、壓縮盤只讀存儲器(⑶-ROMs)和全息裝置；磁光存儲介質，比如光盤；載波信號處理模塊；以及特別是配置為儲存和執行程序代碼的硬件裝置，例如特定用途的集成電路(ACICs)、可編程邏輯裝置(PCLs)、只讀存儲器(ROM)和隨機存取存儲器(RAM)裝置等。
[0127]計算機代碼的示例包括但不限于，微代碼或微指令、例如由編譯器產生的機器指令、用于產生網絡服務的代碼、和包括由計算機使用譯碼器執行的高級指令的文件。例如，可用Java、C++或其它程序語言(例如，面向對象的程序語言)和開發工具來執行這些實施例。計算機代碼的另外的示例包括但不限于，控制信號、密碼和壓縮代碼。
[0128]盡管上面已經描述了多種實施例，但應理解，它們僅作為示例呈現，并不是作為限制，可以在形式和細節上進行各種變化。除了相互排斥的組合外，本文描述的系統、設備和/或方法的任何部分可以以任何組合方式進行組合。本文中描述的實施例可包括所描述的不同實施例中的功能、元件和/或特征的各種組合和/或子組合。例如，盡管系統控制器是參照特定實施例描述的，但是系統控制器可被包含在本文描述氣隙控制系統的任何實施例中，在另外的示例中，盡管參照具體實施例描述了特定類型和數量的磁體，但應理解，可替代性地使用其它類型或數量的磁體。另外，機器(例如，轉子/定子組件)可使用機器中氣隙控制系統的應用的任何組合。
【權利要求】
1.一種設備，包括: 第一構件，所述第一構件支撐磁通量攜載構件； 第二構件，所述第二構件支撐磁通量生成構件，所述第二構件設置成用于相對于所述第一構件運動；以及 氣隙控制系統，所述氣隙控制系統與所述第一構件和所述第二構件中的至少一個構件聯接，所述氣隙控制系統包括氣隙控制裝置，所述氣隙控制裝置被配置成:在所述第一構件和所述第二構件中的一個構件上施加力，所述施加力是響應于第一構件和第二構件中的另一構件沿著使所述第一構件和所述第二構件之間的距離減小的方向的運動進行的，以實現在所述第一構件和所述第二構件之間保持最小距離以及使所述第一構件和所述第二構件中的所述一個構件位于由所述第一構件和所述第二構件中的所述另一構件限定的區域內的大體上中央這二者中的至少一個，所述氣隙控制裝置與在所述第一構件和第二構件之間形成的主磁通量回路分隔開。
2.根據權利要求1所述的設備，其中，所述第一構件為定子，所述磁通量攜載構件為繞組，所述第二構件為轉子，所述磁通量生成構件包括磁體。
3.根據權利要求1所述的設備，其中，所述氣隙控制系統包括與所述第一構件聯接的第一磁體以及與所述第二構件聯接的第二磁體，其位于所述第一構件和所述第一磁體之間，所述第一磁體具有在第一方向上的極性，而所述第二磁體具有在相反的第二方向上的極性，施加在所述第一構件和所述第二構件中的所述一個構件上的力是由所述第一磁體和所述第二磁體之間的排斥力而引起的，當所述第一構件和所述第二構件之間的距離減小時，所述排斥力增大。
4.根據權利要求1所述的設備，其中，所述氣隙控制系統包括與所述第一構件聯接的導軌，施加在所述第一構件和所述第二構件中的所述一個構件上的力是從所述第二構件經由所述導軌傳遞至所述第一構 件的力。
5.根據權利要求1所述的設備，其中，所述氣隙控制系統包括空氣支承，所述空氣支承被配置成:在所述第一構件上施加力，所述施加力是響應于所述第二構件沿使所述第一構件和所述第二構件之間的距離減小的方向的運動進行的。
6.根據權利要求1所述的設備，其中，所述氣隙控制系統包括電磁體和近程式傳感器，所述電磁體被配置成當所述近程式傳感器檢測到所述第一構件和所述第二構件之間的距離小于閾值距離時，就在所述第一構件和所述第二構件中的所述一個構件上施加力。
7.根據權利要求1所述的設備，其中，所述氣隙控制系統包括鄰近所述第二構件設置的輪構件，所述輪構件被配置成在所述第一構件上施加力，所述施加力是響應于所述第二構件沿使所述第一構件和所述第二構件之間的距離減小的方向的運動進行的。
8.根據權利要求1所述的設備，其中，所述氣隙控制系統包括系統控制器以及與所述第一構件聯接的輔助繞組，所述系統控制器配置成為所述輔助繞組供能，從而在所述第一構件上施加引力，所述施加引力是響應于所述第二構件沿使所述第一構件和所述第二構件之間的距離減小的方向的運動進行的。
9.根據權利要求1所述的設備，其中，所述第二構件設置成用于相對于所述第一構件旋轉運動。
10.根據權利要求1所述的設備，其中，所述第二構件設置成相對于所述第一構件直線運動。
11.一種設備，其包括: 定子，所述定子與定子支撐結構聯接，所述定子支撐磁通量攜載構件； 轉子，所述轉子設置成用于相對于所述定子運動，所述轉子具有第一轉子部分和第二轉子部分，并且所述轉子支撐磁通量生成構件，所述定子設置在所述第一轉子部分和所述第二轉子部分之間；以及 氣隙控制系統，所述氣隙控制系統與所述轉子和所述定子中的至少一個聯接，所述氣隙控制系統配置成在所述定子上施加力，所述施加力是響應于所述轉子沿使所述轉子和所述定子之間的距離減小的方向的運動進行的，以使所述定子保持在所述第一轉子部分和所述第二轉子部分之間的大體上中央。
12.根據權利要求11所述的設備，其中，所述氣隙控制系統包括與所述定子聯接的第一磁體和與所述轉子聯接的第二磁體，其位于所述定子和所述第一磁體之間，所述第一磁體具有在第一方向上的極性，所述第二磁體具有在相反的第二方向上的極性，施加在所述定子上的力是由所述第一磁體和所述第二磁體之間的排斥力引起的，當所述定子和所述轉子之間的距離減小時所述排斥力增加。
13.根據權利要求11所述的設備，其中所述氣隙控制系統包括與所述定子聯接的導軌，施加在所述定子上的力是響應于所述轉子沿使所述轉子和所述定子之間的距離減小的方向的運動從所述轉子經由所述導軌傳遞至所述定子的力。
14.根據權利要求11所述的設備，其中，所述氣隙控制系統包括空氣支承，所述空氣支承配置成在所述定子上施加力，所述施加力是響應于所述轉子沿使所述轉子和所述定子之間的距離減小的方向的運動進行的。
15.根據權利要求11所述的設備，其中，所述氣隙控制系統包括電磁體和近程式傳感器，所述電磁體配置成當所述近程式傳感器檢測到所述轉子和所述定子之間的距離小于閾值距離時在所述定子上施加力。
16.根據權利要求11所述的設備，其中，所述氣隙控制系統包括鄰近所述轉子設置的輪構件，所述輪構件配置成在所述定子上施加力，所述施加力是響應于所述轉子沿使所述轉子和所述定子之間的距離減小的方向的運動進行的。
17.根據權利要求11所述的設備，其中，所述氣隙控制系統包括系統控制器以及與所述定子聯接的輔助繞組，所述系統控制器配置成使為所述輔助繞組供能，從而在所述定子上施加引力，所述施加引力是響應于所述轉子沿使所述轉子和所述定子之間的距離減小的方向的運動進行的。
18.—種設備,包括: 定子，所述定子與定子支撐構件聯接并支撐繞組； 轉子，所 述轉子設置成用于相對于所述定子運動，所述轉子支撐磁體并相對于所述定子設置成使得所述磁體與所述繞組隔開預定距離；以及 氣隙控制系統，所述氣隙控制系統與所述定子和所述轉子中的至少一個聯接，所述氣隙控制系統包括與所述轉子聯接的第一磁體以及與所述定子聯接的第二磁體，所述第二磁體位于所述定子和所述第一磁體之間，所述第一磁體具有在第一方向上的極性，所述第二磁體具有在相反的第二方向上的極性，所述第一磁體和所述第二磁體被設置為使得，當由于所述定子和所述轉子之間相對運動使得所述磁體和所述繞組之間的距離減小時，所述第一磁體和所述第二磁體之間的排斥力增加，從而迫使所述定子和所述轉子間隔開。
19.根據權利要求18所述的設備，其中，所述氣隙控制系統包括與所述轉子聯接的第三磁體和與所述定子聯接的第四磁體，所述第四磁體位于所述定子與所述第三磁體之間，所述第三磁體具有在第一方向上的極性，所述第四磁體具有在相反的第二方向上的極性，所述第三磁體和所述第四磁體被設置成使得，當由于所述定子和所述轉子之間相對運動使得所述磁體與所述繞組之間的距離減小時，所述第三磁體與所述第四磁體之間的排斥力增加，從而迫使所述定子和所述轉子間隔開。
20.根據權利要求18所述的設備，其中，所述氣隙控制系統為第一氣隙控制系統，所述設備還包括: 第二氣隙控制系統，所述第二氣隙控制系統與所述定子和所述轉子中的至少一個聯接，所述第二氣隙控制系統被配置成在所述定子上施加力，所述施加力是響應于所述轉子沿使所述轉子和所述定子之間的距離減小的方向的運動進行的，以使所述定子保持在所述第一轉子部分和所述第二轉子部分之間的大體上中央。
21.根據權利要求18所述的設備，其中，所述氣隙控制系統為第一氣隙控制系統，所述設備還包括: 第二氣隙控制系統，所述第二氣隙控制系統與所述定子和所述轉子中的至少一個聯接，所述第二氣隙控制系統包括與所述轉子聯接的第三磁體以及與所述定子聯接的第四磁體，所述第四磁體位于所述定子和所述第三磁體之間，所述第三磁體具有在第一方向上的極性，所述第四磁體具有在相反的第二方向上的極性，所述第三磁體和所述第四磁體被設置成使得，當由于所述定子和所述轉子之間相對運動使得所述磁體與所述繞組之間的距離減小時，所述第三磁體和所述第四磁體之間的排斥力增加，從而迫使所述定子和所述轉子間隔開。
22.根據權利要求18所述的設備，其中，所述轉子設置成用于相對于所述定子旋轉運動。
23.根據權利要求18所述的設備，其中，所述轉子設置成用于相對于所述定子直線運動。
24.根據權利要求18所述的設備，其中，所述第一磁體包括第一永磁體陣列，所述第二磁體包括第二永磁體陣列。
25.—種方法,包括: 檢測支撐磁通量攜載構件的第一構件與支撐磁通量生成構件的第二構件之間的距離，所述第二構件設置為與所述第一構件的距離不為零并配置成相對于所述第一構件運動； 將檢測出的距離與閾值距離進行比較； 如果檢測出的距離小于所述閾值距離，就致動與所述第一構件和所述第二構件中的至少一個構件聯接的氣隙控制裝置，使得在所述第一構件和所述第二構件中的一個構件上施加力并使得所述第一構件和所述第二構件之間的距離增加，所述氣隙控制裝置與所述磁通量生成構件以及所述磁通量攜載構件分開。
26.根據權利要求25所述的方法，其中，致動氣隙控制裝置包括:增加至少部分地設置在所述第一構件的一部分和所述第二構件的一部分之間的電磁體的磁性強度，使得所述電磁體將磁力施加到所述第一構件和所述第二構件中的一個上并且使得所述第一構件和所述第二構件之間的距離增加。
27.根據權利要求25所述的方法，其中，致動氣隙控制裝置包括:向與所述第一構件聯接的輔助繞組發送交流電，使得產生使所述第一構件朝向所述第二構件運動的引力，并且使得所述第一構件和所述第二構件之間的距離增加。
28.根據權利要求25所述的方法，其中，致動氣隙控制裝置包括:將較高流量的壓縮空氣釋放至與所述第一構件和所述第二構件中的至少一個構件聯接的空氣支承，使得施加到所述第二構件上的力增加并且所述第一構件和所述第二構件之間的距離增加。
29.根據權利要求25所述的方法，其中，將檢測出的距離與閾值距離進行比較包括:將檢測出的距離與所述第一構件和所述第二構件之間的最小距離進行比較。
30.根據權利要求25所述的方法，其中，在所述第一構件上施加力，使得所述第一構件位于所述第二構件的第一部分和第二部分之間的中央。
【文檔編號】H02K7/09GK103703658SQ201280026020
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年4月12日 優先權日:2011年4月12日
【發明者】J·S·史密斯, M·B·喬爾, M·A·克瓦姆, D·薩姆塞爾, 小查爾斯·佩里·巴特菲爾德, B·J·沙利文, J·D·杜佛德 申請人:巨石風力股份有限公司