姆安马·伊迪兹磁动机
第一章:磁能
姆安马•伊迪兹磁动机
姆安马•伊迪兹（Muammer Yildiz）开发出一台强劲的永磁电机，申请了专利，并向荷兰大学的教职员和学生做过演示。演示时，机械功率输出估计为250瓦，而且在演示后立刻完全拆解，以显示内部没有隐藏动力源。这有一段视频是关于这次演示的：
请注意，这是对他的专利的德语文本试译，因而不绝对肯定内容的准确性，虽然它很可能是相当准确的。
专利 EP 2,153,515 2010年2月17日 发明人: 姆安马•伊迪兹
磁体配置的装置
该装置具有一个旋转轴向的主动轴5支承，以便它在定子2内旋转，定子2被外层定子3包围。转子牢固地连接到主动轴。外层定子有偶极磁体6，是放在圆筒9的内表面的位置。这些外层磁体均等间隔围绕在圆筒表面。
阐述
本发明是一台产生交变磁场，与恒定磁场相互作用的设备。对恒定磁场与交变磁场的交互作用的应用已经有一段时间了，例如，在无刷直流电机和磁悬浮方面。
本发明的目的之一是提供一个改进后的装置用于产生一个交变磁场，可以与恒定磁场相互作用。按声明 1 所述，是通过对内层定子的磁体偶极的特殊安排实现的，转子和外层定子产生的磁效应保持转子在内层定子和外层定子间自由浮动，而这起到了磁悬浮轴承的作用。
令人惊讶的是它已经表明，内层定子的偶极磁体的特殊布局、转子和外层定子在转子旋转时，产生了一个交变磁场，是它允许转子在内层定子和外层定子间旋转时很大程度上的无损耗运动。这是十分有用的效应，可用于各种技术的应用，例如，首选以一个特别低摩擦的轴承作为支持一个轴在高速下旋转。
在下面的陈述中，使用了数学术语，尤其是几何术语——如“平行”、“垂直”、“平面”、“圆柱体”、“角度”等，作为是典型的生产技术图纸时使用，但必须认识到，由于零件的制造公差，这些东西是永远不会在实践中达到高度完美的。因此是必须认识到这种描述是指最理想的情况，但永远达不到。因此，读者需要理解，实践中将涉及普遍接受的公差。
输出轴绕着一条中心线旋转，称为“轴心线”。轴本身最好做成圆截面的直立圆柱体。
本发明的优选实施中，磁体从内层定子上略微突起。转子和外层定子也同样如此。当平面垂直于轴心线，穿过两块磁体时，两个磁体实现部分重叠。如果出现这种情况，两块磁体被认为是重叠的。
当平面垂直于轴心线贯穿于每三块磁体时，三块磁体发生部分重叠。重叠的程度并不影响描述，而三块磁体中的任意两个的重叠量可以是从0%到100%的任意数，在这里磁体完全重叠。
本发明的最佳实施中，内层定子和转子的磁体是能够完全对齐的。此外，外层定子要做得它可以绕轴心线旋转，以使转子磁体和外层定子的啮合系数可调，而给出从0%到100%的任意重叠度。
假想做成三个圆柱体。一个是内层定子磁体，第二个是转子磁体并使之绕轴心线旋转，而第三个为外层定子磁体。这三个圆柱体的轴与轴心线一致。
理想的情况是，转子是鼓形或杯形，就是说，一个有着圆截面的中空圆柱体或一节管子，其一个端面被圆盘复盖。在圆盘中央，转子有个孔洞，转轴由此穿过。圆盘还有一个套圈，用来通过螺栓穿过驱动轴把转子夹紧在轴上；或用平头螺钉钻入套圈。不管用什么方法，转子磁体组合体都将牢固连接到驱动轴。使用紧固螺丝的优点是允许拆开转子维护或修理。转子部分的中空圆柱体，布置成在其间有微小空隙，而且内层和外层定子也如此。
有两块、或更多的永磁体安装在空心转子圆筒上。它们等距环绕着转子筒的圆周，并布置成与驱动轴心线平行。外层定子为圆柱体，并包围着转子，其间留有微小空隙，而其轴线与驱动轴心线对齐。理想情况下，磁体安装在外层定子圆筒内，而其极面与轴心线成直角。即，画一直线穿过磁体南极面和北极面，这条直线将指向驱动轴，而一个极面将面向转子。
也可能外层定子磁体是杆状的，并围绕外层定子筒的内表面形成一个完整的环形。如果这样，那么磁环需要用无磁性分隔物互相分开，而外层定子的总长度将被这些磁环和分隔物复盖。这种情况下，内层和外层定子用托架或其它方法安装，使之彼此之间具有固定的联系。
理想情况下，转子被两个定子的磁场固定住，并在其间自由浮动。这是首选方式。然而，也可以由驱动轴运行设备的整个长度，而以滚柱轴承支撑。
一个可能的结构是要有两个各自独立制做的定子。这需要与驱动轴心线精确对称。外层定子片也可安排成能够相对于总在一个固定位置上的内层定子作旋转调整。对这种特别配置的另一个选择是：外层定子组件的距离可以调节，以便外层定子磁体和转子间的空隙能够人工调整。
一个“alpha”角是确定这个角在内层定子磁体的磁轴与内层定子圆周之间相切的那个点。一个“beta”角是确定这个角在转子磁体的磁轴与转子圆周之间相切的那个点。一个 “gamma”角是确定这个角在外层定子磁体的磁轴与外层定子圆周之间相切的那个点。在本发明的优选实施中，每个角在14°和90°之间。
如果内层和外层定子磁体任何一个有矩形或梯形截面，看来是作为由一平面垂直于轴的轴切，这是一个特别的优势。如果转子磁体有一个圆形截面，看来是作为由一平面垂直于轴的轴切，这也是特别有利的。另外，非对称磁体截面是可能的，如梯形、 三角形，或不规则形状截面。
所有内层定子磁体有着相同的形状也是可以的。同样地，所有外层定子磁体有着相同的形状也是可以的。也可所有转子磁体有着相同的形状。然而，不同磁体的北极和南极的定位将不会同等定位，这点将会从下面的详细的描述中看到。
内层定子、转子和外层定子的磁体有一个磁性取向，这会导致它们在转子的每一个角座标上互相排斥。例如，内层定子磁体可以有一个北极面朝外，这样，转子上的磁体北极面朝内朝向内层定子。同样地，外层定子磁体会把南极面向里，以排斥转子磁体的南极。
本发明进一步的特征、细节和优势将会在下面发明实施的说明的和相关的图示中展示，如下所示：
图.1是装置的图示：
图.2a是不带磁体的内层定子斜视图，而图.2b是内层定子与轴心线成直角的视图。
图.3显示了内层定子布局：
图.4是在图.12b里标示的沿着线A--A穿过内层定子的一个断面。
图.5a是一个紧固装置垂直于轴心线的视图，而图.5b是紧固装置在轴心线方向的视图。
图.6是转子透视图。
图.7a是内层定子和转子的概略图。图.7b是磁体在转子中的磁轴的可能角度图解。
图.8a显示了转子磁体布局，在图.16中标示为沿X-Y方向。图.8b在图.8a中显示的转子详图。
图.9a到9h显示了安装在转子里的磁体组的角度的侧视图。下面还会有更详细的描述。
图.10显示了磁体条嵌入转子的位置。稍后将进一步详述。
图.11显示了磁体在转子和定子上的配置，显示作为沿着轴心线的一个断面。
图.12a显示了筒的布局和转子磁体安装前肋条的间距。
图.12b显示的是转子磁体的布局，图中所示视角与转子的纵轴成直角。
图.13显示了转子磁体的阶梯定位。这个视图显示了转子的表面和它的轴，伸展和放平。既这里显示的矩形实际上是转子的整个柱面。 在这个视图中，为了强调阶梯磁体彼此间的关系，没有显示出磁体间的鳍片。
详述
图.1显示的是一个有着内层定子2、一个转子1和一个外层定子3的装置的示图，它们都定位成同轴地围绕着枢杆轴5的轴心线50。筒形定子2在两端各有一盖子13，盖子为带滚珠轴承11的圆盘形。轴承11，维持着内层定子2相对于轴5的定位。驱动轴5通常由一个非磁性材料，如塑料做成（不是钢材），而典型的直径在10mm到40mm，长度在100mm到400mm。
内层定子2有一个外表面安装了磁体8的芯12。夹具4使内层定子2静止锁定在一个机械外壳里（未显示），并以这种方式牢牢固定。
转子1由两个镜像转子筒组成，每个都有圆管部分和圆盘部分，被用平头螺钉10牢牢固定住驱动轴5上。每个转子筒有磁体7安装其上。这些磁体7，定位在五个不同的地方，有一个磁极面向轴，另一极呈放射状朝外。
转子筒的定位使它们与内层定子2间有一个柱面空隙。此空隙通常大约为3mm至50mm。虽然转子的两个部分被防止内层定子跟随旋转的机械夹具4分隔，转子两个部分的定位是要使其间的磁体平衡，这样在轴5高速旋转时就不会有不规则力产生。在转子筒两端，有磁体700，作为本设计的目的是使转子磁悬浮。
外层定子3由分开的两个半个的缸9组成。每个缸9的内表面有磁体6。虽然外层定子的每个部分由中空的圆缸组成，定子外壳的外端形成一个完整的圆盘包围着驱动轴5，并形成了完整的封装，而不是让该设备在两端呈开放状态。安装在柱面框架9的内表面上的磁体面之间有空隙，而磁体面安装在转子上。这些磁体组互相面对面，而且它们之间的空隙也是典型的3mm到50mm。每个定子的磁体平行于轴心线50。外层定子的构造使之能相对于内层定子移动，从而改变其磁性的重叠。可以在电机实际运行时通过移动外层定子做出更改。
磁体6、7和8是偶极磁体，首选是永磁体，例如由钐钴磁或钕铁硼组成。也可以把这些磁体中的一个或多个做成电磁铁。磁体6、7和8的磁通量密度在0.6到1.4特斯拉为佳。
框架最好是由非磁性材料如铝来制做，壁厚从2mm至10mm。
图.12a显示了用非导磁材料（如铝或铜）做的内层定子框架。框架12有一个圆形套筒120，连接在其外表面的是放射肋121。每条肋各自沿套筒120的中心轴线伸展至套筒的完整长度，即从其底部到顶部表面。肋条均匀分布在套筒的圆周上，形成沟槽122。套筒120有一中心孔，轴5沿轴心穿过它而运转。套筒120两端表面均凹陷以配置滚珠轴承11。
定子芯12的直径通常是50毫米至100毫米，长度为300毫米至500毫米。肋条121的宽一般不超过100毫米，而通常是肋条121长度的约20%。
图.12b是内层定子2的示意图。内层定子2由内层定子框架12、磁体8和端盖13组成。磁体8的长度相同，但比定子芯12短。这些磁体形成定子的外表面。它们固定在沟槽122中，并以肋条121进行定位。第一块磁体8--1与端盖13齐平嵌入。其它的磁体8每一个都沿着轴心线50偏移V配置，以使磁体的阶梯是个偶数，而最后一个磁体8--10与另一端的盘13顶头。轴偏移V是全部间隙W除以（n－1），这里n是磁体数，因此V则因使用磁体数的不同而不同。典型的配置中，V是磁体8长度的5%。
端盖13的直径是50mm到500mm，而厚度是5mm到20mm。磁体8的典型长度为100 mm。磁体尺寸配置以使其可以安装在沟槽122中，内层定子2有一个大体上均匀的外表面。
图.13显示了内层定子2外表面的展开视图。这里，十块磁体8以偶数间距排列。在下侧的磁体依轴心线50的方向逐渐阶梯形递进，因而它们在靠近定子中心的宽度要比其外表面窄。第一块磁体8--1安装时以其端面与内层定子芯12的基础125对齐。其余九块磁体（8--2到8--10）每一个均按偏移量V偏移，以其最后一块磁体8-10到达内层定子芯126表面顶部。
图.14显示穿过内层定子2沿着图.12b的平面A-A的剖面。内层定子2有一个中空圆柱体120，轴5的中心线由此穿过。贯穿圆柱体外表面的是肋条121。中空圆柱体120典型直径是100mm和长度170mm。肋条121之间的空隙安装磁体8。当以平面A--A看时，这些磁体有一个梯形截面。这些磁体有两个磁极，而磁体的定位要使磁轴80贯穿通过两极在平面A--A部分里是径向的。一个磁体8的磁偶极子磁轴80和对肋条121切线81的交叉点上形成的一个角度α[alpha]可以在14°到90°间取值。在图.14的情况下角度alpha是90°。
图.15a显示垂直于轴心线50的紧固装置4的视图。紧固装置4有一个内部空心筒40，有着较小的半径，而外部固定环板41则有着较大半径。内层空心筒40与外层环固定板41连在一起。空心筒40用于接收和使用螺钉10的方法固定内层定子2。紧固环41是机械外壳的一部分（未显示），用于使设备牢固。
图.15b显示的是紧固装置4朝着轴心线50方向的视图。安装环形板41在其外缘有四个螺钉10用于连接空心筒40在其圆周上的机械外壳，大量的螺钉10用于固定内层定子在适当位置。
图.16是转子1的视图，用螺钉10的方式把它锁紧在轴5上。转子1由连接到中央空心轴的两个单独筒组成。安装在其外表面的是一系列嵌入圆孔的磁体7。转子本身的构造是用铝或铜等非磁性材料做成。两个转子筒之间的距离是15mm，外径165mm，70mm高和壁厚26mm。每个转子筒有一个顶部表面环形盘102，有两个或更多个磁体700嵌入其中。这些都被均匀地安装在圆盘周边，如图所示。磁体700的磁偶极子平行于轴心线50。
图.17a是当平行于轴线50的视角来看转子磁体7的可能取向的图示。转子磁体7的磁偶极子的磁轴70是在一个径向于轴心线50的平面中的。β [beta] 角在磁偶极子磁轴70和切线71之间，而切线71切破转子1的空心圆筒101的外圆，这个角度的值在14到90°之间。
图.17b是一个转子筒和内层定子2的一部分的视图，这里的视角垂直于轴心线50。转子1以螺钉10牢牢地锁紧在轴5上。轴5穿过一个滚珠轴承插入内层定子2，因而能够相对于内层定子自由旋转。转子有两个筒形、或钟形部分围绕着内层定子。转子1有一个中空圆柱段101，从102的顶表面伸出来。由于内层定子是固定的并通过锚具防止它旋转（部件4在图.1），转子旋转带动空心柱101绕着它转动。转子1的空心筒101与内层定子2分隔的环形间隙是G1。转子1的空心筒101有磁体7嵌入其上的孔中。转子1的顶表面102也有孔洞在其中，这是用于安装磁体700的。
图.18a显示的是转子鼓1的两个部分的外表面的X--Y平面的平面布局，而不是弯曲成圆，如图.16所示。该表面垂直于轴心线50，磁体7的排列从701行到708行。每一行均与邻行略有偏移，致使磁体7有一个曲折的布局。
图.18b显示大样详图，磁体7的定位如图.18a所示。在705行和706行里的磁体7中心有一个分隔常量f在它们的边缘之间。相邻任意两行之间的距离，如705和706，选择使其排列成如图.18b所示，以在相邻列的磁体边缘之间以长度d为常量磁分离。例如，磁体7051和7052的分隔距离与相邻行706的磁体7061和7062完全一样。同样，7051、7052和7061磁体中心形成一个等边三角形。在701到708的七列磁体都是这种关系。虽然磁体7在图中显示是圆形，但也可以是其它形状，如方形或六角形。
长度d的范围从约3mm到50mm。首选距离是5mm。距离f的范围从约10mm到70mm。
图.19a显示该装置有一条纵骨部分穿过机械外壳，既与轴心线50平行。机械外壳包括支承片4，作为固紧内层定子2，防止它旋转，安装导向装置19是为了给外层定子3的可移动部分作调整，而旋转螺杆14可使外层定子3的部分相对于转子和/或内层定子2移动。螺杆14有两个部分的螺纹，方向相反（左手和右手螺纹）。这个轴的旋转导致外层定子壳的的两个部分对称地向相反方向移动，向里或向外。导向装置19安在齿轮轴14上，因而它们在一个平面里移动。外层圆柱段9罩着外层定子3，牢固地连接着端盖19。典型的机械外壳尺寸高为400到600mm，宽400mm和深530mm。
图.19b是穿过外层定子3的断面，该断面平面垂直于轴心线50。 外层定子3安装在其中，一圈非磁性的紧固件18，在它们之间是被锁牢的磁体6。为了清楚起见，只有部分磁体6显示，虽然在外层定子3的整个周长上都安装了这些磁体。磁铁6和非磁性紧固件18大小的选择，使它们形成一个中空的圆柱体，它的中轴线在轴心线50的方向上。磁体6的磁偶极子磁轴60垂直于轴心线50。在磁偶极子磁轴60和外层定子3的空心圆柱体外缘切线60之间的γ[gamma]角，在14到90°之间。外层定子3连接到安装座4，其中包括安装支柱20。
图.20是装置的机械外壳透视图。外壳两端都有端板21a、21b，与四个支柱20连接。在端板的中央区段安装了板4以固定内层定子2。两端中间均有一孔，允许驱动轴5从中穿过。在四个安装支柱20上，可移动的端板19是支承外层定子3的部分的外壳。它们靠旋转螺杆14（图中未显示）移动。
图.21显示外层定子3的磁体6、转子的磁体7和内层定子2的磁体8之一在优选实施中的相对位置。该次序是指外层定子3的两个部分尽量接近对方的情形。这种情况导致的三个磁层的完全重叠。双极子磁体6、7和8的北极用字母N、南极用字母S标示。
在内层定子2外缘和转子1内缘之间的是空隙G1，而在转子1外缘和外层定子3的内圈之间是空隙G2，可以由3mm到50mm取任意值。
图.22显示的是三个磁层6、7和8在横截面B--B垂直于轴心线50看上去的配置，作为首圈的优选实施是坐落在内层定子2上，按十点钟均匀地分布在内层定子磁体8的外边缘。外层定子3的每一半均有18块磁体6环绕着两个圆柱体的每一个的圆周均匀分布。磁体6有一个梯形断面。图.22显示的是偶极磁体6、7和8的择优取向。磁体6、7和8的北极用字母N、南极用字母S标示。
在内层定子2上的磁体8的数目的优先比，转子1的两个转子筒上的磁体数目和外层定子3的两部分上的磁体6数目在下表中给出：
图.23显示的是所用磁体的最佳尺寸。
图.23a 显示了外层定子3的磁体6的最佳尺寸。在轴心线50的方向上，磁体6的长度是75mm，梯形截面高50mm，上宽为25mm，下宽为20mm。
图.23b显示了内层定子2的磁体8的最佳尺寸。在轴心线50的方向上，磁体8的长度是100mm，梯形截面高25mm。上宽为25mm，下宽为10mm。
图.23c显示了转子1的磁体7的尺寸。磁体7是一圆柱体，圆柱体的纵轴与磁偶极轴70相吻合。圆柱体高20mm，直径20mm。
必须理解的是，这里或那里提到的磁体尺寸可能会有50％的不同，事实上，其他的变化可使用磁体的大小超出该范围。
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