采用亚当斯设计的鲁特克
本帖最后由 能量海 于 2017-8-7 03:00 编辑
第二章:动脉冲系统
采用亚当斯设计的鲁特克
1999年，两名澳大利亚人，约翰•克里斯蒂（John Christie）和路德维希•布里茨（Ludwig Brits）采用了罗伯特•亚当斯（Robert Adams）的设计并为此获得了专利，称它为鲁特克（Lutec）。他们的专利于2003年发布，且考虑到罗伯特•亚当斯和哈罗德•阿斯普登的 1995 年专利仍然生效，我不清楚鲁特克专利是怎样得以颁发的。不过，令人鼓舞的是看到罗伯特设计的成功实施。它们达到了COP=5的净一千瓦的功率输出，但造成的重大失误就是企图制造和销售这种发电机，这会有切断石油公司的利益，其结果是，他们不再提供组件，而据我所知，一台也没卖掉。其想法是，这些一千瓦的模块可以一个堆叠到另一个的顶部，以产生更高的输出。
这里是他们的专利摘要的复述：
摘要
一个控制旋转装置的系统，系统由一个控制器和一个旋转装置构成，有一个定子和转子，其控制器连接到旋转装置以控制旋转装置的旋转，而其控制器适用于周期性激励装置的激励线圈来创建极性磁场，诱导转子以单一方向旋转，然后，当其它的力——不是产生于激励线圈的力——产生一个诱导转子向那个方向旋转的合力时，其控制器关闭，激励线圈断电。
描述：
发明领域
本发明是关于用于产生扭矩的马达和用于产生电力的发电机的。
发明背景
一个由定子和转子构成的、典型的电动马达。电动马达运行基于的原理是：电流通过导体产生磁场，如一个导线线圈的电磁里的电流方向确定磁体磁极的位置以及同名磁极相斥和相反磁极相吸。
通常称为场结构的定子在电机中建立一个恒定磁场。通常情况下，磁场是由永久磁建立的——即所谓的界磁，并绕转子等距间隔。转子或电枢通常由一系列间隔相等的线圈构成，可以通电产生磁场，从而有北极或南极。
通过保持线圈通电，转子和定子的的磁场相互作用，产生转子的旋转。要确保旋转发生在一个单一的方向上，换向器通常连接到转子的线圈绕组上，从而改变施加到线圈的电流的方向。如果电流的方向没有反转，转子会朝一个方向旋转，然后在能够完成一个完整的周期之前反转其旋转方向。
上面的描述是典型的直流电机。交流电机没有换向器，因为交变电流是自主地反转其方向的。对于典型的交流电动机——如感应电机，转子不直接连接到外部电源。交变电流绕着定子里的励磁线圈流动并产生旋转磁场。这个旋转磁场在转子里诱导电流产生另一个磁场。这个从转子感应的磁场与定子的磁场相互作用使转子转动。
发电机实际上是电动马达的反面。不是供应电力给定子或转子的线圈，而是“原动力”产生的物理力转动转子或电枢。其实就是发电机将机械能转变为电能。
发明摘要
本发明的目的是提供一种改进的旋转装置，与传统的旋转装置相比，其运行在效能上是得到改良的。本发明还涉及到提供一个用于控制旋转装置的系统，能够产生电能和/或机械能。
按照本发明，提供了一种用于控制旋转装置的系统，该系统包括一个控制器和一个旋转装置，有一个定子和转子，其控制器连接到旋转装置以控制旋转装置的旋转，并藉控制器以适配于周期通电，当其它的力——不是产生于激励线圈的力——产生一个诱导转子向那个方向旋转的合力时，至少一个装置的激励线圈创建一个极性的磁场，诱导转子向一个单一的方向旋转。
在其它力的合力作用于转子向相反方向旋转期间，最好是使控制器适配于通电激励线圈一段时间，藉以激励线圈所施加的力克服、并大于合力。在合力为零前，控制器最好能适配于关闭，去断开激励线圈，并在合力为零前，让其它力诱导的反电动势推动转子向一个单一的方向旋转。最好是合力不包括反电动势所产生的力。
激励线圈可由控制器通过转子的一个周转的预定角度适配于激励。或者，激励线圈由控制器控制电机的每一次周转预定的时间周期适配于激励。于是最好，每个激励线圈通电多于转子的一次旋转（周期）。每一个激励线圈可以在合力每次对转子施加一个方向相反的力时通电。每个激励线圈可由控制器应用周期脉冲通电。周期脉冲最好都是相同的信号。
每当合力方向相反时，每个激励线圈通电，然后经过一段小于该周期的时间，合力从零到最大值然后再回零地变化。
在一个实施例中，定子至少有一个激励线圈。转子可能至少有一个能够产生磁场的磁场发生器，与每个激励线圈通电时生成的磁场相互作用，施加一个力使转子向一个方向旋转。每个激励线圈最好包括一种既能用于排斥、又能用于吸引磁场发生器的磁相互作用的装置。
在另一个实施例中，磁相互作用装置适配于吸引磁场发生器。磁相互作用装置可包括能够被磁铁吸引的黑色金属体或另一种物质体。磁场发生器可以是一块永磁。磁相互作用装置可能是铁芯或永磁。最好是磁场发生器包括一个永磁或受磁铁吸引的组件。
定子最好由均匀间隔分布在转子上的多个激励线圈构成。每个激励线圈最好是电磁铁。最好每个激励线圈包括通过其线圈的磁相互作用装置。最好转子由多个均匀分布的磁体构成。
在一个实施例中，转子由多个均匀间隔的永磁体构成，它们可以全部极性相同。均匀的磁场发生器可以成为可通电线圈模拟磁铁。最好是磁场的两极产生装置都一样。由通电的激励线圈产生的磁极可能与那些磁场发生器的相同。
定子的磁场发生器可以是永磁。最好转子有几个激励线圈和一个换向器。转子可以是一个电枢，而定子可以是一个激励绕组。最好是转子磁场发生器由直流或交流电流的外部电源通电。定子的磁相互作用装置可以由线圈运行在交流或直流电流上通电。
按照某个实施例，定子至少包括一个感应线圈，适配于由转子的磁场发生器诱导的电流。每个感应线圈可与每个激励线圈分开。每个感应线圈也应是一个激励线圈。每个激励线圈能适配于连接到一个输出电路，由此每个激励线圈的感应电流输出到输出电路。
那个开关电路最好宜于整流感应线圈里感应的电流，而那个整流在每个激励线圈由电源供电之前出现。最好是电流输出到输出电路，适于用来运行电气设备。控制器最好由一个开关电路组成，适配于把每个激励线圈连接到输出电路，当没有生成电流给激励线圈时，控制器提供一个开关电路。控制器可以是一个旋转开关，至少有一个对准每个磁场发生器的触点，并且至少有一个触点对准转子的永磁体。
旋转开关可以有与磁场发生器——通常是磁铁——数量相同的触点。每个触点可有一个随垂直高度和锥形的从顶部到底部宽而变化的宽度。理想地，旋转开关由能够垂直移动的可调电刷构成。旋转开关和转子可以置于同轴的中心轴线上，并安装在一个公共轴上。最好转子开关被安装在一个与转子分开的槽内。
在一个实施方案中，每个激励线圈在通电时位于与相邻的磁铁相斥的位置。每个激励线圈可适配于每个周期的仅有的一个预定时间段的反电动势的激励——这发生在给激励线圈的电流被关断后。
在进一步的实施方案中，每个激励线圈要适配于吸引转子的磁场发生器。本发明仔细考虑多种变型去构成上述系统的组件。例如转子/定子的电流、电压、生成的磁场、磁铁磁极的数量都可以改变，并将相应地影响的激励线圈的切换的定时。旋转装置可以在定子/激励绕组上比在转子/电枢上有更多数量的生成磁极，或反之亦然。在一个实施方案中，这两者的磁极数是相同的。
由控制器控制的激励线圈的开关最好适配于反电动势产生的影响最大化。最好是激励线圈有效地提供一个最短时间的脉冲电流，其持续时间足够维持转子的旋转，并产生一个所需的扭矩或电流输出。
附图简述
本发明的优选实施方案现将通过仅参考附图的示例方式描述：
图.1显示的是一个作为控制的旋转装置的前视图的截面，由此与本发明的第一个实施方案一致；
图.2所示的是图.1所示的控制器的顶视图；
图.3所示的是图.1所示的控制器的侧视图；
图.4A展示了根据本发明第一实施例的、用于控制旋转装置的系统示意图；
图.4B展示了图.4A所示的旋转装置示意图；
图.5显示的是图.4A所示系统的永磁M1的力对角坐标的图示；
图.6显示的是图.4A所示系统的输入电流对每个磁铁的角运动的四个系列曲线图；
图.7展示的是图.4A的旋转装置的每个线圈的输入电压对输入电流的图示；
图.8显示了天然的磁引力对有着单个的永磁的转子和有着单个的激励线圈的定子的角位移变化的示意图，与本发明的第二实施方案一致；
图.9显示了与本发明的第二实施方案一致的磁场对角位移的图示；
图.10显示了与本发明第二实施方案一致的诱导感应对永磁的角位移的图示；以及
图.11显示了与本发明第二实施方案一致的诱导感应的电磁力对永磁体角位移的另一个图示。
图示详述
如图.4A所示，根据本发明的第一个实施方案，系统是由有四个彼此成90°均匀分布的永磁M1、M2、M3、M4的转子11构成的。
系统包括由三个彼此分开间隔120°的电磁体激励线圈A、B、C构成的定子12。
线圈A、B、C每个都与一个54伏电源和开关RS1、RS2、RS3的电路连接。每个触点RS1、RS2、RS3是旋转开关13的一部分，有着触点14、15、16、17，它们与相邻的触点间隔90°。
旋转开关13有着接触电刷18、19，并安装在与转子11的轴同一或公用的轴20上。
每个触点14、15、16、17专门设置成梯形，与两个非平行边组成直边21和斜边22，其锥形是从顶部23向外到底部24的。其结果是每个触点从顶部移向底部24在宽度上增加。
电刷18能相对于触点14、15、16、17垂直移动，而电刷19则与底座一直接触。虽然图.1显示了旋转开关13只有一组的四个触点14、15、16、17，对于图.4A所示的三线圈定子，其实最好是轴20上的三个接触盘。每一个接触盘对于线圈A、B、C都会有一个相应的触点，但每个电刷对另一个盘都会分别偏置30°60°。
图.1到图.4A所示系统的运行描述，现将详尽解释如下。如果假定磁体M1、M2、M3、M4的初始对齐如图.4A所示，与磁体M1相对的线圈A的一端，每当磁体M1到M4与它相对对齐，并且永磁通过后达到了预定的时间，线圈A受激。
如图.6A所示，线圈A通过触点RS1通电，通过旋转开关13提供电连接。这是通过触点14至17当中的一个与电刷18对准接触而出现的。这时，电源VA施加的电流持续施加到电刷18，直到不再与触点14到17中的一个接触。
对于第一实施方案的三个线圈/四极配置，最好是把电刷移到竖直位置，其每个触点的宽对每个开关RS1、RS2和RS3闭合为转子11的旋转的12°51分50秒是足够的。此后，开关RS1至RS3是打开的，并不再有电流被传递到线圈A至C中的任何一个。当每个线圈的电流断开，在每个线圈A至C感应到一个反电动势，然后Z项所代表的反电动势使电流在触点RS1至RS3被打开后，在每个线圈中保持另外一个小小的时间周期。通过以上述方式把线圈A切换到C，转子11能用一个比定子所需量低的输入电流被诱导旋转――如果电流不断地输送到线圈A至C。
下面的表1显示了转子13上的磁体M1到M4对于磁体从5°到30°角位移的角坐标。
如示，当转子13的磁体每次旋转到50时，转子上的合力从5°到15°、从15°到30°由逆时针力向顺时针力改变。在0°、15°和30°，转子上的合力为0，以致如果转子上的永磁与其中的任何一个方向对齐，就不会有顺时针的或逆时针的合力来推动转子。
如图.5所示，施加到转子的某个数量级大小的合力对转子的角位移显示正弦曲线具有30°的周期。对于转子的一个完整的360°旋转，转子将经受合力的12个周期变化。
表1和图.5显示的是，除非施加额外的力去顺时针或逆时针转动转子，否则转子在哪个方向都不能持续旋转。如果想要顺时针旋转转子，则这个力必须克服逆时针的合力――它出现在转子的整个360°旋转中的0到15°、30°到45°、60°到75°，等等。
因为线圈A到C每一个都有铁芯，即使当线圈没通电的时候，每个磁铁和铁芯之间产生天然磁吸力会导致每个磁铁M1到M4企图在一个方向移向最近的铁芯。每当磁铁与铁芯相对时，磁吸力最大，并且没有磁铁施加的力去移动转子——无论是顺时针的或是逆时针的。同样，当磁铁位于相邻的铁芯的中途时，合力也为0，这变成那个磁铁没有合力施加给转子使它向两个方向转动。
如图.5和表1所示，如果磁体M1顺时针移动5°，磁体M1和线圈A的铁芯之间有一个天然的吸力以逆时针方向去拉磁体M1。如果由其它磁体施加的合力足以克服永磁体M1和线圈A铁芯之间的吸力，转子会一直企图顺时针移动。然而，如表1所示，M2到M4的其它磁体的角位置引起一个逆时针方向的总合力。为了克服合力，有必要在线圈A产生一个极X，与磁体M1同极性，从而把M1推离线圈A。
如图.5所示，线圈A和磁体M1之间的磁斥作用的强度必须足以克服合力，促使转子逆时针移动。
可以给线圈A施加电流得到磁体M1的15°角位移，但最好是线圈A只通电到磁体M1的12°51分50秒的角位移。通过施加电流到线圈A，用于此期间角位移，一个最小量的电流施加到线圈A以克服磁体M1的0°到15°发生的角位移的逆时针合力。
虽然可以比这个周期更长地施加电流到线圈A，但发现通过施加这个周期的电流，线圈A中感应出一个反电动势，通过线圈A增加施加到磁体M1的斥力。每次磁体M1到M4中的一个与线圈A在0°对准，线圈A为那个磁体的角位移通电了12°51分50秒。从而，如图.6所示，电流最终在0°至12°51分50秒、和从90°至102°51分50秒、并从180°至192°51分50秒、以及从270°至282°51分50秒被施加到线圈A。
类似的切换模式被应用到线圈B和C。例如，当磁体M2移动了30°，到当它移动了42°51分50秒时，线圈B通电，而同样地当磁体M3移动了60°，到72°51分50秒时，线圈C通电。最好是转子的直径为230毫米，而每个线圈具有6.8欧姆的电阻。
图.7展示的是6.8欧姆的线圈电阻和230毫米直径的四极转子的输入电压对输入电流的图示。用于切换线圈开和关的确切时标序列将根据旋转装置和控制器的参数而有所不同。因此，通过改变输入电路的输入电压，对于每个线圈的线圈电阻和输入电路的总阻抗，线圈在必须打开的期间将改变。事实上，有许多因素可以改变切换线圈打开的时标序列，其中的部分概述如下：
定子
这些变量包括构建定子铁芯中使用材料的选择、定子铁芯的数量及其定位、以及实际尺寸、截面面积和定子铁芯形状。
转子
极化的永磁体的实际尺寸和磁强、以及形状如同容纳在转子中，相当数量的极化的永久磁化体被包含在转子中，相同定位和间距，起着所有永磁体同极性的作用，或起着永磁体极性交替的作用。
定子线圈
线圈的实际大小定位到定子铁芯上，用于绕制线圈的导线类型——如铜、银、铝或其它的。绕组导线的形状和截面面积——如圆形、方形、三角形、矩形和其它的；绕在线圈上的匝数和层数及其欧姆电阻；线圈支架上的绕制方法，单个绕组，双绕组，同向双绕组，异向双绕组，左到右或右到左，交织绕组，不管上例是否绕制在一个单个的线圈座上。
转子速度
这可以通过管理一段（输入）直流电（导通和断开一段时间）——和/或调控所用的电源电压去供应定子线圈来控制。
其它可以对系统变型的有以下方面：
a. 线圈可以串联、 并联、或串并联连接。
b. 只有当永磁体的北/南极配置用在转子中时，偶数永磁体是必要的，但并不一定在定子中定位的定子线圈是双数对。此外，上面供应给定子线圈的北南配置的直流电流方向必须同步，也就是说，根据需要，定子线圈中的磁场必须与定子线圈、面对永磁体的铁芯端对应极性。
c. 当使用都是同极的永磁体时，则转子里可用任意数目的永磁体，在转子上有足够的空间来容纳它们等距间隔。
d. 永磁之间的间隔必须精确，如果彼此太靠近，定向直流电流会变得不那么有效；如果相隔太远，则不能得到全电势。
e. 永磁和定子线圈铁芯可以有各种相似、但不限于以下的组合：
1. 三个磁铁的转子，可用一至三个定子线圈。
2. 五个磁铁的转子，可用一至五个定子线圈。
3. 九个磁铁的转子，可用一至三个或九个定子线圈。
4. 组合不同输出不同。
5. 无论转子的永磁体是不是偶数，定子只能以一个定子线圈和定子铁芯运行，并依然是高效的，但随之降低总输出。
f. 定子和转子应由非磁材料制成，如木材、塑料、青铜和类似的非磁材料。
虽然切换是由一个机械旋转开关以其最优形式进行的，它还能由固态电子元件或其它开关设备执行。每个线圈的导通周期长度是实际长度比。电刷与旋转开关的导电部分和非导电部分接触时，这个比率称为在一秒钟内的频率或次数比。由旋转装置产生的输出可以同时是机械的和电子的，也可以主要是电子的或主要是机械的。其原因将参照第二实施方案予以说明，即假设定子有一个单个带铁芯的激励线圈，而转子有一个单个的永磁。
当转子的永磁用手在顺时针方向非常缓慢地旋转时，能确定的地步转子永磁和定子铁芯之间的天然磁吸力产生的点。当永磁的前沿如图.8所示已到达点A，天然磁吸力开始，并成倍增长，直到永磁中心在点B对准相对的铁芯30。如果永磁转离点B，天然磁吸力将在点B为最大值，然后从那个最大值成倍降低，直到永磁的后沿到达点C，然后停下。
当转子恒速顺时针移动，并连接示波器到定子线圈时，可以观察到如图.9所示的点A和点B之间、然后是点B和点C之间的永磁运动。
诱导的感应曲线于是显示在示波器上，这种诱导的感应产生一个正弦波曲线31。此外，点A和点B之间诱导的感应在此例中是一种负向诱导感应，而此例中点B和点C之间的诱导感应是一种正向诱导感应。还要注意负向和正向诱导感应曲线完全相同，但彼此相反。
当永磁开始在定子线圈中的正弦波曲线31的0°诱导一个负向感应时，诱导的感应当时为0。正弦波曲线90°诱导的感应处于最大值，然后当永磁对准点B、或在正弦波曲线的180°时返回到0。那时永磁开始从它与点B对准处、或是正弦波曲线的180°处移开。
当永磁开始移离其对准的点B，并移向点C时，现在正向诱导的感应先在正弦波曲线的180°的0，然后在正弦波曲线的270°的最大值，然后回到正弦波曲线的360°的0。应当指出的是，正弦波曲线的0°和360°不必与正弦波曲线的点A的0°和点C的360°相同。点A和C是由转子的永磁强度和定子铁芯的截面面积和/或形状来确定的。
正弦波曲线的0°和180°之间的负向诱导的感应在定子线圈和相反极性的铁芯中产生一个电磁力。这种情况下，面对转子的铁芯端面是以相反极性对永磁的，如图.10所示。正弦波曲线的180°和360°之间的正向诱导的感应在定子线圈中产生一个电磁力，而铁芯端中的同极铁芯面对转子，这种情况下与永磁同极。当永磁到达点A，永磁和定子铁芯之间的天然磁吸力在其最小值，并开始移向点B。当诱导的感应于是也开始在正弦波曲线的0°出现时，点A和点B之间的某处，天然磁吸力已经增加。
当永磁在正弦波曲线的0°并朝着点B、或正弦波曲线的180°移动时，定子线圈中的负向诱导感应在定子铁芯中产生一个电磁力（场），以铁芯端面向转子，作为永磁的相反极性，并在正弦波曲线的0°处于零效应，然后到正弦波曲线的90°最大效应，然后再返回到在正弦波曲线180°的零效应。
永磁于是在点B对齐。那里的磁吸力与距离成正比，而当从点A向点B移动时，它成倍增加。那里定子铁芯是固定的，并驻定在点B。因此，它将是移向点B的永磁。
例如，如果定子铁芯也被极化成相同强度、但与永磁相反磁性的永磁，但相反的极性与永久磁铁的，如前面所解释的，由于距离因素，磁吸力至少会强四倍。此外，这同样会因为磁南北极配置之间磁力的加倍而出现。由此可见，当定子线圈中诱导的感应在如上描述的、面对转子的定子铁芯端产生相反极性的电磁力时，在永磁和朝向转子的铁芯端之间的磁吸力急剧地增加。这个增加循着正弦波曲线从正弦波的0°开始到90°，而上述效应从正弦波曲线的90°返回至180°降低。
“导通”期长度必须足以克服天然磁吸力，并能够长到后沿到达点C的天然磁吸力停止处。然而，定子线圈中当永磁产生正向诱导的感应时，而在定子或面对转子的铁芯端产生一个电磁力，在那个瞬间，当永磁在正弦波曲线的180°或点B和零开始时产生了一个同极性。在正弦波曲线的270°，它为最大值，然后在正弦波曲线的360°以零结束。换句话说，正弦波的270°，这个力为最大斥力，而定子线圈里诱导的感应取决于转子的速度。转子速度变化的影响由图.11的曲线35表示。
如图.11所示，无论转子什么速度，定子线圈中诱导的感应在正弦波曲线的270°都处于最大值。
导通期可被带回到的点位——这里的诱导感应大到足以携带电磁斥力穿过正弦波曲线的360°并越过点C。因此，如前所述，由于定子线圈中很高的诱导感应，转子速度越快，必须输入的直流电流的导通周期越短。当“导通”期关闭，这里被称为“切断”点。从切断点到正弦波曲线的360°，斥力是由反电动势产生的，如前所述，定子线圈中诱导的感应。
导通期间，点B的定子铁芯和永磁之间产生的磁斥力可视为组合斥力。这种力有些是由永磁的天然磁斥力产生的，而有些则是输入直流电流供给定子线圈时所产生的。
因此，如果由定子线圈中的输入直流电流产生的感应磁场的力使之与相同极性的永磁体相等，在这种情况下，则导通期和切断点之间一半的斥力，是永磁的天然磁斥力作为对定子线圈输入直流电流的供给而对感应磁力的反应。输入直流电流作为定子线圈的供给而产生磁斥力，并且是系统整体点A和点C之间整个运动的唯一的外部输入。
全部输入可以概括为：
a. 在定子线圈中点A到点B之间由诱导感应产生的天然磁吸力和电磁力组合。
b. 永磁和对着转子的定子铁芯之间的在导通周期和切断点的磁斥力组合。
c. 切断点和点C之间的电磁斥力 (见前述的诱导感应) 。
d. 如由图.11的阴影部分36表示的反电动势产生的电磁斥力。
在本发明的另一个实施方案中，定子的两个线圈被置于彼此相对的180°位置上，而转子有三个间隔为120°的永磁。如下面表2阐明的，0到30°，合力迫使转子逆时针转动。在30°，合力为0；而30°到90°，合力是顺时针的。90°到120°，合力是逆时针的。这样完成一个完整的周期，它在转子360°旋转全程里重复三次。
用上面的磁极和线圈设置，如果要转子顺时针移动，每当它逆时针时，需要供给定子线圈电流去克服逆时针的力，但如前面所解释的，在合力为逆时针的整个周期，无需电流供给线圈去激励线圈。
为便于解释，上述实施方案被限于定子上的永磁体和转子上的线圈。然而，如果用永磁代替线圈，得到激励而生成适当的磁极，隐藏在本发明背后的基本概念并没有改变。
对于一个交流旋转装置也是类似的，由定子绕组或转子/电枢绕组产生的旋转磁场同样可以切换，以降低所需电流量，去保持电机在一个方向旋转，并使电机单一方向保持旋转上的反电动势的影响最大化。
上述原理也适用于线圈受到激励而产生磁场的发电机。在这种情况下，线圈接通时间足以维持单向旋转，并最大化反电动势的影响，使之趋于维持转子或电枢的单向旋转。
通过利用上述理念可以以产生一个输出，在同一时间，既可以是机械的，也可以是电的。定子线圈绕组中产生的电流可以被用作输出，而转子产生的转矩也可以被用于提供机械输出。同样地，只有一种或其它形式的输出都可以利用。
第二章:动脉冲系统
采用亚当斯设计的鲁特克
1999年，两名澳大利亚人，约翰•克里斯蒂（John Christie）和路德维希•布里茨（Ludwig Brits）采用了罗伯特•亚当斯（Robert Adams）的设计并为此获得了专利，称它为鲁特克（Lutec）。他们的专利于2003年发布，且考虑到罗伯特•亚当斯和哈罗德•阿斯普登的 1995 年专利仍然生效，我不清楚鲁特克专利是怎样得以颁发的。不过，令人鼓舞的是看到罗伯特设计的成功实施。它们达到了COP=5的净一千瓦的功率输出，但造成的重大失误就是企图制造和销售这种发电机，这会有切断石油公司的利益，其结果是，他们不再提供组件，而据我所知，一台也没卖掉。其想法是，这些一千瓦的模块可以一个堆叠到另一个的顶部，以产生更高的输出。
这里是他们的专利摘要的复述：
专利：美国6,630,806 7 2003年10月 发明人：约翰•克里斯蒂和路德维希•布里茨
控制旋转装置的系统
控制旋转装置的系统
摘要
一个控制旋转装置的系统，系统由一个控制器和一个旋转装置构成，有一个定子和转子，其控制器连接到旋转装置以控制旋转装置的旋转，而其控制器适用于周期性激励装置的激励线圈来创建极性磁场，诱导转子以单一方向旋转，然后，当其它的力——不是产生于激励线圈的力——产生一个诱导转子向那个方向旋转的合力时，其控制器关闭，激励线圈断电。
描述：
发明领域
本发明是关于用于产生扭矩的马达和用于产生电力的发电机的。
发明背景
一个由定子和转子构成的、典型的电动马达。电动马达运行基于的原理是：电流通过导体产生磁场，如一个导线线圈的电磁里的电流方向确定磁体磁极的位置以及同名磁极相斥和相反磁极相吸。
通常称为场结构的定子在电机中建立一个恒定磁场。通常情况下，磁场是由永久磁建立的——即所谓的界磁，并绕转子等距间隔。转子或电枢通常由一系列间隔相等的线圈构成，可以通电产生磁场，从而有北极或南极。
通过保持线圈通电，转子和定子的的磁场相互作用，产生转子的旋转。要确保旋转发生在一个单一的方向上，换向器通常连接到转子的线圈绕组上，从而改变施加到线圈的电流的方向。如果电流的方向没有反转，转子会朝一个方向旋转，然后在能够完成一个完整的周期之前反转其旋转方向。
上面的描述是典型的直流电机。交流电机没有换向器，因为交变电流是自主地反转其方向的。对于典型的交流电动机——如感应电机，转子不直接连接到外部电源。交变电流绕着定子里的励磁线圈流动并产生旋转磁场。这个旋转磁场在转子里诱导电流产生另一个磁场。这个从转子感应的磁场与定子的磁场相互作用使转子转动。
发电机实际上是电动马达的反面。不是供应电力给定子或转子的线圈，而是“原动力”产生的物理力转动转子或电枢。其实就是发电机将机械能转变为电能。
发明摘要
本发明的目的是提供一种改进的旋转装置，与传统的旋转装置相比，其运行在效能上是得到改良的。本发明还涉及到提供一个用于控制旋转装置的系统，能够产生电能和/或机械能。
按照本发明，提供了一种用于控制旋转装置的系统，该系统包括一个控制器和一个旋转装置，有一个定子和转子，其控制器连接到旋转装置以控制旋转装置的旋转，并藉控制器以适配于周期通电，当其它的力——不是产生于激励线圈的力——产生一个诱导转子向那个方向旋转的合力时，至少一个装置的激励线圈创建一个极性的磁场，诱导转子向一个单一的方向旋转。
在其它力的合力作用于转子向相反方向旋转期间，最好是使控制器适配于通电激励线圈一段时间，藉以激励线圈所施加的力克服、并大于合力。在合力为零前，控制器最好能适配于关闭，去断开激励线圈，并在合力为零前，让其它力诱导的反电动势推动转子向一个单一的方向旋转。最好是合力不包括反电动势所产生的力。
激励线圈可由控制器通过转子的一个周转的预定角度适配于激励。或者，激励线圈由控制器控制电机的每一次周转预定的时间周期适配于激励。于是最好，每个激励线圈通电多于转子的一次旋转（周期）。每一个激励线圈可以在合力每次对转子施加一个方向相反的力时通电。每个激励线圈可由控制器应用周期脉冲通电。周期脉冲最好都是相同的信号。
每当合力方向相反时，每个激励线圈通电，然后经过一段小于该周期的时间，合力从零到最大值然后再回零地变化。
在一个实施例中，定子至少有一个激励线圈。转子可能至少有一个能够产生磁场的磁场发生器，与每个激励线圈通电时生成的磁场相互作用，施加一个力使转子向一个方向旋转。每个激励线圈最好包括一种既能用于排斥、又能用于吸引磁场发生器的磁相互作用的装置。
在另一个实施例中，磁相互作用装置适配于吸引磁场发生器。磁相互作用装置可包括能够被磁铁吸引的黑色金属体或另一种物质体。磁场发生器可以是一块永磁。磁相互作用装置可能是铁芯或永磁。最好是磁场发生器包括一个永磁或受磁铁吸引的组件。
定子最好由均匀间隔分布在转子上的多个激励线圈构成。每个激励线圈最好是电磁铁。最好每个激励线圈包括通过其线圈的磁相互作用装置。最好转子由多个均匀分布的磁体构成。
在一个实施例中，转子由多个均匀间隔的永磁体构成，它们可以全部极性相同。均匀的磁场发生器可以成为可通电线圈模拟磁铁。最好是磁场的两极产生装置都一样。由通电的激励线圈产生的磁极可能与那些磁场发生器的相同。
定子的磁场发生器可以是永磁。最好转子有几个激励线圈和一个换向器。转子可以是一个电枢，而定子可以是一个激励绕组。最好是转子磁场发生器由直流或交流电流的外部电源通电。定子的磁相互作用装置可以由线圈运行在交流或直流电流上通电。
按照某个实施例，定子至少包括一个感应线圈，适配于由转子的磁场发生器诱导的电流。每个感应线圈可与每个激励线圈分开。每个感应线圈也应是一个激励线圈。每个激励线圈能适配于连接到一个输出电路，由此每个激励线圈的感应电流输出到输出电路。
那个开关电路最好宜于整流感应线圈里感应的电流，而那个整流在每个激励线圈由电源供电之前出现。最好是电流输出到输出电路，适于用来运行电气设备。控制器最好由一个开关电路组成，适配于把每个激励线圈连接到输出电路，当没有生成电流给激励线圈时，控制器提供一个开关电路。控制器可以是一个旋转开关，至少有一个对准每个磁场发生器的触点，并且至少有一个触点对准转子的永磁体。
旋转开关可以有与磁场发生器——通常是磁铁——数量相同的触点。每个触点可有一个随垂直高度和锥形的从顶部到底部宽而变化的宽度。理想地，旋转开关由能够垂直移动的可调电刷构成。旋转开关和转子可以置于同轴的中心轴线上，并安装在一个公共轴上。最好转子开关被安装在一个与转子分开的槽内。
在一个实施方案中，每个激励线圈在通电时位于与相邻的磁铁相斥的位置。每个激励线圈可适配于每个周期的仅有的一个预定时间段的反电动势的激励——这发生在给激励线圈的电流被关断后。
在进一步的实施方案中，每个激励线圈要适配于吸引转子的磁场发生器。本发明仔细考虑多种变型去构成上述系统的组件。例如转子/定子的电流、电压、生成的磁场、磁铁磁极的数量都可以改变，并将相应地影响的激励线圈的切换的定时。旋转装置可以在定子/激励绕组上比在转子/电枢上有更多数量的生成磁极，或反之亦然。在一个实施方案中，这两者的磁极数是相同的。
由控制器控制的激励线圈的开关最好适配于反电动势产生的影响最大化。最好是激励线圈有效地提供一个最短时间的脉冲电流，其持续时间足够维持转子的旋转，并产生一个所需的扭矩或电流输出。
附图简述
本发明的优选实施方案现将通过仅参考附图的示例方式描述：
图.1显示的是一个作为控制的旋转装置的前视图的截面，由此与本发明的第一个实施方案一致；
图.2所示的是图.1所示的控制器的顶视图；
图.4A展示了根据本发明第一实施例的、用于控制旋转装置的系统示意图；
图.4B展示了图.4A所示的旋转装置示意图；
图.5显示的是图.4A所示系统的永磁M1的力对角坐标的图示；
图.6显示的是图.4A所示系统的输入电流对每个磁铁的角运动的四个系列曲线图；
图.7展示的是图.4A的旋转装置的每个线圈的输入电压对输入电流的图示；
图.8显示了天然的磁引力对有着单个的永磁的转子和有着单个的激励线圈的定子的角位移变化的示意图，与本发明的第二实施方案一致；
图.9显示了与本发明的第二实施方案一致的磁场对角位移的图示；
图.10显示了与本发明第二实施方案一致的诱导感应对永磁的角位移的图示；以及
图.11显示了与本发明第二实施方案一致的诱导感应的电磁力对永磁体角位移的另一个图示。
图示详述
如图.4A所示，根据本发明的第一个实施方案，系统是由有四个彼此成90°均匀分布的永磁M1、M2、M3、M4的转子11构成的。
系统包括由三个彼此分开间隔120°的电磁体激励线圈A、B、C构成的定子12。
线圈A、B、C每个都与一个54伏电源和开关RS1、RS2、RS3的电路连接。每个触点RS1、RS2、RS3是旋转开关13的一部分，有着触点14、15、16、17，它们与相邻的触点间隔90°。
旋转开关13有着接触电刷18、19，并安装在与转子11的轴同一或公用的轴20上。
每个触点14、15、16、17专门设置成梯形，与两个非平行边组成直边21和斜边22，其锥形是从顶部23向外到底部24的。其结果是每个触点从顶部移向底部24在宽度上增加。
电刷18能相对于触点14、15、16、17垂直移动，而电刷19则与底座一直接触。虽然图.1显示了旋转开关13只有一组的四个触点14、15、16、17，对于图.4A所示的三线圈定子，其实最好是轴20上的三个接触盘。每一个接触盘对于线圈A、B、C都会有一个相应的触点，但每个电刷对另一个盘都会分别偏置30°60°。
图.1到图.4A所示系统的运行描述，现将详尽解释如下。如果假定磁体M1、M2、M3、M4的初始对齐如图.4A所示，与磁体M1相对的线圈A的一端，每当磁体M1到M4与它相对对齐，并且永磁通过后达到了预定的时间，线圈A受激。
如图.6A所示，线圈A通过触点RS1通电，通过旋转开关13提供电连接。这是通过触点14至17当中的一个与电刷18对准接触而出现的。这时，电源VA施加的电流持续施加到电刷18，直到不再与触点14到17中的一个接触。
对于第一实施方案的三个线圈/四极配置，最好是把电刷移到竖直位置，其每个触点的宽对每个开关RS1、RS2和RS3闭合为转子11的旋转的12°51分50秒是足够的。此后，开关RS1至RS3是打开的，并不再有电流被传递到线圈A至C中的任何一个。当每个线圈的电流断开，在每个线圈A至C感应到一个反电动势，然后Z项所代表的反电动势使电流在触点RS1至RS3被打开后，在每个线圈中保持另外一个小小的时间周期。通过以上述方式把线圈A切换到C，转子11能用一个比定子所需量低的输入电流被诱导旋转――如果电流不断地输送到线圈A至C。
下面的表1显示了转子13上的磁体M1到M4对于磁体从5°到30°角位移的角坐标。
如示，当转子13的磁体每次旋转到50时，转子上的合力从5°到15°、从15°到30°由逆时针力向顺时针力改变。在0°、15°和30°，转子上的合力为0，以致如果转子上的永磁与其中的任何一个方向对齐，就不会有顺时针的或逆时针的合力来推动转子。
如图.5所示，施加到转子的某个数量级大小的合力对转子的角位移显示正弦曲线具有30°的周期。对于转子的一个完整的360°旋转，转子将经受合力的12个周期变化。
表1和图.5显示的是，除非施加额外的力去顺时针或逆时针转动转子，否则转子在哪个方向都不能持续旋转。如果想要顺时针旋转转子，则这个力必须克服逆时针的合力――它出现在转子的整个360°旋转中的0到15°、30°到45°、60°到75°，等等。
因为线圈A到C每一个都有铁芯，即使当线圈没通电的时候，每个磁铁和铁芯之间产生天然磁吸力会导致每个磁铁M1到M4企图在一个方向移向最近的铁芯。每当磁铁与铁芯相对时，磁吸力最大，并且没有磁铁施加的力去移动转子——无论是顺时针的或是逆时针的。同样，当磁铁位于相邻的铁芯的中途时，合力也为0，这变成那个磁铁没有合力施加给转子使它向两个方向转动。
如图.5和表1所示，如果磁体M1顺时针移动5°，磁体M1和线圈A的铁芯之间有一个天然的吸力以逆时针方向去拉磁体M1。如果由其它磁体施加的合力足以克服永磁体M1和线圈A铁芯之间的吸力，转子会一直企图顺时针移动。然而，如表1所示，M2到M4的其它磁体的角位置引起一个逆时针方向的总合力。为了克服合力，有必要在线圈A产生一个极X，与磁体M1同极性，从而把M1推离线圈A。
如图.5所示，线圈A和磁体M1之间的磁斥作用的强度必须足以克服合力，促使转子逆时针移动。
可以给线圈A施加电流得到磁体M1的15°角位移，但最好是线圈A只通电到磁体M1的12°51分50秒的角位移。通过施加电流到线圈A，用于此期间角位移，一个最小量的电流施加到线圈A以克服磁体M1的0°到15°发生的角位移的逆时针合力。
虽然可以比这个周期更长地施加电流到线圈A，但发现通过施加这个周期的电流，线圈A中感应出一个反电动势，通过线圈A增加施加到磁体M1的斥力。每次磁体M1到M4中的一个与线圈A在0°对准，线圈A为那个磁体的角位移通电了12°51分50秒。从而，如图.6所示，电流最终在0°至12°51分50秒、和从90°至102°51分50秒、并从180°至192°51分50秒、以及从270°至282°51分50秒被施加到线圈A。
类似的切换模式被应用到线圈B和C。例如，当磁体M2移动了30°，到当它移动了42°51分50秒时，线圈B通电，而同样地当磁体M3移动了60°，到72°51分50秒时，线圈C通电。最好是转子的直径为230毫米，而每个线圈具有6.8欧姆的电阻。
图.7展示的是6.8欧姆的线圈电阻和230毫米直径的四极转子的输入电压对输入电流的图示。用于切换线圈开和关的确切时标序列将根据旋转装置和控制器的参数而有所不同。因此，通过改变输入电路的输入电压，对于每个线圈的线圈电阻和输入电路的总阻抗，线圈在必须打开的期间将改变。事实上，有许多因素可以改变切换线圈打开的时标序列，其中的部分概述如下：
定子
这些变量包括构建定子铁芯中使用材料的选择、定子铁芯的数量及其定位、以及实际尺寸、截面面积和定子铁芯形状。
转子
极化的永磁体的实际尺寸和磁强、以及形状如同容纳在转子中，相当数量的极化的永久磁化体被包含在转子中，相同定位和间距，起着所有永磁体同极性的作用，或起着永磁体极性交替的作用。
定子线圈
线圈的实际大小定位到定子铁芯上，用于绕制线圈的导线类型——如铜、银、铝或其它的。绕组导线的形状和截面面积——如圆形、方形、三角形、矩形和其它的；绕在线圈上的匝数和层数及其欧姆电阻；线圈支架上的绕制方法，单个绕组，双绕组，同向双绕组，异向双绕组，左到右或右到左，交织绕组，不管上例是否绕制在一个单个的线圈座上。
转子速度
这可以通过管理一段（输入）直流电（导通和断开一段时间）——和/或调控所用的电源电压去供应定子线圈来控制。
其它可以对系统变型的有以下方面：
a. 线圈可以串联、 并联、或串并联连接。
b. 只有当永磁体的北/南极配置用在转子中时，偶数永磁体是必要的，但并不一定在定子中定位的定子线圈是双数对。此外，上面供应给定子线圈的北南配置的直流电流方向必须同步，也就是说，根据需要，定子线圈中的磁场必须与定子线圈、面对永磁体的铁芯端对应极性。
c. 当使用都是同极的永磁体时，则转子里可用任意数目的永磁体，在转子上有足够的空间来容纳它们等距间隔。
d. 永磁之间的间隔必须精确，如果彼此太靠近，定向直流电流会变得不那么有效；如果相隔太远，则不能得到全电势。
e. 永磁和定子线圈铁芯可以有各种相似、但不限于以下的组合：
1. 三个磁铁的转子，可用一至三个定子线圈。
2. 五个磁铁的转子，可用一至五个定子线圈。
3. 九个磁铁的转子，可用一至三个或九个定子线圈。
4. 组合不同输出不同。
5. 无论转子的永磁体是不是偶数，定子只能以一个定子线圈和定子铁芯运行，并依然是高效的，但随之降低总输出。
f. 定子和转子应由非磁材料制成，如木材、塑料、青铜和类似的非磁材料。
虽然切换是由一个机械旋转开关以其最优形式进行的，它还能由固态电子元件或其它开关设备执行。每个线圈的导通周期长度是实际长度比。电刷与旋转开关的导电部分和非导电部分接触时，这个比率称为在一秒钟内的频率或次数比。由旋转装置产生的输出可以同时是机械的和电子的，也可以主要是电子的或主要是机械的。其原因将参照第二实施方案予以说明，即假设定子有一个单个带铁芯的激励线圈，而转子有一个单个的永磁。
当转子的永磁用手在顺时针方向非常缓慢地旋转时，能确定的地步转子永磁和定子铁芯之间的天然磁吸力产生的点。当永磁的前沿如图.8所示已到达点A，天然磁吸力开始，并成倍增长，直到永磁中心在点B对准相对的铁芯30。如果永磁转离点B，天然磁吸力将在点B为最大值，然后从那个最大值成倍降低，直到永磁的后沿到达点C，然后停下。
当转子恒速顺时针移动，并连接示波器到定子线圈时，可以观察到如图.9所示的点A和点B之间、然后是点B和点C之间的永磁运动。
诱导的感应曲线于是显示在示波器上，这种诱导的感应产生一个正弦波曲线31。此外，点A和点B之间诱导的感应在此例中是一种负向诱导感应，而此例中点B和点C之间的诱导感应是一种正向诱导感应。还要注意负向和正向诱导感应曲线完全相同，但彼此相反。
当永磁开始在定子线圈中的正弦波曲线31的0°诱导一个负向感应时，诱导的感应当时为0。正弦波曲线90°诱导的感应处于最大值，然后当永磁对准点B、或在正弦波曲线的180°时返回到0。那时永磁开始从它与点B对准处、或是正弦波曲线的180°处移开。
当永磁开始移离其对准的点B，并移向点C时，现在正向诱导的感应先在正弦波曲线的180°的0，然后在正弦波曲线的270°的最大值，然后回到正弦波曲线的360°的0。应当指出的是，正弦波曲线的0°和360°不必与正弦波曲线的点A的0°和点C的360°相同。点A和C是由转子的永磁强度和定子铁芯的截面面积和/或形状来确定的。
正弦波曲线的0°和180°之间的负向诱导的感应在定子线圈和相反极性的铁芯中产生一个电磁力。这种情况下，面对转子的铁芯端面是以相反极性对永磁的，如图.10所示。正弦波曲线的180°和360°之间的正向诱导的感应在定子线圈中产生一个电磁力，而铁芯端中的同极铁芯面对转子，这种情况下与永磁同极。当永磁到达点A，永磁和定子铁芯之间的天然磁吸力在其最小值，并开始移向点B。当诱导的感应于是也开始在正弦波曲线的0°出现时，点A和点B之间的某处，天然磁吸力已经增加。
当永磁在正弦波曲线的0°并朝着点B、或正弦波曲线的180°移动时，定子线圈中的负向诱导感应在定子铁芯中产生一个电磁力（场），以铁芯端面向转子，作为永磁的相反极性，并在正弦波曲线的0°处于零效应，然后到正弦波曲线的90°最大效应，然后再返回到在正弦波曲线180°的零效应。
永磁于是在点B对齐。那里的磁吸力与距离成正比，而当从点A向点B移动时，它成倍增加。那里定子铁芯是固定的，并驻定在点B。因此，它将是移向点B的永磁。
例如，如果定子铁芯也被极化成相同强度、但与永磁相反磁性的永磁，但相反的极性与永久磁铁的，如前面所解释的，由于距离因素，磁吸力至少会强四倍。此外，这同样会因为磁南北极配置之间磁力的加倍而出现。由此可见，当定子线圈中诱导的感应在如上描述的、面对转子的定子铁芯端产生相反极性的电磁力时，在永磁和朝向转子的铁芯端之间的磁吸力急剧地增加。这个增加循着正弦波曲线从正弦波的0°开始到90°，而上述效应从正弦波曲线的90°返回至180°降低。
“导通”期长度必须足以克服天然磁吸力，并能够长到后沿到达点C的天然磁吸力停止处。然而，定子线圈中当永磁产生正向诱导的感应时，而在定子或面对转子的铁芯端产生一个电磁力，在那个瞬间，当永磁在正弦波曲线的180°或点B和零开始时产生了一个同极性。在正弦波曲线的270°，它为最大值，然后在正弦波曲线的360°以零结束。换句话说，正弦波的270°，这个力为最大斥力，而定子线圈里诱导的感应取决于转子的速度。转子速度变化的影响由图.11的曲线35表示。
如图.11所示，无论转子什么速度，定子线圈中诱导的感应在正弦波曲线的270°都处于最大值。
导通期可被带回到的点位——这里的诱导感应大到足以携带电磁斥力穿过正弦波曲线的360°并越过点C。因此，如前所述，由于定子线圈中很高的诱导感应，转子速度越快，必须输入的直流电流的导通周期越短。当“导通”期关闭，这里被称为“切断”点。从切断点到正弦波曲线的360°，斥力是由反电动势产生的，如前所述，定子线圈中诱导的感应。
导通期间，点B的定子铁芯和永磁之间产生的磁斥力可视为组合斥力。这种力有些是由永磁的天然磁斥力产生的，而有些则是输入直流电流供给定子线圈时所产生的。
因此，如果由定子线圈中的输入直流电流产生的感应磁场的力使之与相同极性的永磁体相等，在这种情况下，则导通期和切断点之间一半的斥力，是永磁的天然磁斥力作为对定子线圈输入直流电流的供给而对感应磁力的反应。输入直流电流作为定子线圈的供给而产生磁斥力，并且是系统整体点A和点C之间整个运动的唯一的外部输入。
全部输入可以概括为：
a. 在定子线圈中点A到点B之间由诱导感应产生的天然磁吸力和电磁力组合。
b. 永磁和对着转子的定子铁芯之间的在导通周期和切断点的磁斥力组合。
c. 切断点和点C之间的电磁斥力 (见前述的诱导感应) 。
d. 如由图.11的阴影部分36表示的反电动势产生的电磁斥力。
在本发明的另一个实施方案中，定子的两个线圈被置于彼此相对的180°位置上，而转子有三个间隔为120°的永磁。如下面表2阐明的，0到30°，合力迫使转子逆时针转动。在30°，合力为0；而30°到90°，合力是顺时针的。90°到120°，合力是逆时针的。这样完成一个完整的周期，它在转子360°旋转全程里重复三次。
用上面的磁极和线圈设置，如果要转子顺时针移动，每当它逆时针时，需要供给定子线圈电流去克服逆时针的力，但如前面所解释的，在合力为逆时针的整个周期，无需电流供给线圈去激励线圈。
为便于解释，上述实施方案被限于定子上的永磁体和转子上的线圈。然而，如果用永磁代替线圈，得到激励而生成适当的磁极，隐藏在本发明背后的基本概念并没有改变。
对于一个交流旋转装置也是类似的，由定子绕组或转子/电枢绕组产生的旋转磁场同样可以切换，以降低所需电流量，去保持电机在一个方向旋转，并使电机单一方向保持旋转上的反电动势的影响最大化。
上述原理也适用于线圈受到激励而产生磁场的发电机。在这种情况下，线圈接通时间足以维持单向旋转，并最大化反电动势的影响，使之趋于维持转子或电枢的单向旋转。
通过利用上述理念可以以产生一个输出，在同一时间，既可以是机械的，也可以是电的。定子线圈绕组中产生的电流可以被用作输出，而转子产生的转矩也可以被用于提供机械输出。同样地，只有一种或其它形式的输出都可以利用。
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