具有海爾貝克陣列和鐵磁流體芯的電機的制作方法

本申請要求于2014年3月26日提交的美國臨時專利申請No.61/970,719的權益，出于各種目的將其內容通過引用的方式整體并入。

技術領域

本公開內容大體涉及電機的領域。

背景技術：

目前存在針對電機的許多不同的設計。電機是將電能轉換成動能的電動機器。為了達到這一點，大多數電機使用若干螺線管來產生磁場。鐵磁芯常常被用于聚集并引導由螺線管產生的磁場。當芯經受變化的磁場時，芯的磁化隨著變化的磁場而變化。磁化的變化導致鐵磁粒子連續地重新對齊，從而產生余熱并浪費能夠被轉換成機械能的潛在的能量。該過程被稱為芯損耗并且顯著地降低電機的效率。因此，存在對具有由減少的芯損耗得到的增大的效率的電機的需要。

技術實現要素：

描述了一種電機裝置，其利用海爾貝克(Halbach)陣列和鐵磁流體芯。電機包括轉子組件和定子組件。轉子組件還包括被布置為形成海爾貝克陣列的多個磁體。定子組件還包括也被布置為形成海爾貝克陣列的多個螺線管。定子組件維持螺線管處于相對于轉子組件的固定位置中，同時轉子組件使磁體的海爾貝克陣列繞該固定位置旋轉。代替使用傳統黑色金屬芯，定子中的螺線管利用鐵磁流體芯。鐵磁流體不易于受過熱影響并且輔助將任何產生的熱耗散到周圍結構。對鐵磁流體芯的使用得到不易于受芯損耗影響并且以增大的效率進行操作的電機。

在一個實施例中，電機裝置包括用于使多個磁體旋轉的轉子部件和用于維持多個螺線管處于相對于轉子部件的固定位置中的定子部件。除了具有內圓周和外圓周的多個磁體之外，轉子部件具有外圓周。多個磁體被布置為使得它們的外圓周與轉子部件的外圓周一致且同心。該布置產生在它們的外圓周之外的通過抵消到接近于零的減弱的磁場，并且產生在它們的內圓周之內的增強的磁場。定子部件具有大于轉子部件的外圓周的內圓周，從而導致定子部件包圍轉子部件。定子部件還包括多個螺線管和控制多個螺線管的換相電路。每個螺線管具有內圓周和外圓周，并且所有螺線管被布置為使得它們的內圓周與轉子部件的內圓周一致且同心。該裝置產生在多個螺線管的外圓周之外的抵消到接近于零的減弱的磁場，并且產生在螺線管的內圓周之內的增強的磁場。

附圖說明

所公開的實施例具有將從詳細描述、隨附權利要求以及附圖(或圖)中變得顯而易見的優點和特征。下面是對附圖的簡單介紹。

圖1A圖示了電機的三維示意圖。

圖1B圖示了電機的部分分解三維示意圖。

圖1C圖示了電機的三維示意圖。

圖2圖示了電機殼體的三維示意圖。

圖3圖示了固定器蓋的三維示意圖。

圖4A圖示了框架的三維示意圖。

圖4B圖示了具有切向螺線管的框架的三維示意圖。

圖4C圖示了具有切向螺線管的框架的部分橫截面示意圖。

圖4D圖示了具有徑向螺線管的框架的示意圖。

圖4E圖示了具有徑向螺線管的框架的部分橫截面示意圖。

圖4F圖示了具有徑向螺線管和切向螺線管兩者的框架的部分橫截面示意圖。

圖4G圖示了具有徑向螺線管和切向螺線管兩者的框架的部分橫截面示意圖。

圖5A圖示了切向螺線管的布線圖。

圖5B圖示了徑向螺線管的布線圖。

圖5C圖示了切向螺線管和徑向螺線管兩者的布線圖。

圖6A-6D圖示了針對電機換相相位中的相位一到相位四的布線圖。

圖7圖示了軸承固定器的三維示意圖。

圖8圖示了軸緩沖器的三維示意圖。

圖9圖示了磁體的三維示意圖。

圖10圖示了固定環的三維示意圖。

圖11圖示了換相電路的布線圖。

具體實施方式

各圖(圖)和下面的描述涉及僅僅通過說明的方式的優選實施例。應當指出，根據下面的討論，本文中公開的結構和方法的備選實施例將容易被認識為可以在不脫離要求保護的內容的原理的情況下采用的可行備選方案。

現在將詳細對若干實施例進行引用，其中的示例被圖示在附圖中。要指出，只要可行，相似的或類似的附圖標記可以被使用在各圖中并且可以指示相似的或類似的功能。附圖僅僅出于說明的目的描繪了所公開的系統(或方法)的實施例。本領域技術人員將容易認識到，根據下面的描述，本文中說明的結構和方法的備選實施例可以在不脫離本文中描述的原理的情況下來采用。

示例電機配置

現在參考圖1到圖10，圖示了利用海爾貝克陣列和鐵磁流體芯的電機裝置的部件和組件。要指出，電機能夠為電動機。

圖1A圖示了電機101的示例實施例的三維示意圖。電機包括轉子組件105、轉子組件外圓周106、軸110、軸承115、軸承固定器120、定子組件135以及定子組件內圓周136。在該示例實施例中，轉子組件105在形狀上是大致圓柱形的并且包括軸110。在一些實施例中，轉子組件105可以具有在中心截面中鉆孔的孔以輔助通氣和熱耗散，并且以減少質量。在該示例實施例中，定子組件135在形狀上是大致圓柱形的，并且在一些實施例中，定子組件135還可以具有圍繞其圓周鉆孔的孔以輔助通氣和熱耗散，并且以減少總體質量。

轉子組件被定位為與定子組件135同心。轉子組件外圓周106稍微小于定子組件內圓周136，由此允許轉子組件105適配在定子組件135內。轉子組件105包括在轉子組件105的任一側上延伸的軸110。軸110由兩個軸承115支撐，其繼而均由軸承固定器120支撐。每個軸承固定器120被固定為與定子組件135同心。由于轉子組件105由軸承115支撐，所以轉子組件105能夠自由地在定子組件135內旋轉。

圖1B圖示了圖1A中示出的電機101的部分分解三維示意圖。電機101組件包括轉子組件105和定子組件135。轉子組件105包括軸緩沖器107、軸110、多個磁體125和固定環130。軸緩沖器107在形狀上是圓柱形的，并且還包括外圓周108。在該示例實施例中，多個磁體125中的每個是楔形的使得磁體能夠以環形來組裝。多個磁體125還包括內圓周126和外圓周127。定子組件135包括軸承115、軸承固定器120、電機殼體140、框架145、固定器蓋150以及多個螺線管155。在圖2中描繪的實施例中，電機殼體140是具有唇部210和內壁215的圓柱形殼。在一些實施例中，電機殼體140可以具有多個通氣孔205以輔助熱耗散。圖4A中描繪的框架145的實施例包括內環415。圖3中示出的固定器蓋150的實施例是具有多個安裝接片305和擠壓件310的扁平圓柱形殼。多個螺線管155包括圖4E中描繪的多個切向螺線管430和多個徑向螺線管435。多個螺線管155還包括內圓周156和外圓周157。

參考回到1B，軸110在軸緩沖器的中心被連接到軸緩沖器107。軸110在軸緩沖器107的兩側上延伸，并且軸110中的每個端部適配在軸承115之內。兩個或多個磁體125以圍繞軸緩沖器107的環形來布置。多個磁體的外圓周127與轉子組件外圓周106一致且同心。多個磁體的內圓周126與軸緩沖器的外圓周108一致且同心。多個磁體125由固定環130緊固到軸緩沖器107。

軸承115由軸承固定器120支撐。在一些實施例中，軸承115的外直徑可以稍微大于軸承固定器120中的下凹孔的內直徑，從而導致在軸承與軸承固定器之間的過盈配合(interference fit)。在一個示例實施例中，軸承固定器120被固定到電機殼體140，如圖1A所示。在一些實施例中，軸承固定器120可以通過使用螺紋桿被緊固到電機殼體140。在其他實施例中，軸承固定器120可以通過使用螺栓、螺釘、粘合劑、或其他固定方法被緊固到電機殼體140。框架145同心地保持在由電機殼體140的內壁215和唇部210形成的電機殼體140的腔之內。框架145的內環415緊密地抵著唇部210的內直徑適配。固定器蓋150緊密地抵著電機殼體140和內環415適配，并且通過多個接片305緊固到電機殼體140。在一些實施例中，多個接片305具有孔306，并且螺釘被用于將固定器蓋150緊固到電機殼體140。固定器蓋的凸起310位于與電機殼體的內壁215和框架145的內環415齊平。多個螺線管155通過圍繞框架145纏繞線來形成。多個螺線管155被定位為使得螺線管的內圓周156與定子組件135的內圓周136一致且同心。

電機殼體140的唇部210、電機殼體140的內壁215、框架145的內環415以及固定器蓋150適配在一起以形成密封的隔室。在一些實施例中，密封的腔被填充有鐵磁流體。多個螺線管155駐存在密封的隔室內并且因此被浸入鐵磁流體中。下面進一步討論使用鐵磁流體的優點。在一個實施例中，在唇部210、內壁215、內環415以及固定器蓋150之間的接觸表面被加工以密封來容納鐵磁流體。在其他實施例中，諸如O形橡膠圈的密封圈被用于確保鐵磁流體被密封在隔室內。

圖1C圖示了圖1A中示出的電機101的三維示意圖。多根電引線160通過固定器蓋150中的多個孔進入電機101。多根電引線160被連接到多個螺線管155。

再次參考圖2，其圖示了電機殼體140的三維示意圖。電機殼體140包括多個通氣孔205、唇部210和內壁215。電機殼體140是外加唇部210的圓柱形殼。唇部210是從內壁215朝向電機殼體410的中心突出的薄表面。多個通氣孔輔助增加通過電機殼體140的氣流以便將熱從電機殼體140耗散出。在一個實施例中，電機殼體140由鋁制成。在其他實施例中，電機殼體140可以由各種不同的材料制成。

再次參考圖3，其圖示了固定器蓋150的三維示意圖。固定器蓋150是扁平圓柱形殼并且包括多個安裝接片305和凸起310。多個安裝接片305從固定器蓋150的中心朝外延伸。在一些實施例中，多個安裝接片305中的每個可以具有孔306，該孔306被用于將固定器蓋150安裝到電機殼體140。固定器蓋150的該示例實施例具有四個安裝接片305。凸起310包括固定器蓋150的部分，該固定器蓋150的部分比固定器蓋外圓周320稍厚并且具有比固定器蓋外圓周320小的外圓周315。在一個實施例中，固定器蓋150由鋁制成。在其他實施例中，固定器蓋150可以由各種不同的材料制成。

再次參考圖4A，其圖示了框架145的三維示意圖。框架145包括多個外翅片405、多個內翅片406、多個桿件410、內環415、中環420和外環425。多個外翅片405從外環425徑向地延伸并且多個外翅片405中的每個與外環425的圓周垂直。多個桿件410從中環420徑向地延伸到外環425并且在形狀上是圓柱形的。多個桿件410中的每個垂直于中環420。多個內翅片406從內環415徑向地延伸到中環420。多個內翅片406中的每個與內環415的圓周垂直。在一個實施例中，框架145由三維印刷塑料形成。在其他實施例中，框架145可以由各種非鐵材料制成。

圖4B圖示了圖4A中描繪的框架145外加圍繞框架纏繞的線以創建多個切向螺線管430的三維示意圖。針對多個切向螺線管430的線圍繞中環420和外環425纏繞。多個外翅片405和多個內翅片406防止多個切向螺線管430圍繞框架145以圓周方式移動。在該示例實施例中，多個切向螺線管中的每個與多個外翅片405中的四個和多個內翅片406中的兩個相接觸。

圖4C圖示了圖4B中描繪的框架145和多個切向螺線管430的橫截面視圖。桿件410處于中環420與外環425之間可見。多個切向螺線管430中的一個的橫截面是可見的。

圖4D圖示了圖4A中描繪的框架145外加圍繞框架纏繞的線以創建多個徑向螺線管435的示意圖。針對多個徑向螺線管435的線圍繞多個桿件410纏繞在中環420與外環425之間。在該示例實施例中，多個徑向螺線管435中的每個圍繞多個桿件410中的兩個纏繞。

圖4E圖示了圖4F中描繪的框架145和多個徑向螺線管435的橫截面視圖。內環415由多個內翅片406連接到中環420，并且中環420由多個桿件410連接到外環425。多個徑向螺線管435中的一個的橫截面是可見的。

圖4F圖示了圖4A中描繪的框架145外加圍繞框架纏繞的線以創建多個切向螺線管430和多個徑向螺線管435的部分橫截面視圖。多個徑向螺線管435中的每個被定位在對應的切向螺線管430之內。

圖4G圖示了圖4A中描繪的框架145外加圍繞框架纏繞的線以創建多個切向螺線管430和多個徑向螺線管435的部分橫截面視圖。多個切向螺線管430中的一個的橫截面、多個徑向螺線管435中的一個的橫截面以及多個桿件410中的一個是可見的。多個徑向螺線管435中的每個被定位在對應的切向螺線管430之內。

電機的操作

在描述了結構配置的情況下，描述示例操作配置。所描述的電機101通過以下面描述的具體方式來激活多個切向螺線管430和多個徑向螺線管435來操作。

螺線管是圍繞軸纏繞成緊密封裝的螺旋形的線的線圈。通過線的電流產生與線同心的磁場，并且磁場由畢奧—薩伐爾定律預測：

在以上的等式中，B是磁場，μ₀是磁性常數，I是通過線的電流，dl是與I相同的方向上的矢量線元素，r是在線與計算在其處的磁場的點之間的距離，并且r是在r的方向上的單位矢量。由螺線管產生的磁場線的方向與螺線管的軸平行。

多個切向螺線管430中的每個產生與框架的圓周相切的磁場線，并且多個徑向螺線管435中的每個產生從框架的中心徑向的磁場線。多個切向螺線管430中的每個和多個徑向螺線管435中的每個能夠以以下方式來激活，該方式使得多個螺線管155形成海爾貝克陣列的。在一個實施例中，定子組件具有16個切向螺線管和16個徑向螺線管，其能夠被激活使得多個螺線管形成8極(“oct-pole”)海爾貝克陣列。在一些實施例中，線用于切向和/或徑向螺線管利茲線(litz wires)。在一些實施例中，利茲線中的每根由10個線束組成，其中每個束為32美國線規(AWG)絕緣磁體線。通常用于承載交流電流的利茲線的益處在于減少在采用例如高達大約MHz范圍的較高電流頻率的導體中發生的線的外皮和鄰近效應損耗。在一些實施例中，利茲線包括多個細線束，多個細線束是單獨絕緣的并且根據特定卷繞模式被交織在一起。在一些實施例中，利茲線具有多層卷繞模式，其中每層是卷繞的線的單獨的組。

圖5A圖示了圖4H中描繪的定子組件135的示例實施例的布線圖，僅僅示出了多個切向螺線管430。定子組件135包括多個切向螺線管430、多個線連接505、圖1C中描繪的多個電引線160以及電路環511、516、521和526。多個電引線160還包括單獨的引線510、515、520和525。每個單獨引線被連接到對應的電路環。單獨引線510被連接到電路環511，單獨引線515被連接到電路環516，單獨引線520被連接到電路環521，并且單獨引線525被連接到電路環526。多個線連接505將每個切向螺線管430連接到任一電路環511和516或電路環521和526。

圖5B圖示了圖5A中描繪的定子組件135的示例實施例的布線圖，僅僅示出了多個徑向螺線管435。多個線連接505將每個徑向螺線管435連接到任一電路環511和516或電路環521和526。

圖5C圖示了圖5B中描繪的定子組件135的示例實施例的布線圖，外加圖5A中描繪的多個切向螺線管430。如圖4F所示，多個徑向螺線管435中的每個被定位在多個切向螺線管430中的每個之內。因此，存在等同數量的切向螺線管430和徑向螺線管435。多個線連接505將每個切向螺線管430和每個徑向螺線管435連接到任一電路環511和516或電路環521和526。

圖6A圖示了圖5C中描繪的定子組件135的示例實施例的布線圖。在該示例實施例中，圖6A描繪了電機換相相位中的相位一。單獨引線510和515是不激活的，意味著不存在被施加到引線的電壓。單獨引線520和525是激活的，其中負電壓被施加到引線520，并且正電壓被施加到引線525。該施加的電壓導致每個激活的螺線管產生磁場。由每個激活的螺線管產生的磁場的方向由多個螺線管箭頭605表示。由每個單獨激活的螺線管產生的磁場得到由多個磁場箭頭610表示的在定子組件135的中心區域中產生的磁場。多個磁場箭頭610中的每個在徑向螺線管435中的一個處開始，該徑向螺線管435中的一個產生在朝向定子組件135的中心的方向上的磁場，并且在徑向螺線管435中的一個處結束，其產生在遠離定子組件135的中心的方向上的磁場。在該示例實施例中，多個磁場箭頭610描繪由針對海爾貝克陣列的oct-pole場產生的磁場。

在圖6A的布線圖中，使用下面的布線慣例。針對切向螺線管430，由切向螺線管430產生的磁場指向正極電壓被施加到其的螺線管的一側的方向。例如，針對最上面的切向螺線管615，切向螺線管的左側被連接到外部引線525，其具有被施加到其的正電壓。因此，由最上面的切向螺線管615產生的磁場指向左邊。針對徑向螺線管435，由徑向螺線管435產生的磁場指向負電壓被施加到其的螺線管的一側的方向。例如，徑向螺線管620的外側被連接到外部引線520，其具有被施加到其的負電壓。因此，由徑向螺線管620產生的磁場指向從多個螺線管的中心離開。以上描述的相同的布線慣例被用于圖6B、6C和6D。

圖6B圖示了圖6A中描繪的定子組件135的示例實施例的布線圖。在該示例實施例中，圖6B描繪了電機換相相位中的相位二。單獨引線520和525是不激活的，意味著不存在被施加到引線的電壓。單獨引線510和515是激活的，其中負電壓被施加到引線510，并且正電壓被施加到引線515。由多個螺線管155產生的磁場與圖6A中描繪的磁場相同，除了螺線管箭頭605和磁場箭頭610已經順時針旋轉了22.5度。

圖6C圖示了圖6A中描繪的定子組件135的示例實施例的布線圖。在該示例實施例中，圖6C描繪了電機換相相位中的相位三。單獨引線510和515是不激活的，意味著不存在被施加到引線的電壓。單獨引線520和525是激活的，其中負電壓被施加到引線520，并且正電壓被施加到引線525。由多個螺線管155產生的磁場從圖6B中描繪的磁場順時針旋轉了22.5度。

圖6D圖示了圖6A中描繪的定子組件135的示例實施例的布線圖。在該示例實施例中，圖6D描繪了電機換相相位中的相位四。單獨引線520和525是不激活的，意味著不存在被施加到引線的電壓。單獨引線510和515是激活的，其中負電壓被施加到引線515，并且正電壓被施加到引線510。由多個螺線管155產生的磁場從圖6C中描繪的磁場順時針旋轉了22.5度。一旦電機換相相位中的相位四完成，則相位重置到相位1并且進行重復。

在一些示例實施例中，需要換相電路以通過圖6A到圖6D中描繪的四個電機相位來對電機101進行換相。當電機從相位1轉變到相位4時，由磁場箭頭610描繪的磁場相對于定子組件135順時針旋轉90度。該示例實施例形成針對海爾貝克陣列的oct-pole場，并且關于八分區是徑向對稱的。因此，將電機101從相位四換相到相位一得到由磁場箭頭610描繪的磁場相對于定子組件135的連續旋轉。

多個磁體125被布置在轉子組件105上以產生與由磁場箭頭610描繪的場相似的磁場。磁體不能夠像多個螺線管155那樣被激活和停用，因此由磁體產生的磁場相對于轉子組件保持固定。然而，轉子組件105能夠自由地在定子組件135內旋轉。因此，當換相電路通過圖6A到圖6D中描繪的四個相位來對電機101進行換相時，轉子組件105在定子組件135內旋轉以跟隨旋轉的磁場。轉子組件105的該旋轉是電機101的期望的機械輸出，并且完成電能到動能的轉換。

鐵磁流體芯

如參考圖1B所描述的，由電機殼體140的唇部210、電機殼體140的內壁215、框架145的內環415以及固定器蓋150形成的密封的隔室由鐵磁流體填充，將多個螺線管155浸入到鐵磁流體中。鐵磁流體是在磁場的存在的情況下被強烈磁化的液體。鐵磁流體是由懸浮于載體流體中的納米級鐵磁粒子制成的膠狀液體。鐵磁粒子的小尺寸允許它們由于熱擾動而保持均勻地散布于流體中。每個鐵磁粒子被涂覆有表面活性劑以防止粒子聚集在一起。

因為鐵磁流體在磁場的存在的情況下被強烈磁化，所以鐵磁流體能夠用作針對多個螺線管155的磁芯。在該示例實施例中，鐵磁流體替代傳統鐵芯。鐵磁流體具有高磁導率并且限制并引導由多個螺線管155產生的磁場。由于鐵磁納米粒子能夠自由地在載體流體內移動的事實，所以鐵磁流體不易于受在以高頻率變化的磁場(例如由多個螺線管155產生的磁場)的存在的情況下變熱影響。不易于受變熱影響的芯形成由于減少的芯損耗的更有效的電機。還有益的是更有效地使可能仍然將被生成的任何熱耗散，因為增大的溫度得到多個螺線管155的線中的增大的電阻。鐵磁流體還通過對流來使任何產生的熱耗散到周圍結構。

額外地，一些示例實施例可以利用自我循環的鐵磁流體的優點。鐵磁流體當其溫度增大時喪失其磁性屬性。當電機的中心區域的溫度增大時，離那些區域最近的鐵磁流體的溫度也將增大并且喪失其磁性屬性。離熱區域較遠的較冷的鐵磁流體則將比離熱區域最近的鐵磁流體更具磁性。這將導致較冷的鐵磁流體取代離熱區域最近的鐵磁流體，從而得到連續的自循環的鐵磁流體。在一個示例實施例中，鐵磁流體包括懸浮于基于油的載體流體中的鐵納米粒子。鐵磁流體的其他示例實施例可以包括懸浮于各種不同的載體流體中的各種其他材料的納米粒子。

額外的電機部件

圖7圖示了軸承固定器120的三維示意圖。軸承固定器120的該示例實施例包括多個孔705和軸承切口710。多個孔705圍繞軸承固定器120的圓周被定位，并且能夠被用于通過參考圖1B描述的方法中的任何方法將軸承固定器120緊固到電機殼體140。軸承115被容納在軸承切口710之內。在軸承固定器120的該示例實施例中，軸承切口710的內直徑稍微小于軸承115的外直徑，從而得到在軸承115與軸承切口710之間的過盈配合。在其他實施例中，軸承115經由諸如粘合劑或定位螺釘的各種方法被固定在軸承切口710之內。在該示例實施例中，軸承固定器120由鋁制成。在其他示例實施例中，軸承固定器120可以由各種其他材料制成。

圖8圖示了軸緩沖器107的三維示意圖。軸緩沖器107包括外圓周108、多個孔805、一個或多個唇部810以及軸815。一個或多個唇部810稍微延伸通過軸緩沖器107的外圓周108。在一個實施例中，孔805的目的在于減少軸緩沖器107的總體質量。在另一實施例中，孔805的目的在于增加通過軸緩沖器107的氣流以輔助對流冷卻。軸緩沖器107的外圓周108與多個磁體125的內圓周126一致且同心。一個或多個唇部815防止多個磁體125沿軸緩沖器107的軸815移動。軸緩沖器107的軸815是與整個轉子組件105圍繞其旋轉的軸相同的軸。在該示例實施例中，軸緩沖器107由鋁制成。在其他示例實施例中，軸緩沖器107可以由各種非鐵材料制成。

圖9圖示了磁體905的三維示意圖。磁體905是轉子組件105中的多個磁體125中的一個。磁體包括內表面910、外表面915、左表面920和右表面925。在該示例實施例中，內表面910和外邊緣915是彎曲的，使得當多個磁體905以環形的形狀來布置在多個磁體125中時，多個磁體125形成圓柱形殼。在該示例實施例中，左表面920和右表面925是扁平的，使得多個磁體905能夠被布置為形成如以上所描述的圓柱形殼。圓柱形殼的內圓周是多個磁體125的內圓周126，并且與軸緩沖器107的外圓周108同心且一致。在其他示例實施例中，磁體905可以是仍然允許多個磁體905以環形來布置的不同的幾何形狀。在該示例實施例中，磁體905是釹鐵硼永久磁體。在其他示例實施例中，磁體905可以是各種不同種類的永久磁體。在其他示例實施例中，磁體905可以是電磁體。

圖10圖示了固定環130的三維示意圖。固定環130包括內表面1005。內表面1005具有與多個磁體125的外圓周127一致且同心的圓周。多個磁體125被定位在軸緩沖器107與固定環130之間。固定環將多個磁體125緊固到軸緩沖器107作為轉子組件105的部分。在該示例實施例中，固定環130由鋁制成。在其他示例實施例中，固定環130可以由各種非鐵材料制成。

在一些實施例中，需要額外的電子電路來控制電機101。在一些實施例中，額外的電子電路是用于通過圖6A-6D中描繪的換相相位來對電機101進行換相的換相電路。圖11圖示了用于通過圖6A-6D中描繪的換相相位來對電機101進行換相的換相電路的示例實施例。換相電路1101包括換相器1105、正引線1110、負引線1115、多個刷1120以及多個彈簧1125。換相器1105還包括多個正觸頭1106、多個負觸頭1107、多個中性觸頭1108以及外圓周1109。正觸頭1106被連接到正極引線1110，負觸頭1107被連接到負極引線1115，并且中性觸頭被斷開連接。在該示例實施例中，換相器1105被固定到轉子組件105，使得換相器105與轉子組件105同心。因此，當轉子組件105相對于定子組件135旋轉時，換相器1105也相對于定子組件135旋轉。多個刷1120和多個彈簧1125被固定到定子組件135，使得刷1120接觸換相器1105的外圓周1109。在該示例實施例中，刷1120中的每個接觸換相器1105上的不同的觸頭。在圖11中描繪的位置中，刷1120a接觸中性觸頭1108a，刷1120b接觸負觸頭1107a中的一個，刷1120c接觸中性觸頭1108b中的另一個，并且刷1120d接觸正接觸1106a中的一個。彈簧1125對每個刷1120施加力，使得每個刷1120緊固地與換相器1105的外圓周1109進行接觸。彈簧1125a被連接到單獨引線515，彈簧1125b被連接到單獨引線520，彈簧1125c被連接到單獨引線510，并且彈簧1125d被連接到單獨引線525。

在圖11中描繪的位置中，正引線1110被電連接到正觸頭1106a，正觸頭1106a接觸并被電連接到刷1120d，刷1120d被電連接到彈簧1125d，彈簧1125d被電連接到單獨引線525。負引線1115被電連接到1107a，1107a接觸并被電連接到刷1120b，刷1120b被電連接到1125b，1125b被電連接到單獨引線520。當正電壓被施加到正引線1110時，正電壓被傳導到單獨引線525。當負電壓被施加到負引線1115時，負電壓被傳導到單獨引線520。沒有電壓被施加到單獨引線510和515。

現在參考圖6A，可以看到圖11中描繪的換相器位置形式圖6A中描繪的換相相位：正電壓被施加到單獨引線525，負電壓被施加到單獨引線520，并且沒有電壓被施加到單獨引線510和515。回到參考圖11，當轉子組件105順時針旋轉時，換相器1105也順時針旋轉。在該示例實施例中，一旦換相器1105已經順時針旋轉了22.5度，則每個刷1120與換相器1105上的不同的觸頭相接觸。一旦換相器1105已經相對于圖11A中描繪的位置順時針旋轉了22.5度，則換相器位置得到圖6B中描繪的換相相位。

當換相器1105繼續順時針旋轉時，刷1120將接觸換相器1105上的不同觸頭，使得合適的電壓被施加到單獨引線510、515、520和525，以激活圖6A-6D中描繪的換相相位。在該示例實施例中，換相器1105包括兩個正觸頭1106、兩個負觸頭1107以及四個中性觸頭1108。在其他實施例中，換相器1105可以包括更多或更少數量的觸頭。在備選實施例中，電機101可以由可變頻率驅動器代替換相電路1101來驅動。

額外的配置考慮

在本說明書中，復數實例可以實現被描述為單個實例的部件、操作或結構。盡管一個或多個方法的單獨操作被說明并描述為獨立的操作，但是單獨操作中的一個或多個可以同時被執行，并且不要求按所圖示的順序來執行操作。在示例配置中被呈現為獨立的部件的結構和功能可以被實現為組合的結構或部件。類似地，被呈現為單個部件的結構和功能可以被實現為獨立的部件。這些和其他變型、修改、添加和改進落入本文中的主題的范圍內。

如本文中所使用的，對“一個實施例”、“實施例”或“示例實施例”的任何引用意指結合實施例描述的特定元件、特征、結構或特性被包含于至少一個實施例中。詞語“一個實施例”在說明書中的各個地方中的出現不必全部指代相同實施例。

如本文中所使用的，術語“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包含(includes)”、“包含(including)”、“具有(has)”、“具有(having)”或其任何其他變型旨在涵蓋非排他性包含。例如，包括元件的列表的過程、方法、產品或裝置不必限于僅僅那些元件而是可以包括未明確列出的或這樣的過程、方法、產品或裝置固有的其他元件。另外，除非明確給出相反的陳述，否則“或者”是指包含性或者并且不是指排他性或者。例如，條件A或B通過以下中的任何一個來滿足：A為真(或存在)并且B為假(或不存在)，A為假(或不存在)并且B為真(或存在)，并且A和B兩者都為真(或存在)。

另外，對“一(a)”或“一個(an)”的使用被用于描述本文中的實施例的元件和部件。這僅僅是為了方便而做出的并且給予本發明的一般意義。該描述應當被理解為包括一個或至少一個，并且單數還包括復數，除非明顯其意指其他情況。

以上參考圖1-10描述具體實施例。參考圖2，電機殼體140具有多個孔205。孔205可以輔助冷卻電機殼體140并且還輔助減少電機殼體140的總體質量。參考圖8，軸緩沖器107具有多個孔805。孔805可以輔助冷卻軸緩沖器107并且還輔助減少軸緩沖器107的總體質量。減少軸緩沖器107的質量有利地減少整個轉子組件105的旋轉慣性。現在參考圖9，所描繪的楔形的磁體905有利地允許多個磁體容易地以環形來布置，如參考圖1B所描述的。

如參考圖1B和圖4A所討論的，容納鐵磁流體的密封腔包括框架145的內環415。使用內環415作為密封腔的密封構件有利地允許框架145保持固定于密封腔內同時減少需要被制造的部件的數量。現在參考圖4G，框架145的配置允許每個徑向螺線管435有利地被定位在每個切向螺線管430內，其允許更緊湊的螺線管配置。

在閱讀本公開內容后，本領域技術人員將通過本文中公開的原理認識到針對利用海爾貝克陣列和鐵磁流體芯的電機的另外的額外的備選結構和功能設計。因此，盡管已經說明和描述了特定實施例和應用，但是要理解，所公開實施例不限于本文中公開的精確構造和部件。可以在不脫離隨附權利要求中限定的精神和范圍的情況下對本文中公開的方法和裝置的布置、操作和細節進行對于本領域技術人員將顯而易見的各種修改、改變和變型。