A.本发明所涉及的技术领域

场力机(FKM)的本发明涉及势场和旋涡场或者偶极子场，尤其涉 及磁场、电场、热场和重力场并且包含五组发明，它们相互联系从而 实现一个共同的发明构思。

1.场力发生器(FKG)

2.场半导体调制器

3.场力马达(FKE)

4.联杆长度改变器(PV)

5.磁电场力系统

第1发明涉及作为热力机配合件的场力发生器。在场力发生器中 一个弹性的力场由一个场调制器控制做功；所述功通过松驰事先张紧 的场类似于一个弹簧产生。该不可逆的循环过程在p，V图中以4个冲 程进行。

作为可供选择的方案，所述场力发生器还可以设计为右循环机或 左循环机。

第2发明涉及场半导体调制器。这是不通导、控制、放大、切换、 调制电子流而是通导、控制、放大、切换、调制场(磁场、电场等等) 的器件。

第3发明涉及用电力供能的场力马达。

电能通过磁化器或者起电器转换成可以利用作功的力场冲击。

联杆长度改变器的第4发明是一个新的高效率力-转矩转换器并且 可以用于马达、泵、压缩机以及其它系统。

B.相关背景技术

相关背景技术在本专利申请末尾选取的文献中公知。

C.要解决的技术任务

场力机的应用

FKG的设计视应用目标而异。

例如一种作为燃气轮机的替代物把FKG设计成高而恒定转速且不 变化转矩的。例如用作船中的驱动或者产生电流的发生器时，要求有 大的转矩的恒定的转速。例如在用作汽车的直接驱动时，要求可变的 转矩、弹性和可变的转速和短的响应性能(高动态性能)。在此，第 二个发明即脉冲波场力马达(FKE)表现为高动态的基础新型E马达， 所述E马达不转换切向力而是转换法向力。

FKM类型

1.纵向机

纵向机是活塞机，因为它们从在PM之间产生一个较大的气隙发挥 其作用。

类型(图1.1-1.2)

a)活塞场力机

在死点OT→UT→OT之间不均匀地运动，就是说：在运动中加速和 延迟或者说摆动的质量(振荡)。

b)自由活塞的场力机(直线振荡地，为反场压缩利用动能)

c)轨道活塞场力机

行程振荡＝旋转振荡，由此不需要曲柄滑导→很少的转动部分。

还有横向机也可以构成为活塞机：在此振荡的横向运动是“往复 直线运动”。

纵向力机(图1.1a、b)

11活塞FKM

注：移动场FKM带有横向力/切向力的直线振荡：可以有非常长的 行程：沿y轴的FM运动(图1.2 a、b、c)。

亚类：斜盘式FKM

偏心FKM

2横向机

横向机只为彼此相对在恒定的气隙下移动PM考虑，也就是说不像 在活塞机中产生一个大的纵向气隙那样。

类型

a)圆活塞场力机

径向“行程”，机器没有“死点”，不需要运动转换，没有游离 的惯性力(所有的都能够平衡)。

b)旋转场场力机(图2a、b、c)

回转场，类似三相交流机-轴向和径向的圆盘结构形式

c)行波场-场力机(图1.2a、b、c)

直线机，与行波场直线振荡或者直线运动

横向FKM比照纵向FKM

在纵向工作的FKM中利用纵向(极面上的法线方向)力-路程特性 曲线-行程是可变的，取决于极面形状(平面、锥面、插入系统)等等 (图3)。

FKM运行时的运动学功能对应于可以按不同的类型实现(参见下文) 的活塞机。

横向FKM的不同在于，排斥的磁体总是处于相同的纵向气隙间隔， 而利用磁体面切向上的横向排斥力路程特性曲线。

所述FM在运动学的型式中同样地是横向运动，但是垂直于PM的 横向运动，就是说总是沿相同的极向(不是从+→-)。

以该原理横向机可以实现成移动场FKM(平动机)和旋转场FM(旋 转机)，参见FKM类型。

在推移FM时必须注意平衡状态，从而在FM上不能够得出不对称 的吸引力。在此还可以采用一种PS，以能够用大的场通量跨接气隙。

比例(按纳米技术、微观技术、常量纲技术、宏观技术)

所有提及的不同工作条件都能够用取决于应用目的的构造原理按 各个比例尺度级别解决，在此FKM的工作原理保持不变。

范例交换

场力机一方面是热力机的相应补充(两者在p、V图线的循环过程 中产生一种可以通过曲柄轴转换成转矩的力或者说能量)，而另一方 面对米歇尔法拉弟发生器原理(通过一个磁场中的导电线的运动产生 电流)却有实质的区别，即在第一种情况(热机)下必须从外部引入 动力燃料(汽油、煤气等等)而在第二种情况(法拉弟发生器)下必须 从外部引入机械能(转矩、力)。

在FKM中作为永磁体(PM/PE/SM)的场蓄电池(Feldbatterien) 只需要一次性地从外部引入/装入，即系统边界在磁体前。然而在另一 个方面，主动的、产生力的永久能量场(磁体-场蓄电池的场力)处在 机器的总系统中(首先可以与一个蓄电池的非常长时间保持的电荷或 者一个KKW的非常长时间的燃料棒相当)。与核燃料棒不同的是场蓄 电池因其特殊的特性，不必再更换/更新。在场蓄电池的情况下，在其 实际上无限的寿命中不需要任何种类的其它能量输入。

因此作为非传统的场量子-动力机的场力机导致一种范例交换：从 基本物质(粒子＝导线中的电子流、用中子流的核能、矿物燃料等等) 至基本能场(用交换场的场量子流的切换)。

当前：消耗物质(汽油，核燃料棒等等)。

根本新颖的：积极利用能量场。

进展/应用

可以代替各种燃料蓄电池/电马达/燃气轮机/蓄电池(在汽车、飞 机、船舶、自行车、计算机、心脏起搏器、私人住宅或者发电厂中的 能“源”等等中)，从而在系统的有效寿命中不必补充加油或者再充 电。

在能量平衡方面FKG得到以下的结果：

1.当前的发生器和马达利用表面上的切向力。相反，FKG和FKE 在纵向机中利用法向力(垂直于表面)由此出现显著的力转矩提高。

2.高的功效通过纵向对横向的力-路程比产生，就是说通过沿法线 方向的场蓄电池功Wab的力-路程对沿横向的场调制器功Wzu的力-路 程的比产生(FM＝可以几乎不用力切换)。

3.场压p和从中产生的容积V中沿冲程h(沿法线方向的路程)力 F＝在p-V图线中的功，通过带有曲柄轴和一个杠杆臂的联杆长度-改变 器的本发明在＝90°KW导入，而不是像在传统的曲柄滑导那样在 ＝0°-12°导入，从而由于平移-旋转转换器(联杆长度改变器)的较高 效率，产生一种实质上较高的机器转矩和一种较高的功率。

1.场力发生器(FKG)

A.本发明的表达

1.基本原理和结构

场力发生器由三个部分组成：2个场蓄电池FB和一个场调制器 FM。场蓄电池可以是带有磁场效应控制的磁体(永磁体PM或者超导磁 体SM)或者带有电场效应控制的永久驻极体PE。本发明所述的场力发 生器的原理还可以用于非永久的势场、旋涡场。场力发生器的原理可 以类似地应用在所有类型的势场和势场的偶极场、旋涡场和偶极场。

因此所述场发生器在原理上还可以

a)把热场-力机实现成一种热电容器，FM是一种介热体，加上两个 热场源(Themikum)和/或

b)把重力场机实现成引力电容器，FM是一种介重力体 (Digravitum)，加上两个重力场源(Gravitum)。

在这些场(热场和/或重力场)中功是与路程相关的。在对应的结 构安排中还可以采用场阱。

下面以PM的磁场效应控制为例说明所述场力发生器。

作为能量“源”(磁体PM/SM或者驻极体PE)场力发生器在PM 的情况下借助于一个场调制器/FM从永久的铁磁场的磁性场能产生机 械能。FM是一种有拨动开关功能的可以磁性切换的铁层，所述铁层工 作在对磁场或者电场导通的状态或者截止/绝缘的状态之间并且在一 定的条件下作为有源FM对磁场或者电场有放大作用。

在本发明中作为场调制器还引入新型的磁性效应的M二极管和M 晶体管、作为M双极晶体管或者M埸效应晶体管或者在功率磁控管学 (Leistungsmagnetronik)情况下的M晶闸管、M-GTO晶闸管、M晶 闸二极管、M三端双向可控硅开关和M-IGBT。目的：切换/放大磁场， 对驻极体场同样适用。

在脉冲平衡的2个FM部分中，FM是振动的静磁质量，有负的(吸 引的)静磁场交换作用(在现象学上如同量子的点阵振动)并且在反 向平行的“导线”PM之间传递一种吸引的交换变换作用。在此平衡状 态下PM表现如同E＝0的基础状态中“联结的”库珀对。

II.磁容器/电容器

1.定义，介磁体/导磁体、介电体/导电体

介磁体(Dimagnetikum)(μr≈1＞1)＝不导磁的(di＝通过)

导磁体(μr→最大)＝导磁的

介电体(εr≈1＞1)＝不导电的(di＝通过)

导电体(εr→最大)＝导电的

2.模型

场力发生器如同在磁极面上有同名的磁化符号(反向平行)和一 个处于其间的介磁体用于相互磁隔离并且在排斥的PM与吸引的FM之 间产生平衡的一个磁容器。

为了表达清楚，在此我们不说磁系统中的“感应性”而是说“磁 容”，因为要说明作为处于其间的介磁体(＝场调制器)的磁容器的磁 体极面之间的力效应。

电子电容器的类似原理

在电场中由驻极体在铁电体/亚铁中产生带电作用。

介磁体＝场调制器

a)被动或者主动的横向运动的

b)静态被动或者主动的

容器中场作用的控制根据本发明还可以在非永久的场进行并且还 可以在其它的势场和旋涡场中进行。

3.M-/E容器功能

如果用一种磁隔离物(介磁体或者有磁导率的介磁介质)填充磁 容器的磁导体(“源”＝磁体)之间的空间，就可以提高磁容量Cm。如 果在所述中间空间中推入介磁体，磁强计的磁压读数就下降。

同样的原理类似地适用于电容量Ce和介电常数为ε的介电体。

4.容器功能

在一个第1恒定磁压无或者有介磁体的的磁性容器与在第2恒定 地磁化的容器之间有实质上的区别。

两个磁化之间的力

在库伦定律中ε在分母上，在磁力定律中μr也在分母上，就是说 在两个充电/磁化之间的力在介电/介磁的介质中较小。这是一种类似 于恒定充电/磁化的电容器/磁容器的情况；在极板/磁板之间有介电体 /介磁体时压U或者θ和场强E或者H较小。

介质中的能量密度大于还是小于真空中的能量密度取决于边缘条 件：在类似于“恒压的容器”的情况下H或者E保持恒定，而We或者 Wm与ε或者μr成正比。在类似于“恒定充电/磁化的容器”(FKG类型) 的情况下，不论是E或者H还是We或者Wm都与1/εr或者1/μr成正比。

FKG的基础原理是根据：

1在磁体板之间有介磁体的磁容器的作用和

2在反向平行安排的磁板PM(正能量)的排斥与通过介磁体FM(磁 容量作为负能量)的吸引之间产生一种平衡。

用介磁的FM材料使之可以有吸引的磁体板与在中心有排斥作用的 一种FM的变例。属于介磁材料的有：贵金属

离子晶体、范德瓦尔斯晶体

共价晶体、分子晶体

II型超导

I型超导

一种FKG反容器原理在于：

1.在介磁的板之间在平衡时无FM于其间，并且只须在其间有吸引 的FM-PM时才吸引。

2.在介磁的板之间在平衡时无FM于其间，并且只须在其间有排斥 的FM-PM时才排斥。

5.磁容器-类型

根据本发明介磁体处于磁极(电极)M阳极/M阴极之间。一个图 线可以示出磁性的FM容器类型的压容量区域。

-铁/亚铁金属薄膜和介磁体薄膜

-金属化的铁/亚铁介磁体薄膜

-磁解质(Magnetrolyt)

-烧结-介磁体

-铁/亚铁陶瓷

等级I：  低磁导率μr

等级II： 高磁导率μr

等级III：超高磁导率μr

作为原材料采用一种铁/亚铁磁片，所述铁/亚铁磁片通过还原处 理和氧化处理构成如一种介磁体作用的磁性半导体层

-与压有关的容量值

制造成多层的容器

-高体积容量

-可调节的容器

旋转容器

-空气-铁/亚铁陶瓷三聚物

集成的磁性容器

容性二极管

FM旁路容器

FM可变容器

根据本发明所有容器都可以按磁(磁体)或者电(驻极体)原理 实现。

III.FKG系统工作原理

1.场力发生器(FKG)

出于简单地阐述工作原理的理由以下的说明基于铁/亚铁磁材料 和作用，尽管铁/亚铁电软和硬材料的作用原理在现象学上相同，并且 权利要求也基于这种现象学上对称的作用原理(比较磁滞现象)。这 对用超导磁体作SM替代物也成立。

厚度为s的场调制器在

方案A)中在纵向排斥的磁体(图4)之间的中间，在方案“线内 FM”中

FM还可以划分各1/2(动量守恒、短的闭锁时间)。场力1/2用 于排斥、1/用于PM-FM吸引。

方案B)中安排在比在A)时近直至d→0的磁体之外(没有放在其 间的厚度s的FM)(图5)，线外FM，

并且在适当的厚度s通过排斥地反向平行取向的磁体之间的吸引 产生一种平衡，因为软磁材料强吸引地，对应于磁导率，(负能量＝吸 引的、正能量＝排斥的)作用在这两个磁体上。

如果横向地平行于PM面(切向)推移运动学的场调制器，并且脱 离PM的作用范围，会比PM的排斥时的纵向功(→纵向的力路程特性 曲线垂直于PM面(沿法线方向))需要的功小，因为在最适合的情况 下磁优势方向横向相切于FM运动，就是说相切于一个等势面(势能保 持相同)上(图6)。

场线横向相切于等势面上→不作功、没有势能。注：在沿x方向 的非均匀场中FM可以与之垂直地沿y方向在一个等势面上无功耗地运 动。Ft由于不是严格的均匀场。

场力发生器在“PM排斥和FM吸引”之间从平衡的状态交替到不平 衡的状态(翻转功能＝非线性的翻转振动)。在此两个PM都得到一种 沿纵向方向的弹性的场冲击(脉冲)并且在外部从曲柄轴的OT位置运 动到一个FM中的UT位置重新关闭，并且在FM＝“Zu”时产生一个重 新的磁平衡，从而可以无抗力(排斥)地把PM移动回OT位置(图7)。

在OT与UT位置的平衡状态之间的运动动态振荡地并且以不同的 转速(频率、通过FM参数地激励)进行。

由于FM关闭的横向运动学振荡的运动(从透明/空气＝AUF到不透 明＝场中的软磁材料＝“ZU”)振荡磁体，其中

a)一种复位力，例如通过在一个曲柄轴上的一个飞轮的回转质量 (用振动缓冲器也按冲程场冲击缓冲并且在OT/UT加速/延迟)，磁体 返回至初始位置(OT＝上死点＝0°KW)(循环过程、空程)，或者

b)各有一个在UT位置(UT＝下死点＝180°KW)中的FM另外两个磁 体，在1.FM关闭时，也就是在OT处磁体之间没有排斥力时(图8)， 通过排斥引起方向OT的复位。

振荡的场冲击，作为脉冲向联杆传递，在OT的情况下(并且在一 定的情况下UT＝利用冲程h)用作有用功。

例如，弹性的场冲击→在体积V中运动时对PM面的压→在磁场中 移动作为E移动场-直线发生器的线圈的力，或者借助于联杆长度改变 器和曲柄轴(图9)转换成转矩。

2.磁体场蓄电池/驻极体场蓄电池

场蓄电池设计/磁体设计(PM)

两个2场蓄电池＝排斥作用(或者也可以吸引作用)取向(反向平 行)的永久磁体以大的力相排斥。决定性的是在场蓄电池/磁体设计 时，要优化力与自重的比例，以保持运动的磁体的动能小而其力大。 在此法线方向上的力-路程-特性曲线确定在一个p，V图中于不可逆的 循环过程中产生的功W。一种特别有利的磁体设计通过一种夹层安排达 到。

场蓄电池我们指的是在x-y-z或者在三角网络中安排的磁体或者 驻极体或者超导磁体(图10)

PM或者PE或者SM可以对PM/PE/SM场蓄电池相互连接，以在相 对小的自重下得到一个累积的大力。

所述PM或者PE按照一种在推斥的条件下优化附着力与自重的比 的原理设计，从而没有退磁发生(注意在(BH)max时退磁系数N＝1)。

→最小化动能。

在其力-路程函数中，纵向的力路程特性曲线要安排得对应于振荡 行程和所需要的转矩展开(例如平坦的极面、凹面、圆锥、插入式磁体， 等等)

3.场调制器(FM)

场调制器基本原理

用运动学或者静力学的原理运行场调制器FM。

1.运动学的FM：运动学的FM可以被动地和/或主动地构成；它按 照在场中空气/煤气/真空(不导通的)在场中的物质(FM导通的)之 间切换。

该主动的方案利用吸引的辅助场的作用以

a)支持吸引或者

b)用吸引的作用减少FM的厚度

c)补偿吸引的/排斥的涡流作用或者磁的横向效应

2.固定的FM：固定的FM只能够实现成有各种供选择的工作原理的 主动的FM。

场调制器类型

场调制器是一种介磁体。在2个PM之间的1个FM起一种磁容器 样的作用，重要的特征是通过引进磁容量产生平衡状态。因此在这两 个磁体之间的一个场调制器可以接通或者关闭(只是场的作用，就是 说在磁体之间的空间中的能量的作用)PM的排斥。FM具有状态“Auf” 和“Zu”。在这种切换过程中，把FM从“不导通的”＝“Auf”，例如 在磁体间是空气，向“导通的”＝“Zu”＝在磁体之间是铁磁材料，切 换。由于在磁体之间的间隙中的铁磁材料如此地提高磁容量，使得出 现PM的排斥与铁磁材料(FM介磁)吸引之间的一种平衡状态：在FM＝ “Zu”时所述3个元件处在静态和动态(涡流)平衡状态。

还要注意在磁场中铁/亚铁磁材料的最大磁导率(在Bopt处的μmax) 的工作点；在通量密度-场强特性曲线中的工作点中切换作用理想并且 导致一个薄的场调制器，所述薄的场调制器在位置“Auf”导致一个非 常小的气隙。要注意的是一种确定的磁形状各异性，所述磁形状各异 性使沿切线方向导磁作用最大(沿法线方向截止作用)。

为了防止气隙并且从而防止力-路程损耗，可以插入一个有各向异 性的铁/亚铁磁材料的极靴。在磁体之间的这种各向异性的材料优先地 沿法线方向导磁，从而仅完全微小地削弱排斥。还要注意的是一种沿 法线方向最大化磁导率的一定的磁形状各异性(沿切线方向截止作 用)。

可以以运动学(不稳定的)的或者固定的方式制造场调制器和极 靴。在静态的FM或者PS中可以对磁通量子在“Auf”与“ Zu”之间切 换“半透明性”，而不必运动FM或者PS。在运动学的变种中FM/PS 在其位置中振荡地运动。所述FM或者PS可以安排成线内的(在磁体 之间)也可安排成线外的(在磁体之外)。状态替换平衡/不平衡保持 与之无关。

FM的场作用控制可以用磁导率调制进行或者通过一个横向于槽路 的场用槽路横截面调制进行。

3.1运动学的FM与固定的FM之间的区别

运动学的FM：横向的运动/振荡，带有横向磁吸引补偿、感生涡流 补偿(磁排斥)以及热补偿，只要这些出现的话。在亚铁中几乎不出 现涡流，因为亚铁有非常高的电阻率。

FM封闭开放＝在PM之间是空气、煤气、真空，

FM关闭＝软磁材料加上一定的条件下静态/动态的辅助场作为主动 的FM (图11)。

-Ft由于PM(横向弱吸引)并且由于FM＝缓冲振动振荡时的涡流 力(弱制动地)，洛伦滋力抑制运动，在B场时间上变化时(PM振荡) 也是如此。涡流损耗功率正比于板厚→＜s。

注意高频集肤效应。

→主动FM，带有动态补偿系统

(抗涡流系统)

横向力补偿。

运动学FM可以承载主动FM的部件，以补偿一定的负感生力作用 (图12)。

固定FM：导通性(磁导率或者介电常数)的动态改变，在一定的 条件下加动态辅助场(吸引基放大+涡流-排斥-补偿)。

固定FM是在PM之间的中间(对称面)始终保持在位。这种FM类 型只可以构成为主动的开关/放大器，因为它在其固定作用的改变中切 换并且不在其位置中横向运动地受推移。

固定FM类型：

“Zu”＝“绝缘体”/阻挡层＝高层磁率μr＞1

＝铁/亚铁磁性

“AUF”＝透明＝低磁导率μ的≈1

＝高顺磁性(图13)。

FM类型概要

a)导磁的/不导磁的PM(顺铁/亚铁-FM等等)

b)有磁半导体FM的M晶体管效应

c)由于封闭的FM的磁通量子的M隧道效应(图14)。

可以没有也可以由于有层化作用的感生涡流(磁导率层+抗涡流结 构)(图15)并且由于开放的/关闭的屏蔽壳几何状态(双空间的屏蔽 壳，各有一个PM)应用a)的变种。

3.2被动场调制器

FM在其基础位置(不透明＝“Zu”)产生所需要的由于FM的吸引 与由于PM的排斥之间的平衡(所有横向力是零)。

涡流损耗、磁滞损耗和自旋驰豫仅在PM的动态振荡出现并且在导 电材料中，在高频时仅在FM的表面出现。FM的每个平面侧向着相应的 PM，因为所述面不是精确地在对称面上(FM具有厚度s)。动态地补 偿在FM中起负面作用的感生洛伦兹力。

此外，这两个PM取向在反向平行地向后的平衡位置(被动的FM 关闭)中，在FM中PM向关闭的FM运动时，由于在FM的中间PM场的 双方的中性化排斥作用(基于补偿了的感生电流的洛伦兹力＝感应磁矩 (洛伦兹定律)＝零(由于涡流的反向旋转方向)，在其中FM中的场 扩散作用消除。然而它们却不在FM的表面消除，这是因为从FM的中 间(对称面)到PM的距离Δs。在FM的中间也不出现FM的反复磁化， 这是因为场作用在FM的中间相互抵消(平衡状态)。

导电FM材料中的感生洛伦兹力动态补偿和磁偏压

所有在FM表面上出现的动态影响(在PM靠近FM(FM＝关闭)时 排斥力的结果(楞次定律))都动态地通过一种主动的FM补偿，或者 通过一种磁性吸引的“偏压”补偿，所述磁性吸引的偏压只有在较高 频率才达到“静态的”替代平衡，因为在静止状态，一个主动吸引的 FM辅助场补偿缺失的吸引。从而静态平衡状态向较高的频率转移，并 且FM可以在厚度s上变薄，从而PM可以动态地相互接近，并且从而 在冲击(FM＝AFUF)时排斥的力大得多(注意力路程特性曲线)。在静 止状态，没有接入的辅助场，在磁偏压下排斥大于平衡，以此PM取一 个某种程度上新的、较大的平衡状态，占据被移开与FM的厚度s不对 应的Δs。

场调制器在关闭的状态(FM＝导通)对一个磁场起一种阻挡/“绝 缘体”那样的作用，恰如在基极截止时或者由于场量子通量加上的门 场槽路截面＝零时在一个M晶体管(＝场量子阀门)中那样)。

软磁合金的磁导率μ因非常高的磁导率决定PM(磁导率μ＝μ0μr)之 间的FM的厚度s。

在一个几何状态上开放或者关闭的壳(磁分路)中非常不同的“屏 蔽”作用决定排斥的PM的相互屏蔽的程度，-每个PM都可以具有自己 的通过FM耦合的壳(图16)。

注：在封闭的几何状态中感应频率依赖性的涡流，所述频率依赖 性的涡流虽然导致排斥增加，然而只在控制场抵达壳中时导致排斥增 加，参见下文场调制器章。

所述FM使永久储存的PM势场能能够发挥其作用(作为场量子通 量的力作用)或者阻止其发挥作用(类似于相机快门阻断太阳的光 子)。

有对应厚度s的用非常好地导磁的软磁材料制造的场调制器具有 一种越厚就越强的对PM的吸引作用，-从而对平衡状态增加厚度先是 PM的大的排斥，然后在从与FM的平衡状态进一步增加厚度转换成力- 路程特性曲线中的一种强的吸引。

如果不是FM对称于PM定位并且不是通过齿轮或者曲柄连接PM， PM一般地不能够取稳定的平衡状态，从而不在同时把另一个PM一起移 位，它们就不能够单方面改变(不稳定的平衡)。

从一定的厚度s等起通过PM平衡逆转成一种强的吸引。相反地如 果厚度s小于在平衡状态的厚度，就会加大吸引(17a-c)。

FM的厚度s、形状、内部结构等等通过一种非线性的翻转功能如 此地控制机械地对称耦合的PM的平衡状态。这是一种被动FM的基本 原理。

决定性的是高的磁导率(磁导通性)、在μmax/Bopt和对应的合金处 的控制以及各向异性的晶体结构；同样的是在其它的板厚和叠片形式 时的μ改变。还有一种主动的基本原理，其中，例如在磁导率-感应曲 线，或者在温度感应曲线(在居里温度Tc下从铁磁向顺磁的作用切 换)，FM从“透明”＝“AUF”(不导磁的)，向→“不透明的”＝“ZU” 切换。在此意义上对于铁磁的和铁/亚铁电的材料也是成立的(图 18a-e)。

SM也可以通过一种温度梯度从超导的切换成常导的。

纵向的力路程特性曲线对横向的力路程特性曲线之间的能量平衡

运动学的FM沿横向方向优先地在一个等势面上运动，也就是就横 向于PM场的磁优势方向并且在OT时平衡状态中横向于(一般地非均 质的)力场的纵向方向。

在FM纵向运动时需要或者获得势能，从而在运动学地振荡的FM 中，由平衡状态PM-FM-PM和FM中的高磁导率决定，消耗非常少的能 量，→纵向的力-路程积分(PM功)对横向的力-路程积分(FM功)的 比。→功差非常大(图19)并且在E→0时有利于FM运动消失。结果： 可以几乎没有力地运动FM(还要注意没有感生涡流的铁磁材料；在电 的导体上通过一种抗涡流原理阻止洛伦兹力)。

FM只切换场力作用，就是说交换作用＝SM的自发磁化/极化或者自 旋转矩或者矩。

磁优势方向的改善例如可以通过软磁的颗粒结构定向板进行或者 通过一种有强的结晶各向异性，例如有六边形结构的，材料进行。

因此FM可以具有一个沿磁力线方向的磁优势方向，即从一个和同 一个PM的PM+极向PM-极。视FM运动是在场和极方向上平行的还是对 之垂直地进行，即在一个等势面上进行，而异，并且视所述板是否颗 粒结构定向的而异(普遍的是颗粒结构方向平行于轧制方向)而异(图 20)，力-路程特性曲线(功)是不同的。

3.3主动的场调制器

被动的FM基本原理通过一个主动的FM原理补充，并且还与采用 运动的还是固定的FM无关。

决定性的是，如果静力和/或动态力干扰地出现，必须补偿静力和 /或动态力，在此一般指的是感生的洛伦兹力，但是如果在FM运动时 出现磁的横向力也包括磁的横向力。

还可以采用一种主动的FM，以能够降低FM厚度，因为软磁FM材 料在FM线圈中起放大的作用。

1.FM的基本原理＝用FM厚度|s|的软磁材料等等静态平衡，首先 是用铁磁材料，因为铁磁材料不会有感生涡流出现。

如果转入优化金属材料，可以采用抗涡流原理(→参见第3点)。

2.较薄的FM厚度s时排斥力的作用补偿

a)用起放大作用的磁搬钮开关通过静态吸引的辅助PM恒场，参见 下文。

b)用起放大作用的软磁芯通过主动的动态吸引的辅助场，参见下 文。

c)通过吸引放大功能而不是开关功能，例如用一种放大的M晶体 管效应

3.由涡流效应、反复磁化效应和自旋驰豫效应产生的负力(排斥) 的动态作用补偿：

a)动态适配的、运动地移动的、吸引的软磁薄层，随着频率动态 地改变FM厚度

b)通过有恒定的辅助PM恒场的磁吸引的偏压

c)通过有软磁芯的动态可变的吸引的主动辅助场，参见下文。

4.用电动力场FM替代厚度s的软磁FM(效率最坏，因为没有由软 磁材料产生的放大)。

所有的变种都可以从μ≈1的“透明”状态到μr→μmax/Bopt的“不透 明”状态完全调节。

4.在运动学的FM中跨接气隙的极靴

作为无FM气隙传递场力(→力场关闭)的可供选择的替代方案可 根据本发明采用以下的方法：

经过一个PS在FM的开放状态在排斥的PM之间产生一个通过一个 或者两个极靴(视结构变种而异)的通量桥。

如果开放即横向推移FM，就出现一个厚度d＝s+2Δs的气隙，并 且在此气隙中出现力-路程特性曲线中磁力的较大的下降。这种力下降 通过横向、与FM运动同时向随后的有高强各向异性磁导率的极靴，沿 纵向例如

a)沿001-方向共六边形结晶各向异性，或者

b)颗粒结构定向，或者

c)Ei/双晶体，

在充分利用形状各异性的情况下平衡并且从而通过对准的磁通导 线传递所述场(图21)。

原理上PS与FM起相反的作用：

在其存在时沿逆PM的方向(与沿横向方向具有高的磁导率的FM 取相反的方向)有高的磁导率。“极靴“(PS)由多个通量引导’传递 器件组成。通量引导件在不同的排斥磁体的各个极之间产生沿法线方 向的通量，从而可以在h＝0的距离下几乎100％地传送PM的原始力。 在一定的情况下还有2个气隙空缺Δd，如果不利用一种楔功能(→结 构变种)该空缺Δd起达到机械上无磨擦的FM/FM/FS运动的作用。

5.PM活塞和吸引的磁循环中的PM

根据本发明阐述用排斥原理的FKG结构。图和文(图22)示出， 通过FM通量转接结构上决定地，根据本发明还可以实现用吸引的软磁 逆PM的一种吸引原理，代替用排斥的逆PM。磁场通过高磁导率的、处 于吸引(FM)与排斥(PM)的平衡的并且可切换的FM引出，从而软磁 的活塞关闭磁路：通过2FM吸引的原理。结果：FM与活塞底/轭无物理 接触(非常小的气隙)地引导磁通；气隙比FM厚度小得多。与直接排 斥内和力损耗的-由于FM的厚度＝气隙-的FM(线内FM)相反，在该方 案的情况下经磁回路(经FM通量引导件)向活塞底引导最大的力。运 动的质量比前述方案的情况下小得多，因为磁体起定子的作用，只有 FM和活塞(吸引)振荡地运动。问题：在活塞底上的切向分离力：随 着通过FM分离(场蓄电池FB的)PM变小。

6.FM的切换状态

“ZU”＝截止/“绝缘”/不透明/＝导磁的FM：

在物理上＝由于FM的较高的电导率μ＝μ0μr(因为高磁导率)磁通量 子不能够沿法线方向(纵向方向)穿过FM，通量量子在其通量中转引 向沿切向方向(横向方向)/转向外，就是说FM有屏蔽作用。

“ZU”意味着：铁磁吸引的交换作用(自旋耦合)生效(→FM接 入)。

“AUF”＝断开的/“不绝缘的/透明的＝不通导的FM：

在物理上＝由于FM的非常差的电导率(μ≈1的低磁导率)磁通量 子能穿过固定的FM，或者在运动学的FM空气/气体/真空的情况下，磁 通量子能穿过空间区域。通量量子在其通量上不转向/转引导，就是说 它们沿反平行取向的反PM方向上起排斥场的作用，就是说FM没有屏 蔽作用。

“AUF”意味着：铁/亚铁的吸引的交换作用(自旋耦合)不生效 (→FM断开)。

通过从场力冲击断开FM出现静磁学子场量子组成的纵向弹性冲击 波，并且从中首先出现沿法线方向(纵向机)的路径或者沿横向方向 的路径(横向机)的一种机械的初级力，或者出现涉及角度的初级转矩 (旋转机)。

从所述的力/转矩可以用一个E-发生器获得电流和/或直接地利用 驱动转矩。

本发明包含一种采用各种FM原理的系统，通过特殊的结构和工作 原理保证用抗洛伦兹力和抗楞次力补偿或者消除感生的涡流。

IV.磁体/驻极体工作原理和设计

开放的永磁体回路/驻极体回路/超导磁回路

1.永磁体(PM)/永久驻极体(PE)设计

本发明涉及适用于铁/亚铁磁材料并且类似地适用于铁电体和/铁 电材料。

亚铁磁材料有一种非常高的电阻率，然而通量密度比铁磁性的材 料低得多。在下面的规定中，铁电体/铁电材料(PE)在工作原理上可 以类似于铁磁性材料(PM)思考。

所述设计按以下顺序依据不同的参数：

1.磁体材料

2.PM类型的特性、特性曲线：退磁曲线、感应Br、最大磁能积(BH) max、在T时的矫顽磁场强度、居里温度Tc、在退磁系数＝1时退磁曲线 上的工作点。

3.PM形状设计和场向量的取向，例如圆磁体对比单胞磁体。

4.优化时着力对自重量比V＝H/G的几何状态尺度确定。

5.功能地安排纵向/横向力-路程-特性曲线。

6.用于平移FM的横向x特性曲线与横向的y特性曲线的比：对场 线平行的对比对场线垂直的。在平行于场线推移的情况下场线在推移 的方向上→力在场向量的方向+→-，在垂直于场线推移的情况下横截 场线/场向量→几乎无力的推移，与在均匀场中相似，在此在等势面 上。

2.PM的力/重量优化

2/1总吸持力和永久场蓄电池(FB)的结构

FB可以通过相互排列许多单胞磁体结合成一个磁体群，并且通过 在一个平面上的多个磁体群结合成一个磁体阵列(例如三角网，譬如 在一个超导体中＝以与之成角度运动学振荡的，或者沿x-y方向以直角 的FM振荡的FM的最致密的填料)，并且然后按一种级联结构(沿z 方向的层结构)用许多这样的磁阵列结合成一个磁体蓄电池。

从而我们在小的空间上以小的重量得到一种非常大的优化的力。 这种PM填料的附着力相加比一个等重的单个PM带来大得多的附着 力。

V场调制器的工作原理和设计

1.场调制器原理(M-FM)

一般原理

磁场调制器-控制我们区分为：

-磁场-导体(电导率＝高的μ＝μ0μr，注意μmax-Bopt的磁导率-感应- 特性曲线中的控制)。

-磁场非导体(μr≥1(空气、真空、顺磁材料、铁磁材料，等等) ＝磁绝缘器＝介磁体(dia＝通过)。

-磁场-半导体。

上述的系统对于铁磁和亚铁的软材料适用。

磁容器在不同名PM极情况下的作用：

如果在一个磁场中放入一个介磁体，磁的场强就相对于真空下降μr 分之一，而由于放入介磁体磁容量上升μr倍。

在同名PM极情况下：

在放入介磁的FM时→场强下降(电压下降)＝排斥变小、容量提 高。FM沿每个PM的方向中如一个有不同名的符号(吸引的)的PM那 样作用，或者如一种不磁化的板那样作用。

电场(驻极体)中适用于场通导的有：

-电场-导体(电导率＝高的ε＝ε0εr，注意εmax-Dopt的介电常数- 位移密度-特性曲线中的控制)。

-电场非导体(εr≥1(空气、真空、铁电体材料、陶瓷(HDK) 等等)＝电绝缘器＝介电体(dia＝通过)。

-电场-半导体。

上述的系统对于铁电体和铁电的软材料也适用。

电容器不同名PE极情况下的作用：

如果在一个电场中放入一个介电体，电的场强就相对于真空下降 εr分之一，而由于放入介电体电容量上升εr倍。

在同名的PE极情况下：

在放入介电的FM时→场强下降(电压下降)＝排斥变小、容量提 高。FM沿每个PE的方向中如一个有不同名的符号(吸引的)的PE那 样作用，或者如一种不磁化的板那样作用。

M场调制器和E-FM

M-FM＝铁/亚铁磁的场调制器

(配对物：铁电/亚铁电场调制器＝带有铁电体材料的E-FM)。M-FM 的功能原理可以现象学地移用到该E-FM上。

所有场调制器的基本原理是切换或放大或者降低在PM/SM之间间 隙中的磁导率/电导率，就是说从导通的向不导通的或者说“ZU”→ “AUF”或者反之。在同名的，排斥的PM极之间放入FM的情况下所述 容量加大，由此场强下降，在FM断开时则该作用相反。

场调制器是场的一种介磁体或者介电体，但是不电子的介质，此 时产生一种平衡状态。

下面借助于磁场说明所述作用。

优化

尤其想到：亚铁磁材料几乎不包含电子，并且因此几乎是不导电 的。在此情况下可以较好地理解-无涡流的-FKG磁芯原理。

在采用金属磁的场导体的情况下在FM中存在电子(游离的导电电 子是涡流的原因)，根据本发明通过适当的技术方案，作为FM中无电 子的磁芯原理的优化，对自由电子在其作用上补偿、降低或者消除。

在平行于PM场的磁的优势方向的横向运动的情况下还必须补偿磁 的横向力作用(FM的吸引)；在垂直运动(在等势面上)这几乎不需 要。

一种金属FM的动态纵向平衡对比静态纵向平衡。

所有这些场调制器类型服从一个动态的原理：

在磁体的恒场中静态平衡状态下不发生任何动态的反力(洛伦兹 力)。在FM的基本方案中应用一种有非常高的电阻率的亚铁磁材料， 并且即使在高频时也几乎没有感应涡流并且因此实际上不允许有洛伦 兹力。

只有在采用金属的磁的场导体时在以频率f运行时才发生一种由 涡流和自旋驰豫产生的反力：由于场扩散的延迟效应：在高的场变化 速度的情况下在磁回路的软磁FM材料中，由于在FM中存在的导电电 子，造成感生电流，所述的感生电流对其成因(场的建立和场解除) 起对抗作用(楞次定律)。该反力随着频率的上升(以及FM的快速切 换过程)减弱了以前的静态平衡，因此一个动态的FM必须频率相关地 补偿这种频率依赖性的反力，或者通过感应把导电电子从磁场的作用 范围中移出，从而出现一种动态的平衡。

注：交变场：

壳的屏蔽系数在带有开口(开放的几何形状)的屏蔽情况下随着 频率的上升而下降。相反地对于完全封闭的屏蔽(封闭的几何状态) 的情况下于其中它指数地上升。所述屏蔽系数指得是由于在屏蔽层中 的感生涡流的产生的排斥场。

→采用封闭的壳几何状态。

可变的FM厚度(图23)

在把FM的厚度与FM的吸引上升相匹配作为对涡流排斥的补偿时 要注意，OT点移动了。因此必须通过一个a)弯折联杆或者b)在联杆 长度改变器的情况下整合的控制以-ΔH微调PM活塞。

替代方案：有-ΔH的负的磁偏压(对于f＝100-300Hz)。

在行程hmin→hmax时动态地跟踪吸引力(图24)。

洛伦兹力作用出现在：

a)由于PM运动UT→OT，在FM的关闭状态，

b)在FM横截PM之间的纵向场线运动的情况下。

FM的动态横向平衡对比静态平衡(图25a、b)

根据本发明，所出现的PM的向静态的磁吸引的补偿还通过在平行 的PM场中非常慢的FM运动解决，-由涡流所决定-动态的洛伦兹力在 运动学的FM的横向高的运动速度的情况下也是同样的。

横向动态力的补偿：

a)由于PM吸引：F1＝恒定，F＝f(r)F1＝由PM吸引

b)由于涡流的制动作用，不论是-F2还是+F2。

F1＝由PM吸引

F2

注意在FM的几何中心排斥的力+吸引的力还中和吸引+涡流。

2.运动学的场调制器(有叠片/无叠片)

运动学的封闭(FM板在不同位置中运动)

(图26)

FM“AUF”＝在例如空气(磁绝缘体)中的磁通量

→在PM之间的高场强，没有容量

FM“ZU”＝在FM中的磁通量

→在PM之间的低场强，高容量

2.1屏蔽壳的几何状态

注：交变场：

壳的屏蔽系数在带有开口(开放的几何形状)的屏蔽时随着频率 的上升而下降。相反地对于完全封闭的屏蔽(封闭的几何状态)的情 况下于其中它指数地上升。所述屏蔽系数指得是由于在屏蔽层中的感 生涡流的产生的外壳排斥场。

→采用封闭的壳几何状态，就是说在一定情况下几何效应大于材 料效应。

开放的几何状态

1.FM作为厚度为s的板。

封闭的几何状态：

2.FM作为一个双空间屏蔽壳(每个空间各一个PM)(＝按冲程封 闭/开放的几何状态)的盖(厚度为s的板)，如前所述的变种。

2.2被动的和主动的线内FM和线外FM

除其本身以外被动的FM没有任何主动的纵向吸引的辅助场/吸引 力；主要是铁氧体的情况(图28)。

被动的FM可以用一个主动的补充，以能够补偿吸引的涡流力等， 或者说能够在厚度上较薄地设计FM，从而PM可以较致密地靠近。

所述主动的辅助场还必须与主动的FM的能耗相关联地考虑，由此 影响功效。

场调制器种类(图29)：

线内FM(图29.1)：

通过放大吸引优化s→＜s

图29.1d )：变种

a)软磁材料磁芯、在B-H特性曲线的工作点A3很低的线圈电流 的放大作用，或者

线圈可以是扁平的螺线，以把线圈做得非常小(在铁衬片上蚀刻 的线圈)。

b)硬磁芯：磁化/退磁

c)可双稳态切换的半硬磁芯＝可通过磁化/去磁脉冲二进制切换 的永久磁体。

图29.1e)：变种

a)带有通量导通件的外部永磁体

b)外部线圈(能量不得耗尽整个收支)

通过磁芯在工作点A3放大。

c)硬磁芯：磁化/退磁

d)可双稳态切换的半硬磁芯＝可通过磁化/去磁脉冲二进制切换 的永久磁体。

注意带有的线圈等的FM的质量→较高的动能。

图29.1f)：→很小的动能，因为线圈/永久磁体不必随之运动。 场发生-变种，如前所说明。

线外FM(图29.2)

被动的永磁体FM或者主动的E-磁体-FM。

平衡不通过铁吸引，而是通过被动/主动的场。

由于面的45°-位置，出现纵向场调制和横向场调制。

图29.2e)：梳状-FM

在一定的条件下，梳状FM具有更多的吸引，因为更多的软磁材料 在发生作用，并且此外PM还可以靠的非常近(接触→100％的力收益)。

视场线方向而异(平行或者垂直)，FM运动方向为x方向或者y 方向。2.2.1软磁材料

新：有负的磁能-(BH)max＝吸引的FM

软磁材料的磁化特性曲线→负的磁能积：(B(+H))max作为负的 磁场能(-W )，因为软磁材料在对有正的磁场能(+W)和正的磁能积B (-H))max的平衡中是吸引的。

磁的形状各向异性

决定性的是在-(BH)max时有几何状态依赖性的磁化系数N的软磁 材料的磁化特性曲线的工作点A3，类似于永磁体的退磁系数。

软磁的FM板的工作点A3在-(BH)max处。

2.3主动的FM

根据本发明有多个种类的主动FM，有以下的情况区别：

I.主动的FM，以在其基本的FM初级作用上切换/放大。

II.主动的FM，用于放大有吸引的共场(co-feldern)FM，用于 支持吸引的FM力。

A.→磁辅助场

主动的FM，以用一种磁的辅助场主动地放大所述作用。

1.纵方向

薄FM层在PM位置在常态的平衡状态的情况下得到较高的排斥作 用

→通过吸引的辅助场放大吸引。

2.横方向

在磁场于FM运动的情况下通过PM在铁/亚铁磁材料上的吸引

→通过排斥的辅助场放大排斥作为横向吸引的补偿。

III.主动的FM，以支持FM用反场补偿感生的力。

A.→在FM中不存在导电电子(亚铁磁材料)：没有补偿，因为电 阻率非常高。

＝FM基本原理。

B.→机械的抗涡流原理

存在导电电子，但是用机械的抗涡流原理最小化感生的电流和感 生的力。

＝第一种类的优化。

C.→电的抗涡流原理

存在导电电子，但是用电的感应原理将导电电子带到磁的场作用 区域之外。

＝第二种类优化

D.→磁的抗涡流原理

导电电子存在于磁的场作用区域之内

→带有主动磁的反场的主动场调制器。

＝第三种类优化。

1.纵向力补偿

如果FM关闭并且运动PM UT→OT，排斥的涡流力(楞次定律)。

所述主动FM在于，它可以在强度上控制/调节其纵向吸引的作用， 以能够动态地保持平衡(尽管由于FM中的导电电子有涡流-排斥)。

2.横向力补偿

由于涡流的排斥的横向作用(制动效应)也可以动态地控制。

例如可以通过主动的磁的辅助场实现补偿(图30)

磁化地产生2个在FKG的对称面上相互贴放的FE，各一个吸引的 反场(反向平行吸引地)用以产生平衡，或者用以对相应的排斥的磁 体补偿静态/动态的反力＝“ZU”。

“AUF”＝无磁化。

磁化可以是双稳的，因为在PM从UT向OT运动时可以无持续的外 部供能保留场力。

主动地场发生/反向场补偿的变种

a)  有脉冲磁化的结构(例如线圈)

有场强升程ΔH和感应升程ΔB(在一个相对周期宽度非常短的时 间间期＝脉冲宽度中磁化电流只沿一个方向流动)的单极(一侧的)脉 冲磁化。

b)有脉冲线导线的结构(例如线圈)

通过一种导致一个高的电压脉冲的唯一阶跃进行反复磁化(Z-回 线)

c)产生能量充沛的电流脉冲

-采用磁的开关的脉冲压缩技术

-用直角回线的材料，优选非晶的金属，由于很小的动态磁滞损耗

d)注意在较高的控制情况下：如果所述材料处于饱和状态，被 动FM中的屏蔽系数随磁导率-感应曲线中的急剧下降而下降。

e)一种高场线圈起无通过软磁芯放大的空气线圈的作用。

主动FM与运动学的FM的耦合

主动可以耦合(和/或)到

a)运动学被动的FM，以能够动态地改变作用/补偿。

b)软磁的双空间屏蔽壳(磁的分流，按冲程开放/关闭的几何状 态)无运动学的运动。

3.固定的场调制器(有/无叠片)

场调制器系统概况主动FM变种

1.磁导率-通量密度FM＝μmax/Bopt＝最大磁导率→

                     μmin/Bmax＝最小磁导率，或者

                     μi/Bmin＝最小导率，或者

                     通量密度改变：

                     -沿对磁面的法线方向FM间距改变PM→

                     Δs→+-ΔB-等等。

2.热磁FM             ＝居里温度/尼尔温度的切换

                     铁/亚铁磁的

                     铁电/亚铁电

                     →磁化“冻结”

3.各向异性FM         ＝磁优势方向改变

                     a)晶体各向同性改变

                     b)压感生的各向异性

                      -反向的磁致伸缩

                      机械压改变的磁导率(维拉效应)

4.软磁.感应FM        ＝→+-ΔB→/Bopt/Bmax/Bmin

                         有脉冲压缩(UT→OY)的脉冲磁化

                         通过磁芯放大

5.硬磁、感应-FM      ＝磁的摆动开关，或者不稳定的磁压→

                     可变剩磁Bf

6.感应电流-FM        ＝在例如AL层/Cu层中产生的感生涡流

                      “AN”/“AUS”

7.临界频率-FM        ＝通过在临界频率之上/之下运行切换

8自旋共振-FM         ＝翻转自旋方向(铁/亚铁磁的共振)

9顺铁/亚铁-FM        ＝铁/亚铁-前阵-迁移

通过FM耦合层或者阻挡层迁移，然而没有温度改变→原子间距主 动改变

10.M半导体-FM        ＝磁控管(Magnetron)/磁控管空穴迁移

                      (→磁控管学技术)

                      →切换/放大/触发

                      M双极晶体管，或者

                      M埸效应晶体管

11.M-隧道-FM          ＝切换磁的隧道流

                      磁压

                      →隧道贯通/不能隧道贯通

                      ＝SmImSm容器

                      有薄的I层的磁隧道流

                      ＝介磁体＝FM，

                      磁压

                      →导通的/截止的

12.超导HTSL(类型3)-FM＝常导/超导的切换

                     →温度改变

                     ＝SmImSm容器

                     有厚的I层的磁隧道流

                     ＝介磁体＝FM，磁压→导通的/截止的

                     HTSL类型3具有磁滞。

固定的FM的一般原理

磁导率μ＝μ0μr或者电导率ε＝ε0εr由于负的场能总是吸引传递地 作用在磁体或者驻极体上，从而可以用一个场调制器-在给定的磁导率 或者介电常数的情况下-从μ或者εr＝1→最大并且反向地切换和/或放 大/削弱PM/PE之间的间隙/槽路(图31)。

铁/亚铁磁性的断开/接通

在磁的情况下所有的材料原理都导致在透明的情况下抵消自旋耦 合或者未补偿的内电子层的交替作用(＝断开铁/亚铁磁性)，并且反 向地：在接通铁/亚铁磁性的情况下通量量子不穿过FM：

由于相对通量密度B的材料的较高的磁导率，反向平行的PM的场 在FM中强烈地变形(图32)。

这在FM中(高磁导率)中对磁畴(外斯畴Weissiche Bezirke) 的自旋转矩有按方向顺序关系到反向平行的PM场线统计分成的/无序 的/顺磁作用的影响，似乎没有超过居里温度或者尼尔温度。

注意：在居里温度或者尼尔温度方面还有有相反作用的材料。

注意脉冲磁导率

“Auf”由于μr≈1(顺磁)

“Zu”由于

a)主动的线圈在μmax-/Bopt→μ1≈1-Bmax之间切换，或者

b)在μi-B＝0的特性曲线的另一侧，平衡加可变的补偿

c)双稳态：半硬的磁芯＝恒定场切换

FM作为场开关(图33)

常温条件静态-活性的薄阻挡层，FM类型是：

1.导通-不导通FM，在B-H特性曲线方面切换

2.热磁FM：切换居里温度或者尼尔温度

3.临界频率-场开关

4.磁弹性的场开关

5.顺铁(ParaFerro)-亚铁(Ferri)-FM

用一种原子阻挡层切换交替作用

通过晶体的自旋耦合运动

6.M-半导体-FM，用M-场-晶体管效应切换，

7.隧道效应FM，通量量子隧道贯通FM

图33：场调制器的一般原理

铁/亚铁磁的静态场的调制是通过：

A)带有被动元件和/或主动元件的运动学的开关；

被动：阻挡FM场，

主动：通过吸引的磁场的反向力(补偿)。

B)双稳态Tc-磁导率-开关，通过居里点(Tc)的温度差

C)临界频率-开关：透明，通过超过临界频率

D)磁弹性的场开关

图33.b1)：

B-T-特性曲线＝感应-温度曲线

温度Tc消除自旋耦合：通过温度改变到Tc，FM从“铁磁的”的 作用切换成“顺磁的”作用。

还可以有可变的调节(补偿器功能)。

图33b2)：

如果要快速地切换居里温度，就电气上用既能供热也能供冷的珀 尔帖元件进行或者通过

激光束＝加热接着致冷并且“冻结”另一个磁的状态。

FM可以按分层技术用集成的珀尔帖元件构成。

所述层非常地薄，从而可以在铁磁-顺磁-铁磁状态之间快速地反 复切换。切换温度Tc≈30℃.该材料中饱和感应不是非常高(Bs＜ 0.5T)。

图33b3)：

-F＝在FM-Tc“Auf”的情况下铁磁的活塞的吸引。

在该结构的情况下可以放弃一种排斥的反向平行反磁(节省重 量)。

图33c)：

FM-控制通过高于材料的临界频率的频率→改变导磁度。对应于马 达冲程切换FM：

1  在OT＝“An”→FM顺磁→由于高于此时动态化的(不固定的) PM-恒场的临界频率的频率对PM场透明。

所有的磁性材料的磁导率都在一定的频率以上显示一种显著的下 降→临界频率。原因：涡流和自旋驰豫。

2  在UT＝“Aus”→FM铁磁性的→截止。PM活塞可以沿OT方向 运动回平衡状态

FM  永久磁体

FM  场调制器

FM  频率调制器

在这种FM方案的情况下，特别地要考虑能耗，因为FM永久地在 反向平行的PM之间于其作用上开和关。

FM壳的几何状态和形状

在此同样可以采用在运动学的FM(开放的/封闭的屏蔽几何状态) 的情况已经说明的原理。

要注意屏蔽作用＝交变场处的排斥作用(由于感应涡流屏蔽系数的 提高)

视所希望的效果而异在此也可以采用铁/亚铁磁的材料。

根据本发明阐述在系统方面于FM层中进行通量控制的具体可能 性：

1.磁导率-通量密度-FM

切换通过向FM的对称面按Δs纵向推移PM，其结果是降低局部起 作用的通量密度(随着增加到磁面的距离Δs在磁导率-感应特性曲线 中强烈下降)。

从而磁导率-感应特性曲线上的作用点被移动，并且静态的FM在 Δs＝0时的“Zu”与在Δs＝Δs时的“Auf”之间切换，从而磁导率强 烈地改变

(FM：不透明→透明)(图34)。

Δs→-ΔB：Bmax→Bopt→Bmax或者Bopt→Bmin→Bopt，视磁导率-通量密 度特性曲线上的方向而异。

2.热磁-FM

-利用强非线性的感应-温度曲线

-FM封闭切换。铁/亚铁磁/电原理：

1.AUF：通过加热到接近或者超过居里温度或者尼尔温度(＝顺磁 的＝透明的＝AUF)

2.中性化(μr≈1)或者反复磁化，所述反复磁化在

-恒定的预磁化的场的作用下进行或者

-通过脉冲磁化，注意脉冲磁导率

3.ZU：“冻结“反复磁化状态

→磁化方向＝对磁体吸引的；通过冷却到Tc或者TN之下＝铁/亚铁 磁的＝“ZU”

→非线性的FM开关。

3  各向异性-FM

1  晶体定向/颗粒结构定向-转换开关：

横向或者纵向的晶体定向/颗粒结构定向＝通量定向＝磁的优势方 向可切换

2  微拉效应：通过机械负荷切换改变磁导率(反向磁致伸缩)。

3  磁偏压：

压各向异性通过静态/动态的张应力引入→磁优势方向平行于FM 区域中的张应力。所述张应力可以在FM中通过一个偏压，例如，通过 磁场退火，进行。

4.软磁感应FM

利用高控制：如果材料饱和，或者如果B-H→0，就是说μmax→μr， 在FM中导通系数(而不是屏蔽系数)随磁导率-感应曲线中的陡直下 降而降低。

不进行PM按Δs的机械移动，而是按ΔB改变局部作用的感应。

ZU：μmax//Bopt的情况

AUF：＞Bmax的情况，就是说→μr＝1→透明的；或者

ZU：μmax//Bopt的情况

AUF：B-H＝0的情况，就是说μmax→μi→几乎透明的。

高控制Bmax的脉冲磁化(理想的：双稳态磁场开关)，注意脉冲磁 导率

a)有脉冲磁化的结构(例如线圈)

有场强升程ΔH和感应升程ΔB(磁化电流只沿一个方向在一个相 对周期宽度非常短的时间间期＝脉冲宽度中)的单极(一侧的)脉冲磁 化。

b)脉冲导线：

有脉冲导线的FM结构(例集成的或者外部的线圈)

-通过一种导致一个高的电压脉冲的唯一阶跃进行反复磁化(Z-回 线)

c)产生能量充沛的电流脉冲

-采用磁的开关的脉冲压缩技术

-有矩形回线的材料，优选非晶金属，由于很少的动态磁滞损耗

d)常规的高场线圈

5.硬磁感应FM

-有反复磁化的磁导率μr≈1(！)的硬磁材料

＝透明＝FM“AUF”。

磁化地产生2个在FKG的对称面中相互贴放的反向平行安排的磁 化的FM板，各有一个吸引的反场用于对相应排斥的磁体产生平衡→ FM＝ZU。

-脉冲磁化

a)有脉冲磁化的结构(例如线圈)

有场强升程ΔH和感应升程ΔB(磁化电流只沿一个方向在一个相 对周期宽度非常短的时间间期＝脉冲宽度中)的单极(一侧的)脉冲磁 化。

b)  脉冲导线：

有脉冲导线的FM结构(例如集成的或者外部的线圈)

-通过一种导致一个高的电压脉冲的唯一阶跃进行反复磁化(Z-回 线)

c)  产生能量充沛的电流脉冲

-采用磁的开关的脉冲压缩技术

-有矩形回线的材料，优选非晶金属，由于很少的动态磁滞损耗

6.感生电流-FM

在一个导电的部分中感应一个电流/电流脉冲→涡流→

1.在接通的情况下排斥

2.在断开的情况下吸引

在环中的电流方向应当如此地选择：使得在闭合的状态中对PM的 场作用是吸引的。

7.临界频率-FM

超过所述临界频率时磁导率跳跃式地下降。

注意在“交变场”时对临界频率的结构说明。

周期的过程

-涡流(涡流临界频率)

-自旋驰豫(回转磁的临界频率，原因：电子自旋的衰减，注意非 对称的衰减)

开-关过程

-涡流-时间常数(在施加(电流脉冲的)场后，感应或者通量(以 恒定的磁导率为前提)进入该板中有多快？)

8.自旋共振-FM

FM-切换过程：自旋转矩沿场/场线方向(AUF)或者垂直于通量 (ZU)改变/翻转。

由外部的强恒场迭加：

→铁/亚铁磁的共振

-自旋共振-FM＝自旋方向开关：自旋翻转(→自旋波)

自旋共振(自旋的旋进频率与外部的交变场一致)→由于能量吸 收损耗强烈上升

9.顺铁/亚铁-FM

铁/亚铁磁的原子都是顺磁的。

只有从一个约6个原子位置的层起通过互换作用＝未补偿的内电子 壳层的重叠才能如在固体中那样产生铁/亚铁磁性。

→键合＝耦合。

一种可切换的导通层/阻挡层的作用是，从外部控制建立或者阻挡 铁/亚铁磁性＝耦合(内电子壳层互换作用)，或者通过晶体在其位置 上继续移动导通层/阻挡层或者顺磁地保持晶体结构。

FM透明＝顺磁的＝无磁导率＝没有耦合＝“AUF”：

→能量量子穿过阻挡层。

FM不透明＝铁/亚铁磁的＝高磁导率＝有耦合＝“ZU”：

→能量量子不能够穿过阻挡层，将它们改道。

在晶体材料的情况下，自发磁化磁畴必须由主动的阻挡层一起切 换-非晶的材料没有晶体颗粒却有磁畴，因为阻挡层没有晶粒边界地直 接在原子位置起作用。

FM开关过程应当是双稳态的，因为可以在PM运动时节省外部供 能。

10.M场半导体调制器(→磁控管学)

11.隧道-FM

磁的/电的隧道效应场调制器(B-/D-场)

磁能量量子的隧道贯通(而不是加速的电子)通过一种非常薄磁 FM阻挡层/绝缘层“Im”进行，根据本发明基于一个磁压θ和能隙E＝0。

电子e(隧道流)的电基本电荷在磁隧道FM的情况下对应于磁通 量或者说磁流。

超导-绝缘体-超导-接触(SIS)

与磁场量子或者电场量子和非常薄的绝缘层“Im”或者说“Ie”的 SIS接触。

→磁通量子M的磁SMISM接触。

→电通量量子E的电SEISE接触。

FM-切换功能类似于：

a)  在跃变温度Tc时μ-B功能或者ε-D功能

b)  在常温T与Tc之间的μ-B功能或者ε-D功能

隧道效应的控制

在FM的该主动方案中利用磁场或者电场，但是不是用作放大吸引 作用或者补偿负力等等的辅助场，而是用作切换FM的一般原理：磁场 或者说施加的磁压控制FM层对磁通量子的透明度，类似于有电压和电 的通量量子的电场。

产生可切换的隧道效应有不同的方案。

材料结构：

a)  FM结构(有开放的几何状态)的超导材料，无运动学的运动。

b)  薄的FM绝缘层

磁能隙和M超导-隧道流(通量量子)

通过一个薄的磁绝缘层“Im”(FM介磁体)把两个导磁的金属相 互分隔开，由施加一个磁压加速的通量量子可以穿过该磁的绝缘层。 对于常导的导磁金属我们发现所期待的磁隧道流＝施加磁压时的通量 量子的陡直上升。如果导磁的金属之一是磁超导的，人们观察到在一 个压θ。之下一种显著地小的磁隧道流＝通量量子流，因为只有磁控管 (M)的常导部分提供给磁的隧道流。值Mθ0是在落在一个磁控管上的 能量，所述能量在构成磁控管对＝自旋转矩＝耦合)时是游离的。双倍 磁化(加载的)磁控管对的对构成能量，即“能隙”，是ΔE＝2Mθ0。 (电子e由磁控管M取代-)

所述能隙是温度依赖性的。

磁的SIS-接触

如果两个通过一个磁绝缘层“Im”(FM介磁体)分隔开的导磁金 属由同一种导磁的超导体构成，温度T在Tc之下，并且磁绝缘层充分 地薄(＜1nm)，那么这是一个磁的SmImSm接触(超导体-磁绝缘体-超 导体磁体)，磁通量子对也能隧道贯通通过它＝自旋转矩-耦合(→比 较由于迁移的表面极化)。

磁直流效应(MGE)

如果对磁元件(SmImSm接触)加上一个弱磁直流，就会出现MGE效 应。在一个临界的磁“流强度”(＝感生的压)c之下磁的“超导流” s在M元件中不产生磁的势差，就是说磁的通量对隧道贯通＝自旋转矩 -耦合无通过磁绝缘层＝介磁体的磁场的辅助。在c之上通量对才在磁 的绝缘层中断开成单个的通量量子＝键合脱开耦合，并且出现一个磁压 降。

穿过SmImSm接触的通量量子对的磁隧道流是强烈地磁场依赖性 的：因为场不穿过Sm层，可以认为，B在Im-绝缘层中。在通过磁绝缘 层的磁通量m总是磁通量子的整数倍时，通量量子的磁隧道流过零。

磁交流效应(WME)

MWE作为一种量子力学干涉的结果得出，在SmImSm接触上加上一个 磁直流压θs导致一种与该磁压成比例的高频磁(通量量子的)交流

s＝smaxsin(2πft)，其中f＝(2M/h)θs。

该效应还反向地起作用：如果在SmImSm接触上通以频率为f的高频 磁交流在θ(m)特性曲线中就出现大小为nθs(n：整数)的分阶 恒定的磁压。

12.超导体-FM

磁的/电的超导场调制器(B-/D-场)

有磁体或者驻极体和较厚的I层的SmImSm接触：

→对磁通量子m的磁SmImSm接触

→对电通量量子e的磁SmImSm接触

-超导体(S-导体)

-起非导体(S-绝缘体)

-起半导体(S-半导体)

(带有“键合”的电子对，电子-空穴对)

FM开关功能类似于：

a)  μ-B功能或者在跃变温度Tc时的ε-D功能

b)  μ-B功能或者在常温T与Tc之间的ε-D功能

13.温度补偿/平衡控制

软磁材料及其磁化曲线有FM的工作点A3，而在-(BH)max时的磁 化系数N＝1，正如硬磁材料及其退磁曲线有PM的工作点，而在+(BH) max时的退磁系数N＝1那样，比感应-温度-函数差，参见BT曲线：

所述曲线(磁化/退磁)以及与之相关联产生的场力随温度改变， 从而：

a)  机器的一种温度补偿/温度调节，和/或

b)  永磁体的温度补偿

c)  一种行程改变Δh

为在温度改变的情况下控制平衡状态(场力改变＝平衡状态-改变) 是需要的，以便能保持运行值和作用恒定。

此外可以利用该改变Δh，以能够利用Δs控制磁导率-通量密度 FM中的通量密度：

“AUF”＝Bmax且μr≈1→在μmax时Bopt＝“ZU”，或者

“ZU”＝Bopt且μmax→B-H＝0且μr＝“AUF”

4.抗涡流原理

4.1在FM和屏蔽壳中的涡流

只有在材料存在导电电子的情况下才会出现涡流，也就是说只有 在电阻率低的情况下才会再现涡流；例如在铁淦氧中电阻率高，因此 在铁淦氧中几乎不会产生涡流。

涡流尤其出现在导电的大块金属中，通过磁的交变场

a)  PM从UT→OT对关闭的FM接近→楞次定律)，或者

b)  通过一个金属在一个磁场中的运动：在PM的平衡状态FM横 向运动

-在总体上相互在PM的对称面中中性化的场作用PM-FM-PM的情况 下

-FM或平行于或垂直于场线横向运动。

FM盘在PM的场中横向的运动，或者静止的FM的情况下PM相对于 位置固定的FM的运动，在FM中感生一个电压，所述感生电压在FM中 造成一个大电流(短路电流)，因为在一个FM盘时的一个件(实体的) 中如同一个本身闭合的导体回路那样起作用。

4.2机械的抗涡流原理

为了减轻FM中起作用的涡流，在FM片中设置垂直于FM运动，就 是说垂直于涡流的裂隙。为了不对B场造成强的影响，FM盘用软磁层 (层板)构成，所述软磁层平行于FM运动安排，并且错开地开以裂隙。 为了在有排斥的PM的吸引的FM层之间产生平衡，可以以不同的磁导 率如此地优化所述软磁层：使得FM厚度最小化(薄FM层)。

从而出现了一种由不同软磁分层次材料制造的在FM面中电绝缘板 (层＝层片)的阵列：纵向彼此的电绝缘的层。

供选择地：在每个层之间的纵向气隙，由于单个屏蔽/单个层的屏 蔽作用加倍。

在层片中的裂隙或者分隔层中断涡流的路径，在此涡流几乎不能 够形成。

在FM盘中一个较大的截面对涡流只产生一个很小的阻力。在垂直 于FM运动(在层片化的薄的、相互绝缘的层中)整合的分隔缝隙(＝ 裂隙)时，对涡流有高的阻力，因为把涡流的流路多次地中断了。

非常多的中断显著地提高这种效果，所述裂隙在其宽度上适配于 要期待的涡流。

4.3机械的抗涡流FM结构

所述裂隙必须垂直于(＝纵方向)于FM运动设置在FM层的内部(图 35)

分隔缝隙的动态定向(图36)

因为PM不安排在吸引的位置(相反极性)，而是安排在排斥的位 置(相同极性＝反向平行)，如果场线不能够均质化，场线就很不均匀 弯曲。因此为了达到理想的FM作用能把层片中的分隔方向动态地匹配 在PM运动时动态改变的场线向量方向。

沿磁优势方向的优化

在技术上较为单间的方案是，在层片板的层中垂直地，不可改变 地设置纵向裂隙，并且还要注意PM磁化的优势方向(在一个和同一个 PM的极之间的通量)。

就是说，视裂隙对场线的相对运动而异，平行或者垂直(等势面) 于场线裂隙的方向决定本发明所述的作用。

涡流分隔结构的可供选择的方案

a)  由软磁磁畴组成的致密球填料，嵌入在一个电绝缘的层中- 譬如粉末冶金材料。

b)  立方的微结构，由喷涂、蒸发、电镀制造或者机械地通过激 光分开等等。

这些结构可以把厚的FM盘中的体积涡流变形成颗粒涡流并且从而 强烈地减轻涡流排斥、涡流发热，以及涡流损耗。

4.4在双空间的屏蔽壳中的屏蔽作用

如果在高频运行FKM，就例如可以附加地采用一个高电导率的层， 特别是在双空间的屏蔽壳的情况下。

在这种屏蔽中出现涡流，其磁场总是与要屏蔽的交变场相反。通 过所述屏蔽因此可以不会向外泄露干扰场(EMV)，同样地一个磁交变 场也很少能够从外部干扰内部的线圈/系统。

4.5电的抗涡流原理

4.5.1目的

所述电的抗涡流原理在出现涡流时起作用，就是说在金属导体中 有游离的负电荷时，也就是在有导电电子的情况下，起作用。该原理 可以附加于磁的抗涡流原理使用。

4.5.2电的抗涡流结构

4.5.2.1运动学的FM

在运动学的情况下必须消除两个力：

a)  由于楞次定律出现的纵向力，

b)  由于横向的FM振荡出现的制动的横向力，尤其在OT位置上， 如果PM相互紧密地一个挨着一个且FM被断开。

这两种力都由于循环流或者说涡流出现，其原因是在正离子的晶 格中负电子的运动。

电地消除所述原因＝“抗涡流”首先基于从FM中的永磁体-场的作 用空间中去除电子。

4.5.2.1.2电的抗涡流原理的运动学FM的结构(图37)

1.步骤：电绝缘FM

视传递振荡的结构方式(1个FM，或者由于脉冲保持2个FM)用 电绝缘的棒机械地固定所述FM。因此不会向FM续流导电电子。

2.步骤：通过电荷分隔影响→降低楞次力(成因：洛伦兹力)。

把FM放置在一个电场内。

所述电场由一个高压电源产生，或者如果电压足够地高，由一个 铁电体材料(驻极体)的一个永久场产生，以造成电荷分隔。

通过感应在中部区域出现一个没有电荷，即没有导电电子(电子- 气体)的中性区。该中性区域由反向并联取向的PM贯穿磁场。因为该 B场没有不偶到导电电子，根据楞次定律几乎不出现纵向力(吸引/排 斥)，尤其是即使PM沿平行的而不是反向平行的自旋位置取向时。

因为正电荷指得是“位置固定的无导电电子的离子晶格”，PM也 可以布置在正电荷的区域中，由于在该区域中缺乏导电电子，于是不 出现涡流，因为由于电子运动发生涡流。

导电电子在FM的外表面，或者在负的区域中的迭层板上。

感应的电量多少取决于感应场的场强，也取决于EM的形状和大 小。

3. 步骤：电荷转移

根据本发明致力于把感应的电子聚集在

a)  带有一个尖端的金属漏斗中，从而所述电子用一个对所述尖 端对置的刃口-沿FM的振荡路线-不断地通过无接触的转运以完全的电 荷分隔接地导出，或者存储在一个作为高压电容器的莱顿瓶中以储存 通量，或者储存在一个电容器中-视电压高低而异。

b)  如果取代一个漏斗存在一个平行于振荡方向的FM边界面，可 以使用许多个，而不是一个，针或者许多刃口用于电荷转移。

总体上达到如此的一种FM的正电荷，就是说只剩下带有正电荷的 FM位置固定的离子晶格，并且如果把导电电子的数量最小化，就几乎 没有B场中的涡流。视正电位的高低而异相应地转移许多导电电子(→ 电荷分隔的成果)。

此外可以在情况a)在FM运动的情况下导电电子几乎不在感应磁 场中产生涡流，因为第一导电电子处于一个漏斗中，在所述漏斗中加 速路线缩窄了(如果没有漏斗在平行的边界面处可以在金属中自由地 加速和制动导电电子)。并且第二由于电荷分隔把导电电子几乎都从 加速路线去除。

4.  步骤：横向制动力＝加速力(图38)

4.1作为第一步骤可以如此地安排非均匀场：在环流上洛伦兹力的 两个力向量，即在FM前部的较大的力和在FM末端的较小的力，都相 等→对称，也就是说制动和加速互相抵消。这意味着沿横向方向的一 种场特性曲线＝比内场强高的外场。

→由于不对称的断面FM旋转取代振荡。

42一个第二步骤通过横向增加由纵向裂隙分隔的迭层板宽度，以 剩余部分作为桥接片(用于间断涡流)加入到相互绝缘的薄的迭层板 中：从而在一个狭窄的桥接片中在制动位置出现一种相对较小的“大 涡流”，相对小的制动力，并且在FM的横向末端(＝PM场的开始)出 现相对大的“小涡流”，对应地相对大的加速力，从而这两个力-这时 相对地较小的制动力且相对较大的加速力-可以相互抵消(对称→处于 平衡)。供选择：由于不对称的断面FM旋转取代振荡。

4.3还可以作为一种断面如此地构成迭层板的桥接片厚度：使得在 桥接片中局部的制动涡流在所述桥接片的前棱上-基于一种楔断面-比 在桥接片较厚的楔末端上这时相对强的加速涡流相对地小得多，这是 因为在体积大的更加导电的材料中可以较强地构成涡流。

所述断面作用并且从而所述厚度作用控制制动力对加速力的比 例。

供选择：→由于不对称的断面FM旋转取代振荡。

4.4总体上用裂隙把板片如此相互绝缘地交错迭层：使得对PM的 B-场只能够出现小的空隙-与其中(由于错置裂隙)FM要做得加倍厚的 错置的方案不同。

4.5抗涡流结构

4.5.1抗洛伦兹(力)原理：带有矩形-梯度-导线回路的切向力/ 径向力平衡

如果FM导线切向地相对于PM场运动，在纵向的不均匀场中在- 个FM导体中感生涡流环的前部和末端出现不同的力。注意反向平行取 向的PM：由此在沿相应的PM取向的FM板片中产生相反方向的涡流环。 在一个不均匀的场中，车前部和末端之间没出现力的差别，因为磁场 不具有梯度。在不均匀的场中场梯度对结构设计用于以不同的导线截 面(桥接片)和在FM的前部和末端上的电阻率补偿起决定性作用。

根据本发明，例如可以在涡流环的前侧安排一个薄的做有裂隙的 高电阻率的板片(→小的体积涡流)在末端安排一个厚的做有裂隙的 低电阻率的板片(→大的体积涡流)。通过这种结构由加速的涡流成 分补偿制动的涡流成分。

所述相关涡流环的结构根据本发明对应于一种矩形梯度-导线回 路、在该矩形回路的对置侧(前部-末端)构成一对有相反的流动方向 的电流元件-涡流应当在对平衡补偿的情况下是相等的。不同的导线截 面(前部/末端)(体积中的自由电子量)和不同的电导率应当在其补 偿的电流作用中对应于切向的场梯度，也就是说对应于切向向量-势差 (磁压θ12＝Um12)。

为了能够在单个桥接片中也能够维持所述平衡条件，必须把所述 桥接片作为带有涡流环的单个桥接片设计(＝有两个不对称的导体分杈 的圆环：前部-末端)(楔形的单个桥片-导体截面积)，从而使在单 个桥片的子回路中制动的力与加速的力相等。

该补偿结构的作用是，所述导体回路如同在一个均匀场(没有场 梯度)中运动：涡流分杈的力作用强度相同-尽管有向量-势差。

有以上抗涡流原理的导线回路的结构还可以在对z轴有角度ν的条 件下采用，例如，还可以用在法线方向；此时要考虑对前部和末端有 另一个势差(压)的另一个向量-势函数Br(ν)。

4.5.2反楞次原理：法向力-平衡

在一个接一个安放的导线回路中出现沿相同环绕方向感生的涡流 环，所述涡流环也可以受补偿。

在沿法线方向一个接一个安排的导线回路(FM板片)中感生涡流 的方向和其对抗感应成因的磁场的方向相同，因此为其补偿采用下列 根据本发明的变种：

1.有正电荷的相反方向的电流：

a)  在内部或者外部导线回路中的正的载流子和

b)  在外部或者内部导线回路中正的载流子种类。

正电流通过正电荷或者正载流子出现。

有正载流子的变种(→单极电流)。

2.在液体中的单极电流。

a)  胶体溶液：正或者负的颗粒。

所述胶体颗粒或带正电荷或者带负电荷；

在相邻的水中有相反的等量电荷。

如果存在有非导体(非电解质)，有较高的介电常数的材料带正 电。

b)  沿场强下降的方向的吸引力，颗粒有比周围小的介电常数； 颗粒有比真空低的磁导率。

c)  还可以采用电的半导体。

N.导线回路(负电子导电)和Pe导线回路(正空穴导电)→单极 型半导体回路。

电子导电的导体回路在磁场中旋转/移动消耗功；这可以通过上述 的原理同时得到补偿。

负的和正的导线回路之间的屏蔽：

如果要通过另一个导体电流的相应地相反取向的感生磁场防止Pe 或者NC导线回路电流的相互影响(干涉)，并且从而进行左旋或者右 旋的感生涡流环的相互补偿(注意由于导线回路Br(ν)的导线的相互 间距)，可以在负的与正的导线回路之间安插一个磁屏蔽(磁绝缘-介 磁体)，从而相对于产生感生电流的方向和楞次力的感生初级磁场， 只有补偿功能起作用。通过该结构在Pe或者Ne导线回路感应电流(这 是在一个发生器/马达的情况下所希望的)，但是补偿沿法线方向从所 述导体向PM的楞次力，因为在此情况下需要PM感应用导体的方向和 电流传输方向。

方向依赖性的屏蔽：

如果对于感应和电流传输只希望PM→导线回路的场方向，而不希 望相反的导线回路→PM的场方向(因为这些产生楞次力)的情况，采 用一种方向依赖性的屏蔽。

根据本发明的解决方案

1.  平行导线的自补偿

直线导体件(在场调制器中的桥接片)

速度为v1的，一个垂直于其长度的直线的导体件的机械运动导致 对载流子的一个力Fq，所述的力与出现一个感生的场强Eind同义。

有两种不同对导电电子的洛伦兹力的作用：

a)  对一个电流流通的导体的力F1

在一个以速度v1运动的直线导体中，感应场强Eind＝Fq/q-这等效于 磁体连同其场相对于直线导体运动时静止的直线导体。

在导体中整流的的情况下削弱导体之间的场，从而中和感生的磁 场对于初级的反作用-对应于导体的电导率和导体的截面积。平行的导 体可以构成为导线回路：

a)  在初级磁场外部的电流回流分杈，或者

b)  在初级场区域内部电流回流分杈的感生磁场屏蔽，例如用软 亚铁磁材料屏蔽。

2.  负的和正的导线回路(L)

相对于PM场用正的涡流场补偿负的涡流场。

3.在导线回路(L)之间的磁屏蔽(A)

相互影响：注意导线回路之间的间距。注意结构上确定

a)退磁系数(长比宽-形态各向异性)

和/或

b)结晶各向异性和其它的各向异性

在屏蔽层中，以导通或者截止通量

(→结构参见各向同性/异性FM和PS)。

4.导线回路与PM之间的磁方向依赖性的屏蔽(A)/半透明性

a)PM与负(Ne)和/或正(Pe)导线回路之间的磁的场半导体- 二极管层

通量量子仅从PM方向导线回路→L中的感生场不对PM反作用。

(→磁控管学和)

b)在PM与L之间有周期的磁折射率调制的磁镜

c)有与L之间的磁相干通量的磁共振器(磁干涉仪)(磁镜表 面必须与磁场的弯曲，也就是磁力线Br(ν)的弯曲，精确地匹配)。

5.磁补偿

a)在导线回路离开磁极方向的速度v的情况下→L与PM之间的 磁吸引。

-通过磁的正能量/容量(介磁体)补偿→排斥。

注意区别：磁体(＝磁导体)消除吸引，相反介磁体(磁非导体＝ 绝缘体)不消除吸引，介磁体引起一种排斥。

-通过排斥的“反场”补偿。

b)导线回路在磁极的方向速度v的情况下→L与PM之间的磁排 斥。

-通过磁的负能量/容量(介磁体)补偿→吸引。

-通过吸引的“反场”补偿。

功的补偿也可一个接一个(顺序的)进行，借此总是只有一个导 体类型是主动的和运动的-功之和WN+WP等于零。

通过上述的原理可能建造有高的功效的发生器和马达。

导线回路抗-楞次-原理

FM-板片作导线回路：

在一个平行于B场(α＝90°)的、例如矩形地封闭的导线回路中， 在所述回路垂直于一个均匀的B场的直线运动时感生的E场的感应电 压在回路上的积分为零。

如果所述回路于其位置上保持不变，例如呈α＝90°或者45°的角， 也就是不旋转，并且磁体连同其非均匀的场相对于该导线回路运动， 就会出现以下的作用：由于时变的且非均匀的B场用导线回路中的一 个涡流环感应一个环电压，在不同的B量的情况下，所述B场在所述 回路的分杈上产生一个不固定的非均匀的感生磁场，所述磁场有磁的 力矩。

在导线回路的前部和末端补偿的力的涡流环

在磁场中电流流通的导体：

B的方向是磁通量的方向。

如果磁的场线对面法线呈一个角度α，就只有垂直于该面的通量 密度Bcosα是决定性的。在一个磁场B中，长度I的一个电流流通的 导线上作用的力F垂直于由向量I与B所张的面。

如果V和B相互垂直时洛伦兹力最大，而载流子沿磁场的方向运 动时洛伦兹力是零。

在角度α＝0°的一个导线回路时，结果是对置的力相反地径向向外 起作用(＝随着在导线回路内部的场加强的排斥)；在导线角度α＝45° 时力向量反向地取α＝45°的方向。

在数学上负意义中的电流流通导体的向循环的场线与从北极向南 极的磁体的场线叠加。

得出的场在此情况下有一个在左侧的场线加密和在右侧的场线疏 松作用。

在导体上会有一个沿场疏松方向(向右)的力起作用(洛伦兹力)。 在负意义中的循环的场线的情况下在左侧出现疏松；在此情况下洛伦 兹力向左起作用。

通过在导体回路中的感生电流(涡流环)出现一个磁的北极和南 极，其极强在导线回路位置对B的角度α＝0°时最大并且在α＝90°时 是零。在α＝45°的导线回路的前部分杈和末端分杈可以在其截面积和/ 或电阻率上如此地改变：使得前部分杈/末端分杈的相反的力相互补 偿。

通过α＝45°的导线回路位置还产生一个有电流传送I和循环方向 平行于B场的涡流环分量。该斜向于B的涡流环在所述分杈上的洛伦 兹力的分量在相应的势平上，并且可以用前部/末端导体截面改变(较 多自由电子→较大电流)和电导率改变的补偿原理和/或用一种可调节 的电压-/电流控制阀引起平衡，从而在法线方向有F1-F2＝0。

在磁北极方向(法线方向)导线回路的速度v的情况下，或者磁 体速度为v在导线回路方向的情况下，在对导线回路的切面上有沿切 线方向制动的势平B2上的前部力分量F2和势平B1上的端部力分量F1。

所述导线回路可以优选地由许多斜向到B场(α＝45°)平行的单 个导线回路组成。

结果：尽管有洛伦兹力但是没有沿法线方向的洛伦兹力。通过导 线回路分杈的补偿结构这是几乎无交变作用的涡流环。

还可以更进一步并且在非均匀场中如此地放大涡流环-末端上的 加速的力F1：使得加速的力F1大于在涡流前部的制动的力F2。

所述原理的概括

上述这些原理根据本发明能够类似地用于所有的沿横向方向和法 线方向非均匀的场。我们概括地称一个势场为X-场并且称一个涡流场 为Z场(Z＝环流)，因为势差理论和旋涡理论的规律性可以类似地用 于所有的具体的场类型上。

涡旋场的出现

一个非均匀场(例如流动或者磁场等等)总是包含涡旋，旋转开 始于在势(例如速度势V，或者磁势Br(ν)等等)横向于其本身的方向 改变处。

也就是在：横力断面、或者横磁场断面，或者横的速度断面，或 者概括的横X或者Z断面处；其梯度决定移动所需要的力。在涡旋场 中也存在一种横断面(例如径向速度改变或者力改变，比较洛伦兹力、 科里奥利力，等等)。

在一个边界层上总是出现磨擦，在电场或者磁场等等场中也是这 样。结果：由于在原子、离子、分子上的电磁磨擦出现涡旋，于是出 现一个X断面或者Z断面。

涡流、环流概念、磁的涡旋场

围绕着一个磁的涡旋场(涡流环I)，PM场流动/场通量(通量 量子0)不停地推动环流。对于一个这样路径环流Z＝fv.ds≠0。与在 不包绕涡旋的一个封闭的路径上不同。后者一个势场或者势流占优 势，就是就在一个这样的路径上Z＝0。绕一个旋转对称的涡旋的一个环 形路径得出Z＝2πrv。

该环流概念的意义首先在于，它说明了横向于流动方向场方向的 力，所述的力提供动压头(Auftrieb)。

例如场强(E、D、H、B)还可以说明为加速度(如同重力加速度g) 并且这种电磁场的流动以光速或者相速度或者群速度进行。

在同方向的环流情况下动压头力FA反作用于洛伦兹力FL。

比较一个旋转的导电圆柱体的环流与带有围绕一个电涡流环的马 格努斯效应的磁的涡旋场。

势差理论和涡旋理论可以类似地用于所有具体的场类型上。

涡旋场的出现

一个非均匀场(例如流动或者磁场等等)总是包含涡旋，旋转开 始于在势(例如速度势V，或者磁势Br(ν)等等)横向于其本身的方向 改变处。

也就是在：横力断面、或者横磁场断面、或者横向速度断面，或 者概括的横X或者Z断面处；其梯度决定移动所需要的力。在涡旋场 中也存在一种横断面(例如径向速度改变或者力改变，比较洛伦兹力、 科里奥利力，等等)。

在一个边界层上总是出现磨擦，在电场或者磁场等等场中也是这 样。结果：由于在原子、离子、分子上的电磁磨擦出现涡旋，于是出 现一个X断面或者Z断面。

涡流、环流概念、磁的涡旋场

围绕着一个磁的涡旋场(涡流环I)，PM场流动/场通量(通量 量子0)不停地推动环流。对于一个这样路径，环流Z＝fv.d s≠0。与 在不包绕涡旋的一个封闭的路径上不同。后者一个势场或者势流占优 势，就是就在一个这样的路径上Z＝0。绕一个旋转对称的涡旋的一个环 形路径得出Z＝2πrv。

该环流概念的意义首先在于，它说明了横向于流动方向场方向的 力，所述的力提供动压头(Auftrieb)。

例如场强(E、D、H、B)还可以说明为加速度(如同重力加速度g) 并且这种电磁场的流动以光速或者相速度或者群速度进行。

在同方向的环流情况下动压头力FA反作用于洛伦兹力FL。

比较一个旋转的导电圆柱体的环流与带有围绕一个电涡流环的马 格努斯效应的磁的涡旋场。

层状的/均匀-湍流的/非均匀的

场流动/场通量

定义力：

磨擦阻力FR

压阻力FD

总阻力FW＝FR+FD

FW平方地随场流动速度/场通量速度加大而增加。

沿一个电磁的体的一个一定的“流动长度”以后场边界层呈湍流。 转折点取决于电磁的体前棱的形状，然而也取决于表面的粗糙度。

场流线体

一个场流线体的几何形状有使沿所述场体的压降慢到不能够出现 场涡旋的特殊性。→构成一种电磁的场流线体。

注意边界层D，在所述边界层内场流动速度从v＝0上升至一完全 值。在所述场流线体的前部首先产生一个层状的边界层。在该区域中 加速通量量子。在沿FKM场体的进一步场流的情况下场流动压上升， 从而由于这时开始的流动的场量子的延迟，开始一个场涡形成。从一 个层状的边界层中出现一个湍流的场流动(层状的下层、湍流的上 层)。

作用在经场通量环流的场体(有涡旋场的导体)上的力。

如果在场绕流场体的情况下在凸侧场流动速度高于在对面凹侧的 流速，结果会是(类似于柏努利定律)在凸侧上出现一个场负压区， 而在凹侧出现一个场过压区。因此会有一个横向于场流动方向并且沿 凸侧的方向起作用的动态的力FA，类似于对压FD表达所述动态力。如 果场流动的环流方向与磁场的环流方向相同，该力FA(凸侧方向)与 洛伦兹力FL(凹侧方向)方向相反：∑F＝FA-FL

在凸侧得出：+FA，＞→＞V→＜p

在凹侧得出：-FA，＜→＜V→＞p

用FA还可以补偿FL。

还可以通过一个与磁感应环流相反方向的场流动环流补偿在导体 中感生的磁场对PM的感应磁场排斥的楞次力；在此情况下场体的凸侧 显示洛伦兹力的方向。

所述力沿负压区域(场疏松)方向作用＝较高的流动速度；相反的 是过压区域。请注意断面(FA＝0的场流体，FA≠0的“压头”体)。“压 头”力FA和阻力FW向量相加得出合力F0＝FA+FW。

场流动的“环流”方向由凸侧对磁场通量的方向决定。

“电磁翼”

场体剖面的拉长的水滴形状(“翼”)极大地降低了场迎流阻力。 然而同时带有尖锐的后边缘的场体的拱起阻碍场涡旋对的“左绕”流 动的场涡旋要比阻碍另一个显著地强，并且迫使该场涡旋中断。右边 的场涡旋保留下来，并且叠加迎流的势流。

完全相同的效应出现在其它的非均匀的势场和涡旋场中。

5.步骤：提高电阻

在运行中FM会发热，从而在FM金属中提高电阻率(在FM-M-半 导体中相反)→较小的涡流→较小的洛伦兹力。

选项

可以合理地补偿其它的效应，譬如磁阻抗、阻力的压相关性和电 导率/导热率，如果可行总是符合平衡补偿的原理。

4.5.2.2静止的FM

对于静止的FM适用所有的步骤1.-4.4(然而没有4.1-4.3)和5。 只有根据楞次定律出现的纵向洛伦兹力要最小化/消除：由于没有FM 的横向运动不出现切向的洛伦兹制动力和加速力。在3.中所述的静止 的FM振荡时的电子加速/延迟也消失。在磁的M半导体的情况下，要 注意相反的温度依赖性的阻力。

4.5.2.3有磁的抗涡流原理的运动学的FM的结构(图39)

→由于感应的电荷移动

沿一个不是电路的部分运动的导体件的感应场强的存在导致直到 补偿感应场强的电荷移动(感应)。在一个金属件中由此得出一方面 是“电子过剩”和另一方面是“电子缺失”。→沿运动的FM的感应场 强→横向感应。电的(E场的原因)和磁的感应(感应的原因)可以在 正确的地取向极和FM的运动方向的情况下合并，从而其作用向量相 加。

运动学的FM：通过沿一个运动的导体的感应强度的感应＝FM。

如果所述运动方向反向，在FM-振荡的情况下感应反向；在FM以 速度V圆周运动时，总是存在B场切于其中的相同方向。

-从前向后有平行取向的PM的自旋转矩的PM-磁场。

-在反向平行的PM的自旋转矩的情况下，B场在对称面中中和；在 朝向PM的FM表面上反向地感应所述电荷(B场方向改变)。

-在正确取向的情况下用B感应补充E感应；电子或者说电荷应当 在同一侧

运动学的FM：通过沿一个运动的导体的感应强度的感应＝FM。

如果所述运动方向反向，在FM-振荡的情况下感应反向；在FM以 速度V圆周运动时，总是存在B场切于其中的相同方向。

-从前向后有平行取向的PM的自旋转矩的PM-磁场。

-在反向平行的PM的自旋转矩的情况下，B场在对称面中中和；在 朝向PM的FM表面上反向地感应所述电荷(B场方向改变)。

-在正确取向的情况下用B感应补充E感应；电子或者说电荷应当 在同一侧

4.5.2.4组合的电的和磁的抗洛伦兹力原理

有两个原理：

a)磁的和电的感应相同方向地取向(图40)。

1.如果没有通过板-绝缘阻碍，在导体运动的情况下，静磁场用由 感生电压Eind产生的力Fq向右并且向中心推动电荷(见相应的磁极的 B场的相反的通量方向)。

2.静电场同样地向中心推动电子(见E正极的安排)，从而电子 在右边聚集在E负极上(如果没有由于有一个绝缘层的纵向叠片的板 片分隔的阻碍)，于是可以进行在中心的电荷传送。

所述B场可以在所述层板中横向地，垂直于FM运动流动，并且通 过桥接片之间重叠的通量过道也是横向地、水平地＝平行于FM运动， 流动。

b)  磁的和电的感应交叉地取向(图41)。

1.在导体运动前静电场就推动电荷并且在B场外部在桥接片中向 下；所述桥接片由裂隙分隔开(电流间断)-出现感应和一个中性区域。

2.如果载流子除通过中性区域(由所述E-场产生)外，还受到具 有绝缘层的层板纵向分隔的阻碍(图42)，所述B-场因此不能-在导 体运动时-用感应电压Eind产生的力Fq将已电荷向中间(见相应磁的B 场的相反的通量方向)和向右推动。于是在E正极上进行电荷分隔。

变例a：

由于绝缘的分隔层电子不能够向右流向E正极，就是说阻碍电子 向右运动，从而由于在导体中缺乏向右的电子流(因为此前从该区域 中去掉了电荷，电子不能够在该导体中运动)，根本不能够调节洛伦 兹力Fq。然而洛伦兹力Fq局部地存在于层板中，如果电子还在那里的 话。

变例b：

如果还应当存在电子，如果在一个长度I的导体的意义上进行一 种压触点接通，就只能够用Fq向右推移电子(感应出的感应)。这些 电子然后可以在FM的中心通过电荷传送去掉(FM是带正电的)。

所述B场可以在所述层板中横向地，垂直于FM运动流动，并且通 过桥接片之间重叠的通量过道也是横向地、水平地＝平行于FM运动， 流动。

如果出现洛伦兹力，所有的原理都还可以在PM纵向情况下结构上 付诸实施。

4.5.2.5总结

4.5.2.5.1运动的磁体和静止的FM情况下的力

磁场不是时间上恒定的(即时的)。FM的位置静止。

FM＝在OT时“Auf”：

如果PM从断开的FM离开，不会出现洛伦兹力。

FM＝在UT时“Zu”：

如果PM接近闭合的FM(→平衡状态)，由于在接近PM的FM前部 表面感生的涡流出现排斥的力；在FM的对称面中排斥的力是零，因为 电流通过反向平行的FM相反方向地中和了。

FM＝在OT时“Zu”：

如果PM从闭合的FM离开，就在FM的前部表面中出现吸引的力。

FM＝在UT时“Zu”：

这只发生在应当制动机器时，于是在PM从OT→UT运动时FM闭 合。

4.5.2.5.2运动的FM的情况下的力(运动的导体)

PM在OT，FM断开或者闭合→FM连同其导体运动。磁场时间上是 恒定的(稳定的)，FM的位置是不固定的。

B场、FM中的导体和导体运动/FM运动是三个相互垂直的量。

电量q的导电电子的运动或是电的，通过沿该导体的一个E场引 起，或是机械地通过其平行移动。

1.在一个流通电流的导体上的力F1

在场B中电荷传送速度vq的(电的)运动导致作用在该导体上沿 横方向的一个(机械的)力F1。

2.作用在导电电子上的力Fq

垂直于其长度的，速度为v1的导体的机械运动导致作用在载流子 上的一个力Fq，所述力与一个感生的场强Eind同义：

Fq＝qEind(＝作用在导电电子上的洛伦兹力)

沿不是一个电流环路部分的运动的导体件的上感生场强导致电荷 移动(感应)直到补偿了感应场强。

由此在FM中在一方面产生一种“电子过剩”，而在另一方面产生 一种“电子缺失”＝感应。

所述感生的电荷理解为电荷分隔，并且借助于一个峰值传送到一 个叠加的感生E-场中；导体应当带正电。

5.FM层结构/叠片

FM-结构

与PS结构相反FM板片在反向平行地安排的PM的极之间产生横向 导通的通量。横向的、薄的(对着涡流)FM板片附加地(除所述的薄 的板厚度之外，还有一定的情况下的颗粒结构取向/晶体取向、形状各 向异性)得到一种纵向的抗涡流结构(在板层中的裂隙)。

运动学被动应用的FM(横向运动)

这些交替意义上沿横向方向叠片的板片-梳(带有裂隙)是功能相 关的。就是说结构上确定叠在一起，并且在投影上覆盖所述抗涡流裂 隙的板片梳，所述的板片梳在其方面垂直于板片面，也就是沿纵方向 具有一种抗涡流裂隙结构。

在叠在一起的板片梳中的裂隙结构必须在下一个叠在其上的板片 面中如些地推移：使得不必遮盖(屏蔽)处于其下的板片梳的裂隙， 就没有任何磁通量纵向地直接贯穿FM：必须在结构上考虑横向通量的 交叠长度。

对于理想的屏蔽作用必要之处在于，将FM-材料在使用地点(原 地)通过可接收一个交变场的振幅退磁(如果FM在断开位置)。

FM盘的叠片

分层(图43)

叠在一起地错置的板层，必须遮盖裂隙。注意与横向通量的交叠 长度。带和0.05mm以下的厚度可以加工成薄膜沓。然后可以通过电火 花加工切割成型。

-机械-电地抑制涡流

-层片面垂直于涡流安排

-在层片之间电绝缘的氧化层

-磨平的额面，在板片之间没有气隙

-由于交替方向叠装的FM板(大的表面接触、磁滞修正系数：在 两个FM板面之间的气隙)相当小磁阻。

叠层的最小间距：

a)＝绝缘层的厚度，

b)由于多重屏蔽(单个屏蔽加倍)沿纵方向的分隔层

注意在叠层时的交叠长度

-从一定的气隙长度起磁的有效间隙小于几何间隙(通量不是在中 间桥接片的研磨的额面之间，而是经平行的路径通过空气)

-板片形状决定磁化特性曲线，在以磁的优势方向的合金时要求特 别的形状或者叠层方式(有加宽的基底的U板片和ED板片)

-利用在边界面上的场线的磁折射(磁的折射系数)

-注意适当的磁滞特性曲线的修正。

PS结构

在极靴中板片取向无例外地平行于纵方向，也就是说平行于气隙 中跨接的通量，并且从而垂直于涡流；PS只覆盖不同的、反向平行的、 相排斥的PM的极对极连接。在极靴的情况下结晶各向异性/颗粒结构 取向和磁的形状各向异性是功能相关的。

6.横向力补偿

目标：在OT的情况下于平衡状态的FM-/PS-功补偿。

在pM场中的负功加补偿器场中的正功之间的横向功补偿

把铁磁性材料横向地插入进磁场(PM的)中。

如果把它从PM场抽出(FM＝在冲程1中断开)，功是负的＝损耗 (-Wtzi)。如果把FM插入PM场(FM＝在冲程3中闭合)，功是正的(+Wtab)。 但是这种强的补偿情况在0T的情况下不出现，因为在第3冲程中闭合 过程仅以完全很小的横向力场进行(PM对FM在有行程间距h/2的远 区)。

总结＝在PM场FM断开+在补偿场中补偿FM-在该系统单元PM+K中 一如果在两个部分之间产生平衡，运动方向依赖性的部分功自相补偿。

这只是在第1冲程中产生一种横向的平衡时才有可能，并且在FM 闭合过程不需要任何横向的负功。因为在第3冲程中PM的力场相对FM 是远场，在闭合过程中得到正功，由于其微小，所述正功几乎不能够 用来补偿在在第1冲程中断开FM时的负功；形式上却要对之加以注 意。

概括的作用于FM运动/PS运动上的力的分量

1.目标：第l是磁力(通过PM横向吸引FM/PS)

2.目标：降低·/补偿优化：

[第2是电力(洛伦兹力，制动作用)，

第3是重力[质量.加速度)通过配重-加速度补偿]

[第4是机械力(磨擦)，通过磁/空气轴承降低，决定性的是粘 度]

[第5是热力]

1.变例A：由-Ft(s)＝-Wt的静止的-主动补偿 有放大铁芯的线圈

下面的补偿-变例可以通过带有放大铁芯的线圈实现。然而还需要 运行线圈以产生激励场Ha的负功。通过在工作点A3有高的磁导率的铁 磁铁芯的放大作用，-相对于所需要力补偿与无铁芯的线圈比较，能耗 很小。

优点：可以像PM横向力路程特性曲线那样地调节K-横向力-路程- 特性曲线，以及在强度上动态地控制并且还可在第3冲程中去掉活性。

1.纵向场-线圈补偿器

所述补偿可以通过两个以反向平行纵向安排(由于对称的横向分 量F1(S))如工作磁体(PM的)那样进行，其中所述线圈通过铁磁性 -场放大器(铁芯)构成。在此要注意工作点/放大点有M在A3＝B2-Ha2， 同时振幅磁导率μamax，＝在磁化曲线的切点上(材料选择有较高的放大系 数＝在μamax，处的工作点A3)

在此方面由于较大的场放大系数补偿-能耗非常地小(图44)

2.横向场-线圈-补偿器(图45)

固定系统的优点

在工作磁体运动时补偿器的质量不随着加速/延迟→很小的磁活 塞重量和很小的动能损耗。

2.变例B：由-Ft(s)＝-W1的不稳定的-被动补偿

2.1沿纵向方向的补偿器K的随动(图46)

中性区的作用：采用有在NZ中的短作用距离的PM补偿器场→K 场＝在UT中FM上的K远场作用。

2.2在第二冲程中旋转α＝90°的U-断面补偿器

在该原理的情况下利用该冲程中相对工作磁体(AM)方向的一个 补偿器-永磁体(KM)的场线的方向(图47、48)。

特别地在第2冲程-作功行程，或者在第4冲程＝空程中，把KM转 动α＝90°，从而在FM断开(＝在第1冲程中补偿)至FM闭合(＝以很 小的FM功复位FM)的情况下出现一个功的差。如果FM具有一种各向 同性的材料结构(Wrot＝0)，KM的α＝90°的转动不要求任何磁功、如果 FM具有一种各向异性的材料结构，在KM旋转时出现很小的功，因为在 KM转动时FM保留在KM场中并且不被横向地推移。在一定的情况下FM 有一个在FM＝颗粒结构定向或者结晶各向异性的材料中的磁优势方 向。

结晶各向异性

注意：1.PM场取向垂直于FM运动(第1冲程)

2.FM的颗粒结构取向在一定的情况下垂直于FM运动(第 1冲程)

3.FM的结晶各向异性(例如Fe立方形体心的晶胞，或 者有极不同的磁优势方向的共-六边形晶胞(平行于轴＝轻的方向，或 者垂直于轴＝重的方向)，或者Dy2Fe14B，或者亚铁情况下的尖晶石结 构。

4.磁场感生的各向异性(磁退火)＝FM的选项

功能：第1冲程：    FM断开，有补偿功

∑Mt＝-Wt(PM)+Wt(RM)＝0。  (图47)

第2冲程：补偿器KM转动α＝90°，注意在一定的情况下FM颗粒 结构定向、结晶各向异性(图48)

第3冲程：在PM远场中FM几乎无磁功闭合-Wt→0

第4冲程：补偿器向回转α＝-90°到在冲程1中的初始位置。

第1冲程FM断开(图47)

AM作磁体

KM补偿器磁体

MV磁的优势方向

MV↑PM场线AM

MV↑FM颗粒结构定向

MV↑FM结晶各向异性

MV↑FM磁场感生的各向异性

α  转动角/KM切换角

注：在KM＝基本位置α＝0°的情况下FM断开平行于KM场线的方向。

第2冲程(做功冲程)→补偿器转动α＝90°(图48)

→KM场线的新的取向

→小的横向的力作用

→在KM场中垂直的对平行的FM运动的功的差

注：移动KM替代转动：

在向FM位置外部移动KM的情况下出现功，因为这个过程与FM断 开相同。

→KM转动α＝90°：FM不离开KM场线的作用区域→在各向同性的 FM的情况下的磁功：Wrot＝0

第3冲程FM闭合

FM闭合运动垂直于KM场线(在第2冲程中转动α＝90°以后)

2.3对固定的/不固定的补偿器的评语

稳定纵向取向的PM-补偿器

在固定的纵向作用的PM补偿器的情况下在OT时PM补偿器保留在 FM面中。

→在UT中FM “闭合”的情况下，一个纵向的PM补偿器在没有失 活的场中产生一个纵向的排斥力(NZ横向对之)和横向的吸引力-Ft (S)。

→在OT FM断开情况下补偿，并且在UT FM闭合的情况下损耗。

不固定的横向作用的PM补偿器

在不固定的横向作用的PM补偿器的情况下，它随着工作-PM振动 地一起运动到相应的磁体位置，从而在第3冲程中在FM“闭合”的情 况下能够几乎没有横向的和纵向的损耗力(-Ft(s)→-Wt或者-Ft(s) →-Wt)作用：

在FM上的补偿器-影响场以中性区域NZ的方向沿PM运动的纵向 方向。

因此：有较短的作用距离和较大的力的补偿器场(NZ＝中性区)。

缺点：附加的磁-活塞质量→由于附加的动能，较高的重量有损 耗。

3.变例C：双稳态的磁体(切换磁芯)

补偿场通过在磁切换磁芯上的电流脉冲激活/失活

a)半硬的磁性材料

b)脉冲磁化

c)有矩形回线非晶的合金

4.变例D：按不同冲程的极靴(PS)补偿

第1冲程+Wt(PS1，2)＝PS闭合通过-Wt(PS1，2)＝PS断开在第3冲 程中补偿→无分隔地在循环中补偿

如果在FM的情况近场作用/远场作用为在FM时那样，于是所述2 个PS总是定位在相应的PM上(图49)。

下面说明在对称面中有1个PS并且随着FM运动的变例(→极靴 和场调制器的工作原理)。

5.PS纵向力补偿

对抗由于PM造成的PS的过强吸引结构。

例如用补偿磁体(KM)(图50)：

补偿变例

a)永磁体

b)具有放大磁芯的电磁体(用附加能量)

c)弹力

补偿-力-路程特性曲线必须在PS横向运动时对应PM(功能上匹配 的补偿场强)。

6.横向功补偿的原理

6.11在势场中，按顺序补偿(图51)

在FM平移情况下的序列：

功W＝Fs

首先+F→+W11，然后-F→-W12→W1＝0

＝相继的补偿：+W11与-W12平衡

势场W路程1＝W路径2

-----∑W1＝+W11-W12＝0相继的

(-----∑W1＝+＞W11-＜W12＝+W1)

6.2同时-补偿α＝45°(图52)

+F1→和-Ft总是同时介入

F→+W11，同时-F→-W11→W1＝0

FM以α＝45 °运动

+W11与-W12平衡

∑W1＝+W11-W12＝0同时的

6.3在等势面上(图53)

+Ft＝0→W11＝0  -Ft＝0→W12＝0→W1＝0

FM运动α＝90°

W1＝0，W12＝0，  ∑W1＝0

6.4在势场中同时补偿(图54)

6.4.1两个平行的FM的机械耦合

同时的FM1-FM2→W11-W12

相继的∑W11＝+W111-W112＝0

∑W12＝+W21-W22＝0

6.5在等势面上(图55)

6.5.1两个平行的FM的机械耦合

FM动垂直于场

7.横向-PM补偿

FM运动平行于势场中的场线

7.1按对称安排的两个FM(图56)

一定的情况下有方向y的跨接气隙的极靴

z轴＝纵向/法线方向

x轴＝横向/切线方向

1.沿z方向的平衡

APM 工作-永磁体＝排斥的+z→+Fz＝+F1

FM  场调制器＝吸引的-z→-Fz＝-F1

G沿z方向的平衡＝+F1PM＝+F1FM

2.沿x方向的平衡

FM1  场调制器＝横向吸引的-x→-FtFM1

FM2  场调制器＝横向吸引的+x→+FtFM2

KPM1FM1补偿-PM＝排斥的+x→+FtKPM1

KPM2FM2补偿-PM＝排斥的-x→-FtKFM1

G沿z方向的平衡FM1＝-FtFM+FtKPM

结果

在场计算中所有5个分量在FM＝“Zu”位置都必须处于平衡。

→对称的场系统(宏超导体+超级晶体管原理)

7.2有连接的PS的FM(图57)

平行于PM场的FM运动。

1沿z方向平衡

APM→工作-永磁体  ＝排斥的+z→+FzPM＝+FIPM

FM  场调制器＝吸引的-z→-FzFM＝+F1FM

G沿z方向的平衡＝+FIPM-FIFM＝0

2沿x方向的平衡

FM  场调制器横向排斥的/吸引的±x→±Fx＝±Ft

KPM FM补偿-PM＝排斥的+x→+FxKPM＝+FtKPM

注：+Fx分重＝得到的功+W11

-Fx分量＝要通过W12KPM补偿的功-W12

G相对-W12分量沿x方向的平衡

+W11分量可以求和成∑-W1然后在功的平衡中有盈余

∑+W1＝+W11(-W12+W12KPM)＝＞0

结论

在场计算中所有4个分量在FM＝“Zu”位置都必须处于平衡。

→对称场系统。

在超过平衡的情况下的最优状态：我们得到功W11

7.3KPM-FM连接

注意：在FM中的磁形状各向异性(退磁系数N)加上在FM中的结 晶各向异性(图58)。

8.同时补偿Wt

8.1有错置的极靴的扁平PM(图59)

平行于磁场的FM运动。

在两个范围补偿

利用各错置1/2S极以在各1/2N极补偿。

∑W-2＝+W11-W12＝0

∑W+3＝+W11-W12＝0

选择

KPM的场向量转动180°，从而感应幅度＝通量密度幅度β是协变的 且不相反或者不相同→沿相同方向取向的力路程特性曲线，否则在FM 运动的情况下在瞬时补偿时不对称。

8.2有错置极靴的夹层PM(图60)

9.线内补偿器

1.正方形/矩形-磁体-FM-系统

1.1正方形/矩形-磁体-系统

进一步的阐述首先对一种正方形/或者矩形-磁体进行，其中极面 沿纵向方向(z-方向)显示。

这种磁体形状相对圆盘磁体的优势是，可以调节一个磁的优势方 向，在此情况下FM或平行于或垂直于场/场线运动。从而可以在势场 中(沿x方向平行于场线)或者对之垂直地在一个等势面上(沿y方 向)切换/运动FM/PS-在此横向力完全不同。同样地对U断面磁体成 立而与圆盘磁体相反，其中场线是极化的并且不是正交取向的。

1.2场调制器

1.2.1FM有一种优化的厚度，由此在排斥的PM之间出现平衡，从 而路程2UT→OT在闭合的FM的情况下可以无功W12地进行。

优化方法

a)如果不准确地调节平衡，例如如此，使PM在一个约1mm的纵 向间距在FM前已经受到FM吸引，于是在FM“Auf”的情况下的这种 吸引的量在OT→UT的运动中在排斥时就成缺少的量(＝在路程1上减 少功W  )、

b)另一方面FM的这种间距调节有在FM平行于场方向的横向移 动时，在相对较大的横向距离上，直到几乎抵达PM边缘都存在近似平 衡的结果：力路程特性曲线先是正的(排斥)，然后平行于x方向(中 性)，然后是强负的。因此FM可以在PM的边缘上的一个小的路段上 几乎切换整个的力。所述力-路程-特性曲线-由纵向的FM间距决定-在 PM边缘上非常非对称：功Wt11不与Wt12平衡。

结果：拨动式开关效应；在PM边缘上力路程函数越陡直，开关效 应的非线性越好。

这种拨动开关效应只在矩形磁体的情况存在，在圆的磁体中一个 正弦函数是开关函数的部分，因为FM在一个圆弧上和沿场方向断开/ 闭合。

c)如果把FM间距调节至平衡PM-FM-PM，从而在FM的力-路程 特性曲线中不存在这样强的非对称。也就是如果不必利用明确的翻转 效应(＝力放大器)，就如已陈述的那样，必须用一种磁的横向作用的 补偿器通过功分量之间的平衡∑W1＝+Wt11-Wt12＝0产生力-路程特性曲线 的非对称性。

1.2.2不应当  FM横向沿方向x移动得过远。移动到力-路程特 性曲线的拐点就足够了：如果它再从负值到零可行的话。在大的杂散 场该拐点还决定FM的尺寸，因为在较小的FM外部的杂散场起排斥的 作用，并且该分量应当正好是零(因此FM必须厚一些有较大吸引，以 平衡该分量，就是说此外FM必须沿横向方向有正确的尺寸)。

1.3极靴(PS )

有2个极靴的原理

横向运动的并且纵向按冲程随之振动的极靴(每PM1个PS)引起 带有较大的纵向功WAB＝W11的力的提高(气隙跨接)。

用PS“Auf”在横向功上补偿PS“Zu”。

(图61附着力，图62：弹性PS，图63：楔-形状锁闭，图64： 圆锥形状锁闭)

附着力(图61)

在较大距离时间距h的力F＝力-路程-函数)

F0(h)＝0mm-平的极面

F1(h)＝表面弯曲/表面形状

a)解析确定的表面形状(45°、V-/W-形状、球等等)以提高承 重比率

b)由于磁的折射系数在适当的表面形状的情况下使场线在法线 方向上调节

F：(h)＝有非均匀场的颗粒结构定向产生：

焦点、通量集中在极面外部

F1(h)＝高的附着力和在大磁极间距(最后的手段：提高PM的自 重，降低H/G比V)的情况下对距离的作用。距离：h0＝0mm、 h1＝0.05-0.1mm；h2＝WP

拐点；h3＝1.0D；

h2＝1.3D；

h3＝1.5D

D＝磁体-系统的直径或者对角线。

用1个极靴的原理

通过采用结晶各向异性和磁形状各向异性就只需要1个PS，所述 PS与FM连接在一起而不与PM连接在一起。

2.U形/夹层磁体系统

2.1U形/夹层系统的优点是

-几乎没有外部的杂散场，就是说，有清晰的场界线，因为场在夹 层的边之间起作用，几乎没有外部的排斥的分量。

-力约比没有接地的敞开式的磁体系统高系数18

-U形或者夹层的磁体在边之间有突出的优势方向＝通量板FP(接 地)。

在FM移动的情况下不沿场方向，而是与之垂直，就是说沿U形/ 夹层断面方向移动-力约为零。在PM边缘没有切换效应，如同在沿磁 优势方向(电流回路的边缘)的情况。

2.2系统设计

FM较薄并且在长度上短，因为外部杂散场很弱(通过作为接地的 通量板(FP)几乎被阻止了)。

如此地匹配FM，使得在PM-FM-PM(以E＝0作为能隙)处产生纵向 平衡状态。在FM与PM之间的气隙中存在一个力缺失分量，参见力-路 程特性曲线。

在行程-h1(UT→OT)中的平衡，就是说在PM前面没有正的也没 有负的力分量，因此也是重要的，因为做功的力必须最大化，以能够 用最大的力臂经联杆长度变换器在90°KW引入所述做功的力。

→功与能平衡FKM，等空间方法(p-，V图)→路程UT→OT无力 提高/力降低

夹层结构：FP-PM-FP-PM-FP-PM-FP，正方形或者矩形系统

3.线内-FM-补偿器

3.1初始条件

1.在具有FM-翻转/切换效应的PM边缘上有较大的不对称性/非线 性的横向的FM-力-路程-曲线中的平衡路段，因此还可以把FKG用作 力放大器。

结果，在第4冲程中在FM前就已经有PM吸引。

2.在PM处与FM在OT的平衡。

结果：横向的力-路程特性曲线以大的角度交横轴→在FM横向运 动的情况下没有平衡。

3.在第4冲程中调节平衡直到气隙间距PM-FM并且调节在横向FM 运动情况下的平衡。

第1解决方案：平面边缘变化

1.把横向力-路程特性曲线作为抗横向力函数传输进PM平边缘中 (＝正功面积由负的PM面积差补偿，而负功面积由正PM面积差补偿 F＝B2·A/2μ0)。

结果：在FM中感生的力在横的方向随着面积改变而改变＝随着在 FM横向运动的情况下如PM边缘改变，使得通过分量Wt11与Wt12之间的 平衡补偿总功W1Zu。

第2解决方案：力放大器

2.如同1，然而，在FM的Auf-Zu位置只在PM的边缘于非常短的 路程上附加地有非常陡直的力上升→可以有非常快速的非线性的Auf- Zu振荡。

结果：在FM断开的情况下尽管在沿横向路径的较大的路段上平衡 却是非线性的切换函数。

4.结果：PM边缘作为抗横向力函数决定FM的横向力-路程-特性 曲线(在-定的情况下用一个非线性的切换函数的积分补偿)。

3.2FM运动

a)平行于磁优势方向的FM运动。

b)垂直于磁优势方向的FM运动。

3.3PM夹层系统(＝M-晶胞→“动力-晶胞”)

有FM中的各向异性磁优势方向(图65)

夹层系统“动力-晶胞”

F(B2/2μ0)· A；注意在工作点A3的B2

MV磁优势方向

FM场调制器

PM永磁体

AM工作磁体系统

FP通量板

厚度sFP＝在1个极时1s

sFP＝在2个极时2s

选项：各向异性FM(颗粒结构定向的、结晶各向异性、磁场-退火， 等等)＝在FM材料中的磁优势方向

———场线，如果FM接触或者完全接近＜＜h1

———在FM间距h1时的附加场线

G界面，间距d＝0.05mm

可供选择的抗横向力函数F＝f(B2)·A/2μ0：替代在PM边缘上的 面积差、B变化和/或FP中的μr带。

3.4线内补偿器变例

(A、μa、Ha)的微分变化→有放大和衰减的f(F1，t)。

3.4.1→抗横向力-补偿器原理(图66.1-3)

垂直于面的纵向力F1在场中还有应当引起补偿的横向力分量Ft。

F1＝f(B2/2μ0)·A

可以聚集以下的原理；它们可以平行和/或垂直于PM的磁优势方 向应用。

1.面积函数f(A)→出口面积的变化(图66.1a、b)

F1＝F(A)·K1

K1常数＝B2/2μ0

A＝∫aΔs；a＝f(s)

B＝/A＝磁通量/面积

2.磁导率函数f(μa)→幅度磁导率变化(图66.2)

F＝(f(μa)2·K 2＝B2·A/2μ0

K：常数＝A/2μ0

K常数·μ0Ha

μ绝对磁导率/μ＝B/H

μ相对磁导率＝材料磁导率μr＝μ/μ0，(μr→μs)

μ在一定的散射/μa＝(B/H)的情况下工作点A3处的幅度磁导 率/μa

${\mu }_a=(\hat{B}/\hat{H})·1/{\mu }_0$

微分值(→0)换成差值(计算机中的终值)

Bd1→BΔs微分的或者说差分的(面积)通量密度元(Stueck)

μad1→μaΔs微分的或者说差分的(面积)幅度磁导率元(Stueck)

在工作点A3μa沿路径S改变→

在A3具有另外磁导率μa的材料改变

3.PM场强函数f(Ha)→场强幅度变化(图66.3)

PM有函数Ha(s)的线圈

F1＝(f(Ha)·K4)2·K2

K2常数＝A/2μ0

B幅度通量密度

Ha外部线圈场(PM场)的幅度场强

K4常数μa·μ0＝恒定的材料工作点

1.d1→1.Δs微分的或者说差分的(面积)电流导体元

Had1→HaΔ1微分的或者说差分的(面积)场强幅度元

3.4.2用盘-PM的例子(图67)

(一个线圈的)或 (一个PM的)变化，面积A’(PS)

幅度磁导率(磁的幅度磁导率)μa并且是极靴S(PS)的

→f(K)＝补偿函数

Δs(FM)＝f(B)

3.4.3再生→运动学的补偿

能量回收：在制动的情况下或者在“外部”的能量供给时在FM循 环中回收运动能量(动能)(图68)。

+W通过外部能量供给加速FM

-W制动FM

除了势能[(+W)-(-W)]把动能转换成FM驱动。

3.4.4夹层系统举例

3.4.4.1垂直于场线的FM运动(图69)

→垂直于场线/力场(y方向)的补偿

s路程

A面积f(A)：面积函数

A宽度a＝f(s)

μa在材料S的情况下工作点A3上的幅度磁导率μa＝f(s)→材料 各向异性

Ha在线圈外部场或者PM(B)外部场沿路程s的场强幅度→Ha＝F(s)

B幅度通量密度，注意B2＝工作点A3

MV磁的优势方向(场优势方向)

F1纵向力(沿法线方向＝Fn)

Ft横向力(沿切线方向＝Ft)在此垂直于力场-优势方向或者B

F1＝f(B1，A)F1＝f(Bt，A)

3.4.4.2平行于场线的FM运动

→平行于场线/力场(X方向)的补偿

变量：

ΔA出口面积改变量

Δa在FP中幅度磁导率的改变量

ΔHa线圈/PM(B)外场强幅度的改变量

MV磁优势方向

I·d1→I·ds微分电流导体(PM)元产生的场dH或者ΔH。 通过材料的dB或者ΔB。

该场可以分解成平行和垂直于轴的分量→毕奥-萨伐尔定律。

3.4.5通过PM-晶胞-安排的横向力补偿(图71)

1.基本PM-系统(晶胞-夹层或者U字形断面)

B场线，磁的场密度

B＝/A＝磁通量密度/面积

PM或者线圈的磁场线总数

3.4.6各向异性磁场的产生(图72)

MV磁的优势方向：带有屏蔽的椭圆形圆柱线圈

7.极靴(PS)和场调制器(FM)的通量导通原理

极靴的任务是跨接通过抽出场调制器产生的气隙，以通过

a)在2个极靴之间，各一个耦合在PM上，或者

b)借助于1个与FM耦合的极靴，

显著地提高磁力。

1.用铁磁性各向同性材料的极靴

下面呈现3个磁通量模型(图73)

a)有线圈的铁磁盘(＝1个体)

→通过线圈的磁化作为磁场能向盘的端部传输(退磁系数N→0) 并且在此处产生磁极。

b)与2个铁磁盘(PS)接触的磁体(＝1个有3个区的体)

→通过磁体的磁化仅在N→0的情况下通过磁体作为磁场能经接触 面/界面(G)向盘的端部传输；有N→1的薄盘的情况下场切向地从PS 盘发出

c)在两个铁磁盘(PS)之间有气隙的磁体(＝3个体)

→通过线圈的磁化作为磁场能不向盘的端部传输，因为-由于气隙 d(界面)和N→1-它们起屏蔽的作用而不起导体作用。(注意磁的折 射率)

2.用各向异性材料的极靴(磁优势方向(MW)

为了能够在PS中首先只轴向地导通磁通量，并且为了能够降低切 向出现的杂散场，可以除了控制退磁系数以外采用各向异性的材料。

磁的各向异性可以根据不同的技术利用，在此有两个情况：

1.结晶各向异性(涉及晶体轴线的极化方向依赖性)

2.磁场感应的单轴线各向异性Ku

3.电压感应的各向异性

PS情况下的结晶各向异性

各向异性场强HA是把磁化从轻的优势方向旋转到弱的可磁化方向 的场强。

在选取起各向异性作用的材料时并且在计算时必须要注意，切向 的通量密度分量取决于场强；从一定的场强起轴向和径向的分量大小 相等。在所述的情况下出现极靴-盘，其中磁通量(MV)优先沿PS盘 的轴向方向走行，此外相反的是PS-盘可以强磁化，结果还把切向杂散 通量最小化。

各向异性PS界面/气隙(图74)

各向异性与退磁系数结合

基于前述的功能方式可以在作为场调制器开关设计PS和FM时累 积利用方向依赖性的各向异性磁导率和退磁系数N

场调制器开关(图75 )

切换：通量纵向、/轴向从(max→＝0

结晶各向异性等等和/或磁的形状各向异性

举例：a)钴晶体(各向异性)

Co(钴)六边形晶胞

a和c：晶格常数

μ方向依赖性的磁导率

→μx，μ，

→ μz

b)各向同性CoFe N→0/N→1

c)磁的形状各向异性N方向退磁系数-和位置依赖性的退磁系数

用有B2、Ha2“拐点”工作点A3中的值的控制

注：Co比Fe或者Ni在轴线之间在磁化上有较大的差。

3.退磁系数和气隙通量

3.1退磁系数N

一个较长的棒能够沿纵向方向(N＝0)比对之横向(N＝0.5)容易 磁化，一个板切向于板面(N＝0)比垂直于板面(N＝1)容易磁化。→ 磁的形状各异性。

构成极靴的结果：

PS不是用一体构成，而是必须：

方案1：由许多“长的”而薄的正方棒按较密的栅格排列组成(如 同一个棋盘格板-图形)；该棒的长度对应于极靴的厚度，该棒的截面 尺度选择得使沿该棒的纵向N→0。

优点，当所述棒由介电层绝缘时把涡流降低到小棒的涡流。

方案2：许多平行的轴向条(列)。

方案3：用带形磁芯切割盘，所述带用有对应的各向异性的材料薄 膜制造。

3.2磁滞曲线修正系数

磁滞曲线修正系数说明退磁系数N、气隙长度IL＝d和平均的材料 路程长度IS之间的关系。

磁特性曲线是磁滞曲线修正系数依赖性的：磁滞回线、起始磁化 曲线、所有导磁产量、剩磁和视在功率、矫顽磁场强度、饱和极化和 损耗(相关于恒定的感应)。

→磁滞曲线修正系数的构成用HN＝N×M＝N×J/μ0。

4.场调制器FM：退磁N→磁化M开关

如果采用做成薄板的FM，通过有垂直于板面N→1和在板面内的N →0的退磁的磁形状各异性在永磁体之间完成一种屏蔽效应。

选顶：用许多薄的平行板构成FM→强化屏蔽作用加上抗涡流作 用。

相反一个由许多沿轴向方向(板层方向)有N→0的许多薄板形成 的FM结构引起一种磁场的轴向导通。在这些板中一种沿轴向的板层方 向的结晶各向异性可以提高导通作用，从而最小化切向的杂散场。

作为磁的形状各向异性和结晶各向异性开关，视板层方向而异， 所述场调制器在截止N→1和导通＝N→0之间切换。

对于FKG结构的结果是：取代于两个极靴(每个PM各一个)可以从 一个截止的FM向导通的FM切换-由沿N→1→0的轴向方向磁形状各向 异性值以及结晶各向异性等等的交替决定。

在沟道中的状态(图76)

形状各向异性替代模型(图77)

电绝缘层SiO)

磁绝缘层CoO)

板的轴比例关系

a/b＞＞1对于轴向磁化的棒N→0

a/b＜＜1对于垂直于板面(薄板)N→1的磁化

a/b＝1球或者立方体N＝1/3

举例：a＝0.5mm b＝0.05mma/b＝10    →N＝0.02

H s＝-N·M  为任意磁化方向所套用并且向量地记下→N是向量M 和H相互关联的一个张量。

形状各向异性的情况

(作为结晶各向异性、磁场感应的各向异性和压各向异性的替代 模型可以采用形状各向异性)

1.垂直于场的FM/PS运动(图7 8)

2.平行于场的FM/PS运动(图7 9)。

极靴譬如可以用一种多沟道板的原理构成。

磁形状各向异性的长宽比例(＝长宽比)可以在40-100的范围内 (比较旋转椭圆体)。PS板可以设计成为“单个的”、“人字纹的” 或者作为之字垛设计。

PS和FM的有效性

对于PS和FM的有效性需要在一个有恒定的幅度场强Ha2经过入 口面积恒定的磁场以B2在工作点A3运行这些部件。在该工作点有选 取的材料的最大磁导率μrmax。开关S→切换状态＝FM翻转等级

8.通量调制/通量放大

在磁场中的铁磁材料(图80)

1.磁化曲线(B×H)

磁通量B·A(通量对应于磁流量Im)。

磁压Θ＝H·1(电的磁化力Θ＝磁压Um)

软磁材料S的工作点A或者A3(B·H)max(在H场横向于沟道 的晶体管的情况)。

2.磁导率μr曲线

磁导率μ＝μ0μa，μa磁导率幅度；在意义上对电场中的铁电材料(具 有一种磁滞)成立，有：

a)起电曲线(DxE)

b)介电常数εr的曲线

作为开关S放大器的铁磁材料(图81、82)→切换状态＝FM翻转 等级

参数

M磁化(励磁/充磁)[A/cm]

B磁通密度，在饱和时的Bs[T]

Ha外部的线圈场、磁场强度[A/cm]

μ0磁场常数1.256x10-4Tcm/A

μa幅度磁导率

B＝μ0(Ha+M)

M＝B/μ0-Ha

μa＝1/μ0·B/H，B、H幅度值

调制种类

1.导通率调制

可以用不同的方式改变导通率：

a)  温度改变(铁磁性→顺磁性)

b)  在M半导体中改变磁化载体的浓度

c)  FM在沟道中μ′r＝max(通量＝在沟道中不导通的S-D→“Zu”＝ 在PM之间平衡)与FM在沟道外，即在沟道中空气/真空μr≥1(通量 在沟道中S-D→“Auf”＝PM的排斥)之间切换。

2.截面调制

横向于PM通量沟道的磁场控制源与漏之间的通量/流量。

M场调制器设计

1.固定的FM

为了理想地配置场调制器在固定的变例的情况下FM的磁优势轴(＝ 向向异性轴)应当沿横向方向起作用，并且通量密度应当是恒定的， 即在一定的情况下截面积A在Ad(x，y，z)或者AΔ(x，y，z)的地方 改变。由此保证在导通状态“Auf”的FM在工作点A3总是在B2处用 Ha2驱动，也就是说在理想的作用的情况下有沿横向方向的最大的磁导 率。

磁半导体器件，(磁控管学)：M双极晶体管M-BT和M埸效应晶 体管M-FET。开-关切换在M-FET的情况下只可以通过一个横向场进 行，无运动学地移动FM。

2.运动学的FM

在运动学的FM的情况下沿运动方向有很小的磁导率(由于PM的 吸引)并且垂直于运动方向(在各向异性场中)有高的导磁性和恒定 的通量密度是合理的(不考虑补偿功能)，从而在所有的区域中FM的功 能也都在工作点A3/点B2。

场调制器作为M晶体管开关

M晶体管作为开关具有两个开关形状：它们在磁饱和工作(导磁的 工作点A3＝“EIN”(在Ha2和μmax的情况下B2＝Bopt)或者截止(不导磁 ＝磁透明(μr＝1)点A 1＝“Aus”(在Ha5＝Hamax的情况下B5＝Bmax)，(注 意饱和区域＝在Ha0处的B0至在Ha3处的B3的超控制区域，开始Ue区域＝ 工作直线上的A2处的饱和开始。

作为M晶体管放大器的场调制器

在M晶体管中一个小的磁基极流量/通量B造成一个大的磁收集极 流量/通量C。这称为磁通/通量放大(V)。

一个M晶体管还可以作为磁压放大器(VG)和磁功率放大器(VP) 运行。

通过磁辅助场的FM控制“Auf/Su”

在对应的材料选择(S)和场强幅度Ha2的情况下在工作点A3有μmax 的感应幅度B2以最大的磁化M放大，控制的辅助场Ha2作用最大并且 有最小的能耗，从而可以把FM做得比被动的FM变例(没有主动的辅 助场)更薄。

场向量/通量变化/场方向

在一个极化的场中，譬如该场通过一个圆盘磁体产生，所有的场 线在场的反转点(中点)沿径向方向取向，从而通过该非均匀的、各 个方向相同的场，关系到要使用的力，影响FM的横向移动：在FM上 出现一个拉力并且在超过PM的中点以后出现一个压，并且还与从FM 的那个切线方向向中点运动无关。

在一种U断面磁体或者夹层PM的情况下不是这样，因为场不是极 化取向的而是沿x方向/y方向轴线不同：如果平行于场向量移动FM， 也就是在U字形边之间移动FM，就出现上述的问题。如果垂直于场向 量移动FM，也就是沿U字形断面移动FM，FM就与场向量相交，并且力 就会是另外的情况(→比较磁体系统图83)。

向量势的场线/场强/通量密度/力的分量分解在有极化角的BrBν 中进行(图84)。在一个U字形磁体或者夹层磁体的情况下所述分量 分解在直角座标系中沿轴y进行。

注：场线是在真空中画出的。在场中的材料的情况下麦克思韦应 力张量于点P处作用在表面上(磁折射率，向垂直线折射场线)。通 过从垂直线向材料表面(FM)偏转，得出切向力。FM材料边界＝μ阶跃。

注意：补偿场还沿纵向行程方向h1t起作用。注意中性区域NZ。

还可能有用感应线圈的方案。

过程：第1冲程：在FM断开(在0T时)时接通场Ha→补偿

在FM断开后关闭

第3冲程：在FM闭合时没有影响场Ha

＝不受干扰的平衡PM-FM-PM线圈，在一定的条件下在FM在第3冲 程中“闭合”时有能量回收

9.在工作点A3的场放大

放大系数的特性曲线(图85)

A3工作点-(B·H)max(负能)＝最大能积＝软磁材料的质量标记。

S材料磁化曲线。

W拐点

W1W开始

W2在B-Ha特性曲线上的切线μamax

W3结束

补偿

圆柱线圈(图86)

1线圈长度＝Im＝平均的场线长度

N匝线

I电流强度

r平均线圈半径

Ha  外部的线圈场

H线圈中心(x＝1/2)

$H=(N/1)·1·1/\sqrt{4r^2+I^2}$ →获得最佳值

H线圈末端

$H=0.5·(N/1)·1·1/\sqrt{4r^2+I^2}$ →获得最佳值

磁芯K放大外部的线圈场Has→由于V在外部的PM场HaPM时等效在 Has处用电流I能量利用非常少。

|Has|＝|HaPM|

→很小的电流I抵消强的PM场HaPM或者还有在可比较的小线圈和 小电流的情况下抵消涡流场(→补偿器)

注意n级放大

第1级有μa的线圈磁芯(？)

第2级有μa的极靴(例如CoFe)

第3级聚集器

线圈绕匝的电导率-比重：由于电导率-比重的比例A1在振荡/运 动的线圈时、Cu在静止的线圈时

电导率ρ20，密度ρ

Alρ20＝0.02825，密度ρ＝2.7kg/dm3

Cuρ20＝0.01754，密度ρ＝8.96kg/dm3

密度比例

Vρ＝8.96/2.7＝3.32

电导率-比重的比例V

Cu0.01754·3.32＝0.0582328＞＞A1ρ200.0285

→比例V＝0.0582328/0.0285

V＝2.0613

有放大磁芯和壳的永磁体(图87)

软磁材料和硬磁材料的磁滞回线(图88)

放大器-级联(图89、90、91)

1.永磁体(PM)、永久驻极体(PE)、超导磁体(SM)，选项： 内部/外部有放大器-罩的环形PM或者

2.有放大的磁芯(Ha2、B2)、带形磁芯的线圈或

3.场强幅度Ha的无磁芯线圈。

4.在N极处发散/分散/发散器＝削弱强场

给出：BPM·A，过程：代替场聚集→场分散

通量密度B·A降低，从面积＜A→＞A’，同时BPM(A)→B’PM(A’) (等效线圈场Ha)，就是说

从HaPM→H’a2PM，对材料的B-Ha特性曲线通过，同时有

S(μa)＝从＞Ha，＞B2→＜Ha2，＜B2移动。

场强幅度Ha随着B在特性曲线S上改变。

在S极处的收敛/聚集/聚集器：与N极的情况相反的作用。

5.通过用材料S(μa)Hs2放大通量密度B2。

用不同材料S的的带形磁芯(径向μa层，功能：＜r＝＜μa→＞r＝ ＞μa，同时下降的B(r)＝半径相关的μa

6.分级放大的级联，每个单元4-5个位置的

7.通过面积缩小A’→A的从B2·A→＞B2A’的场聚集→通量密度 匹配有较高的B-Ha水平的材料(S)。场强幅度Ha随着B在特性曲线S 上改变。收敛/聚集/聚集器

8.在材料较高通量密度水平上的极靴。

初始量    F＝B2·A/2μ0

可变的A $B=\sqrt{F·2{\mu }_0/A}$

结果：B2在有Ha2的S上  M＝B2/μ0-Ha

夹层的放大器(V)(图89)

夹层的衰减器(A)(图90)

对B2、Ha2匹配(图91)

10.PM/PE场设计

PM场设计

1.永磁体(PM)

1.1圆盘磁体(AP)(图92)

d    气隙

H附着磁体(d＝0)

G自重

D最大化

S最小化

Im平均场线长度

→H/G优化

退磁系数N＝1(薄的板)，带有通过反向平行的PM的等强的矫顽 磁场

1.2正方的盘磁体(AP)(图93)

变例A：正方的α＝0°

变例B：棱形的α＝45 °

a＝b理想的(最大)

s最小化

→H/G优化

退磁系数N＝1(薄的板)，带有通过反向平行的PM的等强的矫顽 磁场

1.3矩形的盘磁体(AP)(图94)

变例A：正方的α＝0°

变例B：棱形的α＝45°

a＝b理想的(最大化)

s最小化

→H/G优化

退磁系数N＝1(薄的板)，带有通过反向平行的PM的等强的矫顽 磁场

1.4旋转椭圆体(RE)(图95、96)

RE沿旋转轴均匀磁化的

N说明磁的形状各异性

在a/b＝0的情况下退磁系数N＝1

a极化的半轴＝旋转轴(平行于磁化方向)

b赤道圈半轴

→相对薄的板的重量减轻和均匀磁化(均质磁化的)

1.5U字形磁体(图97)

沿周围方向的磁化

优点：两个极都没有同一侧的回输→重量减轻

线圈

Θ  电的磁化力

Im  平均场线长度

I电流强度

N匝数

H磁场强度＝Θ/Im＝I·N/Im

参数

Ri内径

Rm平均半径

Ra外径

L最大化

Dm2Rm(极间距→场透射方向z

Z方向h(行程)→作用区域

M杂散场罩

S＝0.1mm，μa＝400,000

→优化H/G

退磁系数N＝1，带有通过反向平行的PM的等强的矫顽磁场

2.PM夹层(多层)(图98)

优点：

a)较高的附着力/通量密度

b)较大的填充密度

c)磁冕(Magnetkronen)设计，供选择的方案：

1.较高的力

2.陡直的场线

3.均匀的场

最大化：较高的力(图99)

a)带有较小的面积A的夹层结构

b)磁冕1、2、3，＝解析的面积形状/大小

4.＝场透射方向z的磁折射率→不均匀的场均匀化→陡直的场线

c)面积减少到A2

参数

F力[N]

B磁通量密度[T]

A面积[cm2]＝(2·A’1)1(A2＝1/2A1→2·F)

μ0 磁场常数＝1.256·10-4Tcm/A

F＝B2·A/μ0

3.行程加大

没有通过磁体构形的转动的自重增加

没有面积改变，就是说在转动时A在量上保持相同。

3.1变例A(图100、101)

行程h

h1.0-1.3；最大1.4·e

平行移动对U字形磁体等等也成立。

在角度α下的移动，对于U字形磁体等等也成立。

注意：N极在S极旁通过→排斥→吸引

$h_{\max }\sqrt{2}·e=1.4142·e$

3.2变例B(图102、103)

3.3变例C(图104)

3.4变例D(横向系统)(图105)

通过场设计调制力-路程-特性曲线

1.直角系统(图105 a、b、c，图106a、b、c)

a)直角场  b)角α-场c)浸没系统

→陡直的梯度  c1)纵的c2)横的

2.对角系统(图107)

a)直角场通量  b)对角场通量

→较大的极间距→大的行程

优点：-夹层的，狭窄的结构

大的力F1加大的(对角的)极间距

→大的场立体效应(透射)

→大的行程h1→短的切换路程

PP的矫顽场强越高，其长度越小

3.直角-对角系统(图108)

1.PM＝定子

2.各向同性的电枢，以 N→0沿纵方向

3.各向异性的电枢，N→0+结晶各向异性等等，以减轻切向的杂 散通量

4.注意由于在PM场中振荡的电枢需要的高电阻率→抗涡流措施

4.有最大化场力的力产生原理

1.两个PM的排斥(N→N)

2.两个PM的吸引(N→S)

3.吸引Fe→PM

4.排斥-吸引PM-A1环与感应

有感生涡流的磁体-A1-环和楞次定律

FM设计

1.带有线内FM的FKG(图110、111)

1.1循环过程中的工作循环(→p、V图)

1.2运动学的通量控制

注意FM和PS的磁形状各向异性

1.2.1有FM无极靴(PS)的FKG(图112)

d通过气隙d的力减轻。

G边界层/过渡

1.2.2有FM和极靴(PS)的FKM

极靴跨接气隙→较高的排斥力F1

变例A：中部不分开的极靴(图113)

变例B：分开的PS(尺度a、b见有N的磁形状各向异性(图114)

2.有线外-FM的FKG

场调制器(吸引-平衡)+带有在一个部件中通量旁通的极靴(PS)。 (图115)

PS：极靴在B2、Ha2中匹配的(在B-H特性曲线中的工作点A3)

磁形状各向异性(图116)

磁化系数/退磁系数N：由于N软磁材料的磁特性是形状依赖性 的：一个在s中较长的FM(棒)沿纵向方向磁化比对之横向磁化要容 易，一个在s中较短的FM(薄的板)沿对板面切向方向磁化比对板面 垂直磁化要容易

3.FKG横向系统

变例A：线内FM(图117)

变例B：线外FM(图118)

对冲程4：注意在FM上的转矩。

避免：可变的FM→PM的重叠→可变的FM面积，取决于行程h(交 替和错置的可供选择的夹层)。(图117)

4.主动的场调制器(图119、120、121、122、123、124、125)

比较：在FM系统位置4中软磁的感应-FM

a)  有可变的/动态的磁化的线圈

b)  在Ha、B2、μa的情况下用脉冲压缩技术的脉冲磁化

FM状态：

1.吸引N-0/0-s＝不主动的

2.强吸引N-S/N-S＝ZU

3.强排斥N-N/S-S＝AUF

3.线外-FM(图121)

在电流I的情况下线圈安排，磁芯K

FM状态：

1.中性“off”0-n＝AUF

2.线圈“on”S-N＝ZU

3线圈“on”N-N＝AUF

极性变换的线圈→放大

a)缺点：线圈夺去了多层PM的位置→＜∑F，较大的线圈半径 (→公式)。

b)优点：有许多小线圈的位置，小的I，较小的r(→公式)→ 在＜I的情况下高的效应。

切换点A3(图122)

软磁的感应-场强FM(在FM-系统类型4b)

晶体管原理，然而没有半导体材料

工作点A3切换

类型4a：磁导率感应FM→Za→大的切换能量

μmax，Bopt→μar＝1，Bmax(＝饱和Bs)

类型4b：感应-场强FM→Zb→小的切换能量

B2-Ha2→B0＝0，Ha0＝0→μI

切换状态Zb：

1.“AUF”＝在有B2的Ha2的情况下通量量子导通(M放大的)

2.“ZU”＝在加以反场强幅度的-Ha2情况下通量量子截止(矫顽场 强)

-Ha2；B2→Ha0，B0(→M＝最小或者在第一次为0(2-74：软磁磁滞 回线)

A3工作点-(BH)max(-＝负能＝吸引)＝软磁材料的质量标记＝软磁材 料的最大磁能积

S材料S的磁化特性曲线

切换过程

1.降低控制能量I→Ha2

2.提高场力

通过横向于类似磁场效应晶体管M-FET的沟道的磁场经沟道截面 调制切换(图124、125)

FM运动学的或者固定的

a)各有一个横场(栅极)

b)各有两个横场(栅极)

11固态FKG发生器(FKG)

＝电动力学原理(无运动的部分)

→到运动的载流子上或者导电流的导体上的洛伦兹力(F≈电磁原 理的1/40＝一个Fe电枢的吸引＝运动的部分)

固态的机器

所述场力发生器FKG还可以构成为“固态的”机器，就是说没有 运动的部分，用于感应地产生初级电流：

a)从时间上快速地变化的磁场(在FM前的磁场-通过一个固定 的-主动场调制器调制)产生所述初级电流。非静态的磁场的基础是通 过FM从一个永磁体的静止的势场调制的静磁场，或者

b)由一个在时间上快速变化的电场(在FM前的电场-通过一个 静止的＝主动场调制器调制)产生所述初级电流。非稳定的电场的基础 是通过FM从一个永久驻极体的固定的势场调制的静电恒场，或者

c)如同a)由一个超导磁体的固定恒场产生所述的初级电流， 该恒场由固定的FM调制→非稳定的磁场。

位置固定的PM

位置固定的PM也可以作为固态FKG、有吸引的PM活塞的位置固定 的PM或者有排斥的PM活塞的位置固定的PM来实施。

1.固态FKG变例：位置固定的PM或者PE(图126)

图126a：固态位置固定的

固定的FM或者运动学的FM

时间上变化的磁场感生电场→电流

图126b：吸引活塞K

固定的或者运动学的FM

K活塞＝软磁材料

图126c：位置固定的排斥的PM1，PM2＝活塞

注：在平衡中在OT的情况下纵向的力-路程特性曲线，在UT的情 况下尽管非对称的FM位置纵向对横向的力-路程特性曲线还是总有V ＞1，注意连杆长度-变换器；

在OT的情况下：FM断开无K运动→在平衡的位置

在UT的情况下：FM闭合无K运动→FM在非对称的位置

单线圈发生器(图127、128)

对线外FM/PS切换效应/通量导通/通量旁通

→主通量路程A

a)FM高横向磁导率FM＝“ZU”，

注意结晶各向异性和磁形状各向异性或者

→由PS切换的副通量路程A(通量旁通)

b)PS高纵向磁导率PS＝“AUF”，

注意结晶各向异性和磁形状各向异性

FM  场调制器＝通量截止

PS  极靴＝通量导通

S线圈，交替地在U字形两个边上→多匝

PM  永磁体(SM、PE)

Fe  铁/亚铁磁

G边界面积/过渡

注意：对B2、Ha2匹配为达到的理想的切换/放大作用

3.双线圈-发生器(图129)

PM永磁体(SM、PE)

S线圈/螺线管

G边界面积

K聚集器→在工作点A3上max放大B2、Ha2

FM  场调制器＝通量截止

PS  极靴＝通量导通

FM-PS磁导率调制/-开关。

“AUF＝0”＝高阻抗

在FM中→通量路程A

“ZU”＝1＝高磁导率

在PS中→通量路程B

Fe  铁磁/亚铁磁

FS两个通量导通件(U字形的2个边)的优点在于，可以比在等 值的无铁磁芯线圈中绕多得多的匝数。

4.场调制器类型

FM可以构成为：

1.运动学的FM

a)被动的(磁导率调制)

b)主动的(磁导率调制和/或沟道横截面调制)

2.固定的FM

a)类似于例如M-BT的磁导率调制

b)类似于例如M-EFT的沟道横截面调制

B.本发明所述的场力发生器(FKG)的有利的效应

磁静态-动态的振荡循环-过程

所述机器以可逆的→不可逆的→可逆的(总体＝不可逆的循环过 程)磁静态-动态的振荡状态在一个循环过程中工作。由于不同的FM 阻挡层种类，所述FKG的工作原理对应于一种概括化的“超晶体管机” 并且根据下述的原理还宏观地类似于一个带有能隙(FM→E＝0)的超导 体：

所述机器以沿法线方向(在纵向机的情况下)排斥的PM的磁向量 势-纵向冲击波(非线性的弹性的力场冲击波＝场量子形成的孤子)为 基础产生功/能/熵。

由于PM的振荡，在状态之间产生能→回程到平衡状态，这种冲击 波是自反射的，这是由于

a)连接的自旋转矩带有自发的磁畴或者

b)所连接的磁PM矩，由表面环流产生

(纵向波在一定的条件下与横向波耦合，带有磁滞曲线修正系 数、折射和挠曲)。

反向平行耦合

两个排斥的PM(PM对)反平行向的耦合经磁静态场的弹性形变通 过转接吸引的FM进行。转接磁吸引的交换作用通过一个FM使反向平 行的PM之间局部静磁场失真→形变能→在FM“AUF”的情况下如在张 紧的弹簧中那样释出。通过吸引＝在FM中的负能(交换力＝三个/四个 磁元件之间的磁场的叠加：2PM+1或者2FM)，FM补偿PM的排斥地反 向平行的静磁矩。

在运动学的FM的情况下在切换过程中在“AUF”以后由空气/气体 /真空取代薄的FM层；所述交替作用不通过FM材料(运动学的FM)。

上述的作用方式在意义上还对超导磁体的SM及用铁电FM的静电 场的PE适用。

功的产生

一个根据本发明的场力发生器具有各种优点。在FM的“ZU”位置 2个永磁体(排斥的)和1个场调制器(吸引的)以及机器，处于平衡 状态，有能量E＝0。如果断开FM，就通过排斥而无FM吸引出现一种不 平衡状态，并且产生正的功和熵。在此，例如在一个FKG行程活塞机 的情况下，PM活塞从曲轴的上死点(OT)向下死点(UT)运动(＝路 程Wab1)。在UT闭合FM，从而PM活塞可以从UT向OT无排斥地在作 为一个循环过程的部分的路程Wab2上返回运动。功Wab在一个耗能的系 统中产生，也就是就在路程Wab1(OT→UT)上是正功，而在路程Wab2(UT →OT)上不做功，就是说

∑Wab＝+Wab1+Wab2≠0。

在一个势场中(保守的系统)功的和为

∑Wab＝+Wab1+Wab2＝0。

由场调制器供给的功∑ Wzu1＝在OT时“AUF”和Wzu2＝在UT时“Zu” 非常地小。可以优选地在一个磁的等势面上(垂直于场)运动运动学 的FM，而不是平行地在势场中运动之。在出现负的功Wzu时能通过补偿 将其消除。

从而能量平衡是∑Wab1-∑Wzu1，其中Wzu1-由于在等势面上运动并且 由于功的补偿，非常地小。

场力发生器利用磁体之间通过场作用的切换转换永磁场能-从而 可以把永磁体的势能转换成动能。

这种动能可以用作为动力能量或者引入一个发生器以产生电的初 级能。

循环能量平衡(1个工作循环＝360°KW)/效率(力放大)

1.工作过程

根据本发明采用有曲轴传动的联杆长度改变器，结果是在90°KW 输入力而不是传统地在0°KW输入力。

1个工作循环＝360°KW，就是说行程h＝KW-半径至曲柄轴颈。

工作过程(图130)

1.冲程(力建立)

PM1和PM2固定地，在OT位置(90°KW)间距是FM的厚度s。

PM与FM处于平衡状态。

能量在基本状态E＝0。

1.场调制器“Auf”＝PM力建立第1级

W1接受功FM“断开”W1FMAuf＝∫F(st)Δs

(W＝负的，因为把CoFe插入进场中)

2.极靴PS “Zu”以跨接气隙d并且从而提高场力F1＝力建立第2 级.

W1接受功PS “闭合”W1PSZu＝∫F(st)Δs(+W1＝正＝W获得，

因为把铁磁材料插入进场中。)

2.冲程(用磁排斥力F1的工作冲程)

PM1和PM2从OT(90°KW)沿方向UT(180°KW)运动并且向曲轴输 出功W2。 W2功输出PM“行程”W2PM+h＝∫F(s1)Δs

能量状态E＝正，出现磁功和熵。

3.冲程(力消除)

PM1和PM2固定地在UT位置(180°KW2)以间距行程h2静止。

PM终端状态。能量在E＝正的状态。

1.极靴PS“Auf”以为FM产生气隙并且从而减少场力F1＝场力消 除第1级

W1接受功PS “断开”W1PSAu’地＝∫F(st)Δs(-W1＝负＝W获得，

因为把铁磁材料插入进场中。)

2..场调制器“Zu”同时减少场力F1→0＝力消除第2级，W1接受 功FM“闭合”W1FMZu＝∫F(st)Δs

(+W1＝负，因为把铁磁材料插入进场中)

4.冲程(回程/空程无磁排斥的反力F1)

PM1、PM2从UT(180°KW)沿方向OT(270°KW)运动并且在此不向 曲轴输出功W2；返回运动无磁排斥的反力以恢复较小的接受功。W2接 受功的PM “行程”W2PM-h＝∫F(s1)Δs→0能量状态E→0，不出现磁功 也不出现熵。

2.循环功-结果

1.冲程(力建立)

W1FMAuf＝∫F(st)Δs，可以附加地补偿功

W1PSZu＝∫F(st)Δs，可以附加地补偿功

2.冲程(用磁排斥的力F1做功)

W2PM+h＝∫F(s1)Δs

3.冲程(力消除)

W1PSAuf＝∫ F(st)Δ s，可以附加地补偿功

W1FMZu＝∫F(st)Δs，可以附加地补偿功

4冲程(回程/空程，无磁排斥的反力F1)

W2PM-h＝∫F(st)Δs→0

总和功接受

∑W1＝WPMAau+W1PSZu+W1PSAuf+W1FMZu

总和功输出

∑W2＝W2PM+h-W2PM-h

磁的做功效率

η＝∑W2/∑W1→ηm＞1

3.功积分的边缘条件

在工作循环(冲程1-4)中计算功积分的边缘条件：

当在位置“Auf”抽出场调制器的过程中，两个磁体PM1和Pm2都 必须在其位置上瞬时地固定(→联杆长度改变器)。(在该状态中系 统PM-FM-PS于其运动中不得在PM之间受到力的自由串动，如同没有 联杆长度改变器的一般的曲轴的情况那样)。当抽出FM并且插入极靴 时，这两个PM应当在系统的平衡状态。应当瞬时地位置固定地固定它 们(上死点OT正好如同在180°KW的下死点UT)。因此PM或者FM 或者PS的力-路程-特性曲线通过机械地固定PM磁退耦(由新型的联 杆长度改变器结构决定)-直到杂散场影响。在此方面功积分几乎完全 不影响(通过FM或者PS)接受功W1和(通过PS)输出功W2。这对效 率ηm＝W2/W1＞1有显著的结果。

4.效率(图131、132)

功、效率公式

$\begin{array}{cc}{W}_1=\underset{O}{\int }\underset{T}{\overset{\mathrm{UT}}{F_1}}·\left(s\right)\mathrm{\Delta s}& \left[\mathrm{Nm}\right]=W_{\mathrm{ab}}=W_2\end{array}$

有脉冲平衡的2FM对称或者

$W_t=W_1=\stackrel{R_1}{\underset{R_r}{\int }{F}_1}·\left(s\right)\mathrm{\Delta s}$ 不对称的1FM

$W_t=\underset{M}{\overset{R}{\int }}{F}_t·\left(s\right)\mathrm{\Delta s}$ $\left[\mathrm{Nm}\right]=W_{\mathrm{zu}}=W_1=\int F_t·\left(s\right)\mathrm{\Delta s}$

${\eta }_m=V=W_1/W_t=W_{\mathrm{ab}}/W_{\mathrm{zu}}=W_2{/W}_1={\eta }_m{\eta }_m>>$

V＝比例

注意：在循环中的FM补偿或者PS补偿

根据本发明的FK发生器功能的总结

1.工作方式

PM＝永磁体，FM＝场调制器，PS＝极靴

工作行程的四个冲程是：

第1冲程-FM断开＝压建立(OT0°-OT90°KW)+PS＝“Zu”

第2冲程-功(OT90°-UT180°KW)→功/熵正

第3冲程-FM闭合＝压解除(UT180°-UT’270°KW)+PS“Auf”

第4冲程-空程/冷却→平衡，有E＝0(UT’270°-OT0°KW)

一个工作循环用联杆长度改变器进行曲轴一周转动＝360°(而不是 像在一个奥托发动机中那样的720°KW)。在此行程＝曲轴半径而不是曲 轴直径(传统的曲柄滑环机构)，因为，在OT或者UT，即死点，PM 静止，直到从KW从0°到90°KW＝OT，或者从180°向270°＝UT’继续转动， 以能够用杠杆在90°KW或者270°KW传递力。

2.压缩比

工作空间

所述工作空间是由磁性滚筒和两个磁体包围的空间。其大小在上 述冲程的行程过程中变化。如果PM处在UT中，所述工作空间最大， 而PM处在OT中，工作空间最小。

场压缩空间Vc

压缩空间Vc的大小＝在FM情况下的气隙d，或者在PS的情况的边 界面，是最小的工作空间。

场-行程空间Vh

这是在磁体活塞的两个死点OT和UT之间的空间。

场总行程空间VH

它由FK发生器/马达的各个磁性滚筒的行程空间的总和得出。如 果把通过FM或者PS压缩之前的磁体-活塞之间的空间(行程空间Vh+ 压缩空间Vc)与场压缩之后的磁体-活塞之间的空间(压缩空间Vc)进 行比较，就得出压缩比ε(图133)

ε＝(Vc+Vb)/V 0

压缩比越高，场能的充分利用就越好，并且从而FKG/FKM的效率 就越高。

随着压缩比增加场的量子场温度TQ上升。

几何压缩比

通过场充电的FKG/FKE中压缩很小，因为所述场已经在磁性滚筒 中达到了高度压缩。

1.定律(场类似于波义耳-玛利奥特气体定律)

通过磁体活塞PM1和PM2在滚筒中上下运动，随着容积的改变，场 压p和场的量子场温度TQ也改变。

与热机的波义耳-玛利奥特定律相反，在场力机时在量子场温度保 持不变的的情况下，缸筒中的体积和压随着磁体的力-路程特性曲线改 变。对以下的规律性成立：

场压和容积的积是参与的磁体的力-路程特性曲线的函数。

2.定律(场-类似于盖尔-路萨克气体定律)

把量子场温度TQ引入进容积和压比以下的规律性适用：

如果在保持压不变的情况下把一个场加热1K，其容积部分就要膨 胀1/TQ。

3，压曲线

力场的压曲线由磁体的力-路程-特性曲线确定(图134)：

在燃烧的情况下于OT以后6°-12 °曲轴之间所述压曲线有其最大压 (图235)：

结果

通过比较这两个特性曲线(力场/燃烧)可以清楚为什么除入在 90°KW处具有大得多的杠杆臂曲柄滑环机构(与传统的曲柄滑环机构相 比约大因数4)还需要一种新的有联杆长度改变器的曲柄滑环机构：在 传统的曲柄滑环机构处活塞在OT以后就已经沿UT方向走开了并且在 该短暂的时间中必须非常快速地抽出运动学的FM；在有联杆长度改变 器的KW的情况下就不是这样了：在OT位置磁体-活塞PM1保持完全靠 近另一个活塞PM2(也就是在最大压或者力的情况下)，直到曲轴抵达 90°KW处的位置OT’。

4.p-V功图线

在场压p、场容积V和场的量子场-温度TQ之间的关系可以在一个 压-容积图线(p-V图线)中表现场力机的一个工作循环。

在此出现一个理想的图线，其中在场扩张过程和回程过程时在UT 和OT中磁体活塞的相应拐点处所述容积不改变，也就是保持不变。

等空间过程(场膨胀同时压建立)：

在恒定容积的情况下通过FM断开进行非常快速的场膨胀(在恒定 容积的情况下，场调制器在OT断开直到曲轴从0°KW向90°KW进行了 转动)。场膨胀时等空间过程的条件(图136)：

-缸筒从上个工作冲程只得到新鲜场，而没得到剩余场

-完全的场能量转换

-无损耗的场电荷交替

-在缸筒上没有量子场-热传递

-在压建立过程(FM在OT断开)和压解除(FM在UT闭合)过程 中恒定的容积

-压建立空间必须是场致密的

过程经过

1→2平衡＝无场压空程(FM闭合)＝从UT’→OT的运动，没有量子 场-供热(等熵)

2 →3场压建立＝断开FM→在恒定的容量(等容)的情况下压上升＝ 场能输入，就是说在KW从0°向90°转动＝OT→OT’(量子场供热)时在 OT中压建立的短时间磁体活塞保持不动

3→4功(场压松驰)。在较高压下的场膨胀并且从OT’→UT运动 磁体活塞，重新达到初始容积。没有量子场引离

4→1场压解除＝闭合FM，该过程在KW从180°向270°转动时，在 UT的位置中在恒定容积的情况下进行。通过量子场引离(＝冷却)场压 下降直到在点1重新达到初始的场压。

通量获得、通量损耗

在图线中(图136)用角1-2-3-4得到的面积表现在一个工作循 环中获得的功。

通过提高压缩比可以加大获得的功。如果不是在点4就已经闭合 PM，而是场在点5直至初始压松驰了以后才闭合PM(磁体要有一个h →∞的行程)，获得的功能会较大。然而在实践中这是不可能的，因 为延长场膨胀伴随着加大行程(长行程马达)。因此面积1-4-5表现 损耗的功。

压缩比＝(行程空间+压缩空间)/压缩空间

ε＝(Vc+Vh)/Vc

压缩空间＝FM气隙d或者在极靴PS之间的边界面积G

实际的p-V图线

实际上等空间过程不是理想地进行的，因为不能够遵守所述的条 件。

在一个工作循环的2个行程(2个磁体活塞+2个FM)时的压曲线 可以用一个压电指示器在实验台上对运行的FK发生器/马达测量，并 且作为曲线在荧光屏上显示。在此可以看出与理想的p-V图的区别(图 136)。

5控制图线

如果以曲轴旋转的度描绘FM断开时间和闭合时间，就可以得到控 制图线(图137)。

a)对称的控制图线→细节

b)不对称的控制图线→细节

关于FM的控制角有一个概况。

FM的断开角(0°90°KW)和闭角角(180°-270°KW)总是恒定的， 然而在该角度区段中FM不总是完全断开的(可变的场力)并且控制凸 轮的形状也同样地可变的(断开断面/闭合断面/速度)并且通过各个 结构类型的试验如此地确定，使得FK发生器输出尽可能多的功率。因 为这在整个的转速范围内是不可能的，所以FK发生器配备可以调整的 断开凸轮/闭合凸轮。FM的断开角和闭合角可以按一定的调整角改变 (可变的控制时间：在一定的条件下FM较迟地断开或者较早地闭合)。 各个FK发生器的控制角相互偏离，从而对每个FK发生器都有一个自 己的控制图线。一般地，马达的转速越高，FM从断开至闭合的角就越 大。

6.磁体-缸筒编号，FM断开序列

6.1磁体-缸筒编号。

一个(内燃的)发生器/马达的磁体-缸筒的名称是标准化的。磁 体-缸筒的编号在力输出侧的对面开始。在V马达、VR马达和在对置式 马达的情况下以左磁体缸筒列开始计数每个列(图138)。

6.2在多缸FK发生器的情况下FM断开序列和断开间距(图139)

FM断开序列

它指出一个FK发生器的各个磁体缸筒按什么顺序彼此相继。

FM开放间距

它指出，各个磁体缸筒的工作冲程或者FM断开按什么曲柄角度的 度的间距彼此相继。在一个FK-单缸发生器上曲轴转1圈只需要一次 FM断开(OF＝Auf)，从而FM断开间距取360°KW(在一个4冲程内燃机 处点火间距是720°KW)。FM间距＝360°KW/缸筒数，磁体缸筒数越多， FM断开间距就越小，发生器运行就较安静并且输出转矩就越均匀。FM 断开间距通过对应的缸筒安排和对之匹配的曲轴曲拐位置得出。

2.场半导体调制器

1.本发明所依据的技术领域。

根据本发明场半导体调制器属于磁控管学专业领域。

磁控管学充实了场力发生器(“产生能量”)因为通过磁控管器 件的技术降低了能耗。一个场力发生器、场力马达和联杆长度改变器 可以集成在一个芯片上。

磁/电场半导体器件和M-/E-二极管、M-/E晶体管、M-/E晶闸管、 M-/EIGBT管在M-/E半导体场调制器(FM)上的原理应用：

磁控管学是电磁F和E、制造、销售和应用的全新技术和项目：因 为场造成力，并且整流、分隔、控制和放大或者切换等等场通量，根 据本发明所有的场半导体器件属于“场力机”，即使场源的场力/场通 量起先不利用于产生功，而是仅用于调制、放大、整流场循环的初级 场等等也是这样！

技术对比

多数粒子：电子    多数粒子：磁控管

＝载流子          ＝磁化载体

电工技术          磁控管技术

电子学            磁控管学

粒子和量子

在迄今的电学和电子学中，电子和空穴作为导带中的载流子流动 成为电流。如果载流子与导体/半导体的晶格原子碰撞，这种电流流动 产生大量热，这还带来大的能量损耗。M-导体、M-半导体和M-绝缘体 划分成导磁体和介磁体，其中，所有结晶的和非晶的材料属于铁族(包 括亚铁)：Fe、Co、N i和镧族Gd、Tb、Dy、Ho、Er。对于铁磁性决定 性的是相对的原子间距-与它是否涉及结晶的、非晶材料无关。因此譬 如MnCu2Al、Cu2MnSn、MnBi等等材料也显示铁磁性。

在磁控管学中以下的粒子例如磁子和量子(＝场量子＝磁子)起作 用：

a)磁通量子0作为磁场的能量-场量子(＝量子，也称为光子)。

b)磁子是至少在3维壳上位置上固定于原子中的电子自旋转 矩；从中得出作为向外作用的原子自旋转矩的波尔磁子数(其它的磁 转矩，例如轨道和核转矩可以忽略不计)。还有磁子-空穴＝缺失的自 旋转矩，它们的性能就像负磁子海洋中的正磁性粒子那样。

c)磁控管＝键和磁控管-空穴＝键-空缺，后者表现如正量子并且 作为磁流Im或者通量流过固体。

M-半导体

磁半导体是掺杂杂质原子的钴和/或镝，例如Co+Ni或者Co+Fe。 Co半导体晶体性能类似于电的情况下的例如硅：在价电子(3d)之间 的键合未受干扰，只有加入杂质原子并且有外部磁场以及热时才引起 决定性的性能。用这些M半导体就可以为功能磁控管(例如M-IGBT) 建造有类似性能的M器件，譬如M-二极管、m-晶体管和M-晶闸管等等。

B.相关的现有技术/要解决的技术问题

磁控管学/磁场半导体器件和M半导体/E半导体场调制器使之出 现新的应用范围：

根据本发明取代电导通带中的电子导通现在在磁导通带中使用磁 通量子。在此方面类似于电子和电子空穴现在在磁的导通带中有磁控 管(耦合)和磁控管-空穴(耦合-空穴)。

C.本发明的表述

1.功能原理概述

磁半导体、磁的杂质导通

磁半导体材料通过掺杂介磁体＝铁/亚铁磁的场-非导体(或介电体 ＝铁电/亚铁电场非导体)达到。

基本晶体例如可以采用钴或者镝。

Nm半导体

例如高纯度的Co晶体可以用镍掺杂。还例如用钬或者用铒掺杂镝 晶体。结果：磁负半导体Nm。

Pm半导体

或者用Fe掺杂CO晶体。

或者用铽或者钆掺杂镝晶体。

结果：磁正半导体Pm。

也有可能用镧系元素掺杂例如钴或例如FeO2或CoO4的介磁体 (μ＝1)。

通过磁的杂质电导性用在磁子(μB-)基础上的磁控管线用在磁子 空穴((μB*)基础上的磁控管空穴形成，类似于磁系统Nm-或ρm半导体 中具有Ne和Pe1的电子原理。

磁的半导体器件(或电的场半导体器件)

磁的构件例如是M-二极管、M-双极晶体管(M-BT)、

M-场效应晶体管(M-FET)、M-晶闸管，还有M-1GBT等。

它们的结构类似于电子半导体器件，区别在于，工作原理建立于 磁通量子量子(或者电的流动量子)的基础上。所有的电子电路也可 以类似地转形为磁回路(磁压，磁流)上。

磁的双极型晶体管可以在工作点上切换。M-BT和M-EFT也可以设 计成磁的放大器。

FKG用的磁半导体场调制器

有磁的场导体、磁的场半导体和磁的场非导体/介磁体)(对有介 电体的电场也适用)。场调制器的核心原理是控制通量量子的导通， 这是通过：

a)  一个阻挡层＝磁导率调制(M-BT)，或者

b)  通过横向于沟道(M-FET)的磁场控制通量＝沟道截面调制。

两个原理(磁导率调制和沟道截面调制)可以在M-I GBT-场调制 器中结合。

在一般的场调制器中在导磁的材料中进行通量控制(磁导率调制 或者截面调制)。在磁控管学中由磁半导体材料替代导磁材料。

磁半导体调制器可以用在场力发生器中。

2  通量导通/通量改变/通量控制

2.1重要的量

电子系统      磁控管系统

1.电荷        磁荷→磁化

位移通量      磁通量

Q＝∫1(t)Δt[As]    ＝B·A    [Vs]

2.电位移密度  磁通密度(感应)

D＝ε·E[As/m2]  B＝μ·H[V s/m2]

3.电流强度      磁通量(强度)

I e＝U0/Re  [A]    (I m＝)＝Θ0/Rm  [Vs]

4.电压          磁压

Ue＝-∫E(s)ds[V]    (Um＝)Θ＝∫H(I)d1

5.一个均匀电线的电阻一个均匀磁芯(线)的磁阻

Re＝(1/y)·1/A[Ω]    Rm＝(1/μ)·1/A[A/Wb＝A/Vs＝1/ Ωs]

铁/亚铁的静电场中Rm＝(1/εr)·1/A

电回路和磁回路之间的类比

磁回路的欧姆定律：在其中磁场于整体上传播的空间称为磁回 路。定性磁回路的量磁通量和磁势Θ的关系与电流回路中的关系对 应。

在一个磁导体/半导体的磁回路中替代电子/电子-空穴的是磁的 粒子＝磁子和磁子空穴和其宏(磁畴等等)以及通量量子＝磁控管(M) (＝键)/磁控管空穴(M+)(＝键空缺)，即在磁系统之间的交替作用 量子(→交换积分)。

在M-半导体中的磁子(M-)和磁子空穴(M+)不游走(它们在原 子晶格中位置固定地定位在未填充满的内层(FeCoNi 3d4s，Lathanoid 4f5d6s)(注意热振动)，如果产生(自发)极化和耦合(键合)＝ 交替作用，只有通量量子＝磁控管/通量量子空穴＝磁控管空穴，以相群 速度在固体中传播，并且如果出现定向的健接的分层次的链(在晶核 的晶体极化的情况下(外斯基本磁偶极子))，它们向外走。

2.2铁的M-绝缘体、M-半导体、磁导体分类

磁的场-磁导率(通量量子)μr·μ0，相对磁导率μr。

电系统(通量量子)                 磁系统(通量量子)

在电场中E非导体＝E-绝缘体→      在磁场中M非导体＝M-绝缘体

在非导体(绝缘体中载流子不        在磁非导体(磁绝缘体)中磁化载体

自由运动。因此一个非导           (磁控管＝通量量子)不自由运动。

内部在电场中也不是无场的。       因此一个磁非导体内部，在磁场中也

场似乎穿过绝缘体→介电体。       不是无场的。场似乎穿过绝缘体→介磁体。

电容器    →                     磁容器

“如果把一个介电体放进电场中，   如果把一个介磁体放进电磁中，

电场强度对真空下降εr分之一，    磁场强度对真空下降μr分之一

而电容率Ce通过放入介电体被提     而磁容率Cm通过放入介电体提

高εr倍”                        高μr。

εr＝介电常数或者相对介电常数μr＝磁导率或者相对介磁体常数

(无量纲)值εr总是≥1。              (无量纲)值μr总是≥1。

ε＝介电常数＝ε0εr＝电场导通率。  μ＝磁导率＝μ0μr＝磁场导通率。

系数Xe＝电导率Xe＝(εr-1)           系数Xm＝磁导率＝Xe＝(μr-1)

对于介电体ε＞1并且因此Xe＞0。      对于介磁体μr＞1并且固此Xm＞0。

对于真空εr＝1或者Xe＝0。           对于真空μr＝1或者说Xm＝0。

εr＝Ds/D0 εr＝ε/ε0              μr＝Bs/B0    μr＝μ/μ0

-介电体＝电非导体总是εr≥1，       -介磁体＝磁非导体总是μr≥1，Xm＞0

 Xe＞0                              (→4-302，12-70)

-介电材料(排斥)                     -介磁材料(排斥)

εr＞1，Xe＞0                       μr＜1，Xm＜0。

-顺电材料(吸引)                     -顺磁材料(吸引)

εr＝1，Xe＞0                       μr＞1，Xm＞0

-抗铁电体的(中性)                   -抗铁磁的(中性)

εr＞1，Xe＞0非电的                 μr＝1，Xm＝0非磁的

-铁电材料(吸引)                     -铁磁材料(吸引)

εr＞＞1，Xe＞＞0                   μr＞＞1，Xm＞＞0

-铁电材料(吸引)                     -铁磁材料(吸引)

                    E/M系统导通率

材料          介电常数              磁导率

按磁场导通率/磁导率增加安排

1.介电体    εr                     介磁体(μr→μ1)

每个绝缘体终端是差的导体，注意介电或者介磁损耗δ(在＞εr或者＞μr→＞δc

时，在＜εr或者＜μr→＜δc时)

1.1抗铁电的                         抗铁磁性的

εr＝1非电的                        μr＝1非磁的

Cr、FeO2、CoO4、NiO

1.2铁电的εr＝≥1...106             铁磁的μr＝≥1...106

强电的                              强磁的

                                    Fe、Co、Ni、Gd、Tb、Dy、Ho、Er

石蜡           2.2    NdFeB(硬)1.05

＞Re  Al3O3    12    CoP11.1

＞Rm  水       81

＜εr  陶瓷(NDK＝类型-I-K)10-200    AlNiCo450 3

＜μr  陶瓷(NDK＝类型-II-K)700-104   FeCoVCr 10

铁电体的类型III-Kond

＞εr盘(例如钛酸钡)，这是通过还原    3％SiFe6·103

＞μr和氧化处理的半导体阻挡层构成的，Fe纯1.5·103

＞Re所述阻挡层起介电体的作用(压      CoFe1·103

＞Rm依赖性Ce)                        镍铁高导磁合金5·104

                                     非晶COFe 1.5·105

1.3铁电的                            亚铁的

    εr＝3...1.103                    μr＝3...1.103

强电的                               强磁的

E-亚铁：                             M-亚：(→12-73)

                                     n(Me)M(Fe2O3)

                                     亚铁(硬)1.3

                                     亚铁(软)1·103

2.介电的                             介磁的

εr＜1受电场排斥                     μr＜1受磁场排斥

                                     Cu、Si、Bi、Pb、H2O

3.顺电的                             顺磁的

εr＞1受电场吸引                     μr＞1受磁场吸引：Al、Pt、Ta，空气

2.3磁半导体

2.3.1磁半导体的基础和基本概念

E-粒子  -电子e-

电的基本电荷，为价电子/导通电子

E-粒子  -空穴

        在原子中缺失的电子＝原子外层的空穴

        (→价电子/导通电子-空穴)(起正电荷e+作用)

E-量子  -电子键合或电子-空穴

E-粒子  -电子或电子-空穴的运动/导通

M-粒子  -玻耳s磁子μB-(在e-的情况下)和μB+(在e+的情况下)

磁子数＝局部基本磁体(电子自旋转矩)的和的尺度单位→

每个原子未磁补偿的内电子层的起磁作用的电子数。这对铁

磁性(饱和极化)是必要却不充分的条件。

m-量子  -在μB-的条件下的磁控管M-

＝在两个自旋转矩之间的耦合(键合)＝基本尺度单位(场量 子)并且可定量→通量0。

M-量子  -磁控管空穴M+＝在μB+的情况下的空穴磁控管

在两个自旋转矩之间缺失的耦合

M-量子  -磁子-空穴M+＝在μB+的情况在

在两个自旋转矩之间缺失的耦合。

M-量子  -运动/导通M-、M+

在磁半导体中替代电子键和空穴的是磁的键＝磁的耦合(磁

控管)和磁的空穴(磁控管空穴)运动。→磁半导体器件，

例如M-二极管、M-晶体管、M晶闸管、和M-半导体-场调制

器

M-粒子  -原子-磁子AμB-和原子磁子空穴AμB+

和＝在原子(不是键)中自旋转矩μB的数量

M量子  -原子-磁控管AM-

自旋转矩和的连接＝经对相对的原子间距的交替作用的耦合

(→Bethe-Slater-曲线)(＝由于电子层重叠的力作用以及

与之联系的相邻原子或者离子的电子交换)。

耦合力引起原子磁体平行面对各个原子。耦合/键合/交替作用是 铁磁性的充分条件。在磁控管学中磁控管是一个耦合“载流子”＝铁磁 化-群。

注意铁磁性中的自旋位置和耦合。

M-量子-原子-磁控管-空穴AM+＝缺失的耦合/键合“载流子”＝空穴 -原子-磁控管

＝缺失的自旋转矩-耦合-群

2.3.2  固体的磁场导通率

数量和磁控管机动性(交替作用的机动性)和各种材料中的自发 磁化范畴，决定其导通磁流的特有能力(磁控管＝通量量子)。

M导体(μr≥1→max)  M半导体  M-非导体＝M-绝缘体(μr≥ 1)

铁磁性      钴+FA       铁磁性

亚铁磁性    镝+FA       亚铁磁性

            ＝基质晶体  抗铁磁性μ＝1

            FA＝杂质原子

磁金属、磁绝缘体、磁半导体、磁导体(→磁体)

在磁金属(铁磁性)中键合的磁通量载流子(未补偿的内层电子 自旋转矩-耦合＝基本磁控管)的数量大，然而视硬(重)磁或者软(轻) 磁而异，磁控管-机动性(自旋转矩-耦合-群＝范畴的移动/转动)却不 同。

磁绝缘体(→介磁体)

在磁绝缘体(→顺磁性)由于交替作用键合的自旋耦合＝磁控管/ 磁控管-空穴的数量实际上是零(Fe单个原子＝顺磁的)并且与之对应 地，由于缺少自旋转矩耦合(＝磁控管)磁导率极小。非导磁性的状态 也在超过居里温度时出现，注意μ-T特性曲线。

磁半导体

磁半导体的磁导率在磁金属与磁绝缘体之间，它强烈地依赖于压 (影响磁通量载流子＝磁控管的机动性)、温度(磁控管的数量和机动 性)，外部的场入射(磁控管的数量)和加入的杂质材料(杂质-磁控 管/M-空穴的数量和种类)。

用杂质原子(FA)掺杂

通过掺杂(有控制地嵌入有磁作用杂质材料)能够确定地并且局 部化地调节磁半导体的磁导率。这也是作为FKG器件的磁场-半导体- 场调制器的基础。

2.3.3磁阻率/磁导率

磁的导通率/磁导率μr＝μrμ0：

与欧姆电阻Re相同磁阻与Rm磁导体的长度(1m＝平均长度)成正比 并且与有效截面积成反比。

磁半导体的磁阻率在磁导体和磁非导体之间。它强烈地取决于杂 质原子的掺杂、温度以及磁场降H(＝波印亭辐射向量为S＝ExH的电磁 波，分量H起作用)。

磁阻率ρm＝1/μr[ρm＝A/Wbmm2/m]

磁导率μ＝1/ρm＝μr/μ0＝B/H

磁阻  Rm＝(1/μ)1/A＝Θ/[A/Wb＝A/Vs＝1/Ωs]

玻耳磁子

玻耳磁子→每个原子的有磁效应的电子(＝每原子的磁子数)引起 磁化，然而不移动1)。

1)：磁矩

“轨道矩几乎不参与原子的磁性，而只是电子的自旋转矩参与原 子的磁性。这种矩的单位称为玻耳磁子。铁磁性的元素平均每个原子 有独特数量n的磁子(μB-)。这可以借助于中子衍射实验测定。由此 可以计算饱和极化J8和饱和磁化Ms。

玻耳磁子，大小是ρm＝9.3742·10-24A·m2

与场常数μ0相乘可以得出

μB-＝1.1654·10-29V·s·m。

元素  n

铁  -2.218(由于e-的μB-是负的)

钴  -1.714(由于e-的μB-是负的)

镍  -0.604(由于e-的μB-是负的)

磁矩的量纲是A·m2，磁化作为每个容积单位磁矩的磁化量纲是 ＝A·m2/m3＝Am(与场强相同的单位)。

宏磁子

a) 在结晶的材料中：有其定向的原子矩的晶体颗粒(宏)＝经原 子的磁耦合/键合力自发地定向(自旋矩-耦合/键合)。

磁导率取决于晶体能量、磁致伸缩、结构参数，譬如晶粒大小、 晶格缺陷的数量和种类和杂质，内电压等等。

b)在非晶材料中：原子矩直接起作用。

磁导率取决于局部的各向异性以及由磁致伸缩决定的除表面粗糙 性之外的压。

合金中的宏＝外斯基本磁偶极子

a)  在结晶的材料中：外斯基本磁偶极子(自发自旋取向的磁畴 (＝晶粒＝结晶小粒)＝由于在自发磁化和晶格之间的力＝磁各向异性力＝ 结晶各向异性力的原子磁体(磁子)的优势方向)无外部磁场的伴随 作用时只取决于原子之间的耦合力/键合力。

→在单晶材料中不存在晶界并且晶胞(EZ)相互平行。一个晶胞 是由之构成相同的三维的晶格重复的最小的容积。

→晶粒＝结晶小粒＝外斯r磁畴＝磁优势方向

→电子矩/原子/原子层/晶胞/晶体的宏单位。

过程：第1移动+第2转动。

b)在非晶材料(没有有序的空间晶格，就是说没有晶体颗粒也 没有晶界)中：

外斯基本磁偶极子无外部磁场的伴随作用时只取决于原子之间的 耦合力/键合力。

只在近区中存在一定的次序。模型：金属原子按致密的球状排列 (四面体-球堆(群集))；有序度和对称性没有晶体中那么高，排列 和空间填充也没有那么密，以致能形成晶体。

→电子矩/原子/原子层/晶胞/晶体(＝球状排列)的宏单位。

过程：几乎只有转动过程，因为不存在各向异性常数。

相邻原子的自旋耦合→耦合力，原子的间距→交替作用(Bethe- Slater曲线)→铁磁性→原始通过耦合力磁化的磁畴(在结晶的材料 和非晶材料中)(同义词：耦合＝键合)。

通量量子宏＝磁控管宏

磁子的能量通过磁控管定位在磁子之间的空间并通过通量量子0 (＝磁控管)传播。

磁控管通过交替作用构成宏，所述宏再构成磁控管宏-对应于铁/ 亚铁磁铁固体中的主导次序。

磁导率越高，(宏-)磁控管机动性＝通量量子的传播(量子宏对 应于宏原子、层/簇、单晶、晶粒...的主导排序)就越好。在磁粒子＝ 磁控管-宏的情况下：

移动过程和转动过程，在磁的流动性的情况下，非常高的磁控管 宏(原子、原子层、晶胞、单晶、晶粒)的机动性/传播(比较离子传 运)。

系统的磁粒子和量子

A.  磁控管系统的原理图

固体-层次方面的结构

平行的自旋取向在：

1)电子自旋转矩

＝玻耳s磁子＝μB±＝ρm±μ0。

→磁子＝M±通量量子。

2)原子磁子/离子磁子

玻耳s磁子数AμB±＝nμB±

→原子磁子＝AM±＝通量量子。

在AμB±情况下的磁离子Im±。

3)结晶的/非晶的原子晶胞/离子晶胞

4)原子层

5)磁畴(结晶的或者非晶的)

6)n个磁畴构成的固体

中平行的自旋取向

B.结构细节

1.负的基本-磁化＝磁子＝μB-(造成原因的负电子电荷e-→负的自 旋转矩μB-)＝一个电子的负矩(＝μB-)＝价磁子

1.1磁子空穴(缺失的磁子＝μB+)

(造成原因的正电子电荷e+或者缺失的电荷→正的自旋转矩μB+)

＝一个磁子的正矩(→正的基本磁化)

＝等效的缺失的磁化矩/磁矩＝价磁子空穴

1.2磁控管(M-)/磁控管空穴(M+)

负的或者正的基本通量量子是场关系/场量子

＝磁控管/磁控管空穴

在磁子或者磁子空穴之间的空间中的磁能。

→导通磁控管/磁控管空穴

2.  原子的负磁化

＝原子磁子AμB-＝nμB-

＝原子的负矩

2.1原子的正磁化

＝原子磁子空穴AμB+＝nμB+

＝原子的负矩

＝等效缺失的原子磁化

2.2原子磁控管(AM-)/原子磁控管空穴(AM+)

＝负的或者正的AM通量量子

＝在原子磁子/原子磁子空穴之间的空间中的磁能。

2.3磁负离子或者正离子Im±

2.3.1磁正离子

普遍地只存在由电子自旋转矩产生的磁子(μB-)和磁子-空穴(其 性能如同正磁控管(μB+)，以及其所属的磁控管(键合)和磁控管空 穴(键合空穴)、后者的性能如同正磁控管。

如果作为导通磁控管AμB-的1个AM-离开，就缺失一个键合→由此 产生一个磁的正离子(Im+)

Im+＝磁的正离子：磁控管(键合)缺失一个原子，是磁的正磁化， 出现一种Nm-场半导体。

2.3.2磁负离子

如果在AμB-处缺失了一个作为导通磁子的AM-，就留下一个键合空 穴

→由此产生一个磁的负离子(Im-)

Im-＝磁的负离子：如果该原子有多个磁控管空穴：它就是磁的负磁 化，出现一种Pm-场半导体。

2.3.4在磁离子的情况下注意：

在电离子Ie的情况下，如果电子数与核中的质子数相同，该原子 就是绝对电中性的。

理想的M-绝缘体＝磁中性的

在磁离子Im的情况下，如果在电子壳中的玻耳磁子数＝零＝电子层 的自旋转矩的零水平＝理想的M-绝缘体。该系统不是逻辑上等同于电系 统，就是说质子的磁矩在原子核中；核转矩要比自旋转矩弱得多并且 几乎对磁化不起作用。

在磁系统中有两个水平：

a)  有绝对负或者绝对负的自旋转矩的绝对水平(Fe、Co、Ni有 负的AμB-，因为来自负的电子并且过剩(在时间上平均平行于反向平 行的矩)。

b)  相对水平：如果原子的AμB-与周围的半导体原子(例如C 0) 相比较是负的或者正的(→磁杂质导通)，从而在对比晶体的AμB-时 杂质原子的玻耳磁子较小(→Im+例如Fe对Co→Pm导体)或者较大(→ Im-例如Ni对Co→Nm导体)。

磁化基础或者说键合基础是磁的晶体晶格(在电的情况下电晶体 晶格的电子对-键合是基础)。在非常低的温度下e半导体是电的非导 体＝介电体。

在M半导体的情况下，磁导率(由于有相对原子间距的自旋转矩 的耦合的交替作用)同样地依赖于温度，类似于在＜T的情况下在e半 导体中的不导电性，→介磁体(图140和141)。

通过特定的材料设计可以在低温反转这种不导磁性。(图141)

类似于在e-半导体，通过提高温度提高磁导率，由此产生键合→ 出现自由运动的导通磁控管(键合＝原子之间的M耦合)。

3.结晶的/非晶的原子-/离子晶胞

结晶的金属：原子排序＝在空间晶格中的严格的周期性排序

＝晶胞(各种构形)

晶胞＝空间晶格的排序。

有原子基本磁体的空间晶格的m晶格点，通过相邻的自旋的交替 作用(→原子间距)的耦合

→n有效的基本磁体＜m晶格原子

注意单胞磁子和磁控管

非晶金属：原子排序＝无规律的排列

晶胞＝只在近区中排序

各种构形：

＝各有m角原子的四面体或者二十面体

S四面体或者S二十面体构成一种有原子基本磁体的m角点球群/ 簇，通过相邻的自旋的交替作用(原子间距)耦合

→n有效的基本磁体＜m角原子

注意晶胞-磁子和磁控管

4.原子层

→铁磁性-晶胞(FEZ)

原因＝S晶胞(空间晶格或者簇)→ALμB±＝s·n·μB±＝FEZ

至少S＝6层(S)＝铁磁性的开始。

注意在晶核材料中：各向同性排序或者有确定的磁优势方向的方 向排序(各向异性)(磁场炽热，等等)。

4.1原子-层-磁子

＝负原子层-磁化ALμB-

＝原子层的负矩

4.2原子-层-磁子-空穴＝ALμB+

＝原子层的正矩

4.3→ALM-磁控管和ALM+磁控管空穴

FEZ的交换作用

负的或正的AL±/AC±通量量子是场关系/量子

＝在ALM-或者ALM±空穴之间的空间中的磁能。

由于从第6层的铁磁性开始作为ALM±通量量子的ALM±向外发射并 且使之能够进行结晶的铁磁化并且从而能够有磁畴。

5.(结晶的或者非晶的)磁畴

→在磁畴中的统一的自旋方向(宏自旋转矩)

结晶的：由FEZ组成的单晶/晶体颗粒(晶粒)

晶体颗粒＝晶粒(注意由经过较大的区域规则地(严格周期性地) 排列的空间晶格组成)

非晶的：直接由FEZ组成的不规则的排列。

6.由n磁畴组成的固体

→宏自旋转矩＝永磁体(PM)

2.3.4 M-半导体晶体

磁半导体的磁导率

需要准确地知道固体的磁控管结构而不是电子结构。

M-导体分类

M-非导体：μr≥1至＞104，例如还有μr≈1.06的硬磁材料

M-半导体：μr104至＞105，

M-导体：μr105至＞106，

温度依赖性的M-半导体

M-半导体在

a)  低温时是M-非导体并且在常温构成自由磁控管(＝提高了磁 导率)

b)  有相反的温度-磁导率函数的M-半导体可以在低温范围内按 相反的功能使用。

与电的半导体相反，磁的半导体在非常低的温度还可以是磁的导 体，只要如此地设计(材料设计)！。

M-半导体→类似于电子的e-半导体的性能→如同反-M-半导体的 性能。

可以通过添加M-杂质/M-异质电子(在M-半导体的情况下掺杂， 在M-导体的情况下合金)或者通过外部的影响，例如通过磁场强烈地 影响磁相对的M-绝缘体的磁导率。作为基础材料采用一个相对的磁“非 导体”＝M-绝缘体，例如钴或者镝(等等)作为M-绝缘体“-原子，而 无自由的磁自旋转矩耦合，就是说没有自由的导通磁控管，就是说：

a)  在T＞TC的情况下或者

b)  在非常低的温度(→μ-T特性曲线)情况下应用。

本征导磁

通过供热或者磁场影响也可以在不掺杂的M-“绝缘体)中产生磁 的磁控管(＝通量载流子＝磁化载流子)：自旋转矩-自旋转矩-空穴对 (μB-→M+)，这导致M-“绝缘体”的一种本征磁导率(→μ-T特性曲 线)。

原子层的铁磁的宏量子ALM-和ALM+

自旋转矩-耦合/键合＝不单独是自旋转矩(＝M-粒子)，而是自旋 转矩-耦合经基于相对原子间距的交替作用也导致铁磁性，也就是说M- 宏量子。这种铁磁的M-宏量子是本来的磁控管，因为在温度T这些才 引起磁导率；如果没有键合，就不会磁控管或者磁控管-空穴的磁流/ 通量(还要注意晶胞中的原子磁体的磁作用)。

Nm掺杂

Nm掺杂：嵌入有一个自由的磁自旋矩-耦合的杂质，就是说原子， 必须要比M-“绝缘体”原子多有一个磁的自旋转矩。也就是每个嵌入 的M-杂质原子提供一个自由的、“负的”自旋转矩和所属的键合(＝ 磁的Nm耦合)。所述M-“绝缘体”成为磁Nm导通的。

Pm掺杂

Pm掺杂：嵌入有一个缺失的自旋矩-耦合的杂质原子，就是说嵌入 的杂质原子产生磁的耦合空缺(“正”的磁“空穴”＝磁控管-空穴)， 因为为经交替作用与相邻的原子完全地耦合对杂质原子缺失一个“正 的”自旋转矩和所属的pm键合。

这种键合空缺称为磁空穴或者-磁控管空穴。M-空穴在M-“绝缘 体”中是可移动的。在一个磁场中它们沿磁控管-耦合的相反方向移 动。也就是每个嵌入的M-杂质提供一个自由的、正磁化的磁控管空穴 (磁空穴)。该磁的“绝缘体”成为磁Pm导通的。

在磁半导体中的PmNm结/边界区域

在同一个M-半导体晶体中一个Pm导通区域和一个Nm导通区域之间 的边界区域称为PmNm结。

没有外部磁压的PmNm结

在Pm区中有非常多的磁空穴(0)，在Nm区中极少，Nm区中有非常 多的磁控管(·)，在Pm区中极少。随着浓度下降磁的磁控管(通量 量子-磁化载流子)扩散进相应的另一个区域中(磁扩散流/扩散通 量)。

通过磁空穴(耦合空穴/键合-空穴)的丢失Pm区磁负地磁化；通 过磁耦合/键合的丢失Nm区磁正地磁化。

由此在Pm区与Nm区之间构成一个对磁(耦合-/键合-)载流子的 迁移(＝磁控管迁移)起相反作用的磁压(扩散压)。

由此磁空穴(＝磁控管-空穴)与磁耦合(＝磁控管)之间的平衡达 到静止状态。

结果：在PmNm结上出现在运动的耦合(载流子)上失去低值的、 磁导差的区域，即空间磁化区域或者阻挡层，其中主导着一个强磁场。

加有外部磁压的PmNm结(图14 2)

截止情况(1)：磁负极(S)在Pm区而磁正极(N)在Nm区扩展 磁空间磁化的区域：因此把磁的流通量阻挡到一个由少数磁化载流子 起源的很小的剩余(M-截止流/截止通量)。

导通情况(2)：磁正极(N)在Pm区而磁负极(S)在Nm区消除 阻挡层。(耦合-/键合-)磁化-载流子(＝磁控管)淹没PmNm结，并 且沿导通方向流过一个较大的磁流/通量。

M-击穿压：沿截止方向的磁压，从该磁压起一个很小的磁压上升 引起磁截止流的陡直上升(-通量)。

原因：由于较高的M场强或者由于碰撞加速的磁控管从空间磁化 区的晶格中挣脱的束缚的磁控管，这些磁控管把其它的磁控管从内电 子层的键合中击出(出现磁的空穴(键合空隙)，因为耦合的自旋转 矩缺失)，这导致雪崩样(耦合-/键合-)磁化载流子-增加(＝磁控管 增加)(磁的雪崩击穿)。

2.3.5原子结构

M-半导体构成一种晶格。每两个M-半导体-原子有n个共同的自旋 转矩对(＝由于非饱和电子占位的磁子)，这些自旋转矩对通过起自六 个原子位置/层(在晶体情况下)的耦合力在T＜TC的情况下构成一个 铁磁性。

每原子的玻耳磁子数n＝AμB-：

六个3d电子的每个Fe原子的Fe在时间平均上-4.1平行取向并 且-1.9反向平行取向，从而

-2.218向外有效剩余，因此AμB-

Co＝每个原子-1.714向外有效(由于e-的μB-是负的)

Ni＝每个原子-0.604向外有效(由于e-的μB-是负的)

→由于与相邻原子的自旋转矩的交替作用的电子-自旋转矩-键 合。

M-元素半导体例如在钴的情况下有3d7价磁子(＝自旋转矩)，所 述3d 7价磁子与相邻原子的磁子在时间平均上在T＜TC的情况下大部分 不进入磁控管对键合(通过交替作用耦合)，固为原子中电子层中的 大部分已经被填满了。

未填满的电子层/轨道，就是说向外通过磁控管起作用的磁子AμB- (比较起作用的玻耳磁子)，可以构成耦合，并且由此产生自发磁化。

在温度T＞TC的情况下原子矩是不耦合的，单个原子是顺磁的。

通过定向的能量输入(H-场)可以把各个“自由的”磁子排齐(极 化)并且在T＜TC的情况下耦合，结果是这些在单个原子中不饱和的， “自由的”，这时向外定向地起作用的磁子，通过依赖于功能地添加 磁控管(在材料中的M感应功能)在晶体中引起与相邻的原子矩的磁 控管的耦合的并且定向的相干叠加。

在磁的能带模型中这种极化-耦合-/键合和叠加过程(在体系上还 涉及晶粒)对应于M-价带(MVB＝非极化的、非耦合的、不叠加的、没 有添加在远场中的磁控管→不导通的)的磁控管提高到M-导通带(MLB＝ 导通常＝磁导率带＝极化的、耦合的、叠加的、添加在远场中的磁控管 →导通的)

提高至磁导通带的出现还

a)通过降低温度T＜TC或者

b)把温度提高到T＜TC的M导通范围。

如果原子有过剩的向外起作用的磁矩，它就是磁负的(类似于电 的带负电的离子)→磁负的离子＝Im-。

缺失的磁矩(缺少)意味着类似的磁正离子Im+。缺失有效磁子称 为空穴磁子或者磁子-空穴。它们在负磁子的海洋中表现如同正磁粒子 (正电子-磁子)。对于通过磁控管和磁控管空穴作为磁通量子/通量 量子空穴(空穴通量量子)的磁交替作用也同样适和。

2.3.6磁的本征导通

在居里温度以下在M-半导体的情况下有磁导性(高的磁导率)。 如果原子磁体(自发的)平行，就是说在远场和近场中极化和通过交 替作用定向地耦合并且由此构成一个导通带，在该温度TC以下磁化载 流子＝通量量子0＝导通磁控管1)可以自由运动，就是说它们可以转播、 叠加和相干地相加2)。

1)：在电的情况下电子＝载流子＝导通带中的导电电子。

2)：相干性：如果把波a、b叠加，而其间存在一种固定的相位关 系，其幅度就按符号相加(→ESP)

a)  相干叠加

相干＝(A1+A2)2

b)非相干叠加

非相干＝A12+A22＝I1+I2

-位置相于

时间相干：相干时间、相干长度

磁回路

如果给定场截面并且由通量直角地穿过该场截面，就得出磁通密 度B＝/A。特别是在穿通空气中间空间的情况下会出现场线的一部分 行走在场截面A的外部。由此再现的漏磁通s降低了总通量G并且对 于有效通量N＝G-S成立。散射系数或者说漏磁系数σ＝G/N(图 143)。

→在给定的磁势/M压的情况下磁化曲线、通量密度/磁流密度的磁 滞系数修正。

注意下面的：

a)  技术的磁流方向(Im)＝+→-

磁控管M-从N极→S极流动

磁控管-空穴M+从S极→N极流动

b)  物理性能的磁流方向(Im)＝-→+

磁控管M-从S极→N极流动

磁控管-空穴M+从N极→S极流动

导通过程＝磁能的传送/传播

一个加在M半导体或者M导体上的磁压(Θ)-并且从而一个磁场 -从负极(S＝-)向正极(N＝+)驱动(自发)极化的负磁控管场通量M- (按物理的方向)，在功能上在正极上添加M-；按技术的磁流方向则 是相反通量(图144)。磁化(＝相干地添加原子矩/电子矩)基于平行 的原子磁体，所述原子磁体由于耦合力(在一定的情况下通过外磁场 的影响)而处于平行。在自发磁化的情况下磁畴中的所有原子磁体无 外磁场影响地平行。

外磁场-耦合场＝∑原子矩。

磁的功能性感应

磁的功能性感应作为通量密度的函数有B1＜Ba(完善的磁感应，如 在电的情况中在表面上，只在麦斯纳-奥克森场效应(在表面上超导电 流完善地屏蔽B场)的情况下)。

在N极(＝+)的区域定位负的磁控管M-对应于场强-(参见在铁磁 性的内部通量S→N)并且经一个功能起相加的作用(还参见：

a)在PM中的中性区或者b)在排斥场的情况下在FM中的区域。

通量：M-s(以矩的磁控管-S-分量＝s)受北极N＝+吸引(矩的磁控 管MN分量在北极N＝+区域中受排斥)，所述矩对应地在场中并且局部地 在极上定向/极化。

只要磁负能(＝负磁子的磁控管)沿正极(N)(基于磁偶极子(原 子磁畴极化)通过外部场移动/转动传播(负的磁化＝负的原子矩)， 各个原子矩(就是说磁畴极化或者晶粒极化的内部近场和远场(→功 能性感应)的负磁控管的能量)在一个功能的磁化关系中相加，并且 留下一个磁的能隙，即一个磁空穴，就是说磁化(＝磁控管＝能量量子) 从磁子的原子键合向外传播出-否则在M-半导体的其它位置没有磁控 管(量子矩)的添加并且在M-半导体的N端或者说S端也没有磁的功 能性感应。M空穴同样也对磁流/通量导通起作用。一个从相邻的键合 发出的磁控管M-可以能量上通过交替作用填满一个这样的磁控管-空 穴M+(键空穴)。在它(所述磁控管)以前所在的位置上再出现一个 磁控管-空穴。磁能(磁控管)定位在磁子之间的空间中。该过程连续 地重复进行。M-空穴(M+SN)从北极(N＝+)向南极(S＝-)游走(通过 整个的体(M-半导体晶体)传播)。

耦合力/键合力

耦合力引起原子磁体平行→通过电子轨道的重叠的力作用以及与 之关联的在相邻的原子或者离子的条件下的电子交换。

材料磁性的原因

介磁性：封闭的电子层

顺磁性：未填满的电子层

铁磁性：未填满的内电子层

抗铁磁性：未填满的内电子层，非常小的原子间距

亚铁磁性：未填满的内电子层，尖晶石结构

结果

对于磁控管学需要在空间中传播/游走的磁化＝磁子(＝磁的能量量 子)作为负的导通磁控管(S-SN)或者导通磁控管空穴(S+NS)，类似于 在电中游走的电子和电子空穴。磁控管的传播按相速度/群速度进行。

磁控管M-SN＝磁矩的传播和相加＝正极(N＝+)方向的能量-通量/流 。

基础：有负矩μB-的磁子，因为起源于负的基本电荷。

磁控管-空穴M+NS(＝空穴磁控管)

正磁控管M+定位在在S极(＝-)的区域中-对应于场强-(见在铁 磁性的内部通量N→S)并且功能上起相加作用

→磁功能的感应：

能量-通量/流：有N＝+分量的M+由S＝-吸引并且由M+排斥，矩SN 或者NS对应地在场中定向/极化。

定义基础：有正矩μB+的磁子空穴，因为起源于正的基本电荷或者 缺失的基本电荷(电子空穴→自旋转矩-空穴)。

也就是在磁控管学中有两种磁的宏-“粒子”(μB-、μB+)＝有其相 应的符号定向的磁量子磁控管M-和磁控管空穴M+的磁子或者磁子空 穴。)。符号“m”已经由质量占据了。)

通过一个施加的磁压，在体(M-半导体晶体)内导通磁控管M-从 负极(S)向正极(N)传播，而通磁控管M+从正极(N)向负极(S) 传播。

自由磁控管和磁控管空穴只能够总是成对地出现，从而对于磁控 管和磁控管空穴的密度有

Nm＝Pm

从矩产生的磁的总流(＝总的通量)可以作为总和从一个磁控管- 流/通量和磁控管-空穴-流/通量构成，类似于在电子的情况下的电子 或者电子空穴电流。在磁控管学中流/通量由场量子，即磁能量量子构 成，即由磁子/M-空穴之间的空间中的磁控管/M-空穴构成。

2.3.7磁的杂质磁导性

如果给一个纯的铁磁的半导体晶体(＝不是纯的介磁质或者说纯的 M-绝缘体，因为常温下M-半导体在磁导率上介于M-绝缘体与M-导体 之间)添加非常少量的铁磁性杂质成分(掺杂)，磁场导通率μ(通量 量子的)就强烈上升。

基础：例如a)Co或者b)镝。在低温M-非导体的情况下的材料设 计。或者相反地在＞TC的情况下会取消自旋耦合；μ1具有一种强材料 依赖性的特性→磁导率的温度依赖性；饱和极化Js相对遵从普遍的函 数。

Nm导体

举例：M晶体衬片用8价的Ni掺杂的7价的Co＝在磁低价的M-半 导体中掺杂磁高价的杂质原子(关系到Co的水准)：例如Co3d74s2＝9 个电子加Ni3d84s2＝10个电子→在3d层上的电子差＝+1个Ni电子＝+1 个Ni磁子＝+1个Ni磁控管。

定义：磁子＝有电荷的符号的磁粒子，磁控管＝磁场量子＝有相同符 号的通量量子。每个磁子/磁控管有一个“准偶极子”(N＝+极、S＝- 极)＝自旋转矩。

注意在其矩在3d层/轨道上(并且在晶胞(空间晶格/四面体/二 十面体)的情况下)的时间平均上x平行和y反向平行取向的电子的 数量和差

在3d层上的玻耳磁子差为：

Col.714-Ni06.04＝+1.11，也就是略多于电子数差，就是说也是 1.11个磁控管。

还用镧系-铁系列Gd、Tb、Dy、Ho、Er掺杂，例如

Dy 4f105d06s2加Ho 4f115d06s2

→在4f层上的电子差＝+1个Ho电子

或者以较高的价差

Dy  4f105d06s2加Er 4f125d06s2

→在4f层上的电子差＝+2个Er电子。

每个磁高价的杂质原子(在Co中掺杂Ni)带来未填满的内电子层 的磁子(电子与其自旋转短)，所述磁子不能够与下个原子邻居磁键 合，因为它们在基底晶体中是过多的。

掺杂原子在M-半导体晶体(例如Co)中带入一种M-键合，就是说 负的磁控管是键合。

不能够通过少量定向的能量输入(H场)把这种“自由”磁子(＝ 负电子的负的自旋转矩)作为粒子从其原子(3d轨道)分隔开，而是 把它沿其自旋方向＝能量方向定向(极化)，从而磁控管的场能沿键合 方向传播并且可以在远场中功能上相加。磁子固定在原子中，因为它 们位于内层上(不是如在外层的价电子那样排列的，所述价电子通过 经e导带交换原子(粒子转运))。在磁子的情况下存在一种量子转 运(＝通量量子)；就是说M-半导体的原理基于定向的磁的能量场量子。

在这种情况下磁导通主要地基于负磁控管(＝电子的负自旋转矩的 量子＝基本载流子)的场能转运，就是说基于通量量子而不是基于固定 在原子中的电子传输。因此M-半导体是Nm场导通的。导通-磁控管的 这种可以“自由”传播的负场能构成一个磁正的Ni离子＝M-Ni-离子+。 所述场能＝键合的磁子的磁控管，以相/群速度在固体中传播。

Nm场导体含有“自由”磁控管(导通磁控管)作为磁化载流子＝电 子的负自旋转矩的量子→通过磁控管的键合和极化的磁化。

Pm导体

举例：用6价的Fe掺杂的7价的Co M-晶体衬片：

然而磁7价的钴作为M-半导体晶体还可以用6价的杂质原子掺 杂，例如

Co3d74s2加Fe3d54s4→3d电子差＝-1个Fe电子＝-1个磁子＝-1个 磁控管。

注意在3d层/轨道上的时间平均上x平行和y反向平行取向的电 子的数量和差

玻耳磁子差为Col.714+Fe2.218＝-0.504，也就是-0.504个磁控 管(场量子)。

或者还有

Dy 4f105d06s2加Tb 4f05d06s2→在4f层上的电子差＝-1个Tb电子 ＝-1个磁子＝-1个磁控管。

或者以较高的磁价差掺杂：

Dy 4f105d06s2加Gd4f75d16s2→在4f层上的电子差4f＝-3加 5d＝+1＝-2个Dy电子＝-2个磁子＝-2个磁控管。对于完全的磁正连接缺 少了一个磁子(有自旋转矩的电子)。

掺杂原子在M-半导体晶体(例如Co)中带入一种M-键合，就是说 负的磁控管是键合空缺。

这种可以“自由”传播的磁子的正场能构成磁正的空穴。从铁原 子成为一个磁的负离子＝M-Fe离子-。一个用6价杂质原子掺杂的7价 钴-晶体称为ρm-场导体。

通过少量定向的能量输入(H场)就已经能够由一个相邻原子的磁 子(μB-)通过耦合(交替作用)有力地用磁控管填满这种局部的M-空 穴(μB+)了。

就是说磁的场导通主要地基于作为磁控管空穴的正的场能传播， 以磁的正磁子空穴(＝e+的正的电子的自旋转矩或者缺失的e-的自旋转 矩，它们表现如正的磁粒子)为前提。因此称为Pm场导通的。

Pm场导体含有可以“自由”传播的正磁控管-空穴场能(键合/耦 合-空穴)＝空穴磁控管作为磁化载流子。

结果

通过掺杂出现的Pm和Nm场导体向外继续保持磁的中性。

在掺杂的M-半导体中磁场导通率只增加到所有的杂质原子在Nm场 导体情况下其数量过多的磁控管场能通过耦合/键合有力地交出为 止，或者在Pm场导体中到由其相邻原子通过非耦合/键合空穴有力地各 接纳一个磁控管空穴作为磁的场能为此。

磁控管是负的键合，磁控管空穴是正的键合空穴。

2.3.8  PmNm结

如果把一个Pm场导体和一个Nm场导体放在一起，在接触的位置上 出现一个PmNm结(图145)。

PmNm结举例(图145)

Co＝用杂质Ni或者Fe掺杂的M-半导体。

Nm场导体：7价Co+8价Ni掺杂。

磁控管＝磁化载流子

Pm场导体：7价Co+6价Fe掺杂。

磁控管-空穴＝磁化载流子

在从Pm至Nm场导体的边界上，没有加以磁压Θ(＝Um)，只通过热 运动，磁控管从Nm场导体向Pm场导体中渗透并且在那里与磁控管空穴 (场空穴)复合(重新结合)。

相反Pm场导体的M-空穴扩散进Nm场导体中并且在那里与自由磁控 管键合(→磁表面极化)。在边界的双侧M-半导体晶体(例如Co)缺 乏自由的磁化载流子：该边界层起一个磁绝缘体(μr≥1)的作用，并 且构成一个M-阻挡层(图146)

在M-半导体的PmNm结上出现一个阻挡层(→中性区如在一个永磁 体的北极-南极过渡的情况那样)。

然而，如果在边界层中缺少导通磁控管和M-空穴，受位置束缚的 M-离子的磁体发挥其影响：Nm边界区是磁正向充磁(基底为μB+的离子 Im+)，而Pm边界区是磁负向充磁(基底为μB-的离子Im-)。

这些空间磁化区域(电的空间电荷Q→M)终止继续磁扩散：磁负 的Pm边界层拉回扩散的M-空穴而磁正的Nm边界层拉回渗透的磁控管。 在约1μ米厚的边界层中的磁化造成一个在PmNm结上的磁扩散压(Θ diff)。通过加上一个外部的磁压(Θ)可以沿磁通的截止方向或者沿 导通方向驱动PmNm结(图14 7)。

PmNm结如同一个磁容器工作。

阻挡层(μr≥1)有一个磁容量Cm(阻挡层容量)。

→磁容器：场强下降，容量上升，此时要注意场的力作用：本发 明的场发生器→理想＝能隙E＝0的平衡状态。

2.3.9 PmNm结的磁击穿

2.3.9.1对齐纳效应的磁类似

在阻挡层中可以出现一种击穿。由于在结的内部有大的磁场强 度，来自Pm材料磁价电子带的磁控管就被水平地经禁止区带进入Nm材 料的导通带(隧道)。这种效应在强掺杂的磁二极管出现。并且在此 可以在几个安培的磁截止压下使用(图148)。

2.3.9.2在PmNm结中磁的雪崩倍增

这种机制导致击穿。一个磁控管在较大场强情况下运动得快到在 与晶格的碰撞时可以放出其能量的一部分并且产生一个新的自由“磁 控管”-“磁控管空穴”对。这些磁化载流子被以相同的方式加速并且 从其方向产生新的对，从而磁流/通量雪崩样地增长(149)。

4.M场半导体器件

4.1 M类型

一个PmNm结形成M-二极管，两个PmNm结形成M晶体管，三个和 多个结形成M晶闸管。

M-半导体器件的功能(→场调制器)

M-二极管：如果把一个M-半导体二极管沿导通方向极化，它就导 通磁流/磁通，如果把它沿相反的方向极化，它就截止磁流/磁通。

M-晶体管：M-晶体管是起放大作用主动的或者开关作用的M-半导 体器件，可以把它们分成双极的M-BT和单极的M-晶体管M-EFT。

M-晶闸管：M晶闸管(主概念)是可以磁开关的器件，有交替M- 导线种类的四个相继的M-半导体区：PmNmPmNm。

只要有M-栅流流动，M晶闸管就如一个M-二极管作用，通过磁信 号触发它们就像一个翻转开关那样起作用(阻断-/通过-状态)。

4.2M-二极管

M-半导体器件有一个PmNm结。其特性由晶体中相应掺杂浓度特点 决定(图150)。

M-整流二极管

它如同一个磁流阀门工作，并且因此是整流磁交变流的适合的器 件。沿截止方向的磁流.通量(M-反向流/通量)可以比其M-导通流/ 通量小约107倍。它随着温度上升急剧增长。

高M-压的M整流器

高的磁截止压要求至少一个M-区有低的磁导率(沿导通方向较高 的磁阻并且从而导致强的发热)。

通过在高掺杂的Pm区与Nm区之间接入一个非常弱的掺杂区(1m)， 产生一种Pm1mNm整流器，所述整流器有高的磁截止压，却有低的导通 磁阻：→磁导通率调制。

M-开关二极管

优选地用于快速的低磁阻抗(磁阻抗＝M-单个磁阻的向量和)和相 反的切换。

开关时间由附加地扩散有利于磁控管-和M-空穴复合的材料缩 短。

M-Z-二极管

磁的半导体二极管，其中在反向方向磁压增加的情况下从一定的 磁压起由于磁的雪崩击穿发生磁流/通量的陡直上升。所述M-Z-二极管 为在该区域内长期使用设计。

M-变容二极管

在PmNm结上磁的空间电荷区起一种磁容器的作用。一个介磁体是 被磁化载流子“剥夺了”的磁半导体材料。提高所加的磁压加宽M-阻 挡层和降低M-容量，磁压下降加大M容量。

M-吸收二极管

M-吸收二极管，其中利用M-阻挡层吸收效应。在PmNm结上有磁的 截止压。入射的磁通量把磁控管从M-键合中释放出。由此出现附加的 自由磁控管和磁控管空穴。它与磁通量入射成比例地提高磁的截止流/ 通量。

对于M-二极管(图150)

1 )强度

单位时间内垂直地穿过一个面积元dA的磁的场能，也就是说磁场 能是功率与面积的商。

强度＝P/A

体积V中的磁场能

Wm＝1/2(H·B)V，功率P＝dWm/dt

磁场能密度

Wm＝Wm/v

2)M发射

在结的附近磁控管与M-空穴复合并且放出数量级为Eg的能量。在 复合的M-“辐射”的情况下所述能量以能量的通量量子hf≈Eg的形式 发射。这意味着，MED近似于发射一种单色M-场，其波长λg取决于禁 区Eg的宽度。所述发射以强度I进行。

3)ESP：电子自旋共振

4.3M-晶体管

1.3.1工作原理

M-晶体管是放大的(有源的)磁半导体器件。

它们划分为

a)双极(磁子+磁控管和磁子-空穴+磁控管空穴)和

b)单极(磁子+磁控管或者磁子-空穴+磁控管空穴)磁场晶体 管。

M-晶体管种类(151)

M-晶体管的结构和特性(图152)

M-IGBT是双极和单极M-晶体管的结合。

(晶体管(晶体管效应＝耦合效应/键合效应)和晶体管FM(FM＝ 两个PM之间的晶体管效应)的

M-放大(磁流、磁压、功率)/M-转换

两个紧密相邻的PmNm结产生磁晶体管效应和M-器件(M场调制器， 所述器件起磁信号放大或者起磁开关的作用。

有双极的M-BT和单极的磁M-FET晶体管，它们于其工作原理上也 可以在FKM中用作场调制器。

用磁掺杂的边界层(FM衬片)(PmNm结、PmNmPm结、NmPmNm结、FM 结)放大/转换磁流/通量()和磁压(Θ)。截止的PmNm结(基极整 流子(Nm))可以通过注入磁的通量载流子磁控管＝通过磁的自旋磁 体掺杂的耦合)使之导磁(磁导率＝磁导率μ＝μ0μr，磁阻Rm＝1/μ。)

→磁通量/流量量子0的扩散。

(耦合/键合)通过阻挡层

调制器变例1(也对于FM)：→导通率调制

在PmNmPm晶体管中磁控管-空穴(0缺失，耦合空穴)从磁射极(Pm) 抵达薄的FM基，由此处通过磁扩散来到阻挡的PmNm结的区域中，并且 在PmNm结区域中由磁场吸引到磁集电极(Nm)中。

M-阻挡层是磁的基极用于

a)  在平行的自旋之间的结，FKG符号：(|)＝控制吸引， 或者

b)  在逆平行的自旋之间的结，FKG符号：

在PM中的磁场

磁流/通量是时间上恒定的，因此也可以在此基本状态有E＝0) 并且有整数倍的磁通量/磁流量子0。

M-晶体管作为放大器

一个小的磁基极流/通量B在M-晶体管中造成一个大的磁集电极 流/通量C。这称为磁通量/通量放大(V)。

一个M-晶体管也可以运行为磁压放大器(Ve)和功率放大器(Vp)。

M-晶体管作为开关→磁调制器

M晶体管作为开关有两个开关状态：它们在磁饱和(导磁的工作点 A3＝“通”(在Ha2和μmax。的条件下B2＝Bopt)中工作或者截止(磁不导通＝ 磁透明(μr＝1)点A1＝“断”(在Ha5＝Hamax的条件下B5＝Bmax)(注意饱 和区在(在Ha3的条件下从Ha0至B3pt的过控制区域B0)，

Ue区域的开始＝在工作直线上的点A2处饱和的开始。

磁场中的铁磁材料，M开关S→磁开关状态＝磁翻转级(图81)。

4.3.2双极型M晶体管

4.3.2.1工作原理概述

M晶体管由3个重叠放的M半导体层组成。

中间区＝M-基极(B)，两个外部的M发射极(E)和M-集电极(C)。

M-发射极发射磁控管作为载流子，所述载流子再受M集电极重新 吸引。M基极发射极线段在M晶体管工作中沿磁场导通方向极化，M- 基极-集电极线段工作中沿磁场截止方向极化。

在磁的NmPmNm晶体管中M基极磁流/通量的正的磁控管空穴(耦合 载流子空穴)控制从M-发射极向M集电极流动的x倍量的负的磁控管 (耦合载流子)(图153)。

对NmPmNm晶体管工作方式说明。

沿磁的导通方向设置M-发射-基极结(M-EB)的极性。由此在基 区中注入磁控管(图154)。

沿截止方向设置M-基极-集电极结(M-BC)的极性。由此构成一 个有强磁场的磁空间磁荷区。如果两个PmNm结相互放得非常近(在钴 中≈10μm)，就再现一个显著的磁耦合/键合(＝磁-晶体管效应)。

然后在M-EB处注入的磁控管通过M-基极向M-集电极扩散。只要 它们进入到M-BC磁场的作用范围中，就把它们向M-集电极场中加速并 作为M-集电极流继续流动。M-基极中的浓度陡度继续存在，从而从M- 发射极向M-集电极其它磁控管移动原因也存在。99％以上的所有从M- 发射极起源的磁控管迁移进磁的空间荷区并且成为M-集电极流/通 量。少量缺失的磁控管在穿过M-P掺杂的M基极时进入处于此处的磁 空穴中。只要没有其它的发生，它们将M-基极负充磁，并且通过排斥 力在短时间(约50纳秒)完全地阻止进一步的磁控管续流。一个由正 的磁载流子(磁控管-空穴)组成小的M-基极流在M-晶体管的情况下 全部地或者部分地补偿这些负的磁化。

在磁基极流/通量中的小的变化引起在磁发射极-集电极流/通量 中的大的变化。NmPmNm晶体管是一种双极型的磁流/通量控制、放大的 磁半导体器件。

在双极型M-晶体管中磁基极流/通量B控制集电极流/通量C。对 于所述控制只需要一个很小的磁功率。

一个M-晶体管用作磁放大器或者用作磁开关。

晶体各向同性/各向异性

要注意晶体的各向同性或者各向异性-特别是在基极中，如果通量 量子要切向流过(例如在Co时六边形的轴线有良好的磁导率，而与之 垂直是差的磁导率)。因此在M-BT中基极可以是有立方体体层次的各 向同性的(x-、y、-z-轴＝<100>相同的磁导率；在Pm层或者Nm层中Co 掺杂。

要注意的是由于磁优势方向/磁导率：

a)结晶各向异性

b)磁场感应的各向异性

c)磁压引起的各向异性

d)基极的磁形状各向异性

还有各性异性的电导率→注意去静电

掺杂强度

在双极型M-晶体管的情况下发射极区是磁强掺杂的，集电极区要 稍少一些。特别薄的基极层(几μm厚)只包含很少数量的M杂质电子。

在M-BT中的磁流/通量优势方向

在采用双扩散法的情况下在发射极中的掺杂是最高的而在集电极 中是最低的。这样的关系也造成工作机制的优势方向(常态工作方 向)。沿相反的方向(反向工作)磁性能显著地差。

视应用而异双极型晶体管划分成：

M放大晶体管

-M-开关晶体管

工作状态

对应于两个磁二极管压ΘBE和ΘBC的磁极性，区分M双极晶体管的 四个工作状态。

表  M-NPN晶体管的工作状态

    ΘBE     ΘBC     工作状态     应用     ＞0     ＜0     ＜0     ＞0     ＜0     ＞0     ＜0     ＞0     激活正常的     激活反的     截止     过控制     M-放大器     开关(-Aus”)     开关(“Bin”)

在反向运行中(ΘBE＜0、ΘBC＞0)中M晶体管反向于其优化的结 构的优势方向运行。出现的磁流/通量放大系数就显著地差。过控制的 范围也称为饱和范围。磁输出流/通量不再能够通过磁输入流/通量控 制。在PmNmPm晶体管的情况下所有的磁压和磁流/通量方向要倒转。

→注意磁放大系数(通量放大)的B-Ha-和B-μr特性曲线(图80、 81)。

B[T]＝输出流/输出通量密度B＝μ0(Ha+M)

Ha[A/cm]＝外部线圈场的，输入场强幅度

M[A/cm]＝磁化M＝B/μ0-Ha

(激励/充磁，注意-Ha)

μm/μ0＝磁导率、磁导率幅度

4.3 M埸效应晶体管(M-FET)

4.3.1工作原理概述

在这种类型的情况下磁流/磁通量在一个导磁的沟道中实质上通 过一个横向于沟道磁场控制，所述磁场通过经一个磁的控制磁极施加 的磁压产生。与双极型M-晶体管相反M-场效应晶体管只用一种磁载流 子(磁控管或者磁控管空穴)工作，在此还称M-单极晶体管。它们有

a)M-阻挡层-埸效应晶体管(M-SFET)

b)M-绝缘层埸效应晶体管(M-IFET)

阻挡层埸效应晶体管(M-SFET)的工作方式

(对Nm沟道型的说明)(NmMOS：图155)

在一个Nm导通晶体末端上加一个M-直流压。

磁拉管从M源极向M-漏极流动。沟道的宽度由两个侧面扩散进的 Pm区和在其上施加的负M-压决定。如果提高该负的M-栅极压，M-空间 磁化区强烈地扩张进沟道中并且缩窄磁流(通量)路径。从而在控制 磁极G上的磁压控制M源极S与M漏极D之间的磁流/通量。

对于M-SFET的功能只需要一个极性的磁载流子(磁控管或者磁控 管空穴)。

磁流/磁通量的控制几乎是无功率地进行。

也就是阻挡层M-SFET是一种单极的磁压控制器件。

绝缘层M-埸效应晶体管(M-IFET)的工作方式

(对Pm沟道-增强型的说明)(PmMOS：图156)

M-I FET＝PmMOS-晶体管：层排列：

磁的金属-磁性的氧化物半导体。

注意：在电子的MOS中：氧化层电绝缘(0有εr＝1非电的)；在 M-MOS的情况下是磁绝缘体的磁氧化层(0有μr＝1非磁的)。

如果在栅极-磁极没有磁压，在M-源极与M-漏极之间没有磁流/通 量：MPmNm结截止。通过在M栅极上加以一个磁负压在Nm区中在该磁极 下磁控管被挤向晶体内并且把磁控管空穴向表面拉-所述磁控管空穴 作为空穴磁化载流子的确也总是存在于Nm钴中-于是在表面下总是出 现一个窄的Pm导通层，一个Pm沟道。

现在在这两个区(M源极和M-漏极)之间可以流动磁流/通量了。 所述磁通量只由磁控管空穴构成。因为磁的栅压经一个磁绝缘的氧化 层起作用，在控制回路中没有磁流/通量：控制几乎是无功率地进行。

M-IFET是一种单极的、磁压控制器件。

结果

在M-埸效应晶体管中一个横向于沟道的磁场控制源极-漏极路径 的磁阻。

在M-埸效应晶体管中磁栅-源压几乎是无功率地控制漏极磁流/磁 通。

在栅源磁压为零的情况下在一个自导通的M埸效应晶体管中已经 有一个漏极磁流/磁通，而在一个自截止的M-FET中漏极磁流/磁通是 零。

IG：磁绝缘的栅极＝绝缘的门极、M-绝缘栅-FET。

磁的栅极绝缘达到一种极高的输入磁阻，所述磁阻与栅极磁压的 高度和极性无关。

如果在M-IG-FET无M栅-源压的情况下就有一个导磁的沟道存 在，就称为磁自导通的M-FET。

自截止的M-FET在没有栅极磁压的情况下还没有任何导磁的沟 道。导磁的沟道只有通过适当极化的磁栅-源压的情况下才出现。

增强型-M-IG-FET是自截止的。

耗尽型-M-IG-FET是自导通的。

还有PmMOS、NmMOS-晶体管(CmMOS：图157)与BCD-混合工艺的 DmMOS(双极型/CmMOS/DmMOS)。

M-绝缘层-FET的结构(图158、159、160、161)

1.Pm-沟道(图158、159)

Pm自导通的或者Nm自截止的还可以用

a)源极-源极＝N-N极性或者

b))漏极-漏极＝S-S极性驱动。

结果：在切换到“导通的”时在沟道中排斥并且没有通量

→如果没有排斥时平衡＝沟道不导通

栅极需要用其它的极性

-ΘG＝在N-N极性时的S-极(-)

+ΘG＝在S-S极性时的N-极(+)，就是说在源极或者漏极路径的 同名极性

2.Nm-沟道(图160、161)

Nm自截止的或者Pm自导通的还可以用

c)  源-源极性＝N-N极性或者

d)  漏-漏极性＝S-S极性驱动。

结果：在切换到“导通的”时在沟道中排斥并且没有通量

→如果没有排斥时平衡＝沟道不导通

栅极需要用其它的极性

+ΘG＝在N-N极性时的S-极(-)

-ΘG＝在S-S极性时的N-极(+)，就是说在源极或者漏极路径的 同名极性

4.3.2.3无M-单结-晶体管的M场效应晶体管

4.4功率磁控管学

功率磁控管学从事于磁流/磁通量供给、M-驱动控制和M家用技 术。

M-半导体器件是

M-二极管、M晶闸管、M-GTO-晶闸管、M-三端双向可控硅开关、 M-IGBT。

4.4.1M-晶闸管

三个相继的PmNm结导致磁的晶闸管效应并且产生磁的器件。

因此M-晶闸管是磁可切换的器件，例如，带有包含四个连续的M- 半导体区的一个Co或者Dy片，其中Pm和Nm区是交替的：PmNmPmNm(图 163)。M-阳极与金属壳导磁的连接。在工作中可以在晶闸管壳上加以 磁压。

M-晶闸管-通过磁信号触发-如同M翻转开关那样工作。“磁晶闸 管”的称谓作为主概念可以用于所有可以从截止状态切换成导通状态 (或者反之)的磁器件。

M晶闸管可以划分成Pm栅极-晶闸管和Nm-栅极晶闸管。在Pm栅极 晶闸管中外部的Pm层是阳极，外部的Nm层是阴极而内部的Pm层是栅 极。

工作方式

栅极流/通量G溢出内部的Pm-场-导体(图164a)，强到消除在 中部的M-阻挡层。剩余的PmNm结磁视在M阳极和M-阴极之间的磁输入 压而异要么两个沿导通的方向切换要么都沿截止的方向切换，并且就 如同一个M-半导体二极管的PmNm结那样工作(图164b)。

只要磁栅极流/通量流动，M-晶闸管就如同一个M-二极管那样工 作。磁导通压ΘF和触发所要求的磁栅极压ΘQk在相同的范围内(图 164c)。

在M-晶闸管中在内部的三个M阻挡层起作用。如果在M-阳极和M 阴极之间加有一个磁压，这些M层的至少一个沿截止方向极化。在M- 晶闸管中只把一个PmNm结沿截止方向极化的磁压方向称为正向方向。 两个M-阻挡层沿截止方向切换的方向称为反向方向。

应用

M-晶闸管可以用作M-整流器或者用作无触点M-开关(例如用作M- 场调制器)。4.4.2  M-GTO晶闸管

一般的M-晶闸管不能够通过M-栅极流/通量复位(我想可能是如 同电晶闸管那样只有在阳极与阴极电压反向后才能从导通重新恢复成 截止，因此采用了“复位”一词，我记不住这方面的术语是否如此， 但是从意义上讲应当是不错的-刘自芦)，然而在M-GTO-晶闸管(可 切换的M-晶闸管：门极截止)的情况下却可以通过栅极复位。为了触 发和复位用交变磁极性的M脉冲控制M-GTO-晶闸管。

4.4.3 M晶闸管二极管

无磁控制连接的M晶闸管按其M层的数量称为M-三层二极管、M- 四层二极管、M-五层二极管。

M-三层二极管(M-双端交流开关器件)

(M-双端交流开关器件：二极管和交变的流＝M-交流)

M-三层二极管包含例如一个有M-NPN层的的钴片(或者Dy片)(图 165)。在超过M切换压的情况下M-双端交流开关器件是磁导通的，与 磁极极性无关。在低于M保持压时M-双端交流开关器件截止。

M-四层二极管

M-四层二极管具有M-层序列PmNmPmNm。

它们通过类似于在一个M-晶闸管的情况那样触发M-四层二极管的 开关压成为磁导通的。

例如在M弛张振荡器中把M-四层二极管用作M脉冲形成器或者用 作磁开关(→场调制器)。

M-五层二极管

在M-五层二极管时M-层序列为PmNmPmNmPm。与所加的M压的方向无 关，在达到M触发压时M-五层二极管切换成磁导通的状态。

结果

M-晶闸二极管例如用于产生M-压脉冲并且从而触发M-晶闸管和 M-三端双向可控硅开关。为此目的将它们在所涉M器件的栅极前进行 切换。

4.4.4 M-三端双向可控硅开关

(M-三端双向可控硅开关：三极管和交变流＝M-交流/通量)

为了控制M-交流/通量可以采用反平行连接的反向截止的M晶闸 二极管，例如一个Pm-栅极晶闸管，和一个Nm栅极-晶闸管(图166a)。

如果把两个M晶闸管的结构移在一起(图166a)，就得到一种具 有反平行连接的性能但是只需要一个控制磁极的M-半导体器件(图 166b和166c)。

在控制磁极与相邻的磁极之间一个任意极化的M-脉冲，都与M-负 荷流/通量回路中的M压的方向无关地把这两个M-晶闸管之一切换成 导通的状态。这种两个方向都可以切换(双向的)的M-晶闸三极管称 为M-三端双向可控硅开关。

应用

在M-三端双向可控硅开关用于高的磁压和M-磁流/通量。可以用 作M交流耗能器的执行机构(例如在调光器中)并且用作磁控管保护。

4.4.5 M-I GBT(磁绝缘栅双极型晶体管)

M-I GBT是在功率磁控管学中用作磁控管学开关的磁控管半导体器 件。M-I GBT综合了M-FET的主要优点(无功耗的控制)和M-双极型晶 体管的主要优点(良好的磁流/通量的导通性能)。

M-I GBT还是FKM的场调制器的一种理想的器件(较高的效率、强 的磁流/通量切换)。

M-半导体结构的构造

M-IGBT的构造类似于一个功率M-FET(例如M-MOSFET)的构造。 它不同于一个构成M-IGBT的集电极引线V的在Nm基底下的Pm材料(图 167)。

在M-IGBT的情况下一个M埸效应晶体管控制一个双极型M-晶体 管。如同在M-MOSFET的情况下那样一个M-IGBT由有一个共同的集磁 极的许多平行连接的器件组成。M-IGBT有三个M-接头。所述M-器件 的M-控制通过栅极-发射极路径G-E进行。M-负载流/通量C流经集磁 极-发射极路径C-E。

M-IGBT的开关特性

控制通过在栅极上加以一个正的磁压(ΘGE)进行。在超过磁的栅 极-发射极截止压时集磁极-发射极路径才接通。在C-E线段磁导通的 状态下，M-IGBT处于磁饱和范围内，也就是说磁的集磁极-发射极压 下降到磁饱和压ΘCBsat。

结果和M-IGBT的特性

*如同双极型M晶体管那样M-IGBT有一个小的导通磁阻。

*因此相对可比较的FET磁导通损耗很小。

*M-IGBT的控制如同在M-FET的情况下那样几乎是无功耗的进 行。

*M-IGBT在反向只是有限地截止的，从而在需要时用短的断开时 间构成M自振荡二极管接线(例如M-FRED-二极管(快恢复外延二极 管＝自振荡二极管)。

M-IGBT的应用

M-IGBT用在高磁截止压的大功率范围并且可以切换大的磁导通 流。可以用在磁的开关网络部分中和无间断的磁流/通量供给中(例如 在固态FKM中的M-调制器)以高达300KHz的频率工作Θ。M-IGBT可 以制造成分立的M-零件。制造成模块(组件)以及M-阵列(安排)。

4.5结果/展望

4.5.1 E-半导体器件(E-二极管、E-晶体管、E-晶闸管)

磁控管学可以在意义上和现象逻辑上移用到铁电性上，在此耦合 载流子不是基于自旋转矩，而是基于在畴中引起电的自发极化的晶体 的表面电荷。

这种铁电的器件也可以构成为E-场调制器。起决定性作用的是： 没有电子流动，而是D-通量量子0(通量的晶体表面电荷)，也就是 说，取代于场强H的磁通量密度B，电的移动密度用电场强度E形成。

4.5.2超半导体

与之相反超导体是一种电系统并且利用“库珀对”作“键合的” 导通电子。

为此适用的“库珀-空穴-对”通过在一个超“半导体”中缺失的 “库珀对”产生。一个超“半导体”用掺杂超导材料杂质原子的非导 体晶体构成(库珀对→SNm导体或者空穴库珀对→SPm导通的)并且可 以就如此用作超导半导体器件(SM-BT和SM-FET)，还可以用于构成 SM-场调制器。

原子应当有过多的反向平行电子对＝电子对(SNm导通)，或者有 过少的反向平行电子对＝电子空穴对(SPm)。

由此在M-超半导体中出现“键合的”导通电子对或者空穴对。

还可以制造用D场而不是用M场工作的(超级-磁流/通量)电的E 超导体和电的超半导体(SE-类型)。

4.6磁控管学的其它应用

磁和电的场M/E半导体还可以制造和利用磁或者电的场切换回路 中的半导体器件，例如计算机磁芯片和在纳米结构中(由于缺乏在印 制线路中通过电子传送产生的加热)用相速度/群速度的场流/通量和 信号传播取代电子流(击中印制线路中的电子e-)。

超级场半导体还可以用作磁的或者电的场切换回路中的器件。

5.M-/E-场半导体调制器

5.1.M-BT线内场调制器

5.1.1M-BT＝磁的双极型晶体管

*磁导率控制。

*磁流/通量控制。放大器件或者开关器件

*双极型＝两种不同的磁化载流子：磁控管Nm和M-空穴Pm。

不同磁导率μ0μr的3个区

区：发射极E掺杂高→μ0μr最高＝高FA数量

基极B  掺杂少→μ0μr很小＝FA数量

集磁极C掺杂低→μ0μr最小＝低FA数量

*在E或者C中的磁导率比例也引起功能机制的优势方向(正常工 作方向)。在相反的工作方向(反向工作)磁特性明显地变差。

*M-晶体管效应＝耦合，如果EB和BC结彼此放得非常近的话。

*结的极性：

EB区＝导通方向→在基区注入磁化载流子

BC区＝截止方向→有强磁场的空间磁化区。

*注意E、B、C在B-Ha特性曲线的工作点的匹配。

5.1.2M-BT线内FM-结构(图169)

5.2.M-BT线内场调制器

5.2.1 M-FET＝磁的埸效应晶体管

*沟道横截面控制。

*单极型＝1种磁化载流子＝一定磁导率μ0μr的1个区，Nm(磁控管) 或者Pm(M-空穴)，例如掺杂的Co单晶。

*磁压控制、放大或者切换的器件。

在M-FET中一个横向于沟道的磁场控制源-漏区的磁阻。

*磁栅-源压几乎无功耗地控制漏极流/通量。

5.2.2 M阻挡层-FET

*栅极G＝控制磁极：通过一个磁压控制磁流/通量(注意在B-H特 性曲线上的工作点)

栅极：在提高负的磁压时空间磁化区较强地扩张进沟道(N＝+→ S＝-)并且把磁流/通量路径缩窄。

*源极＝源(N＝极)

*漏极＝漏极(S-极)

*G上没有加以磁压时在导通的沟道中于源极和漏极之间流动一个 磁流/通量。

5.3 M绝缘层-IG-FET(M-MOS-FET)

*IG栅极绝缘

*Co0绝缘层有一个约μr＝3.84的相对磁导率

*自导通的M-FET(耗尽型)

栅极压的磁场把运动的磁化载流子排挤出沟道区，所述沟道区耗 尽磁控管或者M-空穴。在磁栅-源压为零时就已经有一个漏极流/通量 流过：结是开通的。

*自截止的FET(增强型)

在磁的栅-源压是零时没有漏极流/通量：

结是截止的。

注意在N沟道FET的情况下栅-源压有正极性：M场把自由磁控管 吸引至晶体的表面→在S和D之间出现一个运动的磁控管的导通线 径。加大磁的栅压，增强沟道中的磁化载流子。

5.4 M-1G-FET线内FM结构(图170)

5.5 M-IG-FET线内场调制器

5.5.1M-IGBT＝磁的绝缘栅极双极型晶体管

*M-IGBT＝MBT(良好的导通性能)与M-FET(无功耗的控制)的统 一。

*较小的导通磁阻。

*几乎无功耗的控制。

*在M-I GBT反向只有有限的截止性能(一种M-自振荡二极管)

*连接：发射极E、集磁极C、栅极G，通过G-E区路径，磁负载流 /通量C流经C-E区。

*注意在B-Ha特性曲线上的工作点。

M-IGBT线内FM-结构(图171)

D.本发明的有利效果

根据本发明磁控管学/磁场半导体器件和M-/E-半导体-场调制器 具有各种优点。

因为磁控管和磁控管空穴不与离子基团冲突，还不产生的在通常 意义上热。由于不产热，磁控管的器件可以按微米结构甚至于纳米结 构制造。

在磁半导体中通量量子(磁控管/磁控管空穴)以相速度/群速度 进行。

应用

相速度/群速度

标度：纳米比微米在体积中小109倍，加上信号处理时间方面较短 的路径的优点(例如在纳米计算机中速度快约100倍)。

此外还有，磁控管器件中不需要外部电流，因为

a)  可以把作为电流发生器的一个微米结构或者纳米结构的场力 机一起放置在磁芯片上以保证需要的电能供给，例如为产生磁场的有 源的可调制线圈等等。

b)  磁控管学本身不消耗电能。

还要指出，整个的磁控管技术和磁控管学还可以用铁电体制造的 部件应用到电场中(在此表面电荷是起偏器)。此外可以类似于磁的 构成所有的电的E-场半导体器件(→电的磁滞物理学)。

此外根据本发明说明超导M-E半导体。

C.一种实施本发明的场力发生器的途径的描述

1.  场力发生器(例如有1个PM对和两个对称运动学FM的FKG)

1.1图172a-e：FKG机结构

通过空程离合器的转矩转换举例

a)垂直-纵向截面(图172a)和b)俯视图(图172b)

图中示出一种场力机，场力发生器型(FKG)，的基本原理，所述 场力机划分成一个功率-壳体模块和曲柄壳体模块。

在关闭的场调制器(FM)的情况下，场力机处于平衡状态和在一 个力-转矩转换器和一个曲轴的OT位置中。在所示的例子中力转矩转 换器是一个只沿一个转动方向转换力的空程离合器并且不是联杆长度 改变器系统，特别的优点是，空程离合器在场蓄电池(FB)的力-路程 特性曲线中把力从力的最大值开始转换。

一种起动机-单轴-马达-发生器(MG)起动旋转运动并且把场力发 生器(FKG)的能量输出。

场蓄电池(FB1和FB2)，在其场力作用上通过一个经一个电动机 驱动的场调制器(FM)，在场调制器(FM)的开放冲程中，在引入力 F+的条件下，并且沿一个隔板向曲柄-壳-模块的方向引导地推动受负 荷+F的FK-连杆，在此是每一铰链有两个连杆。

在OT位置连杆(FK)经一个枢转铰链在交叉点在空程离合器-转 动圆上45°角地向OT引入力+F。该枢转铰链在负载下于空程离合器转 动圆上以一个90°的行程角从OT向UT运动，以便用经夹持体夹持的“空 程离合器”(FK)类型的平移-旋转转换器，把所述的力转换成曲轴上 的一个转矩。

第二连杆(P)，在曲轴的曲柄循环上经曲轴的曲柄轴颈耦合，在 曲轴转动的条件下把该在工作冲程的曲柄轴颈从OT＝0°KW向 UT＝180°KW移动。

在超过了曲轴的UT位置以后，由于此前传递到飞轮上的动能，所 述连杆“联杆”(P)在空程中无负载地把曲柄销从UT位置压向OT位 置。由此，没有夹持体夹持地把所述空程离合器转动回起始位置。所 述空程离合器以90°在工作行程与空程中振荡，而同时曲轴进行一种完 全的回转，以用+F把场力发生器(FKG)复位回起始位置以引入一个新 的工作冲程。

两个连杆对都在曲柄上相位错开180°。

由此经曲轴复位位置的力转矩转换器，场蓄电池(FB1)作为磁活 塞K1可以在OT＝0°KW情况下把工作力+F引入到180°KW的位置，并且 同时地，场蓄电池(FB2)作为磁活塞K2可以在OT＝0°KW情况下把工 作力+F引入到相位错开180°KW的0°KW位置。

c)对称的FM-安排的原理(图172c)，场调制器的正视图、剖面 图和齿条传动的俯视图

由于脉冲平衡和较短的开关时间(较短的行程)，运动的场调制 器(FM)实施成对称的结构(FM1和FM2)。断开和闭合经过用小齿轮 拖动的反向运行的齿条进行。为了中断涡流，把场调制器极板以1-5 的编号划分成条。

场调制器(FM)在一个等势面上垂直于场蓄电池(FB)的场线运 动，也就是垂直到构成为U字形磁体的磁优势方向运动。北极用(+) 标示，而南极用(-)标示。

d)FM开关机构的细节(图172d)

在正视图、俯视图和A-A剖面中交替地示出横向的场调制器运动 如何地，由一个轴和连接于其上的电动马达的旋转运动引入，通过一 个2铰链-杠杆机构实现。

e)FM的竖直剖面(图172d)

在一个正视图、俯视图和剖视图中，另一个可供选择的替代方案 示出通过与一个三相电流-直线马达的直接连接实现的横向的场调制 器的运动，该三相电流直线马达引起在“Auf”位置与“Zu”位置之间 的振荡。

在传动供选实施方式“相反运行的齿条”、“2铰链-杠杆机构” 和三相电流-直线马达之间的区别在于磨损并且在于动能也就是场调 制器(FM)的驱动能量耗用的高低。

FKM控制，方框图(图173)

FKM控制，方框图(图173)示出，例如如何控制和在测量技术上 检测场力马达。

场蓄电池(多个PM)(图174)

用复合场蓄电池的安排示出一种协变的力引入，就是说，通过一 个第二的、同时工作的磁活塞组平行引入力+F，在“空程”中所述磁 活塞组还通过一种反振荡引起第一磁活塞组从UT位置向OT位置复 位。从而用力+F造成曲轴的两个行程。

1.2  FKM控制

FKM控制，方框图(图173)

A.控制

1.0动力

1.1通/断开关+灯

1.2保险

1.3起动器

a)圆盘转子-马达

b)  高极数(最大转矩)的三相电流-同步-永磁马达，nmax为15， 000min-1，具有最高的效率。

1.4运行时间(t)

石英振荡器

1.5蓄电池(V)的充电状态

锂离子或者锂聚合物电池

控制器灯：三相电流爪极发生器14V，(至1600W，120A)

1.6功率块的冷却(按温度要求的)

a)用排风扇外冷

b)用珀尔帖元件内冷(从FKM剩余电流供电)

2.0场调制器：用于电气控制的FM调节器

2.1  Auf/Zu

100％＝在OT＝0°KW的情况下的“Auf”

0％＝在UT＝180°KW的情况下的“Zu”

调节器A1＝在OT＝KW0°-°KW时/以后％“Auf”

A2＝在UT＝KW180°情况下总是“Zu”

2.2关闭速度(t)

线圈电流(脉冲I)的调节器

→在0°或者°的情况下OT以后FM的断开/闭合时间

2.3 OT以后KW°的关闭时间点

调节器B＝延迟关闭(0°KW至+°KWOT以后)

3.0功率控制

在运行方式1.或者2.中开关手动切换：

1.在转数和加速度调节时FKM用最大效率的工作曲线运行。

2.在加速的情况下：FKM用最大功率运行；如果蓄电池快速地放 电，就切换到运行状态1.)用最大的效率对蓄电池重新充电。

B.测量装置

有多路记录仪/示波器的输出端

1.0机械的场调制器：力、路程、时间

1.1场调制器(FM)

1.1.1在KW＝0°°-OT以后的情况下“Auf”的位置OT：

力作用在FM(N)上，

路程(mm，→％“Auf”)断开，

时间(s)(根据脉冲)

传感器：用弹簧件或者感应进行力的测量

差分线圈传感器：路程

压电传感器：力、压、冲击波

压电加速度传感器：加速度

活动磁体传感器：速度

1.1.2在KW＝180°时“Zu”的位置UT

力作用在FM(N)上，

路程(mm)，

时间(s)

传感器：

用弹簧体或者感应进行力的测量

差分线圈传感器：路程

压电传感器：力、压、冲击波

压电加速度传感器：加速度

Tauchmagneesensor：速度

1.2  延迟调节，FM关闭时间点

FM关闭调节(OT以后KW°)

1.3联杆(P)

1.3.1作用在FB1-联杆(P)上的力，位置OT：排斥OT→UT，

路程(mm)，

时间(s)，

传感器：用弹簧件或者感应进行力的测量

差分线圈传感器：路程

压电传感器：力、压、冲击波

压电加速度传感器：加速度

活动磁体传感器：速度

1.3.2作用在FB2-联杆(N)上的力，位置UT：无力UT→OT，

路程(mm)，

时间(s)，

传感器：用弹簧件或者感应进行力的测量

差分线圈传感器：路程

压电传感器：力、压、冲击波

压电加速度传感器：加速度

活动磁体传感器：速度

2.0电气设备场调制器

2.1-FM输入端(线圈电流、线圈电压V、功率W)

2.2 FM非线性电流-脉冲曲线(I)(关闭速度的)

2.3磁场：磁场传感器

2.4 FM的温度(T)，硅温度探头

2.5 FB1、FB2温度，硅温度探头

3.0场力机FKM

3.1转速(n)、测速发生器

3.2转矩(Nm)

3.3机械功率(W)

3.4电气数据

3.4.1FM-输入端(I、V、W)

3.4.2 FKM-输出端(I、V、W)

3.4.3 FKM-FM-(I、V、W)差别→效率

3.4.4 效率％

3.5功率块中的温度、硅测量探头

3.6选项：从剩余能量用珀尔帖元件电冷却，而不是用排风扇通风

3.7电阻上＝用电器其(FKM输出端)的温度，

硅温度探头

2.场蓄电池(多个PM)(图174)

复合PM和振荡OT→UT/UT→

3.场力马达

电的场力马达(FKE-脉冲转换器)

A.本发明所根据的技术领域

与磁的场力发生器对相反，场马达需要电能，所述电能先可以从 场力发生器得到(中间储存在缓冲蓄电池中)。

FKE还可以从另一个电“源”得到其电能。

在场力马达中不需要FM，然而根据本发明却应当使用磁化器或者 起电器。

B.要解决的技术任务

本发明的场力马达的题材是通过磁化器产生磁场(类似于通过起 电器产生电场)

场力马达例如可以构成为电的活塞马达。与FKG相反不利用 FM/PS，而是电的起始能量用于馈给有特殊放大器-磁芯的激励线圈， 所述激励线圈产生一个排斥的(或者吸引的)场。带有调准到材料的 工作点上并且有放大作用的无源的磁芯材料或者有有源的基质晶体的 空腔共振器的该线圈称为磁化器或者起电器。

C.  本发明的描述

据本发明下面说明磁化器-机＝磁化器马达或者起电器-机＝起电器 马达的工作原理：

1.有放大作用的磁芯的线圈

在一个高磁导率的铁磁材料(高磁导率→磁化的高放大倍数)的 工作点上有非常高的磁场放大倍数的一种机器。通过在工作点上用脉 冲压缩技术的脉冲磁化进行磁化。这种高度地非线性的，通过材料在 在工作点上磁放大了的场脉冲使之能够在所述机器中产生一个非线性 的场力冲击波(可以如同在内燃机中检测到由燃烧波阵与音速所造成 的爆烧)。

2.有源的固体磁化器/固体起电器

作为对一个“激光机”(通过光泵入激光材料中的，光冲击/脉冲 ＝的闪光)，其中磁场放大在掺杂磁性基质晶体中相干地进行。在此用 脉冲压缩技术进行一种磁的(或者在起电器的情况下电的)泵过程(有 泵频率的参数激励/放大)。从而出现一种磁地泵入进起磁材料中的磁 的“闪光”。

3.磁化器二极管、起电器二极管

磁化器/起电器工作原理

1.有起放大作用的磁芯的线圈

磁势Θ越大并且平均线圈长度越小(平均场线长度)磁的作用就 起大。

通过第1和/或第2优化方案说明本发明。

第1优化方案

在最小化Lm的情况下在Θ＝1*N的最大化之间优化最大磁作用。

结果：按一种x-y阵列或者三角网并且以z-级联布置的许多小线 圈极管比一个有大的1m的大线圈得出多得多的磁性作用。

磁场线越密，也就是磁通量越大并且磁通量穿过的面积越小，磁 体的力作用就越大。

第2优化方案

用最小化面积最大化磁通量。

结果：按一种x-y阵列或者三角网并且以z-级联布置的许多小线 圈极管比一个有大的面积A的大线圈得出多得多的磁性作用

带有磁芯的线圈作为磁放大器

所述磁芯在最大的控制情况下是饱和的；从饱和起不再有放大作 用。根据本发明在工作点A3(μmax)在优化的磁芯和线圈采用最高的放 大系数，因为这样能量投入是最小的而放大作用是最高的。上述的优 化准则对场力马达的效率是决定性的。

其它的优化准则

a)在软磁材料中注意退磁系数N＝1有-(BH)max(负能)。首先 优化磁芯，然后优化线圈。

b)与在PM的情况相同，在优化时利用优化对磁体重量的附着力 (在此，视结构而异有磁芯+线圈+回输)(优化的比例V＝H/G)。

c)横向的力-路程特性曲线也是对横向机有重要意义的。

d)磁芯可以叠层(用氧化绝缘层抗涡流损耗)，要注意结晶各 向异性等等，在某些条件下可以采用颗粒定向的薄片。

e)采用高磁导率的材料

在优化时要注意：从所有合金的最高μmax着手并且采用属于合金的 感应Bopt[T]，这是最大放大系数的。

这在一个阵列和级联安排中得出许多小的磁化器(磁化器-蓄电 池)。

特别有利的是采用由叠层包(由于涡流和自旋驰豫)组成的单晶 体。

f)注意在小的H的情况下的脉冲磁导率和感应升高。

g)注意由几何状态决定的磁芯的共振现象(反复磁化损耗)。

通过脉冲磁化+脉冲压缩的感应

在场变化的情况下接通和关断时(脉冲磁化+脉冲压缩)在磁化器 得到非常快速变化的磁场(因此在一个第2线圈/导体感应环中感生高 的电压)，与此同时得到一个大的磁通量的变化。

带有导通的放大器磁芯的起磁化器/起电机

结果：由于在A3确定的铁/亚铁磁芯的放大作用。

该由优化的线圈和调准的放大的磁芯的单元，我们称为起磁化 器，或者在铁电体/铁电材料的情况下称为起电机，因为它通过用时间 上高度地压缩的电流脉冲(非正弦波形的电流/电压)具有脉冲压缩的 脉冲磁化(脉冲起电)，按马达的冲程，在一定的情况下经一个缓冲 蓄电池从场力机馈电，在材料的工作点A3上，放大地和脉冲地运行。

2.有源的固体磁化器/起电器

带有掺杂基质磁芯作为磁感应发射泵的空腔谐振器

磁固体磁化器/起电器原理

本发明与激光的近似在于，在磁化器中磁泵汲磁活性材料。

所述的有源场-固体磁化器，在电的情况下是有源的固体起电器， 可以用不同的基质晶体实现。

该原理在于一种放大器磁芯(基质晶体加上掺杂的磁/电活性原 子)和感应的/或者激发的磁/电发射(＝有源的磁化器/起电器)

在一个磁活性的铁/亚铁磁芯的工作点上，把此借助于磁的泵汲作 用通过一种强的磁空腔谐振器迫使去强力激发的磁发射。这种相干的 磁放大作用基于一种磁的粒子反转。一种掺杂杂质原子的基质晶体可 以用作活性的磁材料，例如用钕、镝、铒、钬等等掺杂(约1％)。在镧 族中，在相对内层深处的磁能状态，即所谓的4f层，相继地用电子- 自旋转矩填满。在晶体中决定磁的键合状态(交换整合)的外电子层 自旋矩对4 f层的干扰极小。因此4f层具有特别适用于产生固定频度 的起磁射束的准确磁能状态。

对所述活性材料调准必须与吸收匹配的振荡频率。

HF场B’双向地激发所述过渡：

吸收，其中在一个能量上较高的状态中翻转自旋；以及被迫的发 射，其中自旋在一个能量较低的状态中翻转。吸收H-F场抽取从能量， 而发射供给HF-场一些能量。这些过渡取决于占据率和初始状态。

作为对磁/电空腔谐振器的可供选择的替代方案可以采用一种高 效大功率的磁化器二极管/起电器二极管进行泵汲过程(磁激励产生磁 反转)。

上述的原理还可以类似地在铁电/亚铁电系统中起作用；在此不是 自旋而是晶体上的表面电荷对起电器起决定性的作用。

通量量子感生的或者激励的磁发射/电发射

磁通量子(对于电的通量量子也类似)的例子。

一个能量EF＝E2-E1的通量量子可以在一个从一个较高的磁自旋转 矩能级E1激发到较低的磁自旋转矩能级E1(过渡速度)→M-发射。

然而所涉的磁能通量量子还可以吸收，并且是从一个较低的磁自 旋转矩能级E2提高到一个较高的磁自旋转矩能级E2(过渡速度)→M- 吸改。

为了得到强力激发的磁发射，必须有一种磁的粒子反转，就是说 N2＞N1；所述磁粒子反转借助于一个强大的磁/电空腔谐振器被磁泵汲强 迫。

所述M-发射/M-吸收原理还可以应用到M-宏上(自旋转矩集体) 上，譬如晶胞、单晶、在固体中有其自发取向的颗粒(自旋转矩宏)- 类似于单个的电子自旋转矩。

共振器＝磁的干涉仪

磁化器可以用活性的磁材料，在起电器的情况下可以使用电活性 的材料，在一个磁共振器中装上两面磁镜。在所述的磁共振器中形成 一种驻磁波(磁通量子)，所述驻磁波沿纵方向运动，一再穿越所述 磁活性的材料并且磁相干地放大，而其路径斜向于纵轴的这种磁波非 常快速地离开所述磁的活性材料并且不进一步地受放大(注意结晶各 向异性)。在集束/放大的情况下，注意引起对这种效应共同负责的磁 折射。

磁镜S1有一种100％的磁反射，而输出耦合磁镜S2有很少的磁发 射。由此不断地输出耦合通量量子的一小部分。

磁化器或者起电器以脉冲方式工作。

共振器品质因数

在磁泵汲过程中人为地压低共振器品质因数Q，从而不起振所述磁 化器并且建立一种高的磁粒子反转。如果在一定的时间点提高Q值(Q 调制器)，在一个短的、高功率的磁脉冲中全部储存在共振器中的磁 能量就卸载。

结果：磁的高度单能性和与之相关联的空间相干和时间相干。

Q调制器：嵌入共振器中的磁的或者电的单元。

磁/电Q调制(Qm/Qe切换)

如果上述的起磁状态/起电状态的寿命不是太短，在磁介质或者电 介质中可以储存磁的或者电的反转的激励能量。如果同时抑制磁化器 振荡/起电器振荡，在上述状态的衰落时间内就可以用一个持续波磁化 器/持续波起电器把磁场能或者电场能泵入到一个磁介质/电介质中。 为此采用一种Q调制器，所述Q调制器强烈降低磁化器/起电器共振器 的Q值。这在一个短时间内构成一种磁的或者电的场放大，所述的场 放大远远超过持续振荡状态的饱和的磁或者电的放大作用。通过开路 所述Q调制器这种较大的放大短时间引起磁的或者电的巨脉冲发射。

最高功率磁化器/起电器

通过适当的磁或者电的放大器可以提高磁场能或者电场能。为了 达到极高高的功率必须在放大过程中先人为地延长磁的或者电的场脉 冲(由于在放大器介质中极端的功率密度)。在放大以后就再压缩磁 的或者电的场脉冲，所述场脉冲就以其极端的功率供在短时间的磁化 器或者起电器中使用。

磁活性材料

例如在掺杂的基质晶体中的铵(Nd如独立原子的冷冻气体那样)； 基质晶体必须有突出的磁质量和大的热导率废热。

磁镜

例如用周期性的磁折射率调制。

3.磁化器二极管，(半导体磁化器)起电器二极管(半导体起电 器)

磁的或者电的能带间隙是磁的或者电的半导体材料的特性。

磁的反转可以通过在一个有PmNm结的磁半导体中注入磁化载流子 (基于磁子(μB-)和磁子空穴(μB+)的磁控管和磁控管空穴)达到

磁子空穴是正磁化的、非占位的电子自旋状态(μB+)并且可以在 结区发射一个光子(磁控管)的条件下与一个磁子自旋状态(μB-)“复 合”。

在磁半导体中PmNm结的正向运行：

在结区磁控管导导带中的磁控管与磁控管空穴彼此相遇(参见磁 控管学)并且能在发射一个磁射线(磁控管)的条件下复合。

磁化器二极管或者起电器二极管可以按微(微磁控管学)结构和 或纳结构(纳磁控管学)制造。

M-或者E-半导体系统：  (一个M-或者E-晶体的裂隙面形成磁驻 波共振器的端镜。有源的PmNmPm区+层列仅几个μm厚。M-共振器长度L ＜1mm。

应用：小型机等等，纳结构

场力马达的工作原理

1.双磁化器原理

把两个磁化器或者起电器以排斥的(或者吸引的)位置(在斥力 内反向并联)纵向地对置，可活动地安装在一个轴上(图17 5)。

与场力发生器相反，在其间没有场调制器，两个磁化器几乎相接 触，从而可以直接地利用在磁极上的极度排斥的脉冲场力，而气隙不 降低磁通量。

这例如可以把极形构造成凹的或者按磁折射率构成(均匀化的 场)或者选择一种亥姆霍兹线圈-安排，以能够把排斥的或者在转换极 性时吸引的场力均匀地传输到极面上(＝匹配在工作点A3上并且避免 在材料中过高的机械应力集中)。

可以把各一个初级磁化器在UT的情况下与第二个磁化器结合，以 把振荡的运动也相应地在UT的情况下与排斥结合并且在OT的情况下 与排斥结合，从而也利用负的行程-h(图176)。

a)排斥，b)吸引-F，c)排斥(转换极性)(d)吸引-F

注：

1)无脉冲补偿：一个磁化器是固定的，一个磁化器振荡。

2)有脉冲补偿：两个磁化器振荡。

可以采用一个固定的磁化器(定子)和一个运动/振荡的磁化器(转 子)作用为活塞(如同地FKG的情况下在此没有用FM实现平衡状态) 从而可以在机器中利用在OT的情况下的排斥的力和在UT的情况下排 斥的力(对置式发动机)。

然而由于脉冲补偿也可以有两个相反运行的磁化器。

也可以采用一种活动线圈结构，这种结构在行程方面有较好力-路 程特性曲线，所述特性曲线可以使转矩变化的转角与曲轴匹配(图 177)。

还可以把PM横向原理用作活塞机(图178)在此情况下气隙保持 不变。

技术信息

由于快速振荡运动的质量可以例如采用铝而不是铜制的空气线圈 降低动能-于是起磁化器的功率重量(由于密度和电阻率比)几乎改善 两倍。

同样地气冷或者水冷等等提高功率并且降低焦耳损耗。

在起电机的情况下取代线圈用一个板对产生电场脉冲。

2.  一个起磁化器和一个感应器-原理

起磁化器用较长的铁磁-亚铁磁芯固定地(定子)布置，并且在该 磁芯上运动的AL感应器(AL环或者次级线圈作为感应活塞转子)中产 生一个强大的涡流：在接入时线圈电流的改变在AL-环中感应出一种电 流，其磁场与线圈的场方向相反(楞次定律)。该环被排斥。

在关断时这两个场是相同方向的。所述环受到吸引。我们把这种 AL环用作活塞，从而可以在所述机器中利用OT情况下的排斥力和UT 情况下的吸引力(图179)。

此外所述机器还可以采用一个在UT的情况下定位的第二磁化器 (在-h的情况下利用+F)，从而在接入第二磁化器的情况下排斥扩充 初级磁化器的吸引(添加力/冲击波)图180)。

M＝磁化器，I＝感应器。a)M1、2固定的，I振荡的

此外由于脉冲补偿还可以还有两个相反运动的转子(磁化器/A1 环)。

可供选择的替代方案

如同在纯的磁化器运行那样(没有感应器)可以为另一个力路程 特性曲线采用活动线圈感应器原理或采用一个有横向行程运动的横向 感应应器原理。

3.功率放出

在场力发生器的情况下功率的放出如下进行：

a)经行波同步发生器(直线机)直接产生初级能量

b)经平动-旋转转换器向：

-三相交流同步发生器放出或者

-把转矩直接作为机械驱动。

在转换功时采用联杆长度改变器-所述联杆长度改变器使得能够 在OT处(视结构而异，在一定条件下也在UT处)，直接地和间接地 用一个在＝90°KW的最长的杠杆臂而不同象迄今的内燃机中传统曲轴 时那样视ρmax而异用6°至12°KW的杠杆臂，转换排斥的冲击波-场力。

D.本发明的有利作用

根据本发明的有磁化器/起电器的场力马达有各种优点。

产生场力马达的功

与FKG相反，在FKE中为了产生排斥的(或者吸引的)场力利用 一种激励系统(有磁芯的线圈＝磁化器，或者活性的固体磁化器或者半 导体磁化器)取代永久磁场。类似地可以采用不同原理的起电器(电 场基础)。

选择性地可取代一个对向磁化器采用一个感应器，其中磁化器的 强磁脉冲在感应器中产生一个有排斥场的感生的涡流。

该马达类型的优点在于一个方面用很少的外部能量输入出现一个 调准的并且非常高的放大作用，而另一方面通过法线方向的场强出现 与切向作用的马达相比高得多的效率，尽管切向工作的场力机同样地 也属于本发明的权利要求(旋转场力机(FKG、FKE)。

因此，这两个机器类型FKG和FKE作为行程活塞机与经典的旋转 电磁化器比都有完全不同的力/转矩和功率发展。于是用作驱动机组它 们在应用时开发出明显改进的动力，并且在FKG的情况下场蓄电池的 能量永久地存在。在此方面，通过场力发生器在一个源的意义上“产 生”能量，因为永磁的场能转换成机械能。

由于高至极高的放大作用，所述机器可以输出高至非常高的动 力、瞬态力和瞬态转矩。与常规的电驱动的机器(马达)相反，它消 除了众所周知的传统电动机的加速惯性(参见例如汽车)。

4.联杆长度改变器(PV)

A.本发明所根据的技术领域

本发明基于以相当高的效率把直线运动转换成旋转运动的力-转 矩转换器。

B.所涉现有技术

在传统的曲轴(力-转矩转换器)情况下，在一个活塞内燃机的最 大燃烧压下(参见P、V图线)于约6-12 °KW引入功。

也就是用于在最大压下产生最大转矩的杠杆臂相对地小。

C.要解决的技术任务

本发明的题材是一种在90°曲轴的的情况下引入力并且转换成转 矩的联杆表度变换器。

D.本发明的描述

因为力在磁体之间间距是零的时候是最大的，并且该力还应当用 90°KW时最大的杠杆臂转换，所以发明了4个变例的联杆长度变换器。

原则上活塞在OT位置或者UT位置保持不动直到曲轴的曲柄轴颈 从0°(OT)转向90°(OT’)或者从180°(UT)转到270°(UT’)-高度 差由联杆长度变换器补偿。

＝90°KW时用杠杆臂的曲柄传动：联杆长度变换器

所述场力机中存在一种对与传统的曲柄传动相比解决办法不同的 基本要求，因为在OT处力-路程特性曲线非常强地下降(在磁极面上 沿法线方向的磁向量势，类似于为库伦势)，如果不通过适当的极面 形状或者活动磁芯系统等等在力-路程特性曲线中把它整平，它就总是 在OT于其力的最大值时开始，而不是在OT以后6-12 °KW，如同奥托发 动机或者柴油机压最大值那样。

本发明的联杆长度改变器的目的是在＝90°KW引入脉冲力并且引 入一个在曲轴继续转动直到＝90°KW的期间OT处＝0°-90°KW时PM-活 塞的静止阶段。从而赢得了时间(PM-活塞不运动)，以把场调制器运 动上较慢地从平衡位置转换出，并且使得能够建立场压(在OT时的Auf 位置＝PM不平衡)，或者在固定的方案中在OT处去活FM中的对应的场 (→PM的排斥)。

同样的原理对UT位置也适用，其中运动的FM重新运动回Zu位置， 从而PM活塞在其通向OT位置的路程中不相排斥(平衡状态)。

所述主动的固定FM也有用最大压建立场力的时延问题，从而可以 利用＝0-90°KW时PM的停滞时间。

用联杆长度改变器(PV)的方案变例：

1.相对于KW轴的高度函数MKZ和ΔVHZ

带有KW上的凸轮盘NS和推杆

a)明确的方案

b)含蓄的方案

2.相对于KW-Hz-轴的高度函数ΔVHZ

带有KW-Hz上的凸轮盘NS和推杆＝含蓄的方案(改变器系统随同 旋转)

3.补偿传动

两个改变器-联杆，K1和K2各一个，约180°错开HZ(Δ)。

4.固定的补偿凸轮

K1和K2的1个改变器-联杆带有分开的1/2HK1和1/2HK2的行程 分配器。

PV的功能

1.运动学原理/PV的任务

联杆长度-改变器(PV)的任务是，在曲轴继续转动的同时，于UT 位置ψ＝0°KW与位置OT’ψ＝90°KW之间把活塞在其位置上保持不变。

上述同样的PV运动学功能在UT位置ψ＝180°KW与位置UT’ψ ＝270°KW之间实现。

PV的伸长和缩短通过一个有ΔP1的可变的上联杆P1达到＝第二曲 柄传动。

同步并且对曲轴-转动相位相关的长度控制可以按下面说明的不 同的原理进行。

2.ΔP1联杆长度改变的结构

2.1伸长/缩短的功能部分

如果FM是“ZU”，在伸长/缩短的功能部分中就没有力传递进行 →为ΔP1-改变器去掉负荷。

在正弦形的FM2开启时和同时的FM1的FM关闭时，在1/2的FM 运动以后在P1或者ΔP1改变器上的力引入占优势。

当然还可以用另一种功能的凸轮移动运动学的FM(甚至断开和闭 合不同)或者机械地脱离耦合并且用一个直线马达短时间地在＝90°或 者＝270°之前非常快速地移动运动学的FM，如果没有延迟时间的话(注 意动能、PM吸引和涡流力)-在此前的时段中ΔP1改变器没有力引入。

2.2ΔP1-长度改变

由于长度差或者凸轮差(各1/2ΔP1)应当在凸轮上最小化ΔP1-长 度改变-决定性的是P1’-长度变换器的转换比→取代在KW上的NS→在 HZ上的NS。

2.3磁活塞K2的反运动

在第二活塞中ΔP12的运动是相反的(ΔP11伸长，而ΔP12缩短)， 因为曲柄轴颈HZ处在相反的KW位置。

2.4力引入

决定性的是位置OT1’(力引入+F)和UT1’(力引入-F)。联杆长度 Δ P1在位置(3)(＝拐点＝180°)完全伸开，MKZ通过在＝180°→＝270° 之间的缩短达到最深的点-UT1’，从而由长度ΔP1也就是说从MKZ位置 得到行程。

1.5相位错开的磁活塞K2

活塞K2在控制图上相位错开180°，就是说当K1在位置(2)时它 处在位置(4)中，两者在此位置都由于PM的场蓄电池有力+F。

3.ΔP1控制图

3.1明确的方案(图181、182、183)

所述PV由上联杆P1和下联杆P2组成。

PV是一个在上活塞销(OKZ)中第2个曲柄传动并且结合进上联杆 P1中，它引起对曲轴位置相位正确的长度补偿ΔP1。

3.2含蓄的方案(图184)

含蓄的方案比明确的方案少一个铰链。

PV是一个在上活塞销(OKZ)中第2个曲柄传动并且结合进上联杆 P1中，它引起对曲轴位置相位正确的长度补偿ΔP1。

所述PV由上联杆P1和下联杆P2组成，其中OKA结合进曲轴的曲 柄轴颈(HZ)中(少一个铰链→较短的总结构长度，从而发生器/马达 的重心低)。

3.3曲柄轴颈-位置

图(185)示出用活塞K1的PV运动学状态

图(186)示出用活塞K2的PV运动学状态

该运动学图示出，如果HZ-K2对K1是180°(＝90°-Δ)，K2的 Δ有个-符号，因为从镜像的位置OT2＝0°(＝在K1＝180°的情况下的 UT1’)伸长了ΔP。

为了在行程中与K 1对称，并且使K1-K2相反运行地振荡，K2系 统必须是完全镜像反射(红色图)，由此在＝90°的情况下Δ有+符号。

结果：行程的相位，面对K1伸长/缩短改变。

3.4有对称的力引入的ΔP1的控制图

功+力和空程-F作为做功行程(图187)

4.联杆长度控制

4.1原理A＝高度函数MKZ和相对KW轴线的ΔVHZ(图188)

用凸轮盘和在曲轴KW上的推杆的结构

平均活塞销MKZ和改变器曲柄轴颈VHZ的控制通过一个相对曲轴 一起转动的凸轮＝凸轮NS进行。所述推杆与PV连接，参见图示“机械 结构”(图182)。缺点：非常尖锐的曲线函数，在凸轮的凹点有对滚 动半径RNR的滚落问题。

用于：

a)明确的原理

b)含蓄的原理

原理A的图示：K1和K2的凸轮结构(图188)

4.2原理B＝相对KW-H2轴线的高度函数ΔVHZ

凸轮结构(图189)

经KW和PV的剖视图(图190)

KW和PV的正视图(图191)

用凸轮盘NS和在KW-HZ上的推杆的结构＝含蓄的原理(一起转动 P-改变器系统)。

通过该变例避免了在凸轮上的非常尖锐的凹点，并且在HZ上一起 转动凸轮在几何状态上较小，因为不必像在原理A的情况那样实现大 的行程差去控制PV。

于是，推杆与联杆总是在其角方向上相关联而不是在其高度位置 上相关联；在联杆P2上设置一个用于引导推杆和相对推杆运动的滑轨 装置。

4.3原理C＝补偿传动

原理C：补偿传动，概述(图192)

悬臂和元件标记(图193)

原理C1曲柄传动，原理C2偏心传动(图194)

有2个改变器联杆的结构，对K1和K2各有一个，约180°错开HZ (Δ)。

同柄轴颈HZ1经一个悬臂在其角度位置和一个r＝1/2ΔP的齿轮的 半径差上错开(r＝1/2个在位置不变的PZ的情况下在HZ3的实际孤与 标定弧之间的高度差→联杆长度变换)。并且设有一个局部的和一起 随着转动的PV传动或偏心传动，其控制用该齿轮进行(＝补偿传动)， 所述齿轮视控制功能而异用外轮Za或者内轮Z1耦合。

就是说，PV的轴结合进曲轴曲柄轴颈HZ2的新位置下，不是像原 理A和原理B那样放在外面。

结果：联杆的HZ3于是在一个补偿弧上＝标定弧(半径与中心在PZ 中作为PZ的相对并且瞬态位置固定的点)绕HZ2运动，而不是在HZ1 在实际弧上运动。结果：在KW从＝0°至＝90°KW转动的过程中联杆销 PZ在其位置上被卡住不动，结果是活塞在KW转动时不改变其OT位置； 这对UT位置也是同样的。为了不出现PZ运动，应在该阶段时进行行 程的夹持(例如磁性的)，从而HZ 3也跟随所述标定孤。

原理C1：P-改变器-曲柄传动

原理C2：P-改变器-偏心传动

振荡Δ P∶0→ΔPmax

1.HZ2在标定弧上运动

2.取消ΔP

a)用齿轮的曲柄传动，传动比i＝4∶1

b)用齿轮偏心传动，传动比i＝4∶1

传动比i：HZ运动＝45 °

→VP转动α＝180°

→i＝4∶1

→VP在标定弧以后用HZ3补偿实际HZ1

3.齿轮耦合

a)外轮Za360°

→在UT→UT’的情况下没有用HZ3的补偿

b)接受在UT→UT’之间行程的下振荡

如果没有活塞K的力，就o.k了→仅Za

c)外轮和内轮各划分180°

→在UT→UT’的情况下补偿

→转动方向反向

d)行星齿轮传动

P在行星齿轮上，Za固定的/补偿轮1/2ΔP UT→UT’，

Z1＝曲轴轮

Zp＝行星轮

4.在PS中H-运动夹持(例如磁地)S，无齿轮

4.1→没有高度移动OT→OT’，但是P转动β。

4.2OT’→OT→然后松开夹持S(＝停止)，

行程H进行到UT为止。

4.3UT→UT’→夹持“Ein”，P摆动回β并且HZ3作好准备，因为 长度H由P固定。

4.4UT’→OT→-H移动，如在4.2的情况

4.4原理D＝位置固定的补偿凸轮(图195)

有单独的1/2H K1和1/2H K2行程分配器的K1和K2用1个改变 器-联杆的结构。

凸轮KS是一种位置固定的KS，有外KS和内KS，在外KS和内KS 的有标定弧的导轨中螺栓型滚轮滚针轴承作为可变的HZ1一经一个振 动的悬臂耦合地与曲柄轴颈KW的HZ连接一具有与HZ1耦合的联杆P- 如此地运动，使得在标定弧上得出-相对于曲轴位置的-联杆长度改 变。

在内KS上有锐拐点，所述锐拐点可以通过在内轨道上敷设厚度d 的材料改形成为一个对外轨道等距的曲率半径，从而可以得到较少的 非线性滚落和较少的磨损。螺栓型滚轮滚针轴承的半径得出有对应的 加速功能的等距导轨。

联杆长度改变器扩展到活塞内燃机、压缩机、泵和其它的力-转矩 转换器的的本发明应用

1.传统的活塞机

传统的活塞机按4个冲程工作

吸汽-压缩-燃烧-排出。在此自从马达发展开始在传统的活塞马达 中就没有采用新的运动学原理(除了回转活塞马达以外)。对马达原 理的扩充是通过涡轮增压器/压缩机、空气冷却器、阀门控制和根据机 器的瞬时运行状态进行压缩匹配的行程控制。

b)用联杆长度改变器的8-冲程机器：8-冲程的马达/压缩机/泵

约4-8因数的功率提高/损耗降低

相对于传统的活塞马达的优点：相对于可比较的传统活塞机，约4 倍的转矩/功率或者对应的损耗降低。

2.1新运动学原理

所述8-冲程马达/压缩机/泵根据本发明按照新的运动学原理，即 联杆长度-改变器的原理工作，所述新原理在活塞内燃机(汽油机、柴 油机、煤气机)的情况下不论是转矩还是功率都可以提高约4倍。

2.2提高热效应

2.2.1热效率

此外用这种新型的结构还可以在吸汽/压缩和排出时通过各2个另 外的冷却阶段提高热效率。

2.2.2较好的混合组成

此外由于整个工作过程的一种新颖的定时控制还在附加的冲程中 自动地有一种明显较好的混合组成，这同样地导致功率提高。

2.2.3较好的燃烧

此外联杆长度改变器运动学还使得能够有一种较好的燃烧而不必 在工作冲程中减轻气体的压，这同样地导致功率提高。

2.2.4本发明的其它效果和有利的作用

本发明的联杆长度-改变器还使得能够

a)在具有完全物质平衡(振动小)的较小的空间上有较大的功 率。另外还有

b)在空程中还有一个工作冲程工作并且

c)所允许的最高转速较高(由于另一种提前点火-控制)。还有 的是

d)如果有使用联杆长度改变器的一种增压器和8-冲程原理，进 汽度较高。

3.本发明的结果

不论是经济上还是在生态上的效果都有益于消费者-与现有的内 燃机相比提高功率或者降低消耗约4-8倍。这在国民经济还有温室效 应(CO2排放)方面都有意义。

这种新颍的联杆长度改变器原理还可以用于压缩机、泵和其它的 力-转矩-转换器上。

本发明的有利作用

一种根据本发明的联杆长度改变器具有各种优点。

本发明的PV的结果是，在90°KW引入力和功(W＝∫F·S)得出明 显大的转矩(M＝F·r)并且还类似地提高机器的功率(P＝M·ω)。事 关功的转换，就是说，必须保持路程s(行程h)不变，由此曲柄轴颈 必须有一个半径r＝s(不是传统的r＝s·0.5)，于是，由在90°KW(OT1) 引入所决定、在PV的情况下只利用1/20T-UT段。

如果在p、v图中功保持不变(W＝∫F·S)而经过带有结合进的PV 的力-转矩转换器的转换得出较大的转矩，对应于变换比在传统的曲轴 中功或者能的转换效率要大得多。

联杆长度改变器的结构选择得，即使在UT处负的行程(-h)也可 以加以推力(在+h＝90°KW至180°KW时+F，并且在-h＝180°W至270°时 -F)。

在联杆长度改变器的情况下运动时间和动能

在OT’以后’时的OT移动附加地作用，在联杆的该匹配时间(联杆 缩短从270°至90°K W)内，由于联杆长度改变器PM活塞静止在位置 OT中，直到在’(最大90°K W)曲柄滑导到来。在此静止的时间内FM 可以比在普通曲柄滑导中运动时在OT处横向明显慢的多驶出/驶进(向 “AUF”位置或反之向“ZU”位置)，由此，因为在FM的情况下很小 的加速/迟滞，可以节省许多动能。

该停留时间在KW＝90°就开始了，因为PM活塞是静止的并且KW 在该时间内继续转动到＝90°并且联杆还延长ΔP1。

在使用固定的FM的情况下可以显著地延长切换时间-在传统的曲 柄滑道的情况下，尽管还没有达到最大的力活塞已经从OT向下运动 了。

以下的联杆长度改变器变例是本发明的权利要求：

原理A：相对于KW轴的高度函数MKZ和ΔVHZ

原理B：相对于KWHZ轴的高度函数ΔVHZ

原理C：差动传动

原理D：位置固定的补偿凸轮

所述联杆长度-改变器还可以用在活塞机-内燃机和其它的当把平 移有效地转换成旋转的机器中使用：用作高效的力-转矩转换器。

5.磁-电的场力机(FKM)

FKM系统构形代表这两种上述的FKM子系统和场力发生器工作原 理，在一定的条件下带有半导体场调制器和场力马达，一定的的情况 下有一个相互调准的函数关系的联杆长度改变器，从而给出一种完全 新型的动力源：本发明的场力机。

工作原理

1.场力发生器(FKG)

如在以上的说明中所描述，作为场力发生器FKG的场力机，经用 场调制器达到的磁的(磁体)或者电的(驻极体)平衡-不平衡-平衡 状态首先产生机械能(力或者转矩)，然后可以把所述机械能用于产 生初级电流(振荡的行波直线机、三相电机等等)。FKG固体状态方案 不需要运动的部分并且可以直接以感应的方式产生初级电流，如果把 固定的FM切换“Auf”和“Zu”→从时间上快速地-通过FM-切换过 程-改变的磁场产生电流(固定的场调制器、FM-类型→FM-系统；M- 半导体-FM)(图196)。

2.场力马达(FKE)

场力马达需要外部的电初级量，所述初级能用放大器在磁化器或 者起电器中加倍。

该放大作用是巨大的，从而根据本发明得出一种新型的高动力的 电机，所述的电机-在巨脉冲的基础上-输出一种大的力或者大的转 矩。

场力机系统

通过把场力发生器与场力马达适当地连接出现一种新的自主的驱 动系统；场力机用作新的能源或者驱动系统(图197)。

场力机的附图标记、符号

1.     FKM系统

FKM    场力机

       通过2个永磁体或者2个永久驻极体

       并且通过一个场调制器起作用

FKG         场力发生器

M-FKM       磁的场力机(Basis PM)

E-FKM       电的场力机(Basis PE)

WKM         热力机

FM          场调制器

PE          永久驻极体(电硬的铁电/亚铁电材料

PM          永磁体(硬的铁/亚铁磁材料)

PS          超导永磁体

FB          场蓄电池(沿x-y阵列和z级联的元磁体/元驻极体

            (钮扣电池)的多重排列)

M-FB        磁场蓄电池

E-FB        电场蓄电池

FS          Fluβleitstücke

FP          Fluβplatte通量板

PS          极靴

EG          电发生器

EB          电蓄电池

MB          磁蓄电池

FKE         场力马达，场力发动机

M-FKE       磁场力马达，磁场力发动机

E-FKE       电场力马达，电场力发动机

FQT         场量子晶体管

ET          电子-晶体管

SL          超导体

SM          超导磁体

2 FKM       参数

I           电流

F           力

M           转矩

A           极面积

B           磁感应(磁通密度)

H           磁场强度

J     磁的磁化强度(对通量密度的材料数量)

μ0   磁导率常数(磁的场常数)

μ1   相对磁导率

μ    磁导率

d     气隙长度

s     FM密度

Tc    居里温度

OT    曲轴上死点

UT    曲轴下死点

KW    曲轴

    曲轴角

h     行程

联杆长度改变器的标号、符号

元件

KW    曲轴

WZ    曲轴销

HZ    曲柄轴颈

K1    活塞1

K2    活塞2

PZ    曲轴联杆轴颈

OKZ   上活塞销

MKZ   中活塞销

UKZ   下活塞销

P     联杆

P1    上联杆

P2    下联杆

P1-K1(I)  活塞1的联杆P1，侧面1

P2-K1(I)  活塞1的联杆P1，侧面1

P1-K2(I)  活塞2的联杆P1，侧面1

P1-K2(I)  活塞2的联杆P1，侧面1

P1-K1(II)  活塞1的联杆P1，侧面2

P2-K2(II)  活塞1的联杆P1，侧面2

P1-K2(II)  活塞2的联杆P1，侧面2

P1-K2(II)  活塞2的联杆P1，侧面2

KS         凸轮盘

NZ         凸轮盘

NS-K       凸轮活塞

NS-FM      凸轮调制器

NR         凸轮辊

S          推杆

S-K1(I)    推杆K1侧面I

S-K2(I)    推杆K1侧面I

S-K1(II)   推杆K1侧面II

S-K2(II)   推杆K1侧面II

S-FM(I)    推杆场调制器侧面I

S-FM(II)  推杆场调制器侧面II

K1-V(I)    活塞1，ΔP1长度改变器，侧面I

K2-V(I)    活塞2，ΔP1长度改变器，侧面I

VWZ    改变器销

VHZ    改变器曲柄轴颈

VPZ    改变器联杆轴颈

参数

CL-V   联杆长度改变器中心线

CL-KW  曲轴中心线

ΔP1    联杆长度差

ΔP1-K1(I)  活塞1联杆长度差，侧面I

ΔP1-K2(I)  活塞2联杆长度差，侧面I

      曲轴角

Δ    不对称的HZ-差ΔP1≠H在＝270°KW的情况下

OT      上死点，在＝0°KW的情况下

OT’    上死点，在＝90°KW的情况下

OT’    上死点K1，在＝90°KW的情况下

        对称的结构，在ΔP1≠H的情况下

OT1’   上死点K1，在对K1＝9 0°-Δ的情况下

        不对称的结构，在ΔP1＝H的情况下

UT      下死点，在＝180°KW的情况下

UT’    下死点，在＝270°KW的情况下

UT1’   K1的下死点，在对K1＝270°+Δ的情况下

        不对称的结构，因为H≠ΔP1

        (→ΔP1＝H，于是就对称)

UT1’   K1的UT，在对K1＝270°+Δ的情况下

        对称的结构，在H＝ΔP1的情况下

H       行程

Rv      半径VW-MKZ＝1/2ΔP1(＝1/2ΔRKW)

RKW     半径KW-HZ

+F      力在+H的情况下

-F      力在-H的情况下

      水平

联杆长度改变和行程的结构的标号、符号

原始数据

FB    场蓄电池＝磁体直径

Heff    有效行程

H/D     行程对镗孔的比

        (短行程0.9...0.7-长行程＞1→1.1...1.3)

RKW     半径KW-HZ

P2      ＝λ·RKW

Λ      ＝1/r；r＝曲柄半径，1＝联杆长度，可变

        ＝3.0-4.5

        (Voge1专业书，K汽车手艺技师考试)

联杆-三角PZ-HZ-MKW

MKW    曲柄中心

a      ＝RKW

b      差MKW-PZ在＝90°KW(OT1’)的情况下

c      联杆长度P2＝λ·RKW

P1 伸长/缩短Δ P1

 ΔRKW   ＝c-b

 ΔP1    ＝RKW+ΔRKW

行程

H      ＝RKW-ΔRKW

HK     ＝1/2H在两个相反方向工作的活塞时的行程，每个活塞

距中心FB

ΔH    在-Δ时的高度差

ΔH    在+Δ时的高度差

行程/镗孔

H/D

极限速度

vmax   极限速度＝Hf

(在H/D＝0.9-0.7的短行程条件下Vmax＝16m/s)

f     频率

n     转速

联杆长度改变器的原理A、B、C、D

原理A：相对KW轴的高度函数MKZ和VHZ

RNS    凸轮盘半径

Δ MKZ 高度函数(ΔMKZ水准)

ΔVHZ 改变器-曲柄轴颈高度函数(ΔVHZ水准)

ΔR-NS 凸轮半径改变函数(滚动曲线)

RNR    凸轮辊半径

S          场调制器厚度

d          气隙

原理B：    相对于KH-HZ轴线的高度函数ΔVHZ

没有新的零件和参数

原理C：    补偿传动

A          横臂，刚性的

HZ         原始KW-曲柄轴颈，在＝0°的情况下

HZ1        结构-HZ，与R’KW的交点RP

HZ2        在横臂A上的新的KW曲柄轴颈

HZ3        与联杆连接的旋转的曲柄轴颈→

通过在Za上滚动齿轮Zp在标定弧上运动

P          联杆

VP         改变器-联杆

PZ         改变器轴颈

PZ’       联杆轴颈在UT的情况下

Za         外齿轮

Zi         内齿轮(曲轴轮)

Zp         行星齿轮

E          偏心轮

参数

B1         HZ实际弧

B2         HZ标定孤

B3         HZ3实际弧

B4         HZ3标定弧

ΔP        联杆长度改变

I          传动比

VP α      带有HZ3的旋转角改变器-联杆

β         在新的位置OT＝0°和OT’＝90°之间的联杆角

γ         改变器-联杆角＝45°，在＝-45°、+45°、135°、225°时

HZ    HZ的KW角

Rp      联杆弧半径＝c

R’RW   MKW向半径Rp与在中心线的平行线a的交点

a       ＝半径RKW，位置HZ3＝与Rp的交点R’KW

b       计算：√c2-a2

c       ＝Rp

d       ＝RKW+b-C

g       ＝RKW+b

e       ＝偏心率

S       ＝夹持(停止)

原理D：补偿-凸轮盘位置固定的

A       横臂带有在HZ中的铰链

KS      位置固定的凸轮盘

KR      螺栓型滚轮滚针轴承

WP      在内曲线上的拐点

d       为在拐点构成一个半径的材料添加

B1      Hz1标定弧(上轨道+H)

B2      Hz1标定弧(下轨道-H)

文献选编

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11.   Bosch，Kraftfahrtechnisches Taschenbuch，A24 Braunschweig/Wiesbaden：Friedr.Vieweg & Sohn，April 2002

12.   H.Lindner，H.Bauer，C.Lehmann，Taschenbuch der Elektrotechnik und Elektronik，A7，Fachbuchveriag Leipzig，München；Wien 1999

13.   K.Schwister u.a，，Taschenbuch der Chemle，A2，Fachbuchverlag Leipzig， München；Wien 1999

14.   Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik，A27，Veriag Europa Lehrmittel， Haan-Grulten 2001

15.   Braun，E.，Elektromagnete.In：Kohtrausch，F.：Prakitsche Physik，Bd.2，23A，Stg. B.G.TTeubner 1985(→Polschuhe，Bltterspulen)

场力机文献举例

1.Fachkunde Kraftfahrzeugtechnlk，Europa Lehrmittel

(1-571)：Generatoren，Drehstromgenerator，Klauenpollufer

1600W，14V，120A，beachte Verlustwrme

(1-253)：Schwingungad mpfer fr Kuftelwelle

(1-255 Zweimaasenschwugrad

2.Jrg  Hoffmann，Taschenbuch der Messtechnikk，A3

(2-233)：Messen von Krften

(2-235)：Induktive，kapadtive und DMS-Kraftmesaaufnehmer

Prinzip der Kraftmessung mlt Federkrper.Aus der Verformung，die über

Weg-oder Dehnungsmessaufnehmer erfasst wir，kenn die elnwirkende Kraft

ermlttelt werden.

3.Vieweg，Handbuch Kraftfahrzeugtechnik

(3-111)：Lithium-Battrien

(1-106)：Elektroantriebe，umrichtengespeister Asynchronmotor

(3-107)：Drehatrommotor：Synchron-Permanentmotor mit hoher Polzahl und

hchsbtem Wirkungngsgrad，nmax 15.0001/min

(3-133)：Kurbeitrieb，Pleuetstangenverhknis

(3-180-181)：Hubkolbentrieb mit variabler Verdichtung(Hub)

权利要求书(按照条约第19条的修改)

随转动的PV-曲柄传动或者偏心传动，视控制功能而异，其控制用与外 轮(Za)和/或内轮(Zi)连接(由于转动方向换向)的该行星齿轮(Zp) 进行，所述PV的轴结合进所述曲轴销(HZ2)的新位置中，

从而所述联杆的曲轴销HZ3在一个绕HZ2的补偿弧＝标定弧(在P2 中半径与中心作为PZ的相对和瞬时位置的点)上运动，而不是在HZ1 在实际弧上运动，在曲轴从0°KW向90°KW转动时联杆(P2)销经一个 可切换的夹持S(停止)以其长度恒定制动，从而在曲轴转动时活塞不 改变其OT位置；同样的原理适用于从180°KW向270°KW的UT位置，为 了不出现联杆销(PZ)的运动，在该阶段时必须存在行程的夹持，从 而曲轴销HZ3也跟随标定弧。

103.如权利要求9 8所述的场力机，其特征在于，采用“位置固 定的补偿凸轮”原理的联杆长度改变器(PLV)变种D(图195)，作 为一种有单独的行程分配件1/2H K1和1/2H K2的活塞(K1)和活塞 (K2)用变换器联杆的结构，如下地进行高度平衡或者长度平衡：

凸轮(KS)是一种有外凸轮和凸轮的位置固定的凸轮，在其带有 标定弧的导轨中，一个作为可变的曲柄销HZ1的螺栓型滚轮滚针轴承 (KR)-经一个摆动悬臂连接与曲轴的行程曲柄销HZ耦合-，如此地随 同与HZ1连接的联杆(P)运动：使得在标定弧上得出相对于曲轴位置 的联杆长度变化，

在内轨上出现的锐拐点通过在内轨上敷设的厚度d的一种材料层 变形成对外轨等距离曲率半径，从而得出不太锐的滚落并且减少磨损， 螺栓型滚轮滚针轴承(KR)的半径得出有对应的加速功能的等距离导 轨。

104.如权利要求98所述的场力机，其特征在于，联杆长度改变 器(PLV)以其不同的变种作为新的运动学转换器原理可以在用于燃 机、压缩机、泵和其它的力-转矩转换器的曲柄滑导情况下高效地(因 较大的扛杆臂有较高的转矩和功率)把直线运动转换成旋转运动。

第五独立权利要求：

场力机-发生器-发动机-系统

105.场力机，由发生器、电荷调节器、缓冲蓄电池、离合器、热 交换器、屏蔽用电器具等组成，其特征在于，一种场力机-发生器-发 动机-系统通过结合FKM子系统场发生器(FKG)，也称为FKG固态方案， 场半导体调制器、场力马达(FKE)，和/或在平移-转动转换时一种联 杆长度改变器系统，提供一种相互协调的功能关系，其方式是使得出 现一种全新的独立驱动系统/机组和/或能源和/或能泵(在左循环过程 中)  (图197)。

106.如权利要求105所述的场力机，其特征在于，按一个纵向机 的机器种类把场力发生器和/或场力马达(FKE)，优选地制造成行程 活塞机、自由活塞机、轨道活塞机、横向行程活塞机，或者制造成在 场蓄电池(FB)之间有恒定的工作气隙的横向机，优选地构成为回转 活塞机、旋转场机或者行波场机，以及无运动的部件(场调制器除外) 的FKG固态场力发生器。

107.如权利要求105和106所述的场力机，其特征在于，场力机 的制造部件和整体均按宏观、微观，和纳技术的尺度进行。

108.如权利要求105、106和107所述的场力机，其特征在于， 其应用和使用和/或利用不受限制，就是说，可以在地上、在水中、在 空中和在空间，并且可以不受应用目的限制地在移动系统中使用所述 场力机，例如驱动汽车、火车、船舶、摩托车、飞船、机器人等等， 并且可以在固定的系统中使用所述的场力机，例如在家庭中用于产 热、制冷、供水等等，以及在工业中用于驱动机器和/或用于产生电能。