本领域的熟练技术人员都知道：马达的效率相对地低是由于各种 损失例如摩擦和热损失而引起的。尤其要引起注意的是在磁场生成时 引起的损失，磁场生成实际上是机械能到电能的转换(反过来也是如 此)。当磁场击穿发生时，马达运行期间被存储在此磁场中的能量实际 上被完全丢失。
众所周知，当线圈被施加电压并且磁场被建立时，如果赋能给磁 场的电流被中断，那么，磁场击穿释放掉能够被保持的电能。
本发明的一个目的是要寻找减少现有技术的缺点，并且，提供一 种利用磁场击穿能量的改进的高效率电动马达

于是，本发明提供一种具有一个定子和一个转子的电动马达，定 子包括一个电枢，电枢具有多个在电枢里面均匀隔开放置的并指向中 心纵向轴线的磁极，转子被安装以绕所说的轴转动并适合于生成一个 磁场系统与所说的磁极互相作用，其中，磁极载有第一和第二组串联 的线圈，串联的线圈在运行时分别与第一和第二起动/储能器电路连 接，第一和第二起动/储能器电路分别用于储存由马达的磁场击穿生 成的能量。
优选地，转子被安装在一个中心轴上，中心轴包括至少一个适合 于激活开关装置的表面，开关装置带着第一和第二组线圈进入电路和 从电路出来，该电路具有所说的起动/储能器电路的储能器装置。
有利地，储能器装置包括一个蓄电池。
任选地，储能器装置包括一个电容器。
优选地，电容器是一个由可控硅整流器(SCR)控制的电解电容 器。
在一种装置中，中心轴包括一个换向器表面，储能器表面适合于 与电刷触点接触以启动开关，开关带着第一和第二线圈进入电路和从 电路出来，电路具有所说的起动/储能器电路的储能器装置。
任选地，至少一个表面包括一个凸轮，并且，开关装置包括微动 开关，微动开关可以由中心轴的凸轮表面直接驱动。另外，开关装置 包括至少一个触发三极管门电路，触发三极管门电路由安装在或邻接 于转子或转子轴的位置检测器触发。
开关装置或者微动开关，与二极管并联，规定从马达到蓄电池的 击穿电流的定时和方向，并且，反之亦然。
安装线圈的磁极被交替地缠绕形成南和北磁极。起动/储能器电 路包括用于有选择地提供直流电流脉冲或者交流电流到每一组线圈的 装置。
附图说明
现在，参考所示的附图将详细描述本发明，附图按照举例的方法， 显示了按照本发明的改进的电动马达的两个实施例。在图中：
图1是一个具有两组安装在定子磁极上的串联线圈和对应的起动 /储能器电路的马达的第一实施例的端示意图，马达的脉冲相位是在0 和22.5°之间；
图2是一个类似于图1的端示意图，其中，马达的脉冲相位是在 22.5°和45°之间；
图3是一个类似于图1的端示意图，其中，马达的脉冲相位是在 45°和67.5°之间；
图4是一个类似于图1的端示意图，其中，马达的脉冲相位是在 67.5°和90°之间；
图5是通过马达的第一实施例的中心纵向轴线的垂直横截面图；
图6是表示在储能器输入(起动)和磁场击穿周期期间的电流方 向的示意性电路图；
图7a到7c分别是按照马达的第二实施例中的第一换向器的前、 侧、和后视图；
图8a到8c分别是按照马达的第二实施例中的第二换向器的前、 侧、和后视图；
图9是说明使用第一和第二储能器以及显示在起动和磁场击穿周 期期间的电流方向的示意性电路图；和
图10是本发明的第二实施例的1个周期或者储能器旋转45°的一 个示意性的波形图。

参考附图并首先参考图1到4，马达具有一个定子1和一个转子 3。定子1包括一个环形的电枢5(在图1和2中用虚线表示，而在图 5中更清楚地被说明)，电枢5具有沿电枢5的内圆周表面均匀隔开放 置并指向由转子轴10确定的中心纵向轴线的多个磁极7。转子3被安 装以用作绕轴10转动并具有(经由此实例会更清楚的说明)8个永久 磁铁12，永久磁铁12安装其上或嵌入其中。以交替极性连串放置的磁 铁沿转子3圆周延伸。
一对起动/储能器电路14、16以共同的和串联的方式与绕着定子 5的磁极7缠绕的各自的线圈组相连接，根据转子3相对于定子5的转 动位置，电路14、16在与它们各自的线圈组接触和不接触之间切换。 通过在运行时与在储能器电路14、16中的开关元件21、22连接的位 置传感元件20，切换被获得。
在图示的实施例中，开关元件包括由在转子轴10的一端处的凸轮 表面24驱动的微动开关21、22，凸轮表面24的外形被制成能按照转 子3的预定位置或位置的范围驱动开关21、22。
本发明的马达，此后称为“安培扭矩马达(Ampere Torque Motor)”， 产生与安培匝数成比例的磁扭矩，按照下面的公式产生能量E：
E＝ωT
这里，ω＝角速度，单位为弧度/秒，和
T＝磁扭矩或磁场强度
图5是马达的垂直横截面图，说明定子线圈与安装在转子3上的 磁铁的关系。定子1被马达主体，包括电枢5，夹持着不动。转子3被 安装以在转子轴10上转动，转子轴10上被安装有凸轮表面24，用于 定时驱动微动开关21、22。
安培扭矩马达回收马达中的磁场击穿时释放的一些电能。这里， 线圈被施加电压并且磁场被建立，当随后磁场被中断，击穿的磁场释 放能量。本发明的马达利用这一能量。
为了获得这一能量，一对蓄电池25、26被连接到各自的绕着定子 磁极缠绕的线圈组。又，与蓄电池25、26一起的是二极管27、28，与 各自的微动开关21、22并联，控制电流方向。通过从一个蓄电池到机 器的交替的脉冲电流以及按时间顺序在其它蓄电池中回收击穿能量， 一种更有效的马达被实现。
参考图1，由操纵第一微动开关21的轴驱动凸轮元件控制，机器 或者马达从第一蓄电池25在一个方向脉动22.5°(从参考点0°起) (一般是顺时针方向)。通过在转子和由通过被闭合的第一微动开关21 传递的脉冲建立磁场的电磁铁之间的推斥作用引起运动。围绕磁极编 号1、3、5、和7的电磁铁具有指定的极性，在这一相位时，磁极编号 1、3、5、和7为南极，相似地，磁极编号2、4、6、和8是北极。在 第一微动开关21闭合时，电流脉冲保持22.5°的转动。第二储能器电 路微动开关22在这一整个旋转期间保持断开。
对于熟练的技术人员这应该是明白的：其它的时间安排和机构能 够被使用。例如，微动开关可以用触发三极管替换，触发三极管由安 装在定子、转子或转子轴上或邻接于定子、转子或转子轴的位置传感 器门触发。
参考图2，从转动位置22.5°到45°，第一微动开关21断开并且 磁吸引确保转子继续运动，线圈击穿发生为第二蓄电池26提供充电电 流。在该周期的这一相位期间，没有从蓄电池25、26提供电能，然而， 磁极击穿保持磁极编号1、3、5和7在南极，并且磁极编号2、4、6 和8是北极。发生在这一相位期间的磁场击穿转换回电能(引起预期 的丢失)，这一电能通过伴随的二极管28提供充电电流到第二蓄电池 26，绕过结合的微动开关22。
如在图3中所示，从转动位置45°到67.5°，第二微动开关22 被闭合，并且，通过由电磁铁生成的推斥力，机器受第二蓄电池26的 脉冲作用进入运动，电磁铁在磁极编号1、3、5和7上为北极，而磁 极编号2、4、6和8上为南极，即：与在初始周期相位中建立的极性 相反，如在上文中参考图1描述的。在这一第三旋转相位结束处，第 二微动开关22再次打开。
在第四旋转相位中，发生在67.5°和90°之间，如在图4中所示， 线圈的磁场击穿发生，使得第一蓄电池25充电。如以前那样，没有电 能被提供给机器，但是，在转子磁铁和在磁极编号1、3、5和7上以 及在磁极编号2、4、6和8上分别具有北极和南极的定子电磁铁之间 的吸引力，被如此保持运动。发生在这一相位期间的磁场击穿转换回 电能，这一电能通过伴随的二极管27，作为充电电流，被反馈到第一 蓄电池25，绕过打开的微动开关21。
在相对于定子1的转子3的90°旋转以后，周期的四个相位被完 成，并且，周期再次开始，如图1所示。这也容易明白：对于机器的 每一次旋转，有四个周期(每一个周期有四个相位)。
在该实施例中，按照对应于绕在定子磁极周围的八个电磁线圈的 四个邻接的南极和北极对，所示的永久磁铁被配备在转子上。于是， 每旋转一次有八个输入脉冲，并且，每旋转一次有八个对应的击穿脉 冲，结果，总共(16×22.5°＝360°)16个脉冲(或相位)。
在磁场击穿脉冲期间，不从蓄电池取得能量，但是，能量从线圈 返回到蓄电池。
图6也说明在交替“起动”和击穿脉冲/相位期间的在储能器电 路中的电流方向。
当机器运行在没有载荷时，在与定子1结合在一起的电磁铁和与 转子3结合在一起的永久磁铁12之间的磁扭矩，按最大的速度驱动机 器。在没有载荷时，当磁扭矩被转变到最高速度时，蓄电池的安培输 入是非常低的。
在电路中的电表A，如果设置成读入直流电，那么，将指示DC 安培输入。当设置成读入交流电，那么，读数是DC读数的两倍。然 而，当蓄电池仅释放直流电时，AC读数指示：在击穿周期期间，蓄电 池25、26被正在充电。当机器承载负荷时，以经济速度运行。当机器 承载负荷并且变慢时，DC安培输入将增加，但是，将注意到：AC读 数仍然保持为这样的DC读数的两倍。这表示：无论DC输入是什么， 在击穿时相同的能量被返回。因此，净蓄电池能量输入接近于零。
对于本领域熟练技术人员会明白：仍然有小的I2R或者热损失。这 一损失相对地是很小的，即使当机器是有载荷时。通过使用好的线圈 设计，这些损失被减少，即：使用许多线匝给出高的安培匝数或安培 扭矩并且使用大的线圈直径给出很低的Ohm(欧姆)阻抗。
于是，当机器运行在DC脉冲时，磁击穿在脉冲之间轮流对每一 个蓄电池再充电。结果，即使在机器是在有载荷时，纯净的能量输入 是最小的。在击穿时，这一输入被收回，远离磨擦和I2R(热)损失。 如前面所述，以经济速度运行。
击穿电流阻抗仅在边上高于线圈的阻抗，因为蓄电池的内阻相对 是小的。
电磁线圈的磁性是独立的，不像常规的马达那样它们全部与公用 的磁芯或磁轭连接。结果，在常规的AC机器中，电流非常有活性， 因此，在没有载荷时实在低的功率因数。当有载荷时功率因数增加， 但是，它的击穿值不能够被利用，因为在任何工作被做以前，它需要 克服转子生成的电压的影响。电磁线圈的磁性是独立的并不是必要的， 然而，在一个完整的磁轭被配备的结构中，较高返回电动势被开发， 并因此，施加较高的电压变成必需的。
在本发明中，使用DC蓄电池输入，然而，功率因数是一致的， 即：当磁电路在输入脉冲之间崩溃时，所有的输入起作用，并且大多 数能够被回收。特别地，由于机械载荷，载荷输入需求已经增加，但 是被回收作为击穿给蓄电池的再次充电。
如果来自每一个蓄电池的输入是紧接着的，即：第一蓄电池充电 在一个45°，然后，第二蓄电池充电为下一个45°，那么，机器将不 工作。这是因为在每一个脉冲以后的磁击穿将正在对抗紧接着的相反 方向的输入脉冲，因此，消灭击穿能量。当然这不发生在击穿不是相 对着而允许被用作蓄电池的再次充电的时候。
现在，参考图7a到10，将详细描述马达的第二个实施例，其中， 通过一对储能器获得起动/储能器电路的切换。为了清楚起见，在说 明中将仍然保持在第一实施例中使用的公用的引用数字。
图7a到7c说明第一换向器30，第一换向器30配备有32个换向 器棒32，每一个换向器棒用云母绝缘33隔开。换向器棒被安装在周围 的绝缘层35上，绝缘层35形成在钢芯36的周围，钢芯36可以包括 用于在转子轴10上定位的键(图中未示出)。绝缘层35通常包括一个 云母合成物。换向器棒32包括换向器竖板37，孔39被形成在换向器 竖板37中，使得绕线和在换向器棒32到完整的脉冲电路之间的相互 连接容易。
如在图7c中详述的，通过按照下面指示数字的换向器棒竖板37 之间的锡焊的铜线连接，第一换向器30被连线，用于8个正(+ve) 脉冲：1连接到17；5连接到21；9连接到25；和13连接到29。在这 一实施例中，偶数指示的棒不被电连接，当这些连接对应于“OFF”或 者“COIL BREAKDOWN”脉冲时。8个正(+ve)脉冲是：1-17；5 -21；9-25；13-29；17-1；21-5；25-9；和29-13。
对于熟练技术人员会注意到或会明白：在“ON”脉冲期间，通过 一对电刷B或每一个换向器装置，电连接直径相对的换向器棒32通过 换向器，脉冲电路被完成，如在图9的示意的电路图中所示。电刷B 必须被稍微摇晃，确保一个完整的11.25°脉冲发生，尤其当电刷的连 接表面宽度小于换向器棒32的宽度时。那里，电刷的有效连接表面宽 度与换向器棒32的宽度是一致的，电刷不必被摇晃，并且能够被精确 地设置在180°分开(引导边缘到引导边缘)，没有任何偏差，每次， 云母绝缘33的隔离已经被考虑。
发生在线圈击穿的“OFF”脉冲实质上被换向器30傍路。换向器 最好被傍路在运行(运作)速度时，尤其是当马达有载荷时，即：驱 动一个机械载荷或者交流发电机。
图8a到8c是基本上类似于图7a到7c的说明，但是，表示的第二 换向器40也配备有32个换向器棒42，每一个换向器棒用云母绝缘43 隔开。绝缘层45形成在钢芯46的周围，钢芯46相对地被键连接到转 子轴10上，确保相对于第一换向器30的正确的轴定位。换向器竖板 47包括孔49，使得绕线和在换向器棒42之间的相互连接容易。
通过按照下面的指示数字的换向器棒竖板47之间的连接，第二换 向器40被连线，用于8个负(-ve)脉冲：3连接到19；7连接到23； 11连接到27；和15连接到31。如前面所述，偶数指示的棒不被电连 接，当它们对应于“OFF”或者“COIL BREAKDOWN”脉冲时。8个-ve 脉冲是：3-19；7-23；11-27；15-31；19-3；23-7；27-11；和31-15。
通过把+ve脉冲换向器30和-ve脉冲换向器40与电解电容器EC 一起使用，代替微动开关和蓄电池，本发明的第二个实施例被实现。 在二个实施例之间的一个重要区别是：在转子中具有永久磁铁的马达 通常需要被机械驱动，直到同步速度。使用换向器装置，使用适当数 量的换向器棒32、42，这一需求被消除。对于大的机器这一区别是有 特别重大意义的，并且，对于安培扭矩马达更有意义。
对于本领域熟练技术人员这是知道的：通过使用具有与磁极相比 较为两倍数量棒的换向器，换向器可以被设计成运行直到任何永久磁 铁马达的速度，允许用于后来的击穿周期需要具有的脉冲。
在本发明的第二实施例中，主波形被用于触发可控硅整流器SCR， 可控硅整流器SCR控制切换通过换向器30、40的定子线圈的激励。 马达包括16个磁极，并且由主波形触发的输入脉冲提供电能。运动的 能量被累积在电解电容器ECP、ECN中，并且正和负脉冲被通过正和负 过换向器30、40，分别进入线圈，通过返回到主充电电容器ECP、ECN 的负端，脉冲电路被偶接。这是因为马达具有16个磁极和具有8个正 (+ve)和8个负(-ve)“ON”脉冲以及对应数量的相等周期的正和负 “OFF”脉冲，在换向器30、40的每一个上总共有32个棒(对应于 11.25°。
换向器起的作用为ON/OFF开关，并且，无论在启动时怎样使得 马达开始运行慢，没有不正确的直流脉冲被允许通过线圈，阻止或反 向运行，直到运行速度。因此，换向器开关仅允许“驱动直流”脉冲 通过线圈。
马达的速度最后由配备的磁极的数量和主周期确定，在这种情况 中，主周期已经按60周期脉冲计算。对于60周期、16个磁极的机器， 速度将不会超过450rpm。这将会明白：因为每一个周期具有两个“ON” 脉冲和两个“OFF”(或者线圈击穿)脉冲，为了具有换向器傍路的马 达运行在450rpm，SCR必须被削波到1/2周期或者11.25°。当马达 到了所需的速度时，绕过换向器是任选的，但是是可以实现的。
当马达运行在450rpm时，有8个主周期用于换向器的每一次旋转， 即：仅为了换向器的45°转动，1个主周期被完成，如在此后与图10 相关的更详细的说明和描述的那样。
将会看到：马达的后面的电动势逼近但小于在主充电电容中的电 压，当可控硅整流器SCRP、SCRN被起动时，通过线圈的最后的电压 是小的，但是，在11.25°“ON”脉冲期间足够给电磁线圈赋以能量。 然后，在随后的11.25°“OFF”脉冲期间，放入磁电路的能量被允许 击穿。这一回收的能量给其它的电容器EC充电，其在起动再次使用这 一能量给在其它方向的线圈赋以能量。
再次参考图9，示意的电路图可以被划分成一对起动/储能器电路 14、16，如前面所述，它们以共有和串联的方式与绕着定子5的磁极7 的各自的线串组相连接。根据与定子5相关的转子3的转动位置，电 路14、16在与它们各自的线串组在接触和不接触之间切换。通过在相 对于固定的换向器电刷B1、B2的转子轴10上转动的换向器30、40的 位置，切换被获得。
主电源M可操作地偶接定子线圈通过第一换向器30和第二换向 器40，第一换向器30被配置为如上文所述的用于+ve脉冲，第二换向 器40被配置为用于-ve脉冲。通过一个正脉冲可控硅整流器SCRP触发 +ve脉冲、通过一个负脉冲可控硅整流器SCRN触发-ve脉冲。如在图9 的示意性电路图中所说明的那样，主M被平行偶接，通过阻塞二极管 51、52，到电阻R，电阻R是触发电阻。这一装置也被偶接到定子线 圈。被分别偶接到第一和第二换向器30、40的主充电电解电容器ECP、 ECN通过一对被连接的充电二极管54、55，以至于保持存储在电容器 ECP、ECN中的电荷直到对应的可控硅整流器SCRP、SCRN触发发生时 为止。击穿充电二极管57、58被连接在定子线圈和电解电容器ECP、 ECN的正极一边之间。如果需要，这些二极管57、58可以被省略。
与-ve脉冲的电解电容器ECN结合在一起的击穿电压通过线圈和击 穿充电二极管58。相似地，与+ve脉冲的电解电容器ECP结合在一起 的负到正的击穿电压通过相对方向的线圈和击穿充电二极管57，如圆 箭头所表示的那样。
最后，参考图10，一个波形图被表示，它说明在马达已经停了以 后的运行速度时的预期的组合波形。按超过1周期或45°的换向器转 动测量波形。在第一个四分之一的周期中，在0-11.25°之间，波形包 括+ve脉冲电解电容器ECP和主电压的放电电压。在第二个四分之一的 周期中，在11.25-22.5°之间，波形包括线圈击穿电动势和由-ve脉冲 电解电容器ECN需要的充电电压。在第三个四分之一的周期中，在22.5 -33.75°之间，波形包括-ve脉冲电容器ECN和主电压的放电电压，和 在第四个四分之一的周期中，在33.75-45°之间，波形包括线圈击穿电 动势和由+ve脉冲电容器ECP需要的充电电压。在第五个四分之一的周 期(图中未示出)中，在45-56.25°之间，波形重复第一个四分之一周 期(0-11.25°)的波形。
将会看到：在“ON”脉冲开始处主电压是零并且在切断时达 到最大值，即在“OFF”脉冲的开始处。因此，由于附加的线圈击穿(LI2)， 电容器的最大电压(+ve和-ve)将稍微超出主电压。在击穿时，将等 于LI2值的CV2的值，从电解电容器被返回到线圈，当“OFF”脉冲期 间的在线圈里的磁场击穿时。在每一个四分之一周期期间，安培匝数 值和因此的扭矩(磁场强度，按特斯拉计)，在每一个四分之一周期期 间，是相等的，虽然具有图10的预期的组合波形从零上升到最大值并 回到零。因此，超过一个完全的周期，击穿线圈能量＝LI2/2，并且电容 器能量＝CV2/2。
主电压也传递一个小的活动的电流通过线圈，但是，当在每一即 时主电压几乎是与由转子引起的基本上相等的返回的电动势曲线相对 着时，如上面所述，电流值是小的。然而，因为电解电容器被保持在 主电压值，实际上是通过充电和保持二极管54、55，如果主电压是在 转子返回的电动势以上，那么，机器将对着与施加的主电压相反的这 个转子的电动势运行。主电压超出转子返回的电动势的量将决定在电 磁线圈中的电流。因此，与永久磁场转子起作用的安培匝数决定机器 的扭矩。
当按照图10说明的顺序继续重现并且磁扭矩继续通过“ON”和 “OFF”脉冲时，机器是高效率的，仅需要从主电源小的输入，并超过 需要克服I2R和磁芯损失。由机器传递的能量是速度乘以扭矩(ωT)， 如同常规的电动马达。
本发明的第二个实施例的本质的特征是用电容器和至少一个换向 器替换蓄电池和微动开关(已经选择了两个换向器，但是，应该明白： 本发明的范围不排除利用一个单独的换向器的实施例的实现)。通常， 在转子里具有永久磁铁的马达需要机械驱动直到同步速度。使用具有 适当数量的换向器棒32、42的换向器30、40消除这一需求，当考虑 大的机器时，尤其对于安培匝数马达，是有意义的。
应该明白：安培扭矩马达是一种主要的能源，并且能够被用于驱 动：
a)在不变速度时的机械载荷，替换常规的电动马达，
b)在可变速度时的机械载荷，例如，汽车引擎，和：
c)在不变的或者可变的速度和载荷时的电动发电机或者交流发电 机。
安培匝数马达尤其能够被用在常规的电磁机器被使用的任何应用 中。
应该理解：当机器是一种主要的能源时，它可以被使用在合乎环 境要求的有效方案中，并且能够有效地利用太阳、风或者水电能量。
对于本领域熟练技术人员应该理解：定子磁铁的总数必须总是等 于转子的永久磁铁数量，转子的永久磁铁可以用DC电磁铁替换。
当然，应该理解：本发明不被限制于在这里描述的特定内容，这 些内容通过实例的方法给出，并且，在本发明的权利要求的范围内， 各种修改和更换是可能的。