CN102265483A - 轴向磁通电动机和发电机总成 - Google Patents

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Abstract

一个轴向磁通电动机总成(10)包括一个由第一圆盘(20a)和第二圆盘(20b)组成的圆盘堆，其中圆盘(20a、20b)交替布置，二者之间有一间隙，允许圆盘转动。第一圆盘(20a)安装在一个能够转动的轴(40)上，而第二圆盘(20b)安装在固定位置。第一圆盘(20a)和第二圆盘(20b)的圆盘面上分别布置有磁性材料扇区(200)，各扇区(200)之间是一个导电通路(201)的一个径向延伸部分(202)，用以传导电流。第一圆盘(20a)和第二圆盘(20b)上各磁性扇区(200)的角向间距相等，但是第一圆盘上磁性材料扇区的间距与第二圆盘上的间距可能相等、也可能不相等。当导体(202)中有电流流过时，在圆盘(20a、20b)上轴向延伸的磁通通路中产生磁通，其方向与圆盘(20a、20b)的表面垂直；于是，若抛开第二圆盘而只考虑第一圆盘，则一个轴向磁通通路中的磁通方向与两侧相邻磁通通路中的磁通方向相反，并被安装于总成(10)各端的磁性材料磁通返回部分(30)返回。总磁通为第一圆盘和第二圆盘磁通的叠加。总成(10)还包括开关电路(50)，用来切换第一圆盘(20a)或第二圆盘(20b)中某一圆盘内导电通路(201)中的电流方向，使圆盘转动方向与另外一个第一圆盘或第二圆盘的转动方向保持一致，这样就能使第一圆盘连续转动。

Description

轴向磁通电动机和发电机总成
本发明涉及一种特别适用于现代电动和混合动力道路车辆的轴向磁通电动机和发电机总成。
当前，多数混合动力车辆属于“并行”类，这类车辆的车轮受到电动和机械两种驱动力的驱动。这样就能够在坡度较缓的城市道路上行驶时充分发挥电动优势，而在坡度较陡及需要加速时转换为机械驱动。
根据定义，纯电动车辆和混合动力系列车辆应该能在单纯电动机驱动下爬上所有斜坡。还有一方面的理解是，通过尽量简化机械传动机构能够减轻重量，实现这一目标的一个有利方法是为每个车轮单独安装一个驱动电机。对于某一部给定车辆，其电动机总质量一定，因此当所有车轮均受到驱动时质量分布更加均匀，这就能够进一步降低结构质量。然后就能通过快速电子控制来实现“免”操控效益，例如可以在ABS(防抱死制动系统)和分布式制动力系统中增加防偏和防旋转控制。实践证明上述系统具有优势。如果各个车轮均受驱动，则电动机驱动系统不带任何减速齿轮装置，这是一个有利条件：如果内燃机噪音不能掩盖齿轮噪音，则齿轮噪音十分突出，且减速齿轮的任何机械故障都可能酿成事故。所以，设计目标之一就是简单的无齿轮直接驱动。
大多数电动机的运转在速度更快时，其产生的功率也更大，这仅仅是因为：当导电材料和磁性材料的质量一定时，转矩受到限制，所以功率与转速成比例。当转速导致机械应力过大或机械损耗(一定程度上与转速成比例)超出所能接受的范围时，达到功率上限。
与电动机的转速相比，道路车轮的转速较为适中。所需转矩取决于车辆满载(可能包括拖车)时加速和爬坡规格中要求较高者。加速要求取决于车辆的设计种类型，例如，对于跑车来说加速要求高于爬坡要求。但是，高加速或制动负载只出现在较短时间内，一般来说设计时考虑更多的是爬坡要求，因为爬坡所需时间较长。
一般而言，牵引电动机能够在其额定转速范围内提供几近恒定的转矩。因此，用于无齿轮直接驱动型道路车轮的电动机理论上能够在达到全满速之前始终提供最大转矩。但是从理论上讲，这类电动机在全满速时功率很高，提高了对储能和控制系统的能力要求。因此，很可能多数车辆都被限制在一个范围内(以图1为典型)，其中在与设计峰值功率曲线的交点处可以获得峰值转矩。转速更高时，电机控制器将把车辆的某些性能限制在一定范围内，如图1所示，表示为一条简单的恒定功率曲线。
设计无齿轮驱动电机的目的是为了满足这一最大转矩要求，因此这比电机的所有其它驱动方面更为重要。与所有其它优点相比，这一成本还是可以接受的，尤其是省去传统传动结构后大大减轻了重量。如果使用一个固定减速装置，可以减轻电机和车辆的重量，但是为实现下列所述目的，应当这样理解：期望获得转矩-质量比最高的电机，该电机足以被用作无齿轮驱动电机，但是如果用在车辆设计中，还适用于齿轮电机。
用来提供牵引动力的电机有很多种，包括直流电机、感应电机和开关磁阻电机，而这些电机的重要工作原理各不相同。本发明介绍了一类新型电动机，其特点在于基本工作原理的不同。为便于理解，最好与先前的技术进行比较。
如图2所示，在最简单的两极永磁(PM)直流电机中，磁极片3之间的永久磁场B径向穿过定子1和转子2之间的空隙，导体4沿转子2轴向延伸，电流I通过一个换向器(未画出)馈入导体4中。电流和磁场方向垂直，因此产生一个切向力。由于磁体和空气存在这种磁性性质，相对来说穿过空气间隙的磁通比较容易接近转子铁心铁饱和磁通，因此磁通密度有一个很容易达到的实际上限。由于电流只存在于转子径向深度的一小部分内并且绕组发热是实际极限，所以电流和磁场的相互作用受到几何因素和材料性质的限制。
对于永磁直流电机，电气特性和机械特性基本上是直线关系，因为磁场强度几乎恒定：电机的“反电动势”几乎与转速成正比关系，转矩与电流成比例关系，直至达到某些限制条件。虽然永磁电机的转矩-质量比较高且比较简单，但是这些固定性质对电子控制器提出了要求：它们必须在低电压条件下产生很高的电流，以便完成起动、加速和爬坡；在低电流条件下产生很高的电压，用于高速巡航。
已知有各种磁场弱化技术(如GB2338117中披露的一种技术)，这些技术允许在低速时获得最大磁通密度，但是速度较高时磁通密度出现衰减。
解决该问题的其它既定方案是使用励磁绕组电机。此处磁场由一电磁铁产生，电枢导体电流与磁场相互作用产生转矩，这与上述永磁电机完全一样。此处当只需要低转矩时可以降低励磁绕组电流，这又会在高转速时降低电机的“反电动势”。与影响速度的磁场弱化技术相比其控制度较大，这不适合用在以电池为动力的车辆上，因为励磁绕组所用的能量白白丢失了。
现在，通过比较先前技术并参照附图3和图4，对本发明的一个原理进行解释。图3A是在一个永久磁铁产生的磁场中，带有电流的一个的导体受力情况，图3B是在一个电磁铁产生的磁场中，一个导体的受力情况，很明显二者相同。相比之下，图4表示的是两条平行线间的作用力，其中介质的相对磁导率为μr。下文说明的是单位长度内电流和力的关系。
图3A和图3B中的支配关系如下。若导体长度为l，电流为I，所在磁场的磁通密度为B，则作用力F等于三者乘积，即：
F＝B.I.l            等式1
导体承载电流的能力取决于导电率、横截面积、热导率以及所设计的散热方式。最大磁通密度取决于用来制造磁路的任何软磁性材料、磁通空气通路的长度以及磁通产生方式(永久磁体或励磁绕组)的强度。
有一个与之密切相关的等式，可以计算在某一磁场中运动的一个导体产生的电动势：
电动势(电压)＝磁通变化率＝B.l.v            等式2
其中B和l与上式的含义相同，v是导体在垂直于磁通的一个平面内穿过磁场B的速度。
当速度一定时，电机发生旋转所需的电压等于维持电流、克服绕组电阻所需的电压与上文中电机的“电动势”之和。因此，如果忽略阻力损耗的话，可以这样理解：电机受到两对简单比例关系的支配，即电流和转矩、电压和转速。还可以这样理解：
功率＝角速度·转矩＝电压·电流                等式3
因此可以理解为：在比较电机时，假设其最高转速相同，则只需比较转矩，作为总质量的一个函数。在道路车轮采用无齿轮直接驱动的场合，由于其转速较低且不大可能超过实际极限，因此该方法特别有用。
因此，一个简单直流电机的设计转矩可以用上文等式1中的力乘以力的有效半径直接算出。
在图3的任一版本中，单位长度上的力与磁场强度成简单比例关系，然而在图4中，每路电流均产生一个磁场，计算力时要考虑一个导体在另一导体磁场内所受的力。如果两导体内电流相同，则两导体间的作用力与电流平方成正比。
两个导体的电流分别为I1和I2，介质的磁导率为μr，则采用国际单位制时单位长度上力F等于
F＝μ0.μr.I1.I2/(2.π.r)                等式4
我们对教科书中以空气为介质时两根导线间力的分析比较熟悉，但上述等式表明，在磁导率较高的介质中力会增大。应当指出，每个导体受到另外一个导体磁场中的力，该力基本上是相互的，即可以采用任一电流进行计算，其结果相同，等式4算出的是力的总和。
应当进一步指出：如果图4中的导线发生相对运动(相互靠近或分离)，由于一导线切割另一导线的磁通，将产生一个电动势。
可以根据该原理制造实际机器，其中电流控制电机的反电动势，转矩与两电流之积成正比，但是由于一路电流受到另外一路电流磁场的作用力，因此在励磁绕组的励磁过程中能量没有白白流失。现有励磁绕组电机的优势在于没有这种能量流失。可以将这类电机简单地称为“相互耦合”电机。
实用的电动机和发电机是通过高磁导率软磁性材料来实现的—电机钢板(或“铁板”)，其中旋转和静止磁性件之间有空气间隙。在一个特定磁路中，电流感应处的磁通与电流成正比，与组合磁路中的磁阻成反比。组合磁路一般含有空气间隙，以实现自由旋转：因此，可以计算任何通路的一个有效磁导率。
对于已知电动机和发电机，磁通为径向或轴向，但是电流和磁场的相互作用在每个方向上基本相等。要使用相互耦合原理制造一台电动机，轴向磁通电机具有优势。
在先前技术中，一台轴向磁通电机总成的基本几何形状为两个面对面布置的圆盘，一个圆盘内带有径向延伸、角距恒定的导体，导体中的电流沿图5中的路径流动。另一圆盘的盘面上分布有极性交替变化的永久磁铁材料区，并含有相同数目的径向导体“辐条”区，且磁通与圆盘面垂直。圆盘对外侧轴向上配有软磁性材料环，它将一个轴向通路产生的磁通返回到两个极性相反的相邻通路中。图6表示的是磁通样式，图5中的电流可与之相互作用。可以这样理解：如果导体的径向“辐条”一开始与磁场区中心对齐，两极产生磁通并且导体中有电流通过，由于电流方向和磁场强度都与各个扇区相反，其结果是：导体和磁场之间将产生一个转矩。另外，如果电流以相反方向通过导体，则会出现相反转矩。还可以进一步理解为：该转矩可产生旋转，直至导体到达磁场边缘。还可以看出，如果在角向方向上布置一个以上这样的绕组且绕组角距较小，则可以连续有效地产生转矩，即形成一个实用的电动机。
已知有这样一种电机，其中磁场由一个布置在两块磁性材料板之间的圆盘产生。该圆盘采用图6所示磁性区样式；磁性材料中嵌有如图5所示的绕组形式，例如US2003/0189388A1和US 6844656B1中披露的电机。
本发明的目的在于提供一种改进的轴向磁通电动机总成和一种改进的轴向磁通发电机总成。
针对本发明第一个目所提出的技术方案是：一种轴向磁通电动机总成，包括：一堆相互交替的第一圆盘和第二圆盘，各圆盘之间有允许旋转的间隙，该堆圆盘中至少有一个第一圆盘以及至少有一个第二圆盘；第一圆盘或每个所述第一圆盘安装后能够旋转；第二圆盘或每个所述第二圆盘被固定在位置上；第一圆盘和第二圆盘中每个圆盘的一个面上都有磁性材料扇区，各磁性材料扇区之间是一条导电通路的径向延伸部分，用来传导电流，第一圆盘或每个第一圆盘上磁性材料扇区的第一间距恒定，第二圆盘或每个第二圆盘上磁性材料扇区的第二间距恒定，所述的第一和第二间距可能相等也可能不相等；当所述导电通路的径向延伸部分有电流流过时，径向延伸的磁通通路中有磁通产生，方向与圆盘面垂直，如果抛开第二圆盘而单独考虑第一圆盘，则轴向延伸的一个磁通通路中的磁通方向与两侧相邻的磁通通路中的磁通方向相反，并被安装于总成两端的磁性材料磁通返回部分返回，总磁通为第一圆盘和第二圆盘磁通的叠加；该总成还包括开关电路，用以切换第一圆盘或每个第一圆盘或第二圆盘或每个第二圆盘中所述导电通路中的电流方向，保证与其它第一圆盘或第二圆盘的旋转方向一致，以此来实现第一圆盘或每个第一圆盘的连续旋转。
在一个传统的励磁绕组电机中，电枢电流和磁场电流的控制是独立的，励磁绕组电流直接控制磁通密度，直至所用软磁性材料达到磁通饱和。传统励磁绕组电机的一个不利条件是，用来维持磁场绕组电流的电源白白丢失了，这就降低了电机的供电效率。但是这种布置的一个优势在于，当需要较宽的电机转速范围并且电源受到限制时，如图1所示，可以在电机以高转速低负载运行时降低磁场强度。这有助于降低电机的反电动势，使控制器的动态范围更加有限。
与先前技术相比，体现本发明的轴向磁通电机总成具有一个重要优势，原因是可以在电机设计中运用一个励磁绕组电机的基本原理，其中所有电流均与磁场相互作用，因此在建立磁场时没有白白“浪费”的电流。
本发明的一个优势在于，转矩与两电流之积成正比，如果两电流相等，则与电流的平方成正比。反电动势与转速和电流的乘积成正比。这十分适合于道路车辆的驱动，原因是它能够在低速时获得最大转矩，允许在部分转矩和高速条件下采用较低的驱动电压，并且在巡航速度下不会降低任何功率效率，这是制造能够提供高转矩机器的必然结果。
应用互相耦合原理的最简单机器由两个圆盘组成的，一个旋转(转子)、一个静止(定子)。各圆盘均带有磁性材料扇区，扇区周围绕有导体。由于磁性扇区之间的径向电流，因此绕组中的电流方向肯定在相邻的径向导体中交替。最简单的形式是图5所示的单一迂回曲折式绕组，从中可以看出绕组不需要绕成完整线匝。
除两个圆盘外，各端还有一个磁通返回环。使用两个以上圆盘建造的机器更有优势，最好是同时增加一个定子和一个转子。成套圆盘可以采用串联或并联方式连接，或采用二者的组合，以适应电压和电流要求。
针对本发明第一个目所提出的技术方案是：一种轴向磁通发电机总成，包括：
一堆相互交替的第一圆盘和第二圆盘，各圆盘之间有允许旋转的间隙，该堆圆盘中至少有一个第一圆盘以及至少有一个第二圆盘；第一圆盘或所述的每个第一圆盘安装后能够旋转，第二圆盘或每个所述第二圆盘被固定在位置上；第一和第二圆盘中每个圆盘的盘面上均有磁性材料扇区，各磁性材料扇区之间是一条导电通路的径向延伸部分，用来传导电流，当总成投入使用时，导电通路的相邻径向延伸部分中的电流极性相反，在第一圆盘或每个第一圆盘上，磁性材料扇区的第一间距恒定，在第二圆盘或所述的每个第二圆盘上，磁性材料扇区的第二间距恒定，所述的第一和第二间距可能相等也可能不相等；当电流流经导电通路的所述径向延伸部分时，轴向延伸的磁通通路中产生磁通，方向与圆盘面垂直，如果抛开第二圆盘而单独考虑第一圆盘，则轴向延伸的一个磁通通路中的磁通方向与两侧相邻的磁通通路中的磁通方向相反，并被安装于总成两端的磁性材料磁通返回部分返回，总磁通为第一圆盘和第二圆盘磁通的叠加；该总成还包括旋转装置，以使第一圆盘或每个第一圆盘发生连续旋转，从而使第一圆盘或每个第一圆盘，第二圆盘或每个第二圆盘上所述导电通路中有电流流过，其旋转方向与其它第一圆盘或第二圆盘的旋转方向相反。
体现本发明第一方面的一个总成最好还能被用作一台发电机。
在体现本发明第一和/或第二方面的一个总成中，若第一间距和第二间距相等，当总成投入使用时，则所有导电通路部分中，导电通路的相邻径向部分中的电流极性相反。若第一和第二间距不相等，当总成投入使用时，除电流馈入点两侧的导电通路径向延伸部分的电流极性相同外，导电通路中相邻径向延伸部分中的电流极性相反。
在体现本发明第一和/或第二方面的一个总成中，第一圆盘或每个第一圆盘内导电通路中的电流强度最好与第二圆盘或每个第二圆盘中的电流强度相同。
可以将导电通路做成一个导电绕组的形式。
其替代性方法是，第一和第二圆盘或每个所述第一和第二圆盘可以用导电材料做成，导电通路可以用磁性材料扇区周围的圆盘材料来充当。导电材料可以是铝合金。可以在圆盘上开槽，以便限定导电通路。
在体现本发明第一和/或第二目的的一个总成中，可以在圆盘上开孔来形成磁性材料扇区，孔内填充高磁通密度软磁性材料。如果圆盘上带有用来限定导电通路的开槽，则可以使开槽与开孔互相连接。
第一和第二圆盘中各个圆盘都可以有多个相互独立的导电通路。
可以通过感应耦合的方式将电流馈入圆盘和/或从圆盘上引出。
在一种布置方式中，共有两个这种第一圆盘和两个这种第二圆盘，它们组成两套圆盘，每套包括一个第一圆盘和与之相邻的一个第二圆盘，每套都有自己单独的磁通返回部分，并且其中一套第一圆盘和第二圆盘与另外一套第一圆盘和第二圆盘永久偏移，偏移量等于一个所述扇区宽度的一半。
在一种交错布置方式中，有两个这种第一圆盘和两个这种第二圆盘，并且第一圆盘或第二圆盘中的任意一组都配有两个单独的导电通路。
在另外一种交错布置方式中，第一圆盘或每个第一圆盘上磁性材料扇区的数目R与第二圆盘或每个第二圆盘上磁性材料扇区的数目S不同，并且当第一圆盘或每个第一圆盘转过一个720(1/R-1/S)度角时每个第一圆盘导电通路中的电流发生一次换向。例如，R可以是一个偶数，S可以是一个4个倍数。
图1(上述)是爬坡能力与道路速度的关系图；
图2(上述)是先前技术两极永磁直流电机图；
图3A和3B(上述)是一个磁场中一个导体的受力图；
图4A(上述)是两个导体的相互作用图；
图5(上述)是先前技术中轴向磁通电机总成中的一个导体通路图；
图6(上述)是一个磁通样式图，图5中导电通路中的电流可与之相互作用；
图7是体现本发明的一个轴向磁通电动机总成图；
图8是一个电路图；
图9是体现本发明的另外一个轴向磁通电动机总成图；
图10是一个圆盘示意图，可用在图7或图9中的总成中；
图11是图10中圆盘与图5中导电通路的叠加图；
图12A是另外一个圆盘的一个平面图，该盘可用在图7或图9中的总成中；图12B是图12A中Y-Y的剖视图；
图13A是图10中圆盘某一部分的详图；图13B是图13A中某一部分的详图；图13C是图13A中Z-Z剖视图；图13D、13E和13F是解释可以如何制作圆盘各部分的各个视图；图13G是图13A的另外一处细节；图13H是图12中圆盘的一个剖视图，剖视方向与图13C相一致；
图14A是将体现本发明的一个总成部分展平后的径向视图；
图15A、15B和15C用来解释圆盘之间的角向关系；
图16A至16F是各自的电流图；
图17A到17C是开关电路图，与图16A到16F的电流图相对应；
图18A到18D是阐述了各种绕组的可能性的示意图；
图19为一个装置图，该装置用在体现本发明的一个总成中；
图20是图19中装置的操控电路图；
图21是图20中电路的一个时序图；
图22用于解释建造一个电机总成的一种方法，该总成体现本发明。
下文将对体现本发明第一方面的一个轴向磁通电动机总成进行详细描述，但是应当指出的是，可以制作一个与其设计相似的轴向磁通发电机总成。另外，可以将下述轴向磁通电动机总成设计成可逆型，即根据情况需要还可以当做一台发电机来用。
如图7所示，体现本发明的一个轴向磁通电动机总成10包括一个由第一圆盘20a和第二圆盘20b组成的圆盘堆，其中圆盘20a和20b交替布置，二者之间有一间隙，允许圆盘旋转。为简单起见，所示具体实施方式的圆盘堆只包括两个第一圆盘20a和两个第二圆盘20b，但实际电动机可以包含一套多个第一圆盘20a和一套多个第二圆盘20b。第一圆盘20a安装在一个能够旋转的轴40上，而第二圆盘20b固定在位置上。第一圆盘20a和第二圆盘20b内分别布置有磁性材料扇区200，各扇区200之间是导电通路201的径向延伸部分202(下文称为一个“导体”或“辐条”)，用以传导电流。当总成投入使用时，相邻导体202中的电流极性相反。第一圆盘20a和第二圆盘20b上各磁性扇区200的角向间距恒定，但是第一圆盘上磁性材料扇区的间距与第二圆盘上磁性材料扇区间距可能相等、也可能不相等。当导体202中有电流流过时，在圆盘20a和20b上轴向延伸的磁通通路中产生磁通，其方向与圆盘20a和20b的表面垂直；于是，若抛开第二圆盘而只考虑第一圆盘，则一个轴向磁通通路中的磁通方向与两侧相邻磁通通路中的磁通方向相反，并被安装于总成10各端的磁性材料磁通返回部分30返回。总磁通为第一圆盘和第二圆盘磁通的叠加。总成10还包括一个用于探测相对角位置的装置56，该装置位于第一圆盘20a和第二圆盘20b之间；总成10还包括一个开关电路50，该电路用于切换第一圆盘20a或第二圆盘20b中某一圆盘上导电通路201中的电流方向，保证其与第一圆盘和第二圆盘中的另外一盘的旋转方向一致，实现第一圆盘持续旋转。可以通过传统方式来检测角向位置，例如光学检测或霍尔效应磁检测(未画出)。装置55用于向第一圆盘20a提供直流电。
图8举例说明了如何实现第二圆盘(“定子绕组”)中的电流换向。开关电路50包含一个传统桥式驱动电路，该电路包括半导体开关S1至S4，可通过同时闭合S1和S4或S2和S3向定子绕组中通入任一极性的电流。传统角向位置检测装置56a的输出信号用来控制并驱动电子元件56b，元件56b还接收与停止-启动和方向信号有关的外部命令并分别产生驱动S1至S4的信号。
由于一个扇区与另外一个扇区发生相对运动时第一圆盘和第二圆盘内的磁通都会发生变化，因此磁通返回部分30(下文称“磁通返回环”)需要由低损耗钢制成(因此磁化循环不会生热)。它们最好是由传统的电机钢薄板组成，这样就能抑制涡电流，例如FR2639486中披露的螺旋形布置方式，或采用能够支持磁通并抑制涡电流生成的符合铁粉或铁丝材料。在所示具体实施方式中，磁通返回环30安装于第一圆盘20a和第二圆盘20b的每个盘上，但是如果磁通返回环与未经切换的磁场一起旋转(或保持静止)，也许损耗会更低。在图9所示的另外一个替代性具体实施方式中，可以只有一个圆盘20a，并且20b可以分成分别位于圆盘堆两端的两个圆盘20c，这两个圆盘20c的厚度是第一和第二圆盘20a和20b中各圆盘厚度的一半，并且所带磁性材料扇区205的厚度是第一和第二圆盘20a和20b中磁性材料扇区厚度的一半。也可以颠倒过来布置，即圆盘20b可以为全厚圆盘并位于两个半厚磁盘20d的中间，20d安装在转轴上。也可以使用多个圆盘进行布置，一般形式为：如果有N个类型为20a或20b的全厚圆盘，则有N-1个全厚圆盘以及两个位于圆盘堆各端的半厚圆盘20c或20d。
在最简单的具体实施方式中，第一圆盘20a和第二圆盘20b基本上完全相同。圆盘20a和20b可以采取图10所示的形式，其中圆盘250的主体结构为铝合金。所有铝合金都有很好的导电性，并且密度低、机械强度大。现在只考虑铝合金部分，可以看出开孔260和槽状间隙270的两侧形成一个导电通路201，该通路形式如图5所示。图11是图10中总成与图5中导电通路201的叠加图。尽管在铝合金圆盘上切割导电通路会将显著降低其机械强度和挠度，但这可以通过增加合成材料并使用非导电高强度树脂的方式进行补偿。尤其是可以在圆盘的外圆周上加工狭槽并在槽内缠绕高强度纤维并用树脂粘合，使其强度得到明显增强。
这种圆盘尤其适用于低速、高转矩电动机。但是对于其它用途来说，更为合适的方式也许是在圆盘20a和20b上布置绕组、进而形成导电通路201，如图12A和12B所示，230为传统绕组，该绕组可以是环绕各扇区200的单匝或多匝绕组，以满足电压和电流要求，并用树脂材料(如环氧树脂)粘结到磁性扇区200上。磁性扇区200可以由一种软磁性材料制成，该材料能够承受高磁通密度，例如电机钢薄板或树脂粘合铁粉。磁性扇区200和绕组230之间为材料层236，用来提高结构强度并起保护作用。每个圆盘面上有加固层235a和235b，材质为玻璃钢或凯夫拉(一种合成纤维)等，覆盖除磁性扇区200外圆盘上的各个部分。
在本发明的本具体实施方式中，铝合金圆盘250内磁性扇区200由开孔260内填充的磁性材料265组成。磁性材料265为一种能够承受高磁通密度的软磁性材料，例如电机钢薄板或树脂粘合铁粉。为方便起见，上述叠片结构显示于图13A。如图13B中平面图以及图13C中导体202周围部分所示(不包括图13A)，磁性材料265边缘部分有一绝缘层266，这样电流就被限制在预定路径，不会进入或穿过磁性材料265。该绝缘层266采用便利的固定方式进行结合，边界周围使用玻璃带，里面充满树脂(如环氧树脂)。
若磁性材料采取电机钢薄板的形式，则采用图13D和13E的方式比较有利。可将导体202简单地看作是径向导电“辐条”，其两端部分弯曲、中间部分大体平直。这样就能将电机钢薄板切割成短段265a和长段265b，在导体202的平直段和弯曲段相接处形成“接缝”265c。重要的一点是接缝265c上的任何间隙比圆盘20a和20b的间隙小，这样通路的磁阻的改变就相对较少。交替的薄板层被放置在圆盘内，使得接缝的位置出现交替(以完全类似于砌砖时的“咬合”砌法进行)，如果构造是与树脂胶合而成，则会在复合结构里面形成叠片结构，这种结构通过“辐条”的截面形状机械地锁定在圆盘内。
作为一种替代性方案，圆盘的磁性部分也可以由铁粉和树脂的复合物265d制成，将图13F所示空间完全填满：在复合物不导电的情况下，可以省略图13B和13C所示的绝缘层。
在图13G中，导体202中间有两个冷却通道202a，可以采用传统方式通过该通道进行液体冷却。
在图13H中，导体由线束组成，相当于图12的剖面详图。在此类结构形式中，还可将导线之间的间隙用作液体冷却通道。
可以通过多种方式来理解该装置的工作原理，但最简单的应是将第一套圆盘视为“磁场”提供圆盘，第二套与之交错的圆盘提供电流，显然二者之间有力产生，进而产生转矩，其方式与一个永磁电动机类似。力的精确计算很复杂，对于一项详细设计来说最好是采用“有限元”方法。计算两组电流产生的磁场略微简单些，因为对于每组电流来说可以简化为简单的磁阻计算，如下所示。援引线性磁场叠加原理(并且对于未能使磁性材料饱和的磁场，该原理有效)，总磁场(B)是两个单独磁场之和。图14是展平后的径向视图(即：若不考虑曲率影响，基于本原理的一个线性电动机属于这种情况)。
还可以这样来看：这是在一个高磁导率介质中自由运动的一组同性和异性电流，其中圆盘之间的空气间隙较小，所以有效磁导率保持较高水平。同性电流吸引、异性电流排斥，因此从任意一个开始位置，同性电流都倾向于对齐。如果此时一组电流的方向发生改变(并假设存在某些旋转惯性和一个以上绕组相)，则装置将继续朝另一个扇区旋转。
值得注意的是：磁性介质之间的间隙小意味着有效磁导率保持高水平，该间隙在轴向方向上保持恒定，该间隙是在电流一定的情况下用来控制磁场强度的设计参数(见下文)。同样，该间隙还代表任何磁通通路中的主导磁阻。其效果是磁通在间隙内均匀分布(就各组电流单独产生的磁场来考虑)。这一现象的结果是：磁通与一电流相互作用所产生的力现在基本上呈线性，该力穿过多数磁性扇区面，并且两路平行电流相互作用的预期1/r依赖性(根据图4，其中r为间距)被线性化。
只允许各个导电通路201生成一个密度仅为饱和磁通一半的磁通密度，因为必须保证两套圆盘产生的磁场叠加时不会使磁性材料达到饱和。
必须将电流馈入旋转的圆盘，但是由于连续旋转所需的电流转换只需在第一圆盘20a或第二圆盘20b上发生、而非同时发生，该转换动作可以在静止的第二圆盘20b上发生，在此情况下只需向旋转的第一圆盘20a上馈入直流电。
在设定旋转圆盘之间的间隙时，必须保证导体内的电流在圆盘之间生成所需磁场，并且为获得最大转矩，在工作电流达到最大时该磁场密度应为饱和磁通密度的一半。但是，一个导电“辐条”的导电能力(尤其是使用液体冷却时)与辐条的横截面成比例，而横截面与线性尺寸的平方成比例。
可以看出，如果忽略末端效应(一般情况下磁性扇区200的径向长度大于其宽度)并且只考虑一套圆盘，则每个磁性材料扇区200周围生成的安匝数Amp Turns需要保证该临界磁通穿过两个气隙(原因是第一圆盘20a和第二圆盘20b交错)。可以忽略磁性材料的磁阻(原因是磁性材料的相对磁导率很高)，因此两个主要关系为：
H.2.间隙＝安匝数
Bs/2＝μ0.H
因此，安匝数＝2.间隙.Bs/2/μ0.
其中Bs/2是饱和磁通的一半，μ0是自由空间的磁导率，H是H磁场。
然后就出现了一个非常简单的关系式，即对于一个给定磁通，必要安匝数可以简单地表示为一个给定磁通的间隙毫米数，因此
安匝数＝0.001/μ0
＝大约800安/毫米.特斯拉
如果圆盘厚度为d，间隙为g，电流密度为J，将导体横截面简化为正方形，横截面积为d2，电流为J.d2。举例来说，如果材料的饱和磁通密度为2特斯拉，则一套圆盘产生的磁通不应超过1特斯拉，所以
g＝J.d2/800每特斯拉(半饱和磁通密度)对应的毫米数
可将该关系简单地按比例换算为其它工作磁通密度。如果假设导体的横截面为正方形，可以直接看出间隙与线性尺寸的平方成比例。由于可将一个狭窄间隙的加工公差看作装置的线性尺寸公差，可以看出建造较大机器相对来说比较容易。也可以这样说，一个给定间隙需要导体202的一个给定横截面，因此在较大机器中可以降低一个分段的角向宽度。
下表是电流密度为5安/平方毫米、材料饱和磁通密度为2特斯拉时的间隙值。
Figure BPA00001390434200151
注意：这是总间距，即两个间隙之和。加工很小的机器也并非没有可能，可以看出3毫米的圆盘厚度大约是精密机加工的极限值。圆盘厚度为6毫米时每个间隙为0.1毫米，机加工相对容易。使用液体冷却时磁通密度较高，从而可以使机器更小或间隙更大。
如前所述，如果第一圆盘20a和第二圆盘20b中每个圆盘均使用单绕组，则产生一个转矩，第一圆盘20a产生运动，直至所有同性电流最为靠近。在此条件下，如果各路电流值能够产生半饱和磁通，则两组电流的合力将建立起饱和磁通密度，沿某一磁通通路上升、沿另一通路下降。
如果现在一组电流发生换向，可以看出所有电流将变为“异性”，产生排斥力，并且如果这些排斥力正好对齐，将全部为轴向力，不存在旋转部件。并且在该位置上电流的磁性作用刚好相互抵消，各轴向磁通通路中的磁通密度为零。前面已经提到，控制间隙的作用是将磁通均匀分布在间隙内。因此可以这样理解，自同性电流对齐位置起，之后一组电流发生换向，然后由于第一圆盘20a横穿第二圆盘20b，一般情况是各轴向磁通通路(忽略第一圆盘和第二圆盘交错产生的曲率)将被分成两个区：一是同性电流之间的分区，其中磁通基本为零，另外一个是异性电流之间的分区，其中磁通基本饱和(假设极限电流)。我们这时可以做出这样的解释：产生的力使高磁通密度中的磁通线摊开，磁通为零的所有区域面积减小。在本电动机应用中，空气间隙磁阻和导电通路中电流的作用是在有磁通的区域生成新的、基本恒定的磁通密度。此处由旋转产生的恒定磁通密度与上述力的线性化一致。
该解释有助于理解导体横截面最佳形状并建造能够提供连续转矩的实物机器。
有色金属导电材料的磁导率很低，因此可被用来充当自由空间或相当于空气间隙。在图13C到13H中，导体202的横截面在朝向圆盘面的轴向方向上呈曲线形，在与圆盘边缘和空气间隙的交点处宽度被限定，在圆盘厚度中间处该横截面还可以有一个直段部分202b，有助于置入电机钢薄板。图15A显示的是第一圆盘20a和第二圆盘20b的角向关系，可将这一关系视作一般情况，即无特殊关系，导体202对应图13C中的横截面。图15B显示的是同一套第一圆盘和第二圆盘，但此时二者处在即将分离的位置(或相当于相互靠近)。
首先考虑图15A上给出的尺寸e(边缘)和c(中心)，分别是磁性扇区200在最宽处和最窄处的横截面长度。显然，如果中间的磁通密度达到饱和，由于受因数c/e影响，边缘处磁通密度较低。
现在仅考虑一套圆盘产生的磁通，例如单独考虑第一圆盘20a。如果这是一种连续高磁导率材料，那么很显然磁通线将表现为图15C所示的一般形式，其样式为上下交替的轴向磁通通路，但在靠近每个导体202处，某些磁通只是大致环绕导体。这一现象的效果是：靠近每个圆盘中线上每个导体202的磁通现在不会沿轴向磁通通路上下延伸，并将横穿交错圆盘20b的磁通降至几何因数c/e以下。
但是前面已经提到，在本电机设计中各个导体202中的电流需要为两个空气间隙(对于沿一个轴向通路上升的磁通，只需用空气间隙个数处以电流数目)中的磁通进行励磁。如果导体202平直部分的宽度为w，空气间隙为g，并且w＞g，那么单个导体202周围的磁阻有下列比例关系
2.w+4.(A.g)，其中A为一个＜1的常数
如果通路穿过空气间隙，由于w＞g，那么多数磁通将取道毗邻层中的磁性材料，磁阻与4.g成比例。通过比较，沿一个轴向磁通通路上下的磁阻只与2.g成比例关系，因此这是最低磁阻通路。
上文已经提到，一个空气间隙的磁阻远远高于穿过磁性材料的任何连续通路磁阻，并且众所周知，其效果是磁通密度均匀分布在空气间隙内，要求磁通穿过任何间隙时几乎呈直角(有边缘磁通的边缘位置除外)。在这些情况下产生了一个很离奇的效果，但是能够通过援引安培定理进行严格证明。
考虑图15C中线151上的点。单个导体202’周围通路中的任何磁通现在受到导体202’和202”中的电流驱动，并且由于各电流周围的安培积分现在受到四个空气间隙磁阻的控制，磁性材料中H磁场很小，且几乎相等且相反。空气间隙占支配地位的作用是减小线151沿线H磁场对导体202’和202”之间距离的依赖。所以，如果w＞g，则横向H磁场在该线沿线任何一处几乎均为零，并且在圆盘中线处恰好为零。
从几何上来看，如果w等于g，那么由于穿过厚度(即最窄的地方，尺寸c)中央的磁通密度大体恒定，从中线的观点来看，取道单个导体202周围的“丢失磁通”延伸范围将会小于一个圆盘厚度的一半，原因是对于环绕一个导体202的磁通而言，这是最大横向通路宽度。该因数将会小于半数，因为即使在完全连续的介质中，此种横向通路中的磁通密度也会在靠近圆盘厚度中间时出现下降。根据安培定理，如果w＞g，则横向磁通受因数g/w和消除效应的影响而减小。
建造电动机的一般条件为w＞g且e＞d(其中d为一个圆盘的厚度)，其中磁通大体上沿轴向磁通通路延伸。
现在讨论导体形状的另一方面。如前所述，当相关的角位置使第一圆盘和第二圆盘的导体对齐时，既然导电材料的磁导率一般较低、相当于气隙的磁导率，那么当需要实现进一步旋转而进行电流换向时，有必要让异性电流之间生成新的磁通，以便产生转矩。但是，当它们处在一个重叠位置时，所有磁通通路的磁阻都较高，并且大大妨碍了横向磁通通路中新磁通的产生。因此，为了将环绕导体202的磁通最小化，有时候需要使w大于g，较大的w值将会增加导体的有效重叠角，在该角度内不会产生转矩(可称之为一个“死区”)。因此，圆盘20a、20b面上的导体202的宽度w受到限制。
因此，导体202的最佳形状多少有点像一条河流中的一个桥墩：为承载电流，它需要最大化的横截面，但是如果同时它在圆盘面上的边缘处相对较窄(这样它还能满足w＞g的要求)，转矩将会接近恒定并且保持连续，直至穿过间隙的直接磁通通路因导体重叠而被阻断。
如前所述，从任意一个位置起，所有同性电流都倾向于对齐，电动机将旋转，直至发生对齐。前文还提到，如果之后一组电流发生换向，那么电动机将再次转过一个扇形角度，直至所有电流再次对齐。另外前文还指出，当圆盘完全对齐时不会产生转矩，在对齐区周围将出现一个“死区”，该区转矩可以忽略(该“死区”的宽度由圆盘面上导体宽度w决定)。
显然，如果允许使用一个飞轮的机械惯性来帮助电机转过电流换向点、使旋转持续，那么就可以用所述的简化结构来建造电机。
但是在很多电机应用中(特别是在道路牵引中)，有必要保持连续转矩并允许从任意角度起动。
可通过三种方式实现该目的：
a)可将两套第一圆盘20a和第二圆盘20b以及磁通返回环30安装在一个单轴上，每套圆盘之间的相位差为半个扇区。在一般情况下，两圆盘均能够提供转矩，并且当一圆盘通过对齐位置时，另一圆盘将在磁场中心产生电流并能够产生最大转矩，从而保证了起动。如果导体202定形并利用“桥墩效应”，以便在无转矩时获得一个最小对齐角，那么大部分时间内两套圆盘均能够产生最大转矩。若采用本方案，最坏的情况出现在当一组绕组即将经过对齐位置时，起动或旋转十分缓慢。不能在转矩大于半数的任何转矩上进行此类操作，因为将两倍电流通入一套圆盘内将导致磁性材料发生饱和。这种方法的第二个不利之处在于，两套转子/定子必须在磁性上相互独立，因此每套均需一组磁通返回环，这大大增加了总质量。
第二个方法是在第一圆盘或第二圆盘内设置两套绕组，绕组位置间距为半个扇区。在第一圆盘和第二圆盘内均设置这样两套绕组并无优势，并且为简单起见，最好是在第二圆盘上设置这样两套绕组。两套绕组共享电流比较有利，这样两套绕组都能产生转矩，承载所有电流的一套绕组与另外一套接近于对齐。这样转矩就能保持连续，饱和问题不复存在。当各绕组独享电流时，其成本加倍，从而造成浪费。
该方案的另一个优势在于只需一个磁通返回环，这大大减轻了质量。
应当指出的是，在本方案中可以在任一圆盘或两个圆盘内设置多个相位，并且有大量排列方式。但是，随着圆盘内相数的增加，就需要在磁性材料区和导体202宽度的限制与磁性扇区202的角节距之间进行权衡。
第三个方案最为复杂，但也有可能最为有利，大体上可以将其比作用于测量的游标尺。假设一套转子有18个磁性材料扇区，一套定子有20个磁性材料扇区，如图16A至16F所示。与实际设计相比，扇区数目较低，但具有代表性，并且所选扇区数使间距度数很容易划分，即18扇区的间距为20度，20扇区的间距为18度。
在图16A至16F中，虚线表示第一圆盘(转子)中的径向电流，点线表示第二圆盘(定子)中的径向电流。对于其它版本的电机，假设所有转子与其它转子对齐、所有定子与其它定子对齐，这样各套圆盘磁性部件中的磁通处于轴向交替通路中，复合磁通等于二者的叠加。另外还假设各径向电流代表一个导体的中央，该导体具有桥墩的基本属性，即一个圆盘面上的一个角向宽度与气隙相比较要大，与扇区宽度相比较要小，因此允许一个扇区面的大部分区域被磁性材料占据，在其中产生磁通。在上述解释中，提到需要一个低磁阻通路来产生新磁通，并且解释了一个不产生转矩的死区，现在应考虑将上述解释应用到接近于对齐的单个导体对中。
如图16A所示，转子导体的电流从中间馈入，并且有可能采取下文所述的任何馈入方式(滑环、电感耦合器)。
所示定子导体通路为一个连续的曲折迂回式导体通路，各外弧通路连接端子T0到T9。为简单起见，此处假设绕组由单根导体组成，并且在一个实际定子中只能接近定子外部，但是不应将其视为一个限制条件。如图16A中所示，驱动电压经端子T0(正极)和T5(负极)馈入，而且应当指出的是，端子点任意一侧两个导体中的径向电流为同向，这意味着该扇区内两个导体产生的磁场将为零。
导体上的箭头指示采用这种连接时的常规电流流向，即由正极流向负极。圆周附近的箭头指示各导体受力情况。
可以看出，在图16A的顶部和底部(12点钟和6点钟位置)转子电流和定子电流完全对齐，产生零转矩。另外，根据箭头可以看出所有导体都产生一个同向作用力并对转子施加一个顺时针转矩，在相反的定子上产生反作用力转矩。同时首选分析方法是叠加法，各导体产生的作用力可以通过观察进行验证：同性电流相互吸引，异性相互排斥。
还应指出的是，由于存在对齐，在馈电点T0和T5上两个同性定子电流之间无转子电流。与未对齐的定子和转子电流之间的最小距离相比，如果“桥墩”在角向方向上较窄，那么除两个转子电流辐条外，所有其它辐条均处在产生磁场的定子扇区内，因此18个转子电流中有16个将提供转矩。
通过类似方法可以看出，由于转子绕组呈曲折迂回形并采用常规馈电方式，所有转子磁性分段在其磁性扇区内产生磁场。另外，就辐条的角向宽度来考虑，除两个完全对齐的定子电流外，所有定子电流都将产生转矩。
因此在所示角对准的情况下，18个转子电流中有16个产生转矩，20个定子电流中有18个产生转矩，因此该转矩(假设转子和定子电流相等)与较简单版本电动机中很多导体对齐时产生的完整转矩相比，二者比率为34/38。
图16B表示同一系统，从运动角度看转子已旋转1度，将产生顺时针转矩(即成为一个电动机)。如前所述，由于扇区宽度为18度和20度，这自然表示转过扇区角度差的一半。显示转矩方向的箭头现在显示所有电流都提供转矩，如果导体的角向宽度很小时将出现这种情况。可以看出，在定子馈电点上磁性扇区内无转子电流，但是有两个定子电流处于转子内两处地方的单个磁性扇区内，所以对于窄导体而言，一般情况下转矩为38/38(即100％)。但是，如果导体较宽，那么共有四个位置无转矩产生，即转矩比率为30/38。
图16C是再旋转一度后的情况。由于现在转过角度等于整个角距差，在距馈电点(逆时针)半个角距处有两个导体对齐。该对齐为同性电流对齐，否则转矩产生的情况与图16A一致。
图16D是进一步旋转一度后的情况，且这次情况有一点不同。如果假设辐条的角向宽度较窄，那么距馈电点(逆时针)半个角距处辐条产生的转矩现在与所有其它转矩相反：但是，这是根据电流进行的解释。然而，可以看出现在有一处转子电流处在一个扇区内，与该扇区内定子电流相反。但是，如果导体较宽，相互靠近的八组电流将不会产生转矩，变成图16B所示情形。注意，如果能够接近定子绕组的内弧部分，就有可能增加更多开关来防止这种情况产生，所以反向力是由于只能接近外部连接点的限制因素而产生的。
图16E所示角对准情况与图16D相同(即没有发生旋转)，但是现在连接点已经移动两个扇区(原因是只能接近外部连接点)。
显然，移动连接点的作用与常规电动机中的换向十分相似，但是应当指出的是，当物理转子转过4度时，一个连接点的变换角度已达到36度。同时此处所建议的换向并非物理换向，表面上的换向速度是物理转速的数倍。
通过观察还可发现，图上新旧连接点之间四个导体(顶部两个、底部两个)中的电流方向已经发生变化，因此新旧连接点之间导体电流相互作用产生的转矩方向也发生改变，但是这些导体产生的净转矩保持不变，即有两对导体产生一个相反转矩。此外，假设导体足够宽，四个紧密对齐的导体内无转矩产生，则该影响无关紧要。
但是另外还有一点比较重要。考虑新旧定子电流馈入点之间的四个定子导体(顶部两个、底部两个)。紧密对齐的转子电流具有相反符号，表明两个定子导体(串联布置)中产生的电机反电动势将相等且相反：这样，当出现图16D所示的对齐情况时，无论导体是宽是窄，T0和T9以及T5和T4之间的“电机”电压将下降为零。如果导体较宽，其进一步作用是保证新旧端子点之间的电压为零(由于导体宽度产生的磁性掩蔽效应)。因此出现图16D所示对齐时是最佳开关时间，可用“先接后断”的开关方式来抑制瞬变。
最后，图16F为转子再次旋转一度、采用新连接点后的情况。现在两处电流精确对齐、方向相反，该情形与图16A完全一致。
概括起来，如果一个定子内的扇区数为S，那么S应为偶数，因为只能接近外部端子点，定子中扇区个数R也应为偶数：在此情况下分析得出R＜S，但R＞S也可行。
所述情形为R＝S-2
在此情况下，将有两处正好相反的对齐点。如果R＝S-4，将有四个对齐点，因此需要四个端子点，而R＝S-6时需要6个端子点，以此类推。
在任何情况下，角距度数都为360/R和360/S。
转换之间转子的旋转角是两个角距度数差的两倍，即
720*(1/R-1/S)
前文已经叙述了辐条宽度很窄时导体电流产生转矩的情况。但是，如果一开始假设导体的角向宽度与扇区角度相比较要窄，那么可以理解成一个导体的角向宽度加倍能够使电流加倍，进而使转矩加倍。这一般能够避免使用过多的导体，但是仍然会导致总转矩增加。
可以看出，“游标尺”原理生成一个带有少量转矩波动的连续转矩，并且含相等扇区数的相互耦合电机产生最大转矩的百分数很高，能够产生非连续转矩。
以前述20扇区定子和18扇区转子为例，每转4度开关一次，开关速度为转速的90倍。用于直接驱动道路车轮的电动机最大转速为1200RPM，20RPS，所以换向速度大约为1.8kHz。实际电机的扇区数可以加倍，因此换向开关速度只有几千赫，通过半导体开关很容易实现。
如果根据图16A至16F进行描述的总成仅被用作电动机，由于极性保持恒定，各开关可是一个简单的半导体开关。如果该总成被用作电动发电机，则需要双向半导体开关。可以通过改变转子连接的极性或者改变端子点的连接顺序(即交换T0和T5，T9和T4等之间的连接)进行换向。
图17A是图16A、16B、16C和16D所示布置方式的开关位置。图17B显示的是“先接后断”开关，图17C显示的是图16E和16F的开关位置，中间位置比图16D和16E的角位置稍前或稍后。
可以使用多匝绕组，这对馈电点端子(T0、T1等)周围的影响与前述单匝绕组的情况稍微有些不同。在实际情况中导体较宽，从磁性上看，一个馈电点任意一侧的两个导体被其宽度所“遮蔽”，所以并无区别。
图18A至18D举例说明了一个、两个、三个和四个绕组的情况。注意，单个曲折迂回式绕组属于特殊情况，就所施加电压的极性来说，任何多匝绕组都将引起电流方向变换；为与图16所述情况保持一致，在图18B、18C和18D中所示馈电极性为负。
显然，无论转子扇区多于或少于定子扇区，无论所用绕组为多匝或单匝，相对的扇区数目可产生大量排列方式。
总之可以看出，第一个方案是在同一轴上布置两个转子和两个定子，需要一对额外的磁通控制环，导致质量过大。第二个方案的复杂性适中，就所用材料和性能而言能够胜任，但是需要在转矩连续性和生热之间做出权衡。第三个方案最为复杂，但是能用来提供真正连续的转矩，其所用材料与第二个方案相同。
现在有必要考虑如何将电流馈入未经切换的绕组内(如上所述，这一般是针对转子而言)。
传统方式是使用碳刷滑环，但与完全电子化的方式相比该方法不具优势，主要是由于碳刷容易磨损，并且需要进行维护。但是，碳刷滑环完全有可能被继续用在大量机器中，可能在大型防静电厂房中用的更多，该类厂房的电子设备成本非常昂贵，并且碳刷的维护并不是大问题。
一个可能更为合适的替代性方案是使用一个电感耦合器。图19显示了这样一种装置，它包括一个两半式环形铁氧体“壶形铁芯”变压器T1。其中一半T1a连接到转子20a上，另外一半T1b连接到电机的端板上。机械轴承、轴、“壶形铁芯”外罩和支座必须足够坚硬，就轴端浮动而言需要有足够的紧密度容限，使两半T1a和T1b处在一条共用中线上，保持均匀的空气间隙。
这两半装置上绕有变压器绕组，可以采用与图20相似的电路进行连接。此处开关将采用半导体装置，并且如果需要用作电动机和发电机，那么MOSFED(场效应晶体管)具有优势，原因是它们能够被配置成双向开关。当电源从电机架上进入转子时，那么开关S1到S4在常规无重叠方波桥式驱动下操作(不允许信号重叠，即纵向上的一对开关不能同时闭合，以避免电流直接从电源轨接地)。电压波形如图21所示：线1和2表示图20中点A和点B处的电压，该电压将一个方波驱动送入主感应元件T1的一次侧。
变压器T1完全按照常规方式进行工作，因此在点C和点D处输出端子上出现一个方波电压。
T2是个很小的变压器，用于实现电感耦合器的动作同步。其形式与T1类似，安装在非感应、非磁性材料(例如树脂或塑料)内，以便能够通过T1的中央孔连接在支架和转子之间，并能够旋转。T2由一个固定标准电压(例如12伏)产生的一个方波信号进行驱动，D1到D4构成一个桥式整流器，在点G和H上产生一个内部电源轨。在图21中，通过T2的输入和输出点的信号用线3表示。紧接其后的探测器电路还能恢复开关时钟信号，使电感耦合器同步运行。
启动后，在点G和H上建立一个工作电压之前，MOSFET开关S5至S8的体二极管将充当一个桥式整流器，在图20的点E和F上将产生一个电压，转子绕组内将产生电流。
一旦点G和H上建立电压，转子侧的驱动电路便能够开始切换S5到S8，这样开关就能在二极管开始导电后轻轻闭合，在二极管导电即将结束时切断。图21中线4和线5表示的是由定时恢复电路产生的适当逻辑信号，分别接通开关S6和S7或S5和S8。这将S5到S8变成一个同步整流器，并且变压器的能量变换(直流-直流)效率变高。图21中线6表示的是当C2不存在时在点E和F上建起的电压。由于受非重叠驱动的影响，该电压先是下降为零，然后又在短时间内升至一个较低水平：这表示体二极管S5到S8有电压降落。随着场效应管开启形成同步整流器，并且场效应管通道在其自身的体二极管内短路，之后电压变得更高。在一个实际电路中包括C2，其作用是使所示电压的过渡变得平缓，这样能够在点E和F上形成一个基本恒定的电压并馈入转子。
当电动机被用作一台发电机时，电源电路可逆。转子内通电后，开关S5至S8，形成驱动电路，开关S1至S4形成同步整流器。在该模式下可以采用开关S1到S4的定时驱动，这样它们在开关S5到S8之后开启，在开关S5到S8之前关闭。
如上所述，可将电动机当作一台发电机来用。自励发电机已出现了很长时间。虽然外部电源可用时可在电子控制下提供励磁、从而无需进行自励，但其原理基本相同。
理解发电机模式运行的关键在于认识到旋转方向由驱动到绕组的相位调整决定。当转矩为零时，磁场消失，因此电压也消失。但是绕组内仍有剩磁，只要能检测到绕组上存在电压并且相位驱动的开关正确，那么将很快建起自励模式。
但是用作汽车电机时要求快速制动，因此，需要一个更为确定的方式来启动发电模式。前面已指出，如果任何绕组中的电流变为零，那么磁场和感应电压都会消失。所以启动发电模式的最简单方式是向未经切换的转子绕组中通入电流，电流方向与发电模式下的电流方向相同。可将所有绕组看作与一个反电动势串联的一个阻力。当装置被用作一台电动机时，绕组中电流产生的电压加到电机反电动势上，所以驱动电压高于电机的反电动势，阻力减小。当处于发电机模式下时，绕组阻力生成一个从发电机反电动势减去的电压，，端子电压低于发电机反电动势，作为一个必要条件，阻力再次减小。所以，为了开始从电动机上“提取”足以启动相互耦合发电的电流，作用到转子绕组上的电压应为负。由于引入一个负电压来启动转子电流的电路很复杂，增加了复杂程度，实际上较为容易的系统启动方法是在一个经过切换的绕组中使用一个反向连接。
如果启动后转子中的电流保持连续，那么由于定子绕组已经切换，定子电路中的电压上升很快。但是，如果一个扇区转换导致任一绕组中的电流下降为零，那么需要重新开始励磁。因此，保持转子和定子中有连续电流一般来说比较重要。在上述第二和第三个方案中，由于采用“先接后断”的换相方式，自然能够保持电流连续。在第一个方案中，可以通过串联两套圆盘的定子电路来实现，这样至少有一套电路能连续感应出电流。
由于导体存在热耗，定子和转子都需要冷却。如果导电通路由径向绕组组成，如图13H所示，可以将单个导体之间的间隙用做冷却通道，十分方便。此类电机可以采用气体(空气)或液体冷却。但是，由于液体的比热远大于气体，液体冷却自然是大功率电动机的必然选择。水是高比热、低粘度普通冷却介质，但是具有腐蚀性，受到污染后具有导电性，如果用水的话可能会被悬浮微粒污染。有若干高稳定性、不导电的液体，例如变压器油，它在多数情况下性能较好。下文所称“液体”可以指任一选项，但是水冷却可能还有其它要求，例如需要保证足够的耐腐蚀性、与导电部件绝缘等。如果使用液体冷却，需要在轴上留出进液口和出液口。为实现该目的，可以使用常规旋转密封(例如油封)，向冷却通道总管内通入液体，通过中轴将这些通道连接起来。
建造电动机的具体实施方式如图22所示。该图中有一电动机及一个从动轴40。转矩很高，所以输出轴40有一个最小直径。如前所述，具有高转矩重量比的电动机倾向于轴向较短、径向较宽，因此可以很方便地将一个双列轴承42放入一个单“前”端板15a内，以便组成一个完整结构。轴40的里端可以有一个轮毂45，可在上面上安装转子20a。然后可以将转子20a和定子20b轮流装到电机内，转子内部轴向长度尺寸决定转子20a的轴向间隙，外部轴向尺寸决定定子20b的轴向位置。然后可以紧固轮毂机用螺钉21，将转子20a固定。然后可以将一个“后”端板15b安装到位，并可以紧固电机外壳内的横拉杆或螺柱22，将定子20b固定到位。此时完成了电机的机械部分。轴端和“后端板”15b的内表面可以包含电感耦合器55。然后可以将开关电子元件55固定到位并进行连接；在“后”端板15b上进行这项工作比较方便，将一个电子外罩盖15c放在顶部。
尽管在上文描述中将第一圆盘连接到轴上，第二圆盘连接到一台机器的支架上，应当注意的是可将轮毂电机、风扇和水下推进器一并做成“里朝外”，其中轴为静止部件，旋转部件(轮式风扇、推进器)安装在旋转支架的外部或与之相连。

Claims (22)

1.一种轴向磁通电动机(10)总成，包括：
一堆相互交替的第一圆盘和第二圆盘(20a，20d；20b，20c)，各圆盘(20a，20d；20b，20c)之间有允许旋转的间隙，该堆圆盘中至少有一个第一圆盘(20a，20d)以及至少有一个第二圆盘(20b，20c)；
第一圆盘或每个所述第一圆盘(20a，20d)安装后能够旋转；
第二圆盘或每个所述第二圆盘(20b，20c)被固定在位置上；其特征在于：
第一圆盘和第二圆盘(20a，20d；20b，20c)中每个圆盘(20a，20d；20b，20c)的一个面上都有磁性材料扇区(200，205)，各磁性材料扇区(200，205)之间是一条导电通路(201)的径向延伸部分(202)，用来传导电流，第一圆盘或每个第一圆盘(20a，20d)上磁性材料扇区(200，205)的第一间距恒定，第二圆盘或每个第二圆盘(20b，20c)上磁性材料扇区(200，205)的第二间距恒定，所述的第一和第二间距可能相等也可能不相等；
当所述导电通路(201)的径向延伸部分(202)有电流流过时，径向延伸的磁通通路中有磁通产生，方向与圆盘(20a，20d；20b，20c)面垂直，如果抛开第二圆盘(20b，20c)而单独考虑第一圆盘(20a，20d)，则轴向延伸的一个磁通通路中的磁通方向与两侧相邻的磁通通路中的磁通方向相反，并被安装于总成(10)两端的磁性材料磁通返回部分(30)返回，总磁通为第一圆盘和第二圆盘(20a，20d；20b，20c)磁通的叠加；
该总成(10)还包括开关电路(50)，用以切换第一圆盘或每个第一圆盘(20a，20d)或第二圆盘或每个第二圆盘(20b，20c)中所述导电通路(201)中的电流方向，保证与其它第一圆盘(20a，20d)或第二圆盘(20b，20c)的旋转方向一致，以此来实现第一圆盘或每个第一圆盘(20a，20d)的连续旋转。
2.一种轴向磁通发电机总成，包括：
一堆相互交替的第一圆盘和第二圆盘(20a，20d；20b，20c)，各圆盘(20a，20d；20b，20c)之间有允许旋转的间隙，该堆圆盘中至少有一个第一圆盘(20a，20d)以及至少有一个第二圆盘(20b，20c)；
第一圆盘或所述的每个第一圆盘(20a，20d)安装后能够旋转，
第二圆盘或每个所述第二圆盘(20b，20c)被固定在位置上；其特征在于：
第一和第二圆盘(20a，20d；20b，20c)中每个圆盘(20a，20d；20b，20c)的盘面上均有磁性材料扇区(200，205)，各磁性材料扇区(200，205)之间是一条导电通路(201)的径向延伸部分(202)，用来传导电流，当总成(10)投入使用时，导电通路(201)的相邻径向延伸部分(202)中的电流极性相反，在第一圆盘或每个第一圆盘(20a，20d)上，磁性材料扇区(200，205)的第一间距恒定，在第二圆盘或所述的每个第二圆盘(20b，20c)上，磁性材料扇区(200，205)的第二间距恒定，所述的第一和第二间距可能相等也可能不相等；
当电流流经导电通路(201)的所述径向延伸部分(202)时，轴向延伸的磁通通路中产生磁通，方向与圆盘(20a，20d；20b，20c)面垂直，如果抛开第二圆盘(20b，20c)而单独考虑第一圆盘(20a，20d)，则轴向延伸的一个磁通通路中的磁通方向与两侧相邻的磁通通路中的磁通方向相反，并被安装于总成(10)两端的磁性材料磁通返回部分(30)返回，总磁通为第一圆盘(20a，20d)和第二圆盘(20b，20c)磁通的叠加；
该总成还包括旋转装置，以使第一圆盘或每个第一圆盘(20a，20d)发生连续旋转，从而使第一圆盘或每个第一圆盘(20a，20d)上所述导电通路(201)，或者，使第二圆盘或每个第二圆盘(20b，20c)上所述导电通路(201)中有电流流过，并且，电流方向的反向与其余的第一圆盘或第二圆盘的旋转对应。
3.权利要求1所述的一个总成，该总成还可被用作一台发电机。
4.前述任何权利要求所述的一个总成，其特征在于当总成(10)投入使用时，如果第一间距和第二间距相等，则所有导电通路部分(202)中，导电通路(201)的相邻径向部分(202)中的电流极性相反。
5.权利要求1到3中任何一项所述的一个总成，其特征在于若第一和第二间距不相等，当总成(10)投入使用时，除电流馈入点两侧的导电通路径向延伸部分(202)的电流极性相同外，导电通路(201)中相邻径向延伸部分(202)中的电流极性相反。
6.前述任何权利要求所述的一个总成，其特征在于第一圆盘或每个第一圆盘(20a，20d)内导电通路(201)中的电流强度与第二圆盘或每个第二圆盘(20b，20c)中导电通路(201)的电流强度相同。
7.前述任何权利要求所述的一个总成，其特征在于导电通路(201)由一个导电绕组(230)组成。
8.权利要求1到6中任何一项所述的一个总成，其特征在于第一、第二圆盘或每个所述第一、第二圆盘(20a，20d；20b，20c)可以用导电材料做成，导电通路(201)可以用磁性材料扇区(200，205)周围的圆盘材料来充当。
9.权利要求8所述的一个总成，其特征在于导电材料为一种铝合金。
10.权利要求8或9所述的一个总成，其特征在于圆盘上开有狭槽(270)，以便限定导电通路(201)。
11.前述任何权利要求所述的一个总成，其特征在于所述的磁性材料扇区(200，205)上设有开孔(260)，孔内填充高磁通密度软磁性材料(265)。
12.权利要求11所述的一个总成，当作为与权利要求10的一个补充时，其特征在于所述的狭槽(270)与所述的开孔(260)相互连接。
13.前述任何权利要求所述的一个总成，其特征在于所述的第一圆盘和第二圆盘(20a，20d；20b，20c)中每个圆盘都有多个相互独立的导电通路(201)。
14.权利要求1或3所述的一个总成，或用来补充权利要求1或3的权利要求8到13中任何一项所述的一个总成，其特征在于采用感应耦合的方式将电流馈入圆盘(20a，20d；20b，20c)。
15.权利要求2或3所述的一个总成，或用来补充权利要求2或3的权利要求8到13中任何一项所述的一个总成，其特征在于采用感应耦合的方式将电流从圆盘(20a，20d；20b，20c)上引出。
16.前述任何权利要求所述的一个总成，其特征在于有两个第一圆盘(20a，20d)和两个第二圆盘(20b，20c)，它们组成两套圆盘，每套包括一个第一圆盘和与之相邻的一个第二圆盘，每套都有自己单独的磁通返回部分(30)，并且其中一套第一圆盘和第二圆盘与另外一套第一圆盘和第二圆盘永久偏移，偏移量等于一个所述扇区(200，205)宽度的一半。
17.权利要求1到15中任何一项所述的一个总成，其特征在于有两个第一圆盘和两个第二圆盘，并且第一圆盘或第二圆盘中的任意一个都配有两个单独的导电通路。
18.权利要求1到15中任何一项所述的一个总成，其特征在于第一圆盘或每个第一圆盘(20a，20d)上磁性材料扇区(200)的数目R与第二圆盘或每个第二圆盘(20b，20c)上磁性材料扇区(200)的数目S不同，并且当第一圆盘或每个第一圆盘(20a，20d)转过一个720(1/R-1/S)度角时第一圆盘或每个第一圆盘(20a，20d)导电通路(201)中的电流发生换向。
19.权利要求18所述的一个总成，其特征在于R和S为偶数。
20.前述任何权利要求所述的一个总成，其特征在于导电通路(201)的每个径向延伸部分(202)还沿着圆盘(20a，20d；20b，20c)面厚度方向延伸，并且在圆盘上任一径向位置上测量，在靠近圆盘表面处导电通路部分(202)的宽度小于靠近圆盘厚度中间处导电通路部分的宽度。
21.权利要求20所述的一个总成，其特征在于在圆盘(20a，20d；20b，20c)面厚度方向上，导电通路部分(202)的中间部分基本平直，导电通路部分的(202)的各边缘部分基本为曲边。
22.权利要求21所述的一个总成，当作为权利要求8的一个补充时，其特征在于圆盘材料包括电机钢薄板，并且相邻的薄板层(265a，265b)在导电通路部分(202)的平直边和曲边相接处形成一个接缝(265c)，薄板层(265a，265b)的布置方式使各相邻导电通路部分(202)中的接缝(265c)偏移。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102798820A (zh) * 2012-08-08 2012-11-28 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 永磁无刷直流电动机换相损耗测试装置及其使用方法
CN104608921A (zh) * 2015-01-29 2015-05-13 广州铁路职业技术学院 飞机机轮及助降方法
CN106877535A (zh) * 2017-04-13 2017-06-20 深圳市世尊科技有限公司 层叠式直流无刷电机
CN110661384A (zh) * 2019-11-14 2020-01-07 南京理工大学 一种无槽式轴向磁通永磁旋转变压器
TWI690136B (zh) * 2019-05-30 2020-04-01 翁壽成 防震磁浮發電裝置
CN111817520A (zh) * 2020-07-22 2020-10-23 张龙樟 发电模组
TWI792467B (zh) * 2021-08-02 2023-02-11 國立高雄科技大學 軸向磁通切換馬達及其轉子

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2466436A (en) 2008-12-18 2010-06-23 Scimar Engineering Ltd Axial flux motor and generator assemblies
US8653677B2 (en) * 2009-01-15 2014-02-18 Volvo Technology Corporation Electromagnetic, continuously variable transmission power split turbo compound and engine and vehicle comprising such a turbo compound
CN102412664A (zh) * 2011-11-21 2012-04-11 李明山 一种导体板式发电机
GB201301305D0 (en) * 2013-01-24 2013-03-06 Gkn Evo Edrive Systems Ltd Electrical machines
WO2014210409A1 (en) * 2013-06-28 2014-12-31 Exxonmobil Upstream Research Company Systems and methods of utilizing axial flow expanders
CN105324554B (zh) 2013-06-28 2017-05-24 三菱重工压缩机有限公司 轴流膨胀机
CN105711444B (zh) * 2016-03-30 2018-05-11 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 一种轨道车辆蛇形失稳抑制系统和方法
US10277084B1 (en) 2016-10-19 2019-04-30 Waymo Llc Planar rotary transformer
US10530209B2 (en) 2016-10-28 2020-01-07 Waymo Llc Devices and methods for driving a rotary platform
TWI596867B (zh) * 2016-12-08 2017-08-21 Shihlin Electric & Eng Corp Start the generator magnetic detection device to improve the structure
US11177726B2 (en) 2017-01-11 2021-11-16 Infinitum Electric, Inc. System and apparatus for axial field rotary energy device
US10141803B2 (en) * 2017-01-11 2018-11-27 Infinitum Electric Inc. System and apparatus for axial field rotary energy device
US10186922B2 (en) 2017-01-11 2019-01-22 Infinitum Electric Inc. System and apparatus for axial field rotary energy device
GB201704268D0 (en) * 2017-03-17 2017-05-03 Rolls Royce Plc An electrical machine
WO2019012307A1 (en) * 2017-07-10 2019-01-17 Soporan Dumitru PORTABLE POWER SOURCE
SE541438C2 (en) * 2017-07-12 2019-10-01 Scania Cv Ab A vehicle propulsion system
PL233865B1 (pl) * 2017-07-28 2019-12-31 Equelo Spólka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia Maszyna elektryczna
WO2019190959A1 (en) 2018-03-26 2019-10-03 Infinitum Electric Inc. System and apparatus for axial field rotary energy device
DE102018210163A1 (de) 2018-06-22 2019-12-24 Hs Products Engineering Gmbh Statorvorrichtung, Elektroflachmotor und Verfahren zum Herstellen einer Statorvorrichtung
US10931175B2 (en) 2018-10-31 2021-02-23 Waymo Llc Magnet ring with jittered poles
IT201900006398A1 (it) 2019-05-28 2020-11-28 Navis S R L Macchina rotante multistadio a flusso assiale con magneti permanenti e statori “slot-less”, con innovativa struttura per i dischi di rotore e statore
US11283319B2 (en) 2019-11-11 2022-03-22 Infinitum Electric, Inc. Axial field rotary energy device with PCB stator having interleaved PCBS
US20210218304A1 (en) 2020-01-14 2021-07-15 Infinitum Electric, Inc. Axial field rotary energy device having pcb stator and variable frequency drive
US20210399595A1 (en) * 2020-06-23 2021-12-23 Richard Shao Wei CHIN Electromagnetic Induction Device for Electric Power Generation
TWI741757B (zh) * 2020-08-25 2021-10-01 金紹維 具有電磁感應發電裝置之電動車輛
US11626779B2 (en) 2021-02-17 2023-04-11 E-Circuit Motors, Inc. Planar stator having discrete segments with different winding characteristics
GB2604919B (en) * 2021-03-19 2024-04-10 Oxford Energetics Ltd Propulsion torque shaft machine
US11482908B1 (en) 2021-04-12 2022-10-25 Infinitum Electric, Inc. System, method and apparatus for direct liquid-cooled axial flux electric machine with PCB stator
EP4378054A2 (en) 2021-07-30 2024-06-05 E-Circuit Motors, Inc. Magnetic material filled printed circuit boards and printed circuit board stators
CN113949177A (zh) * 2021-09-22 2022-01-18 义乌吉利自动变速器有限公司 一种定转子结构和轴向磁场电机

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US294043A (en) * 1884-02-26 hochhausen
US514907A (en) * 1894-02-20 brush
US534953A (en) * 1895-02-26 Dynamo-electric machine
FR1226508A (fr) * 1959-02-05 1960-07-13 Electronique & Automatisme Sa Perfectionnement aux machines électriques tournantes
US3017553A (en) * 1959-08-17 1962-01-16 Jack R Homan Dynamoelectric apparatus
US3543066A (en) * 1968-12-23 1970-11-24 Trw Inc Discoidal electric motor with compensating windings
NL163075C (nl) * 1976-07-12 1980-07-15 Gils Adrianus Van Gelamineerde wikkeling voor elektrische machines.
US4959578A (en) * 1987-11-24 1990-09-25 Axial Electric, Inc. Dual rotor axial air gap induction motor
JPH06253513A (ja) * 1993-02-26 1994-09-09 Satake Eng Co Ltd 同期電動機
JP3630469B2 (ja) * 1995-05-25 2005-03-16 セイコープレシジョン株式会社 多極モータとそれを用いた時計機械体
US6049149A (en) * 1999-03-23 2000-04-11 Lin; Shou-Mei Brushless DC motor having opposed pairs of axial magnetic field type permanent magnets and control system therefor
US6310417B1 (en) * 1999-12-30 2001-10-30 Lockheed Martin Energy Research Corporation Hybrid-secondary uncluttered induction machine
US20050035678A1 (en) * 2003-08-11 2005-02-17 Ward Terence G. Axial flux motor mass reduction with improved cooling
US7237748B2 (en) 2003-12-15 2007-07-03 Delos Aerospace, Llc Landing gear method and apparatus for braking and maneuvering
US7365467B2 (en) 2005-04-06 2008-04-29 Visteon Global Technologies, Inc. Low noise stator winding having a phase angle shift
WO2007141948A1 (ja) * 2006-06-06 2007-12-13 Honda Motor Co., Ltd. モータおよびモータ制御装置
US7737594B2 (en) 2006-12-01 2010-06-15 Honda Motor Co., Ltd. Axial gap type motor
EP1986311A2 (en) 2007-04-26 2008-10-29 Seiko Epson Corporation Brushless electric machine
JP5151486B2 (ja) * 2007-04-26 2013-02-27 セイコーエプソン株式会社 ブラシレス電気機械、装置、移動体、及び、ロボット
US20090273192A1 (en) * 2008-04-30 2009-11-05 Guven Mustafa K Doubly fed axial flux induction generator
GB2466436A (en) 2008-12-18 2010-06-23 Scimar Engineering Ltd Axial flux motor and generator assemblies
CN101510702B (zh) * 2009-03-27 2011-09-14 华中科技大学 一种绕线转子无刷双馈电机

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102798820A (zh) * 2012-08-08 2012-11-28 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 永磁无刷直流电动机换相损耗测试装置及其使用方法
CN102798820B (zh) * 2012-08-08 2014-12-24 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 永磁无刷直流电动机换相损耗测试装置及其使用方法
CN104608921A (zh) * 2015-01-29 2015-05-13 广州铁路职业技术学院 飞机机轮及助降方法
CN106877535A (zh) * 2017-04-13 2017-06-20 深圳市世尊科技有限公司 层叠式直流无刷电机
TWI690136B (zh) * 2019-05-30 2020-04-01 翁壽成 防震磁浮發電裝置
CN110661384A (zh) * 2019-11-14 2020-01-07 南京理工大学 一种无槽式轴向磁通永磁旋转变压器
CN110661384B (zh) * 2019-11-14 2021-08-03 南京理工大学 一种无槽式轴向磁通永磁旋转变压器
CN111817520A (zh) * 2020-07-22 2020-10-23 张龙樟 发电模组
WO2022016695A1 (zh) * 2020-07-22 2022-01-27 张龙樟 发电模组
TWI792467B (zh) * 2021-08-02 2023-02-11 國立高雄科技大學 軸向磁通切換馬達及其轉子

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