CN107251367A

CN107251367A - 电动马达

Info

Publication number: CN107251367A
Application number: CN201680009796.4A
Authority: CN
Inventors: 邓肯·理查德·奎克; 邓肯·约翰·埃迪奇
Original assignee: Electric Vehicle System Technology Co Ltd
Current assignee: Electric Vehicle System Technology Co Ltd
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2017-10-13
Anticipated expiration: 2036-02-03
Also published as: US20180019646A1; US20200313520A1; EP3257138B1; EP3257138A1; PL3257138T3; WO2016127207A1; AU2016218936B2; US10715014B2; AU2016218936A1; EP3257138A4; CN107251367B

Abstract

一种低电压大电流永磁直流电磁异极马达，其包括：(a)至少一个永磁转子；(b)轴，该轴与转子机械连接，使得转子的轴向旋转引起该轴的轴向旋转；(c)至少一个定子绕组；(d)多个开关，多个开关都用于为定子提供换向切换，以使得在转子上产生扭矩，并且由此引起轴的所述轴向旋转，其中，所述电机的端子电压等于一个电化学电池单元的电压，并且其中，所述电机的功率为至少1kW。

Description

电动马达

技术领域

本发明涉及低电压大电流永磁DC(直流)电磁异极马达。

背景技术

随着全球石油储备的下滑，发展电池电动车辆的动力增加。因此，在经济上需要对电动车辆的里程和重量进行改进。

为了提高电力转换效率，电池供电的电动车辆(BEV)的系统电压在过去十年中从约150V增加至600V以上。预计会出现电压在800V以上的系统。存在这种高电压时难以避免的电击和火灾安全风险可以通过比如底盘短路检测及自动隔离、手动操作高压隔离器和应急服务人员佩戴的绝缘手套等方法进行管理，但将表明消除这种问题的风险管理原则是比个人防护装备(PPE)或工程解决方案更安全的解决方案。通过降低系统电压可以实现消除由高压(HV)电池引起的问题。然而，如上所述，BEV的设计者通常会增加系统电压，而不是降低系统电压。增加系统电压使导体尺寸和成本降低并提高了效率，这是由于电流较小时，整个IGBT上的压降较低，从而减少了损耗。

BEV使用一个或更多个具有串联的电池单元的电池。串联的电池单元需要平衡电路来确保每个电池单元具有相同的电压。通常，每个电池单元上需要一个电池单元平衡器电路。这意味着使用非常小的电池单元就导致昂贵的平衡器组。平衡器电路的作用对本领域技术人员而言是公知的并且不需要在本文详细说明。平衡器对于可靠地实现电池的所需的充电—放电限度和长使用寿命而言至关重要。

即使使用电池单元电荷平衡器，电池的放电深度仍然随电池单元的使用年限、温度和其他因素而变化，因此，所有串联连接的电池在其中一个电池单元失效的情况下最终在其他电池单元的作用下被迫成为反极性，从而导致电池组失效。

可以提供电池单元旁路来确保电池单元不被过充电或充电不足。然而，只有在非常小的电池单元中才可以经济地建立电池单元旁路电路。

对于BEV而言，电池单元旁路是不经济的，并且在大约八年后必须更换整个电池。

所有串联连接的电池都需要进行电池单元监测，以检测电池单元欠压并断开电池。因此，任何单个电池单元的欠压都会导致电池失效，并且因此导致BEV车辆故障。车辆的可靠性只能通过使用两个或更多个电池来改善。

期望提供减轻现有技术的一个或更多个困难的电动马达，或者至少提供有用的替代方案的电动马达。

发明内容

根据本发明，提供了一种低电压大电流永磁直流电磁异极电动马达，该低电压大电流永磁直流电磁异极电动马达包括：

(a)至少一个永磁转子；

(b)轴，该轴与转子机械连通，使得转子的轴向旋转引起该轴的轴向旋转；

(c)至少一个定子绕组；

(d)多个开关，多个开关均用于为定子提供换向切换，以使得在转子上产生扭矩，并且由此引起轴的所述轴向旋转，

其中，所述电机的端子电压等于一个电化学电池单元的电压，并且

其中，所述电机的功率为至少1kW。

优选地，开关包括多个晶体管半桥开关，这些半桥开关中的每一个半桥开关都连接至定子绕组的分开的点，其中，所述晶体管半桥开关用于提供换向切换并调节所述定子绕组中的电流，以使得在转子上产生扭矩，并且由此引起轴的所述轴向旋转。优选地，晶体管半桥开关位于定子绕组的相应的分开的点附近。

晶体管半桥开关优选地定位成与定子绕组的相应的分开的点相距5mm内。所述至少一个定子绕组中的每个定子绕组都优选地仅包括一匝的一半，使得在使用中所述半桥中的两个半桥被启用，其中，一个半桥中的一个高侧晶体管导通并且另一半桥中的一个低侧晶体管半桥导通，以完成用以形成一匝绕组的回路。

根据本发明，还提供了一种电动车辆，该电动车辆包括：

(a)底盘；

(b)推进装置，该推进装置联接至底盘；

(c)根据权利要求1至22中的任一项所要求保护的电动马达，该电动马达联接至所述底盘并与所述推进装置机械连接；以及

(d)电源，该电源包括与电动马达的相应部分并联连接的多个电池。

根据本发明，还提供了一种用于电动车辆牵引的无刷永磁直流马达，该无刷永磁直流马达包括：

(a)至少一个永磁转子；

(b)至少一个定子绕组；以及

(c)至少一个电池，

其中，所述电池的电压等于一个电化学电池单元的电压。

根据本发明，还提供了一种包括并联联接的电池的电磁功率转换无刷电机。

根据本发明，还提供了一种用于电动马达的电池系统，该电池系统包括：

(a)转子；

(b)轴，该轴轴向地延伸穿过转子，该轴与转子机械连接，使得转子的轴向旋转引起轴的轴向旋转；以及

(c)定子，

电池系统包括：

(i)直流(DC)电源，该直流电源包括与所述定子的相应扇区并联电连接的多个电池；以及

(ii)多个驱动器开关，所述多个驱动器开关配置成产生交流(AC)信号，以使得在转子上产生扭矩，并且由此引起轴的轴向旋转。

根据本发明，还提供了一种无刷直流马达，该无刷直流马达包括：

(a)转子，该转子包括：

(i)转子盘；以及

(ii)一圈间隔开的永磁体，该一圈间隔开的永磁体绕所述转子盘的外周部分联接；

(b)轴，该轴轴向地延伸穿过转子盘，该轴与转子盘机械连接，使得转子盘的轴向旋转引起轴的轴向旋转；

(c)定子，该定子包括定子盘，该定子盘在其中具有周向分布且径向指向的槽，所述槽限定相应的径向指向的长形的导电条；以及

(d)驱动器开关，所述驱动器开关电耦接至定子的长形的条的径向外端部并与定子的长形的条的径向外端部位于同一位置，并且所述驱动器开关配置成产生沿着定子的长形的条在交变的径向方向上流动的电流，以使得在转子上产生扭矩，并且由此引起轴的轴向旋转。

根据本发明，还提供了一种低电压大电流永磁直流电磁异极马达，该低电压大电流永磁直流电磁异极马达包括：

(a)至少一个永磁转子；

(b)轴，该轴与转子机械连接，使得转子的轴向旋转引起该轴的轴向旋转；

(c)至少一个定子绕组；

其中，所述电机的端子电压等于一个电化学电池单元的电压。

根据本发明，还提供了一种低电压大电流永磁直流电磁异极发电机，该低电压大电流永磁直流电磁异极发电机包括：

(a)至少一个永磁转子；

(c)至少一个定子绕组；

(d)多个开关，多个开关均用于根据由引起轴的所述轴向旋转的转子的轴向旋转所产生的磁通为定子提供换向切换，

其中，所述电机的功率为至少1kW。

附图说明

在下文中参照附图仅通过示例的方式描述本发明的一些实施方式，在附图中：

图1是电动马达的侧视立体图；

图2a是图1a中示出的马达的侧视图；

图2b是图2a中示出的马达的沿线A-A截取的截面图；

图2c是图2b中示出的马达的部分“B”的放大图；

图2d是图2b中示出的马达的部分“C”的放大图；

图3是图1中示出的马达的端视图；

图4是图1中示出的马达的部分分解图；

图5a是图1中示出的马达的转子的侧视立体图；

图5b是图9中示出的转子的磁体的侧视立体图；

图6是图1中示出的马达的定子盘的侧视立体图；

图7a至图7c是示出了用于图1中示出的马达的一个条的驱动器的电路的原理图；

图8是另一电动马达的侧视立体图；

图9是图1中示出的马达的定子的侧视图；

图10是图9中示出的定子的扇区的侧视立体图；

图11是图9中示出的定子的印刷电路板的侧视图；

图12是电池的侧视立体图；

图13是图1中示出的马达的电源的原理图；

图14是电连接至电源系统的图1中示出的马达的侧视立体图；以及

图15是电池供电的电动车辆的示意图。

具体实施方式

图1至图4中示出的无刷直流(DC)马达10包括转子12，转子12包括转子盘14和以在图5a和图5b中示出的方式绕转子盘14的外周部分18联接的一圈间隔开的永磁体16。马达10还包括沿“D_A”方向轴向延伸穿过转子盘14的轴20。轴20与转子盘14机械连接，使得转子盘14的轴向旋转引起轴20的轴向旋转。如图6中所示，马达10还包括定子22，定子22包括定子盘24，该定子盘24在其中具有周向分布且径向指向的槽26，槽26限定相应的径向“D_R”指向的长形的导电条28。马达10还包括驱动器开关30，驱动器开关30如图7a至7c中示出的那样电耦接至定子22的长形条28的径向外端部32并与定子22的长形条28的径向外端部32位于同一位置，并且驱动器开关30配置成产生沿着定子22的长形条28在交变的径向方向“D_R”上流动的交流(AC)信号，以使得在转子上产生扭矩，并且由此引起轴20的轴向旋转。

如所示出的，马达10包括两个定子22和一个转子12。然而，马达10可以替代性地包括任何合适组合的定子22和转子12，以适应任何特定应用的需要。例如，图8中示出的马达100包括四个定子22和三个转子12。然而，为了便于描述，下面参照马达10通过非限制性示例描述本发明的优选实施方式。

如图4中特别示出的，马达10还包括联接至轴20的一对转子端盘34a、34b，所述一对转子端盘34a、34b将转子12和定子22夹挡在所述一对转子端盘34a、34b之间。马达10还包括端板36a、36b，端板36a、36b使转子12和定子22联接在端板36a、36b之间。如所示出的，端板36a、36b是大致方形的平的构件。然而，板36a、36b可以替代性地采取任何合适的形状以适应马达10的需要。板36a、36b包括用于将马达10的组成部件固定在板36a与板36b之间的紧固件37。紧固件37包括例如延伸穿过板36a、36b的各个拐角部的螺栓37。替代性地，紧固件37包括用于将这两个板联接在一起的任何其他合适的装置。

如图5a和图5b中特别示出的，转子盘14的外周部分18包括多个槽38，所述多个槽38定形状成在其中接纳和安置磁体16中的相应磁体。转子盘14包括中央毂部40，中央毂部40包括用于接纳穿过中央毂部40的轴20的轴向延伸的槽。转子盘14还包括在毂部40与外周部分18之间径向延伸的多个支撑构件42。支撑构件42与外周部分18之间形成有槽43。槽43定形状成协助空气轴向抽吸穿过马达10并且协助空气从马达10径向排出。由槽43产生的气流以这种方式使空气移动穿过马达有助于冷却马达10。这些槽还有助于减小马达10的重量。

毂部40包括用于与轴20配合的紧固件44。如所示出的，紧固件44是定形状成与轴20的凸形突起(未示出)配合的凹形槽。替代性地，紧固件44是用于将转子12机械地联接至轴20的任何其他合适的装置。

如图9至图11中特别示出的，定子22包括绕定子盘24的相应条28周向地安装的驱动器开关30。定子22包括汇流条46，汇流条46将安装在定子印刷电路板(PCB)31上的驱动器开关30电耦接至定子盘24的相应的条38的外端部32。

如所示出的，驱动器开关30优选地布置在绕定子盘24的扇区52中。在该实施方式中，绕定子盘24的扇区52由DC电源50驱动，DC电源50包括图12中示出的类型的多个电池51(B₁、B₂、B₃、B₄)，所述多个电池51以图13和图14中示出的方式绕马达10布置。如所示出的，电池B₁、B₂、B₃、B₄并联地连接至马达10的相应的扇区52。如相关领域的技术人员将理解的，马达10可以针对特定应用而使用并联连接的任意数目的电池51来服务于马达10的扇区52。

如图11中特别示出的，每个扇区52的驱动器开关30安装在印刷电路板上。每个扇区52的PCB 31包括用于电耦接至正汇流条48和负汇流条48中的相应一个汇流条的端子53a和53b，正汇流条48和负汇流条48又以图12中示出的方式将驱动器开关30耦接至DC电源50。

DC电源50优选地为包括并联连接的多个电化学电池单元的电池。马达10以超低电压工作。在本说明书中，术语“超低电压”(ULV)用来指由单个电化学电池单元产生的电压。

并联连接的电池50为现有的电动车辆系统提供了许多简化。马达10构造起来是简单的并且有利地从约3V起以最高可能的效率运行。这对于100kW的DC电机意味着电流为33kA。

电机10的发展来自于在3V时载有数万安培电流的要求。从历史上看，只有单极马达被用于这种应用。带槽的单极盘转子被制成并通过使用电刷来迫使径向电流穿过盘而使该转子在恒定磁场中运行。由于不能制造出无刷单极电动马达，并且为了满足项目的要求而使得电刷被视为太低效且存在问题，因此开发了基于同一带槽盘的异极马达10。

异极马达10基本上是具有常规的永磁转子12的多相轴向磁通多定子22的电机。每个定子盘22随后可以进一步分成由独立的电池51驱动的扇区52，但是异极马达10另外也可以是传统的无刷DC电机，但要注意电流路径长度。为此，控制器开关30优选地与马达10集成到一个组件中。

就效率而言，单极马达的效率是惊人，特别是在可以忽略其电刷损耗的情况下，在扁平导体中具有径向电流的概念不会在电能转化为机械能方面出错。单极电机具有双气隙和无铁芯转子盘的概念，因此尽管实心盘电机趋于在其周边电刷与中心轴之间具有弯曲且扩展的电流路径，但由于磁链而不会有效率损失。然而，由于由反向场引起的盘22中的涡流损耗，所以在异极电机中不能使用实心盘转子。

在利用简单的平的定子22的情况下，接下来的设计步骤是划分电流并用半桥54驱动独立的条28，以制造多相无刷DC电机10。

马达10包括用以驱动半桥54的控制逻辑30。例如，用于驱动条28的方法使用较少数目的运算放大器(Opp Amps)和霍尔传感器。

图7a示出了用于马达10的简单的模拟电子控制器30的一个可能的实施方式。此处示意性地示出为L1、L2、L3等的每个定子条28优选地设置有其自身的半桥FET(场效应晶体管)驱动器对54，特别地，其中马达10定尺寸成使得条28中的最大电流与每个FET 58的最大电流容量大致相同。在这种情况下，每个条28代表马达10的一个相。这使每定子“匝”对应的反向电动势最小，并且允许在一个电化学电池单元51的电压下操作，甚至在使用铅酸电池并经受重负载的情况下也允许铅酸电池在约1V的电压下操作。

如果在每个转子极下有三个条28，则半桥54的驱动器电路可以是任何传统的三相马达控制器。然而，该马达10适用于具有多于三个的相，在这种情况下，不能直接应用传统的三相马达控制器。

每个FET 58的栅极可以经由100Ω的串联电阻器驱动，以限制栅极导通电流，并且每个FET 58的栅极可以经由1MΩ的分流电阻器在FET处局部地拉低，这用于确保在栅极与控制电路之间的连接断开时FET不会导通。这在控制卡通过插头和插座连接至FET 58时是最有用的。在示出的实施方式中，这是较少需要的，因为FET58与控制逻辑被安装在同一PCB上并且通过PCB迹线连接。

该示例实施方式中示出的驱动器是基于IR2127电流感测单通道驱动器的。该低压马达10的另一优点在于，高侧FET 58和低侧FET 58两者可以由同一栅极源电压轨来驱动，这是由于高侧的供电轨仅比低侧高供电轨的一半。

这避免了用于高侧的升压驱动器的需要，因此我们可以将图7a中示出的相同的电路用于低侧FET 58和高侧FET 58两者。用于高侧FET 58的电路与图示30中示出的用于低侧FET的电路相同。这两个电路一起形成一个半桥驱动器。

每一相都需要一个半桥驱动器。如果马达10是四相马达，则马达10具有八个IR2127驱动器，所述八个IR2127驱动器驱动相A、B、C、D及其补体A’、B’、C’和D’。要触发IR2127驱动器，只要将IR2127驱动器连接至霍尔开关即可。该示例中示出了模拟霍尔传感器而不是开关，该模拟霍尔传感器被馈送至简单的运算放大器比较器，该运算放大器比较器允许相对于转子磁体所在位置来调整触发点。这允许电机时序的微调。

马达将使用直接连接至IR2127驱动器的简单霍尔开关来工作，但为了允许马达保护，在霍尔传感器与栅极驱动器之间添加了外部停止按钮、节流控制、反向以及更多的模块。由于我们已经使用了LM339比较器，因此有利的是使用相同的芯片来提供这些功能。反向/正向选择可以通过如图5a中示出的IC3A和IC4A那样将LM339接线为与门来完成。北极脉冲序列或南极脉冲序列通过这些门，从而根据可能是电动车辆应用中对变速条的反向/正向选择开关的设定而向驱动器发送正向脉冲序列或反向序列。IC2A被接线为或门，以允许这些序列通过而到达驱动器。

在序列能够发送至驱动器之前，存在一个最后的用于保护的与门。这再次使用了比较器。该示例中的保护包括过温、紧急停止、用于任何给定条的高侧驱动器与低侧驱动器之间的交叉互锁以及节流脉冲序列。将LM339作为与门的优点是可以通过使用附加的二极管来添加任何数目的条件，其中，已经示出了三个备用二极管。

LM339是集电极开路运算放大器，因此我们需要将输出端上的电阻器上拉，这些电阻器示出为R3、R4、R12和R16。IR2127是电流感测驱动器，当感测到过电流时，IR2127将FLT引脚降低至地。IR2127在内部具有用于在FET导通时测量整个FET上的压降的运算放大器比较器。由于源极/漏极电阻相当恒定，因此压降与电流成正比。另外的好处是，该电压随着FET温度的升高而增加，从而提供了过温保护，因此如果FET在接近其过流跳闸限值的电流下变热，则FET将不起动。

为了提供马达的安全隔离，我们可以打开隔离器62以将栅极供电轨从驱动器分出。

由于没有栅极电压，因此FET形成与马达电压的有效隔离，而不需要大电流电开关。

当然，任何其他控制逻辑平台、常规的基于微控制器的、或现场可编程门阵列、或者其任何组合也可以同样良好地使用。然而，模拟控制是简单、稳固且成本低的并且不需要固件或软件。

为了消除磁滞损耗，定子22的磁路优选地不包括铁芯。定子盘24优选地由不具有铁芯的单件导电材料片材如铜片材制成，因此定子22不会发生铁损。在图1至图4中示出的双定子22单永磁转子装置中，使用钢制转子端板34a、34b形成用于磁通的返回路径确保了有效磁场形状不会产生磁滞或涡流损耗，这是由于钢制件与转子是一起旋转的，并且磁通不会有任何变化。

有效气隙是定子盘24的导体宽度即厚度加上两个机械间隙气隙的厚度。在轴向磁通实施方式中，这些间隙可以非常小、通常为0.3mm。在定子盘24的厚度为1.5mm的情况下，有效气隙仅在2mm以上。通过在转子中使用N52磁体可以实现间隙中1.0T的磁通密度。

以前，最高效率的电机设计是Lynch马达，Lynch马达通常在定子上使用铁素体环氧树脂合金。马达10通过使定子绕组自支撑来避免这种情况。Lynch马达会在定子磁滞和端匝电阻损耗方面损失一些效率，但这两方面的损失在马达10中都被消除。通过使转子磁体16与转子磁轭齐平而不是凸出并且通过使用薄的实心转子磁轭而不是辐条，可以使高速电机的风阻损耗最小化；或者，对于速度较低的电机，可以有意地使磁体16凸出以形成直叶片冷却风扇并将磁体16用作直叶片冷却风扇，从而冷却定子条28。

转子磁体16和转子磁轭是常规技术，并且简单地由通过减料铣削或者通过机械铣削或水射流切割而切割的铝板制成。

从由转子12产生的气隙排出的排出空气使电路板和汇流条46、48冷却。空气被抽吸穿过辐条(即，径向对准的构件42)的中央部并穿过端板36a、36b中的槽56。

汇流条48形成用于功率晶体管的散热器，这些功率晶体管可以在两侧被冷却。IRL6283是目前可用的允许从两侧冷却的一种封装件。

用于半桥54的驱动器晶体管58需要物理地安装成接近导体条28，以消除任何连接引线上的压降引起的功率损耗，因此开发了将控制逻辑板30正好安装在定子条的端部32的概念。如图10中所示，条的端部32具有用以接纳铆钉、螺栓的孔60或过孔，以确保条的端部32被夹紧至电路板30。

使用于将电池50连接至电路板30的汇流条48尽可能地大以传导电流，并且使汇流条48尽可能地短。因此，汇流条48优选地以图10中示出的夹置构型与电路板30成一体，其中，汇流条48在侧部48a、48b中的一个侧部上为正，另一侧部上为负。汇流条48延伸穿过马达壳体并从马达壳体延伸出，以允许电池50的直接连接。

没有使用电池隔离器。FET借助于对其栅极电源的隔离来执行充分的隔离以防止机械旋转，并且不需要在ULV电机中为提高电气安全性而提供充分的电流隔离。

为了安全地执行对马达10的任何操作，人可以简单地将栅极驱动电源隔离器62的挂锁打开。

最后，为了增加模块性，可以针对每个定子的任意数目——通常为两个或四个——的扇区52来划分电路板30。

为了提供重量轻的电机，围封件36a、36b可以是铝、纤维板或塑料。由于定子22很轻，因此围封件仅用以支撑定子PCB并提供扭矩反作用。

马达10的有益特征：

1.一种具有高极数的异极电机，其中，极数通常大于24。

较低的极数对于高速马达而言是有利的，但需要穿过围绕转子12和定子22两者的路径的一半路径的较大的磁通路径；这意味着铁芯必须较大。高极数使磁通路径最小，并且因此使铁或钕的重量最小，这是由于需要使空气的磁通路径最小以获得最大的磁通密度。

2.一种高效且可靠的无刷DC马达10。

所有大功率高效率EV都使用无刷马达，这些无刷马达是由直流至交流变频器馈电的同步PM马达。

3.采用了无铁芯定子而实现了高效率和高功率重量比。

印刷电路板(PCB)转子马达具有无铁芯转子以及零转子铁损和低成本电枢。当PCB是转子时，马达需要电刷。然而，马达10通过使带槽的盘作为定子14而实现了相同的零铁损，并且如例如在常规的“外转式”无刷型飞行器马达中进行的那样通过使流过盘24的条28的电流换向来致使磁体16旋转。

4.提供了可选的模块性，因为定子条28可以连接到成组的扇区52中。

成组的扇区52的数目将是除了1之外的极对数目的因子。构造马达10时允许扇区52冗余，这是由于每个扇区将具有其自身的PCB 31和汇流条48、46。每个扇区52可以串联连接或串联/并联连接，其中，一些扇区52能够旁路、并联或串联连接，以在低于额定输出功率的情况下实现更高的电机效率，从而使其余定子以更高的效率运行。

使用两个或更多个扇区52允许在不需要将转子12的磁体16组件分开的情况下使定子22机械地分开以便于组装和拆卸。例如，具有6个极对、12个磁体16的转子12可以具有成组的2个、3个或6个扇区52。

可选地，成组的扇区52可以串联连接以实现比单个条对单独实现的电压更高的电压。这允许用以适合给定系统电压的电机设计的灵活性。

5.一种具有气隙精度和高效率的轴向磁通电机。

马达10的典型实施方式将被构造成轴向磁通电机。马达10也可以被构造为筒形径向磁通电机，但进入径向磁通(筒形)电机的两侧是更困难的。

6.一种允许使用共用模块的不同构型的轴向磁通电机。

将多个转子12/定子22的组件沿着共用的轴20配装也可以用来实现所需的输出功率并匹配所需的端子电压。使轴向磁通电机堆叠比将筒形电机的转子长度延长更容易，这是由于筒形电机必须被制成为更重以确保其足够坚固以保持气隙容差。

7.采用了平的定子盘以使磁损耗最小化。

马达10的一个关键特征是平的定子盘24，该平的定子盘24具有电连通的一圈条28。PCB转子先前已经由双面板或多层板制造，并且通过使用过孔或端部连接部来形成回路。制造简单的平的电枢意味着玻璃纤维或其他非磁性、非导电材料的空气间隙不会浪费。马达10的平的定子盘24的设计给出了大尺寸电机的最大功率重量比和最小的气隙。

10.具有非常低的绕组阻抗。

因此，马达10与单极电机相类似地具有超低的电感和绕组电阻，这允许马达10以超低的电压且非常高的电流操作。

11.具有非常低的磁漏电感。

低绕组电感的另一益处在于非常低的磁漏电感，即少量磁通线不能联接定子和转子。这提供了更高的效率和功率。

10.具有低切换损耗。

低电感定子允许更高的切换频率以及更低的切换损耗，从而进一步提高了效率。

11.能够承受高起动电流。

马达10的非绝缘平定子24允许非常高的起动电流，并且因此允许高起动扭矩，这是由于与需要绕组绝缘的常规无刷马达相比，马达10的冷却得到改善因而绕组可以过载。

12.采用简单的常规电子器件。

马达控制的一个实施方式是使每个条28由一个半桥54单独控制。

13.导体损耗被最小化。

每个半桥54优选地径向地设置在每个条28的端部处，从而使控制器与马达之间的线缆长度减小为零。

14.是固有冗余的。

如此设计的马达10使各个定子条28显现出冗余。

15.可以使用混合动力源、电池和化学物质。

马达10的构型允许其从包括使用不同电池化学物质的电压源在内的不同的电压源50同时供给。电压源50可以包括超级电容器组、或光伏阵列、燃料电池和其他低电压电源。

16.可以同时进行运转和发电。

DC马达10能够在被一些电池带动运转的同时对其他电池充电。

17.可以以最小的构型同时进行运转和发电。

DC马达10即使使用单个转子也能够同时进行运转和发电。

18.设计允许在运行时进行监测。

所构造的马达10的构型还允许在电机运行时通过测量条28处于开路时的电阻来监测定子条的温度和开路电压。

19.使用低电阻汇流条和导体。

马达的电力供给汇流条48和定子的内环形汇流条46可以非常大，从而消除传统的端匝会引起的并会使ULV 20kA电机的效率极低的浪费的功率损耗及相关联的重量。

20.没有层压结构和有效的磁通路径。

与传统的无刷马达不同，电枢反作用不会使层压硅钢极靴去磁，因为没有极靴。电枢电流只能试图使钕磁体去磁；钢返回磁通路径的任意饱和对马达的扭矩几乎没有影响。因此，可以使用非常高的电流。

21.非常高的效率和功率重量比

由于在定子22中不存在铁芯，因此马达10可以构造成重量较轻，并且由于绕组没有被绝缘而使得铜中的电流密度高于常规电机的五倍以上，因此改善了绕组条的冷却。马达10有利地使最高功率重量比成为可能，这可以应用于比如航天器、飞机和轻量型电动车辆的许多领域中。

22.模块性和工作电压

马达10的模块性也意味着定子扇区汇流条48可以可选地串联连接，从而允许使用更高电压的电源。

这种构型将消除并联电池系统的许多优点，但仍能构造出用于LV应用的轻量高效的马达。

电池供电的电动车辆

图15中示出的BEV 100至少包括：

1.底盘102；

2.地面接合装置104(比如轮、轨道、推进器等)；

3.转向系统(未示出)；

4.制动系统(未示出)；以及

5.驱动系统106。

底盘102、地面接合装置104、转向系统和制动系统全部都按照已知的原理操作。来自现有技术的已知特征的任何合适的组合都可以用于BEV 100，因此此处不再进一步详细描述。

驱动系统106包括：

a.电池系统200；

b.电池汇流条300；

c.隔离器400；

d.马达500；以及

e.切换装置600。

下面详细阐述BEV 100的这些组成部件的操作。

a.电池系统200

电池系统200被分成两组：

i.主电池202；以及

ii.辅助电池204。

主电池202由以图14中示出的方式围绕马达500的圆周定位的多个电池51组成，以使汇流条电阻损耗最小。主电池202以与图13中示出的DC电源50类似的方式操作，并且主电池202包括多个具有单电池单元的电池B1至B4。每个电池51对马达500的扇区52供电，而不是连接至公共总线。这使故障级别最低，并且增加了容错性和冗余性。

主电池202、电力电子器件、控制系统和马达500优选地以作为完整组件在发动机隔室中配装至车辆100，以进行工厂组装和测试。这确保了高电流接头的完整性。将该完整的马达组件配装到车辆中能够使常规的组装装置适用于BEV的生产。

主电池202的电池51围绕电动马达500以星形构型布置确保了系统损耗被最小化。还确保了最高的可靠性，这是由于车辆后部的辅助电池204的长导体对于车辆的操作并不是至关重要的，而只有辅助电池204的范围的一小部分对于车辆的操作是至关重要的。

于是可以以类似的方式用马达500更换常规车辆的整个“发动机”。发动机500可以在托盘上运输、由发动机起重机提起并由常规车库技术人员更换。“发动机”500的重量有利地为与其更换的ICE相似，从而确保车辆100的操纵和底盘不需要修改，并且不需要重复碰撞测试。工程证书将更容易获得。

辅助电池204优选地位于车辆100周围的多个便利位置处，比如：

i.位于货车的托盘下方；

ii.位于后部座椅下方；

iii.位于燃油箱位置处；

iv.位于保护罩中；以及

v.甚至位于挂车中。

辅助电池204相比于主电池202可以具有不同的化学物质和电压。辅助电池204的作用是根据需要或要求将电荷转移至主电池202。电荷转移可以由DC至DC转换器调节，以限制电荷在线缆中的损耗。辅助电池204可以是使用者可更换的或可交换的。

主电池202优选地由8个至12个电池构成。这些电池优选地针对大量的循环和更高的功率来选择，这使得电池对于使用者交换而言太重。于是整个“发动机”组件的重量为约380kg，这与常规的较长发动机——即ICE/变速箱/起动器电池/交流发电机/水泵——相当。与所有BEV一样，将需要用于制动助力器、电动马达驱动空气调节器和电加热器的电动真空泵。

通过将所有电池单元接线成并联，较弱的电池单元也不会被迫成为反极性的，并且还消除了电池单元监测的需要。

对于所有并联的电池单元，所有的电池单元电压必须相同，因此即使电池单元的温度和使用年限不同，这些电池单元也不会在其他电池单元的作用下被迫成为反极性的。

b.电池汇流条300

例如将使用八个主电池202的阵列。也就是说8x1000Ah。由于主电池单元不互相连接，因此这些主电池单元不需要处于相同的电压、充电状态或循环寿命。电池汇流条300将尽可能地短(通常只有100mm长，并且优选地由铜或铝制成)。汇流条300以与汇流条48类似的方式操作。

c.隔离器400

由于最大系统电压是一个电池的电压，且LiFePO4的电压为约3.4V，因此不需要用以防止电击的隔离。电池202与马达500之间的隔离优选地通过用来控制流入绕组的电流的相同的FET功率晶体管来执行。不需要单独的全电流电池隔离器。隔离优选地通过电子装置来进行，该电子装置关断通向晶体管的栅极电力。这确保了不使用产生可能导致马达旋转的扭矩的装置，并且允许在需要隔离的情况下对转子的机械锁定。

ULV BEV 100不需要用以检测底盘故障的高电压安全系统，或者在发生这种或其他种类的故障或车辆事故时自动使电池隔离。这降低了系统的成本，并且消除了对任何应变测试的需要。预计未来这些规定将增加BEV所需的安全系统的内容。在这些安全系统涉及HV电池的情况下，可以在ULV系统中消除这些安全系统。

ULV系统不需要HV接触器并且没有HV隔离器。相比之下，FET晶体管可以被关断以提供隔离。

d.马达500

马达500优选地包括马达10的所有特征，并且相同的部件由相同的附图标记表示。替代性地，马达500是构造成由主电池202驱动的任何其他电动马达，其中，主电池202具有并联连接的多个电池单元。

马达500优选地配装有用于汇流条48的独立的端子连接件，例如有围绕其本体间隔开的八个端子。这些端子中的每个端子将为独立的条扇区52提供电力，从而提供了冗余。有可能在不是所有条和所有扇区通电的情况下运行；任何组合是可能的。

在替代性实施方式中，马达500是：

(i)通过齿轮或类似装置机械联接在同一轴或相联接的轴上的多LV马达；

(ii)类似于马达10的其中定子由PCB或低电感绕组制成而不是由单个带槽的板制成的马达；

(iii)类似于马达10的其中定子被制成为单个部分的马达；

(iv)类似于马达10的由水冷却或者整个在所容纳的流体而不是空气中运行的马达；

(v)具有液态金属或电刷的单极马达；或者

(vi)具有铜绕组的异极马达，其中，该铜绕组具有或不具有铁层片或铁粉末。

改进的里程估计

使一个电池202运行直到其没电，随后运行下一电池，以此类推，这将允许测量充电量和可用运行时间，因此允许车辆100的改进的里程估计或“燃料表”。改进的里程估计减轻了里程忧虑，从而提供BEV 100的可销售益处。改进的里程计算允许精确的燃料表，因此使用者不需要保留约20％或30％的里程，这会有效地浪费提供该里程所需的所有资源：资金成本、车辆重量、电池更换成本等。仅仅通过提供改进的燃料表和公里剩余估计，就可以通过该“里程忧虑因子”增加车辆的实际可用里程。

非常低的自由滑行功率损耗：

由于没有铁磁定子并且没有齿槽，因此下坡时的自由滑行将不会产生磁滞马达损耗，从而减小了阻力。轮与马达之间不需要离合器。

另一优点是可以通过测试每个单独的铜条来确定其性能状况。对于传统的三相定子，该测试仅限于每个绕组的短路、开路和接地故障。不能测试匝间短路。

在常规的马达中，任何一个绕组的铜的单个断裂会使绕组不起作用，并且通常由于可用扭矩的显著减小而导致机器故障。对于该马达，单个条的故障对马达性能的影响可以忽略不计。

该马达500便于对各个条及其半桥进行自动诊断测试(可以在马达运行时运行)，以检查马达的所有典型的故障模式。测试可以包括开路故障、短路故障、接地故障、匝间短路、匝间开路和短路晶体管。这些测试是不可能对传统的绕线铜马达进行的，这是由于绕组匝不能单独使用。

还可以监测条温度，这是由于条是热联接至PCB的，并且可以在板上进行温度感测。

可以类似地测试来自各个条的条扭矩贡献。

e.切换装置600

换向策略和条切换系统由图7a至图7c中示出的电路30控制。用于条28的切换系统的包括条28的时序、相位角和使能在内的控制策略将被完成以实现用于高加速度的最大扭矩或最长里程的最大效率。条28、扇区52和多盘定子马达500的所有盘可以被禁用以使剩余的条28提供更高的效率。

该切换优选地由安装在电机500周边的电路板上的微控制器来完成。

改进的车辆里程

对于给定重量的电池单元而言，为了改进车辆的里程，期望如下因素：

a.可感知的可用里程提高了30％，这是由于分段电池单元排放所允许的里程不确定性(“里程忧虑”)的减少；并且是由于消除了对电池单元故障的任何敏感性，这与串联连接的电池不同。电池容量可以通过简单地测量一个电池的放电时间，然后乘以剩余电池的数目来估算。不需要电化学电池单元的复杂且不准确的模型。

b.实际物理里程提高了20％，这是由于消除了BMS，使得每个电池单元可以从其最佳充电电压到其所需的DOD的整个设计容量运行，而不是仅由最弱的电池单元限值确定电池总容量。由于每个电池都可以借助于其自身充电器单独充电并且借助于自身绕组群集单独放电，因此每个电池的充电状态、寿命、温度等因素与系统的其余部分的性能没有任何差别；并且每个电池都会贡献其可以贡献的全部。

c.由于消除了任何电压转换而有利地获得的进一步改进：电池与绕组之间没有电感器和电压转换。

d.由于定子绕组没有磁滞或铁损而获得的进一步改进。

e.由于使用了超低导通电阻FET而不是常规的IGBT而获得的效率提高。

f.由于电池与马达之间的较短电力总线而获得的效率提高。

g.由于隔离器与接触器开关损耗的消除而获得的效率提高。

一体的12V电源

由于扇区52机械并电气地分开，其中，每个扇区一个电池单元，因此可以在外部对发动机的电池单元单独充电，并将这些电池单元用作串联串。因此，一组3.4V的LiFePO4电池可以在外部用作12V电池，但是每个电池单元都由马达扇区充电或放电。这允许没有损耗的电池单元平衡和电压转换：没有电压升压。因而可以使用常规的12V车辆系统。

与“发动机”电池成一体的12V电源确保能够获得12V，而不需要任何600V至12V降压转换器，也不需要任何专用12V充电器。

涡流制动

马达500的另一优点在于非绝缘绕组允许热量的大量提取，从而使涡流制动成为可能。这能够允许马达用作真正的防抱死制动器。

在一个实施方式中，条28是弯曲的。使条28弯曲允许由于不同的温度而在相邻的条之间出现有差异的膨胀，从而不会对接头或条产生机械应力。

电池结构

电池结构被简化、特别地是柱形电池，由于只需要两个端板，因此这两个端板可以形成电池围封件并且用作连接汇流条。由于电池电压非常低，因此电池或导体只需要非常低的成本和简单的绝缘。氧化物层、薄非导电膜和涂层就可以足以作为绝缘体。

即使在存在易燃燃料的情况下，由于短路导致的火灾风险也被极大降低，这是由于ULV电池不会发生火花也不会维持电弧。

电池单元可以被分成更小的电池，因为此处不需要扇区具有任何特定尺寸来形成电路，扇区最小包括两个条。不同尺寸的电池单元可以连接在一个电池中。这在任何其他电池中是不可行的。

在一个电池中可以使用在寿命、温度、类型、外壳和循环次数方面不同的电池单元，只要这些电池单元足够接近电池端子电压即可，以使得这些电池单元接收或给予电池的初始充电或放电在这些电池单元的额定值内。

该马达500的使用实际上允许仅替换本申请的电池的一部分的可能性。BEV可以设计成使得放电的辅助电池能够被使用者更换为充电的辅助电池。

目前对于任何其他电池供电的马达不可能进行部分电池更换。

不需要针对每个电池的电子器件。于是由数千个电池单元构成的电池是可行的。

对于微型马达，马达和整个电路可以通过常规的光刻装置构造在一个硅衬底上。由于定子是平的，因此基于该设计的马达的小型化更加容易。这致使马达在消费性电子产品中的应用，比如用作电话机中的振动器马达以及相机聚焦马达。对于需要容错性的生物医学应用，微型马达用于心脏更换。

与其他轴向磁通电机一样，该架构自身可以通过添加定子模块来扩展。然而，由于该马达具有这种薄定子，因此比较而言在轴弯曲成为设计问题之前可以将更多个定子轴向地堆叠。

在串联连接的电池中，每个电池单元为电路提供两个导体接头。每个接头都有电阻损耗，该电阻损耗随着接头使用年限的延长而增加。此外，接头出现故障的概率也随着使用年限的延长而增大。在传统的由LiFePO4电池单元构成的600V电池中，意味着存在约800个接头。这些接头中的任何单个接头的故障都会导致整个电池的故障。并联连接的电池中的一个接头出现故障，只会导致单个电池的损耗。

发电

在一个实施方式中，马达10被修改成能够进行发电。这种电机10也可以用于发电，比如风力或水力应用中的发电，其中并联连接的电池提供下述优点：即消除对任何电池管理系统的需要。

对于本领域技术人员而言，在不脱离本发明的范围的情况下，许多改型将是显而易见的。

部件列表

10 马达

12 转子

14 转子盘

16 磁体

18 转子盘的外周部分

20 轴

22 定子

24 定子盘

26 槽

28 导电条

30 驱动器开关

31 定子印刷电路板

32 条的端部

34a、34b 转子端盘

36a、36b 端板

37 紧固件

38 槽

40 毂部

42 支撑构件

43 槽

44 紧固件

46 用于将驱动器开关30电耦接至定子盘24的相应的条38的外端部32的汇流条

48 用于将驱动器开关30耦接至DC电源的汇流条48

48a 正汇流条

48b 负汇流条

50 DC电源

51 电池

52 扇区

54 半桥

56 槽

58 驱动器晶体管

60 孔

62 栅极驱动电源隔离器

100 电池供电的电动车辆

102 底盘

104 地面接合装置

106 驱动系统

200 电池系统

202 主电池

204 辅助电池

300 电池总线

400 隔离器

500 马达

600 切换装置

700 电池监测系统

Claims

1.一种低电压大电流永磁直流电磁异极马达，包括：

(a)至少一个永磁转子；

(b)轴，所述轴与所述转子机械连接，使得所述转子的轴向旋转引起所述轴的轴向旋转；

(c)至少一个定子绕组；

(d)多个开关，所述多个开关均用于为所述定子提供换向切换，以使得在所述转子上产生扭矩，并且由此引起所述轴的所述轴向旋转，

其中，所述电机的功率为至少1kW。

2.根据权利要求1所述的马达，其中，所述开关包括多个晶体管半桥开关，所述半桥开关中的每一个半桥开关都连接至所述定子绕组的分开的点，其中，所述晶体管半桥开关用于提供换向切换并调节所述定子绕组中的电流，以使得在所述转子上产生扭矩，并且由此引起所述轴的所述轴向旋转。

3.根据权利要求2所述的马达，其中，所述晶体管半桥开关位于所述定子绕组的相应的分开的点附近。

4.根据权利要求2或3所述的马达，其中，所述晶体管半桥开关定位成与所述定子绕组的相应的分开的点相距5mm内。

5.根据权利要求2至3中的任一项所述的马达，其中，所述至少一个定子绕组中的每个定子绕组都仅包括一匝的一半，使得在使用中所述半桥中的两个半桥被启用，其中，一个半桥中的一个高侧晶体管导通并且另一半桥中的一个低侧晶体管导通，以完成用以形成一匝绕组的回路。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的马达，其中，所述定子绕组是单件导电材料片材，使得所述至少一个定子绕组由从共同的内导电环径向地延伸的平的条形成。

7.根据权利要求1至5中的任一项所述的马达，其中，所述至少一个定子绕组包括多个电独立的扇区，所述扇区中的每一个扇区都包括电子控制器和相关联的定子绕组，并且每个定子扇区的控制器控制多个多相定子绕组回路。

8.根据权利要求7所述的马达，其中，用于每个扇区的所述控制器通过夹置结构与所述定子绕组成一体，所述夹置结构包括一个或更多个印刷电路板(PCB)和用作直流汇流条的两个导电板，其中，所述PCB基本上至少在每个轴向面上由所述汇流条封围。

9.根据权利要求8所述的马达，其中，所述直流汇流条具有从所述电机的壳体向外延伸的至少一个部分，以便于与所述壳体外的直流电力系统电连接。

10.根据权利要求8或9所述的马达，其中，所述汇流条用作用于下述部件的散热器：所述部件附接至所述PCB并包括所述定子绕组。

11.根据权利要求8至10中的任一项所述的马达，其中，所述汇流条由通过在所述转子的运动的作用下从所述定子与所述转子之间的气隙径向喷出的排气流冷却。

12.根据权利要求7至11中的任一项所述的马达，其中，所述扇区与独立的电池电连接，其中，每个扇区与一个电池电连接。

13.根据权利要求7至11中的任一项所述的马达，其中，所述扇区中的一些或全部扇区以电串联的方式连接。

14.根据权利要求12所述的马达，其中，所述电池具有下述各项中的一者或更多者：

(a)相同或不同的容量；

(b)相同或不同的化学物质；

(c)相同或不同的充电状态；

(d)相同或不同的以时间计的寿命；

(e)相同或不同的以充电放电循环次数计的寿命；或者

(f)相同或不同的电压。

15.根据权利要求12至14中的任一项所述的马达，还包括电池容量估计装置，其中，所述估计装置通过依次使所述电池中的每一个电池的电都耗尽、测量放电时间、并且随后基于所述时间用外推法来测定以提供用于所述车辆的改进的里程估计。

16.根据权利要求1至15中的任一项所述的马达，其中，交流信号是从低电压大电流直流电源产生的低电压、大电流的信号。

17.根据权利要求16所述的马达，其中，所述低电压小于10V。

18.根据权利要求16所述的马达，其中，所述低电压小于5V。

19.根据权利要求16所述的马达，其中，所述低电压为约3V。

20.根据权利要求16所述的马达，其中，所述大电流大于1000A。

21.根据权利要求1至20中的任一项所述的马达，其中，所述马达提供大于10kW的功率输出。

22.根据权利要求1至21中的任一项所述的马达，其中，所述定子是无铁芯的。

23.一种电动车辆，包括：

(a)底盘；

(b)推进装置，所述推进装置联接至所述底盘；

(c)根据权利要求1至22中的任一项所述的电动马达，所述电动马达联接至所述底盘并与所述推进装置机械连接；以及

(d)电源，所述电源包括与所述电动马达的相应部分并联连接的多个电池。

24.一种用于电动车辆牵引的无刷永磁直流马达，所述无刷永磁直流马达包括：

(a)至少一个永磁转子；

(b)至少一个定子绕组；以及

(c)至少一个电池，

其中，所述电池的电压等于一个电化学电池单元的电压。

25.一种包括并联联接的电池的电磁功率转换无刷电机。

26.一种用于电动马达的电池系统，所述电动马达包括：

(a)转子；

(b)轴，所述轴轴向地延伸穿过所述转子，所述轴与所述转子机械连接，使得所述转子的轴向旋转引起所述轴的轴向旋转；以及

(c)定子，

所述电池系统包括：

(iii)直流(DC)电源，所述直流电源包括与所述定子的相应扇区并联电连接的多个电池；以及

(iv)多个驱动器开关，所述多个驱动器开关配置成产生交流(AC)信号，以使得在所述转子上产生扭矩，并且由此引起所述轴的所述轴向旋转。

27.根据权利要求26所述的电池系统，其中，所述电池适于位于所述马达附近，以使汇流条电阻损耗最小。

28.根据权利要求26或27所述的电池系统，其中，所述电池包括多个电独立的电池，每个电池为所述定子的一个扇区供电。

29.根据权利要求26至28中的任一项所述的电池系统，其中，所述马达是根据权利要求1至22中的任一项所述的马达。

30.一种无刷直流马达，包括：

(a)转子，所述转子包括：

(i)转子盘；以及

(ii)一圈间隔开的永磁体，所述一圈间隔开的永磁体绕所述转子盘的外周部分联接；

(b)轴，所述轴轴向地延伸穿过所述转子盘，所述轴与所述转子盘机械连接，使得所述转子盘的轴向旋转引起所述轴的轴向旋转；

(c)定子，所述定子包括定子盘，所述定子盘在其中具有周向分布且径向指向的槽，所述槽限定对应的径向指向的长形的导电条；以及

(d)驱动器开关，所述驱动器开关电耦接至所述定子的长形的所述条的径向外端部并与所述定子的长形的所述条的所述径向外端部位于同一位置，并且所述驱动器开关配置成产生沿着所述定子的长形的所述条在交变的径向方向上流动的电流，以使得在所述转子上产生扭矩，并且由此引起所述轴的所述轴向旋转。

31.根据权利要求30所述的马达，包括联接至所述轴的转子端盘，所述转子端盘将所述转子和所述定子夹挡在所述转子端盘之间。

32.根据权利要求31所述的马达，其中，所述转子端盘是导电的并且形成用于由所述马达产生的磁通的返回路径。

33.根据权利要求32所述的马达，其中，所述转子端盘确保有效磁场形状不会产生磁滞或涡流损耗，这是由于所述转子端盘与所述转子是一起旋转的，并且磁通没有任何变化。

34.根据权利要求30至33中的任一项所述的马达，包括端板，所述端板使所述转子和所述定子联接在所述端板之间。

35.根据权利要求30至34中的任一项所述的马达，其中，所述转子盘的所述外周部分包括多个槽，所述多个槽定形状成在其中接纳和安置所述磁体中的相应磁体。

36.根据权利要求5所述的马达，其中，所述转子盘包括中央毂部和多个支撑构件，所述中央毂部用于接纳穿过所述中央毂部的所述轴，所述多个支撑构件在所述毂部与所述外周部分之间径向地延伸。

37.根据权利要求36所述的马达，其中，所述毂部包括用于与所述轴配合的紧固件。

38.根据权利要求37所述的马达，其中，所述紧固件是定形状成与所述轴的凸形突起配合的凹形槽。

39.根据权利要求37所述的马达，其中，所述紧固件是定形状成与所述轴的凸形突起配合的凹形槽。

40.根据权利要求30至39中的任一项所述的马达，其中，所述定子包括绕所述定子盘的相应条周向地安装的所述驱动器开关。

41.根据权利要求40所述的马达，包括汇流条，所述汇流条将所述驱动器开关电耦接至所述定子盘的相应磁极的外端部。

42.根据权利要求40或41所述的马达，其中，所述驱动器开关安装在印刷电路板上。

43.根据权利要求40至42中的任一项所述的马达，包括用于将所述驱动器开关耦接至直流电源的汇流条。

44.根据权利要求30至43中的任一项所述的马达，其中，所述驱动器开关和对应的条布置在绕所述定子盘的扇区中。

45.根据权利要求44所述的马达，其中，所述扇区中的每一个扇区都与其他扇区电分离。

46.根据权利要求45所述的马达，其中，所述区段设置有独立的电池，其中，每个区段设置有一个电池，这些独立的电池并联连接。

47.根据权利要求46所述的马达，其中，所述扇区中的一些或全部扇区电串联连接，以允许比用于为辅助系统供电的一个电池单元的电压高的电压。

48.根据权利要求46或47所述的马达，其中，所述电池具有不同的容量、化学物质或电压。

49.根据权利要求46至48中的任一项所述的马达，还包括电池容量估计装置，其中，所述估计装置通过依次使所述电池中的每一个电池的电都耗尽、测量放电时间、并且随后基于所述时间用外推法来测定以提供用于所述车辆的改进的里程估计。

50.根据权利要求30至49中的任一项所述的马达，其中，所述交流信号是从低电压大电流直流电源产生的低电压、大电流的信号。

51.根据权利要求50所述的马达，其中，所述低电压小于10V。

52.根据权利要求50所述的马达，其中，所述低电压小于5V。

53.根据权利要求50所述的马达，其中，所述低电压为约3V。

54.根据权利要求50所述的马达，其中，所述大电流大于1000A。

55.根据权利要求30至54中的任一项所述的马达，其中，所述马达提供大于10kW的功率输出。

56.根据权利要求30至55中的任一项所述的马达，其中，所述定子是无铁芯的。

57.根据权利要求30至56中的任一项所述的马达，其中，所述驱动器开关包括晶体管半桥开关，每个半桥连接至所述条中的相应一个条的外端部，以用于调节所述定子绕组中的电流。

58.一种低电压大电流永磁直流电磁异极马达，包括：

(a)至少一个永磁转子；

(c)至少一个定子绕组；

59.根据权利要求58所述的马达，其中，所述开关包括多个晶体管半桥开关，所述半桥开关中的每一个半桥开关都连接至所述定子绕组的分开的点，其中，所述晶体管半桥开关用于提供换向切换并调节所述定子绕组中的电流，以使得在所述转子上产生扭矩，并且由此引起所述轴的所述轴向旋转。

60.根据权利要求59所述的马达，其中，所述晶体管半桥开关位于所述定子绕组的相应的分开的点附近。

61.根据权利要求59或60所述的马达，其中，所述晶体管半桥开关定位成与所述定子绕组的相应的分开的点相距5mm内。

62.根据权利要求59至61中的任一项所述的马达，其中，所述至少一个定子绕组中的每个定子绕组都仅包括一匝的一半，使得在使用中所述半桥中的两个半桥被启用，其中，一个半桥中的一个高侧晶体管导通并且另一半桥中的一个低侧晶体管导通，以完成用以形成一匝绕组的回路。

63.根据权利要求58至62中的任一项所述的马达，其中，所述定子绕组是单件导电材料片材，使得所述至少一个定子绕组由从共同的内导电环径向地延伸的平的条形成。

64.根据权利要求58至63中的任一项所述的马达，其中，所述至少一个定子绕组包括多个电独立的扇区，所述扇区中的每一个扇区都包括电子控制器和相关联的定子绕组，并且每个定子扇区的控制器控制多个多相定子绕组回路。

65.一种低电压大电流永磁直流电磁异极发电机，包括：

(a)至少一个永磁转子；

(c)至少一个定子绕组；

(d)多个开关，所述多个开关均用于根据通过引起所述轴的轴向旋转的所述转子的轴向旋转所产生的磁通为所述定子提供换向，

其中，所述电机的功率为至少1kW。