CN112425034A - 用于轴向场旋转能量装置的系统和设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种轴向场旋转能量装置，该装置可包括具有轴线的壳体。定子组件安装在壳体上，并且具有定子面板，该定子面板是彼此轴向堆叠和分离的面板。每个定子面板包括具有相应的线圈的相应的印刷电路板(PCB)，这些线圈导电并且在相应的PCB内互连。另外，包括转子的转子组件在定子组件的相对轴向端上可旋转地安装在壳体内。转子可机械地耦合在一起。每个转子可包括具有前边缘和后边缘的磁体。一个磁体的后边缘和相邻磁体的前边缘可彼此平行，以相对于轴线而在磁体中的相邻磁体之间限定一致的周向间距。

Description

用于轴向场旋转能量装置的系统和设备

技术领域

本发明总体涉及一种轴向场旋转能量装置，并且特别地，涉及一种用于具有一个或多个印刷电路板(PCB)定子的模块化电动机和发电机的系统、方法和设备。

背景技术

已知具有分层盘式定子的常规的轴向气隙无刷电动机，诸如US5789841。该专利公开一种使用以波形式或搭接式构造来互连的电线的定子绕组。此类电动机相对较大且难以制造。还已知使用PCB定子的轴向场电子装置，诸如US 6411002、US 7109625和US 8823241。然而，这些设计中的一些较复杂、相对昂贵并且非模块化。因此，对成本效益好的轴向场旋转能量装置的改进持续令人关注。

发明内容

公开了一种用于轴向场旋转能量装置的系统、方法和设备的实施例。例如，轴向场旋转能量装置可包括具有轴线的壳体，该轴线具有轴向方向。定子组件可安装到壳体，并且包括多个定子面板，该多个定子面板是彼此轴向堆叠和分离的面板。每个定子面板包括相应的印刷电路板(PCB)，PCB具有相应的多个线圈，该多个线圈在相应的PCB内导电并且互连。相应的PCB可被构造成使得流过相应的多个线圈中的任意一个的电流同样流过相应的多个线圈中的所有线圈，使得每个定子面板由单个电相位构成。另外，包括多个转子的转子组件可以在壳体内可旋转地安装在定子组件的相对轴向端上。转子可机械地耦合在一起。每个转子可包括具有前边缘和后边缘的磁体。一个磁体的后边缘和相邻磁体的前边缘可彼此平行，以相对于轴线在磁体中的相邻磁体之间限定一致的周向间距。

根据结合所附权利要求书和附图的以下详细描述，这些实施例的前述和其他目的以及优点对于本领域普通技术人员将是显而易见的。

附图说明

为了获得并且可更详细地理解实施例的特征和优点的方式，可参考在附图中示出的实施例来进行更具体的描述。但是，附图仅示出一些实施例，因此不应认为是对范围的限制，因为可存在其他等效的实施例。

图1是轴向场旋转能量装置的实施例的俯视图。

图2是沿图1的线2-2截取的图1的装置的侧剖视图。

图3是图1和图2的装置的实施例的分解等距视图。

图4是具有印刷电路板(PCB)的单相定子的实施例的俯视图。

图5是仅定子的线圈层的实施例的放大等距视图。

图6A是仅定子的线圈层的另一实施例的放大分解等距视图。

图6B是图5所示的定子的一部分的放大等距视图。

图6C是图5所示的定子的一部分的放大分解等距视图。

图6D是图5所示的定子的一部分的放大等距视图。

图7是定子的层上的迹线(trace)的实施例的示意性局部分解侧视图。

图8是具有PCB的多相定子的实施例的俯视图。

图9是定子的顶部线圈层和竖直相邻的转子的磁体的可选实施例的俯视图。

图10是轴向场旋转能量装置的另一实施例的实施例的简化俯视图。

图11是图10的装置的简化侧剖视图。

图12是图10和图11的装置的实施例的简化分解等距视图。

图13是分段定子的实施例的简化俯视图。

图14是分段定子的另一实施例的简化俯视图。

图15是用于PCB的迹线的实施例的简化俯视图。

图16是图15的实施例的简化等距视图。

图17是图15和图16的PCB的迹线层的实施例的示意性分解等距视图。

图18是模块的实施例的俯视图。

图19是沿图18的线19-19截取的图18的模块的侧剖视图。

图20A是图18和图19的模块的实施例的分解等距视图。

图20B至图20H是图20A的模块的实施例的等距视图和侧剖视图。

图21是模块的另一实施例的分解等距视图。

图22是图21的模块的实施例的组装的等距视图。

图23和图24分别是在闩锁打开和关闭的情况下的堆叠模块的实施例的等距视图。

图25是模块的实施例的内部俯视图。

图26是用于模块的主体的实施例的分解等距视图。

图27是用于轴向场旋转能量装置的PCB定子的实施例的俯视图。

图28是图27的PCB定子的实施例的一部分的放大俯视图。

图29是包括附接的传感器的定子的实施例的等距视图。

图30是包括嵌入的传感器的定子的实施例的等距视图。

图31是用于定子分段的组件的实施例的等距视图。

图32是用于定子分段的组件的实施例的反向等距视图。

图33是装置的另一实施例的分解等距视图。

图34是图33的装置的实施例的轴向剖视图。

图35是定子面板的另一实施例的俯视图。

图36是定子面板的又一实施例的俯视分解图。

图37是定子面板的又一实施例的局部放大俯视图。

图38是定子面板的可选实施例的局部放大俯视图。

图39是轴向场旋转能量装置的另一实施例的侧剖视图。

图40是图39的装置的主视图。

图41是沿线41-41截取的移除了一部分壳体和定子组件的图39的装置的主视图。

图42是转子组件的实施例的半侧剖视图。

图43是图42的转子组件的等距视图。

图44是沿线44-44截取的移除了一部分壳体和一部分转子组件的图39的装置的主视图。

图45是图44的装置的等距视图。

图46是转子毂的实施例的等距视图。

在不同附图中使用相同的附图标记表示相似或相同的项。

具体实施方式

图1至图3描绘了包括轴向场旋转能量装置(AFRED)的装置31的实施例的各个视图。根据应用，装置31可包括将电能转换成机械能的电动机，或者将机械能转换成电能的发电机。

I.面板

装置31的实施例可包括至少一个转子33，转子33包括旋转轴线35和磁体(即，至少一个磁体37)。在图3的实施例中示出了多个磁体37。每个磁体37可包括至少一个磁极。磁体37可包括各种形状，诸如梯形、圆锥形等。

装置31还可包括与转子33同轴的定子41。转子33可在轴43上与诸如以下的一项或多项的其他零件耦合：安装板、紧固件、垫圈、轴承、间隔件或对准元件。定子41的实施例可包括诸如图4所示的印刷电路板(PCB)45的单个整体式面板。PCB 45可包括至少一个PCB层47。例如，本文所描述的某些实施例包括十二个PCB层47。PCB层47可在轴向方向上平行并且间隔开。每个PCB层47可包括至少一个导电迹线49。每个迹线49是在给定的PCB层47上形成的单独导电特征。例如，在图4中示出了八个迹线49。迹线49可被构造成所需的图案，诸如图4所示的线圈。

图4描绘了十二层PCB 45内的一个PCB层47的实施例。其他十一个PCB层是相似的，下面将在针对后续的附图中描述差异。在所示的PCB层47上，每个迹线49(形成单个线圈)包括在线圈的外边缘处的第一端子51和线圈的中心的第二端子53。使用过孔(via)55将迹线49连接到其他迹线49。第一组过孔55被设置成邻近于在每个线圈的外边缘处的第一端子51，并且第二组过孔55被设置成邻近于在每个线圈的中心处的第二端子。在此实施例中，如关于图5和图6A至图6D更全面地解释的，所示的PCB层47上的迹线49没有直接连接到该所示的PCB层47上的相邻迹线49，而是直接连接到另一PCB层47上的对应迹线49。

在该实施例中，每个迹线49从其第一端子51到其第二端子53是连续且不间断的，并且仅第一端子51和第二端子53与该迹线49进行连接。每个迹线49不包括用于电连接的其他端子。换言之，每个迹线49可在第一端子51和第二端子53之间没有其他电连接，包括在没有附加过孔55的情况下，无缝地连续。还如图4所示，给定迹线49的宽度可不一致。例如，对应于外部迹线拐角的宽度171可宽于对应于内部迹线拐角的宽度173。形成单个线圈的相邻同心迹线部分之间的间隙175可与相邻迹线(即，单独线圈)之间的间隙177相同或不同。在一些实施例中，给定迹线可包括：外部宽度，邻近PCB的外直径并且在垂直于轴线35的平面中；以及内部宽度，邻近PCB的内直径并且在平面中。在一些实施例中，外部宽度可大于内部宽度。在一些实施例中，给定迹线可包括彼此不平行的内部和外部相对边缘。

图5描绘了结合图4所示的PCB层47的十二层PCB 45的实施例。十二个PCB层47中的每一个都紧密地间隔并且形成PCB层47的“夹心”，标记为47.1至47.12。在最上面的PCB层47.1上，示出了第一迹线49.11(在本文中也称为“线圈49.11”)，其第一端子51.1耦合到装置31的外部端子61。在最下面的PCB层47.12上示出了迹线49.128，其第一端子51.12耦合到装置31的外部端子63。在该实施例中，在十二个PCB层47.1至47.12中的每一个之上具有八个迹线49(线圈)。这些迹线耦合在一起(如下文更充分地描述)，使得流入外部端子61的电流将流过九十六个线圈，然后流出外部端子63(或者相反地流入外部端子63并且流出外部端子61)。在该实施例中，仅一个迹线49(例如，线圈49.11)耦合到装置31的外部端子61，并且仅一个迹线49(例如，线圈49.128)耦合到装置31的外部端子63。对于电动机，外部端子61、63两者都是输入端子，并且对于发电机，外部端子61、63两者都是输出端子。在本实施例中可以理解的是，每个PCB层均包括共面并且围绕轴线彼此成角度地且对称地间隔开的多个线圈，并且相对于轴线，相邻PCB层中的线圈彼此周向地对准，以在轴向方向上限定线圈的对称堆叠。

图6A是图5中所示的十二层PCB 45的一部分的分解图，对该分解图进行标记以更好地示出线圈如何通过过孔55、59耦合在一起，并且从而更好地示出电流如何流入外部端子61，流过九十六个线圈，然后流出外部端子63。假设输入电流81.1流入外部端子61。该电流作为电流81.2和81.3绕着线圈49.11(在PCB层47.1上)“螺旋”流动，并且到达线圈49.11的第二端子53。过孔55.1将线圈49.11的第二端子53耦合到在线圈49.11正下方的PCB层47.2上的对应线圈49.21的第二端子。因此，电流作为电流81.4流过过孔55.1，然后作为电流81.5绕线圈49.21螺旋流动，直到到达线圈49.21的第一端子51。过孔55.2将线圈49.21的第一端子51耦合到与第一线圈49.11相邻的PCB层47.1上的线圈49.12的第一端子。在该实施例中，如下面针对后续的附图更详细地描述的，第一PCB层47.1上的迹线49通常相对于第二PCB层47.2上的迹线是反转的(镜像的)，使得过孔55.1与线圈49.11和49.21的相应第二端子53上的两个“接片(tab)”重叠，并且同样使得过孔55.2与线圈49.12和49.21的相应第一端子51上的两个“接片”重叠。因此，电流作为电流82.1流过过孔55.2到达PCB层47.1上的线圈49.12的第一端子51。

从该端子开始，与对线圈49.11和49.21所描述的类似，电流流过线圈49.12和49.22。例如，电流作为电流82.2和82.3围绕线圈49.21(在PCB层47.1上)流到线圈49.21的第二端子53，作为电流82.4流过过孔55.3流到线圈49.22的第二端子53，然后作为电流82.5和82.6围绕线圈49.22流动，直到其到达线圈49.22的第一端子51。如前所述，过孔55.4将线圈49.22的第一端子51耦合到与线圈49.12相邻的PCB层47.1上的线圈49.13的第一端子51。对于上部两个PCB层47.1、47.2上的所有剩余迹线49，重复该耦合结构，并且电流流过这些剩余迹线49，直到其到达PCB层47.2上的最后一个线圈49.28。在已经流过上部两个PCB层47.1、47.2上的所有十六个线圈之后，电流现在流向下一个PCB层47.3。具体地，过孔59.1将线圈49.28的第一端子51耦合到位于线圈49.11和49.21的正下方的PCB层47.3上的线圈49.31的第一端子。在该实施例中，只存在一个这种过孔59将PCB层47.2上的线圈耦合到PCB层47.3上的线圈。相反地，存在十五个这种过孔55将PCB层47.1、47.2上的线圈耦合在一起。在该实施例中，这种耦合仅发生在线圈的第一端子51和第二端子53处。

第三PCB层47.3和第四PCB层47.4之间的过孔55被构造成与上述第一PCB层47.1和第二PCB层47.2之间的过孔相同，并因此不需要重复过孔结构以及对应的电流。这继续向下穿过PCB层“夹心”，直到到达最底下的PCB层47.12(此处未示出)。如上所述，迹线(线圈)49.128的第一端子51耦合到外部端子63。因此，向内流过外部端子61的电流在流过全部九十六个线圈之后，向外流过外部端子63。

图6B是图5所示的一组过孔55的放大图。该过孔组与十二个PCB层47.1至47.12中的每一个上的竖直地对准的线圈49.1-12中的每一个的相应第二端子53相邻。如上所述，第二PCB层47.2上的迹线49通常相对于第一PCB层47.1上的迹线是反转的(镜像的)，使得过孔55与这些竖直相邻的线圈的相应第二端子53上的两个“接片”重叠。如图6B所示，在线圈49.18(第一层，第八线圈)上，第二端子53.18包括延伸到迹线侧面的接片。通过镜像的方式，在线圈49.28(第二层，第八线圈)上，第二端子53.28包括在相反的方向上延伸到迹线侧面的接片，使得这两个接片重叠。过孔55将这两个重叠的接片耦合在一起。通过同样的方式，由于所示的实施例包括12个PCB层47，所以五个附加过孔55中的每一个分别耦合重叠端子53.38和53.48、重叠端子53.58和53.68、重叠端子53.78和53.88、重叠端子53.98和53.108以及重叠端子53.118和53.128。

图6C以分解形式示出了这些过孔55中的两个。线圈49.38的端子53.38与线圈49.48的端子53.48重叠，并且通过第一过孔55耦合在一起。线圈49.58的端子53.58与线圈49.68的端子53.68重叠，并且通过第二过孔55耦合在一起。从图中可清楚地体会到，这些成对的重叠接片及其对应过孔55在径向方向上错开，从而可使用电镀的通孔过孔来实施这种过孔55。可选地，这种过孔55可被实施为埋入式过孔(buried via)，在这种情况下，过孔不必是交错的，而是可竖直地对准。

图6D是也在图5中示出的一组过孔59的放大图。在该实施例中，这些过孔59设置在一对特定相邻的竖直地对准的线圈49之间的间隙中(例如，在最上层线圈49.11和49.18之间)，而过孔55设置在其他相邻的多对竖直地对准的线圈49之间的其他间隙中。在该视图中，过孔59被示为电镀的通孔过孔。过孔55、59与对应线圈的相应的第一端子51上的两个“接片”重叠。过孔55耦合在竖直相邻层上水平地相邻的线圈，而过孔59耦合在竖直相邻层上水平地对准的线圈，两者皆如图6A所示。在该实施例中仅示出了五个过孔59，因为最上面的线圈49.11上的第一端子51耦合到外部端子61，并且最下面的PCB层47.12上的线圈49.128的第一端子51耦合到外部端子63，仅留下各自的第一端子51分别成对耦合的具有线圈的10个PCB层(47.2至47.11)。例如，最里面的过孔59.5将PCB层47.10上的相应的线圈耦合到PCB层47.11上的相应的线圈。

在各个实施例中，每个迹线49可利用至少一个过孔55电耦合(electricallycouple)到另一迹线49。在图6A的示例中，每个PCB层47具有八个迹线49，以及迹线49之间的仅一个过孔55。在一些实施例中，每个迹线49电耦合到另一迹线49。两个迹线49一起限定迹线对57。在图7中，存在十二个PCB层47.1至47.12，并且存在六个迹线对57.1至57.6。

每个迹线对57可利用至少另一过孔59(例如，诸如仅一个过孔59)电耦合到另一迹线对57。如图6A所示，在一些版本中，每个迹线对57(例如，线圈对)中的迹线49(例如，线圈)可位于不同的PCB层47上。然而，在其他版本中，每个迹线对57中的迹线49可共面并且位于相同的PCB层47上。

在一些实施例中，迹线49中的至少两个(例如，线圈)串联地电耦合。在其他版本中，迹线49中的至少两个(例如，线圈)并联地电耦合。在又一些版本中，至少两个迹线49并联地电耦合，并且至少两个其他迹线49串联地电耦合。

装置31的实施例可包括并联地电耦合的迹线对57中的至少两个。在其他版本中，迹线对57中的至少两个串联地电耦合。在又一些版本中，至少两个迹线对57并联地电耦合，并且至少两个其他迹线对57串联地电耦合。

如图4和图6所示，每个PCB层47(在俯视图中仅示出了顶部PCB层47)包括PCB层表面积(LSA)，其是PCB 45的整个(顶)表面的总表面积(TSA)。TSA不包括PCB 45中的孔，诸如所示的中心孔和安装孔。PCB层47上的一个或多个迹线49(图4所示的八个线圈)可包括线圈表面积(CSA)。CSA包括线圈的整个覆盖区域(footprint)(即，在其周边之内)，而不仅仅是其“铜表面积(copper surface area)”。CSA可在PCB层表面积的至少约50％的范围内，诸如PCB层表面积的至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％、至少约97％或甚至至少约99％。在其他实施例中，线圈表面积可不大于PCB层表面积的99％，诸如不大于PCB层表面积的约95％、不大于PCB层表面积的约90％、不大于PCB层表面积的约85％、不大于PCB层表面积的约80％、不大于PCB层表面积的约75％、或甚至不大于PCB层表面积的约70％。在其他实施例中，线圈表面积可在这些值中的任意一个之间的范围内。

还可针对PCB上或PCB中的任何传感器或电路(诸如IOT元件)来计算CSA。可将IOT元件限制为不大于TSA的50％。另外地，IOT元件可嵌入CSA内或嵌入未包括在CSA中的TSA的至少一部分中。

形成线圈的每个迹线的总面积(即，包括导电迹线，但是不一定包括导电迹线之间的空间)可被视为线圈表面积。可以相信，相对于形成(多个)线圈的底层PCB层表面积，装置31的性能随着总线圈表面积的增加而提高。

在一些实施例中(图4)，装置31可包括定子41，定子41包括单个电相位。定子41的版本可由单个电相位构成。每个PCB层47可包括共面并且关于轴线35对称地间隔开(图2和图3)的多个线圈。在一个示例中，每个线圈由单个电相位构成。

图8描绘了包括至少两个电相位(例如，所示出的三相位)的定子41的实施例。每个PCB层47可包括如针对每个电相位所示的多个线圈(诸如迹线49)。例如，图8示出与三相位A、B和C相对应的线圈。每个电相位A、B、C的线圈可相对于每个PCB层47内的轴线35(图2和图3)彼此成角度地偏移，以在电相位A、B、C之间限定所需的相位角移位。在图6中，在每个PCB层47上有九个迹线49。由于图8中的定子41的实施例是三相位的，所以相位A的每个迹线49与相位A的其他迹线49相距120电角度，并且与相位B和相位C的相邻迹线49相距40电角度。同样地间隔相位B(相对于相位A和C)和相位C(相对于顶部相位A和B)的迹线49。

在一些实施例中，每个线圈(例如，迹线49)可由单个电相位构成。可选地，线圈可被构造成使定子41具有两个或更多个电相位(例如，图8中所示的三相位)。

图9中的示例是装置31的实施例的仅一些内部组件的简化视图。每个磁体37可包括磁体径向边缘或元件67(在本文中也称为“磁体径向边缘67”)，并且每个迹线49可包括迹线径向边缘或元件69(在本文中也称为“线圈径向边缘69”)。磁体37是转子33(图2)的一部分，并且相对于固定定子41绕轴线35旋转。当在装置31的操作期间磁体37和迹线49的径向边缘部分相对于轴线旋转地对准时，径向元件67、69的至少一部分可相对于彼此偏斜(即，不平行)。在一些实施例中，当磁体和线圈的径向边缘部分相对于轴线旋转地对准时，磁体径向边缘和线圈径向边缘不平行并且相对于彼此成角度地偏斜。图9示出磁体37的径向边缘部分(即，靠近磁体37的拐角的磁体径向边缘69)与线圈49的径向边缘部分旋转地对准的磁体37的旋转位置，并且示出磁体径向边缘69和线圈径向边缘67之间的偏斜。在一个版本中，径向元件67、69可以是磁体37和迹线49的径向前边缘或径向后边缘。在另一示例中，磁体和迹线径向边缘或元件67、69可如图所示是线性的，并且当磁体37和迹线49在轴向方向上旋转地对准时，磁体和迹线径向元件67、69的任何部分都不平行。

在一些实施例中，磁体径向元件67可相对于迹线径向元件69成角度地偏斜，并且该角度偏斜可大于0度，诸如大于0.1度、至少约1度、至少约2度、至少约3度、至少约4度、或甚至至少约5度。在其他版本中，角度偏斜可不大于约90度，诸如不大于约60度、不大于约45度、不大于约30度、不大于约25度、不大于约15度、不大于约10度、或甚至不大于约5度。可选地，角度偏斜可在这些值中的任何一个之间的范围内。

在可选实施例中，在旋转对准期间，径向元件67、69的至少一部分可彼此平行。

II.分段

轴向场旋转能量装置的一些实施例可类似于针对包括组装零件的装置31所述的方式进行构造，除了可稍微不同地构造定子。例如，图10至图12描绘了装置131的简化版本，其中为了便于理解而仅示出了一些元件。装置131可包括与转子133同轴的定子141。可选地，每个转子133可包括穿过其中延伸的一个或多个狭缝或狭槽136(图10)。在一些版本中，狭槽136相对于轴线135(图12)成一定角度，因此不仅是竖直的。狭槽136的角度可以以恒定的斜度设置，并且可有利于冷却在装置131内流动的空气。狭槽136可使气流被拉动或者推动而穿过并且/或者围绕转子133，并且有效地冷却定子141。其他狭槽可设置在诸如转子间隔件143(图12)的转子间隔件中，特别是在具有多个定子分段的实施例中，并且特别是在具有定子组件的内直径R-INT(图14)与外直径R-EXT无关的实施例中。

定子141可包括多个定子分段142，而不是包括如针对定子41所描述的单个面板PCB 45，每个定子分段可以是单独的PCB 145。定子分段142可耦合在一起，诸如机械耦合和电耦合在一起。如本文其他地方所述，每个定子分段142可包括具有一个或多个PCB层147(图13)的印刷电路板(PCB)。在一个示例中，每个PCB 145可具有偶数个PCB层147。在可选实施例中，PCB 145可具有奇数个PCB层147。

定子分段142的实施例可仅包括或对应于一个电相位。此外，装置131的定子141可仅由一个电相位构成或仅对应于一个电相位。在其他版本中，定子141可包括或对应于多个电相位。如图13所示，每个定子分段142包括至少一个PCB层147，其具有诸如所示的线圈的至少一个导电迹线149。在一些版本中(图14)，每个定子分段142可具有至少一个PCB层147，该PCB层147具有多个迹线149(例如，线圈)，这些迹线共面并且相对于轴线135彼此成角度地间隔开(图11和图12)。在一个示例中，每个迹线149可包括单个电相位。在另一版本中，每个定子分段142可包括多个PCB层147，每个PCB层可被构造成仅对应于一个电相位。在一些版本中，每个定子分段142上的每个PCB层147可包括被构造成仅对应于一个电相位的多个轴向地共面的迹线149。

在一些实施例中(图13)，每个PCB层147可包括至少一个径向迹线150，其从约PCB145的内直径(ID)延伸到约PCB 145的外直径(OD)。在一个示例中，每个PCB层147可包括迹线149，该迹线从最外面的迹线部分152到同心的最里面的迹线部分154是连续的。迹线149可包括具有线性侧面和倒角拐角156的径向迹线150。径向迹线的线性侧面可以是锥形的，其迹线宽度随径向距离的增加而增加。内端弯部(turn)迹线146和外端弯部迹线148在径向迹线150之间延伸以形成同心线圈。

关于锥形迹线和线圈，锥度可提高PCB定子中可包括的导电材料(例如，铜)的量。因为许多电动机和发电机包括圆形，所以线圈可大体上是圆形的，并且为了共同地装配在定子上，线圈的周边可稍微呈扇形或三角形。在一些版本中，线圈在垂直于轴线的平面中可具有相同的宽度，并且在其他版本中，线圈可以是锥形的，以增加线圈的导体(例如，铜)密度。提高铜的密度对于降低电阻、I²R损耗和发热以及提高承载更高电流的能力从而为机器提供更高的效率具有重要意义。

在另一版本中，每个PCB层147可仅包括线性迹线149(图15至图17)。线性迹线149从最外面的迹线152到同心的最里面的迹线154可以是连续的。在一个示例中，PCB层147的迹线149都不是非线性的。然而，仅线性迹线149的实施例可包括诸如圆形拐角或倒角拐角的弯部。如本文所使用的，“弯部”包括将径向迹线连接到末端弯部迹线的迹线部分。在其他实施例中，PCB层147可包括一个或多个诸如曲线的非线性的迹线。

如本文所述，PCB 145可包括在轴向方向上彼此间隔开的多个PCB层147。PCB层147可包括层对157(图17，参见对157.1至157.4)。每个层对157可被限定为电耦合在一起的两个PCB层。在一个版本中，至少一个PCB层147串联地或并联地电耦合到另一PCB层147。在另一版本中，至少一个层对157串联地或并联地电耦合到另一层对157。在一个实施例中，层对157中的至少一个包括彼此轴向地相邻的两个PCB层147.6和147.7。在另一实施例中，层对157中的至少一个包括彼此不轴向地相邻的两个PCB层147.1和147.3。类似地，层对157中的至少一个可与该层对中的所述至少一个所电耦合的层对157轴向地相邻。相反地，层对157中的至少一个可与该层对157中的所述至少一个所电耦合的层对157不轴向地相邻。

PCB层147的实施例可包括至少一个层组181(图17)。例如，层组181可包括第一层147.1、第二层147.2、第三层147.3和第四层147.4。在一些版本中，第一过孔159可将第一层147.1耦合到第三层147.3，第二过孔155可将第三层147.3耦合到第二层147.2，并且第三过孔159可将第二层147.2耦合到第四层147.4。在一个示例中，第一过孔159、第二过孔155和第三过孔159是将层组181内部耦合的仅有的过孔。在这些示例中，两个直接轴向地相邻的PCB层147.1和147.2没有彼此直接电耦合。在图17中，过孔159中的每一个在绕过(即，不接触)中间PCB层147的同时，耦合一对非相邻的PCB层147。例如，过孔159.1将PCB层147.1耦合到PCB层147.3，并且不与PCB层147.2接触。相反，每个过孔155耦合一对相邻的PCB层147。例如，过孔155.2将PCB层147.2耦合到PCB层147.3。将相应的一对PCB层耦合在一起的每个过孔155、159形成对应的层对157。例如，层对157.1包括PCB层147.1和PCB层147.3。层对157.2包括PCB层147.2和PCB层147.3。层对157.3包括PCB层147.2和PCB层147.4。层对157.4包括PCB层147.4和PCB层147.5。层对157.5包括PCB层147.5和PCB层147.7。层对157.6包括PCB层147.6和PCB层147.7。层对157.7包括PCB层147.6和PCB层147.8。

在图17中，示出了每个过孔具有钝端和尖端。该形状并非旨在暗示每个过孔的两端之间的任何结构差异，而是旨在提供对流过每个过孔的电流方向的一致指示。此外，虽然每个过孔也被示为仅在必要的范围内竖直地延伸，以耦合对应的一对PCB层147，但是在某些实施例中，每个过孔可被实施为延伸穿过整个PCB的电镀的通孔过孔(例如，参见图6D中的过孔59)。这种电镀的通孔过孔中的每一个可与具有与这种过孔重叠的迹线149的任何PCB层147接触。在图17所示的实施例中，给定的通孔过孔重叠并且仅与两个PCB层147形成连接，而所有剩余PCB层147的迹线149不与给定过孔重叠并且不连接到给定过孔。可选地，一些实施例可包括仅在对应的待连接的PCB层147之间竖直地延伸的埋入式过孔。

III.模块

图18、图19、图20A至图20H公开了用于一个或多个轴向场旋转能量装置231的模块201的实施例。(多个)装置231可包括本文所公开的轴向场旋转能量装置实施例中的任意一个。在这些视图所示的实施例中，模块201包括具有侧壁211的壳体203，三个定子(示出为PCB定子面板245)和四个转子组件242、244。每个转子组件244竖直地设置在两个定子245之间，并且包括一对相同的转子面板236和一组转子永磁体237。每个转子面板236包括一组凹入压痕，以定位转子磁体237中的每一个，并且两个转子面板236固定在一起，以将转子磁体中的每一组夹在相对的上下转子面板236之间。每个转子组件242竖直地设置在定子245和壳体203之间，并且包括转矩板233、转子面板234和一组转子永磁体237。

转子组件(例如，242、244)之间的竖直间隔由间隔件(例如，262、263)来保持，该间隔件通过中间定子面板245中的孔从一个转子组件延伸到相邻的转子组件。转子间隔对应于定子面板245的厚度以及定子面板245(诸如在上方和/或下方)所需的气隙间隔。每个转子间隔件可限定转子组件和定子之间的气隙(并且还可限定侧壁狭槽的高度215，如下所述)。每个转子间隔件位于两个转子组件之间。例如，转子间隔件262位于最上面的转子组件242和相邻的内部转子组件244之间(并且对于最下面的转子组件242也是如此)。每个转子间隔件263位于相邻的内部转子组件244之间。如此处所描绘的，由于最上面和最下面的转子组件242相对于内部转子组件244的机械差异，这种转子间隔件263可具有与转子间隔件262不同的厚度，以在所有转子和定子之间限定相同的气隙间隔。转子间隔件262、263的使用使得能够堆叠多个转子(例如，转子组件242、244)，这可在模块201的结构中提供显着的灵活性。

壳体203的实施例可包括侧壁211(图20A至图20H和图21)。侧壁211可被构造成使定子(例如，定子面板245)相对于轴线235处于所需的角度方向。对于包括多个定子245的应用，侧壁211可包括多个侧壁分段212。侧壁分段212可被构造成相对于轴线以模块201的所需的电相位角(例如，参见图20C和图25)成角度地偏移多个定子245。在一个示例中，侧壁211可包括径向内表面，该径向内表面具有在其中形成的一个或多个狭槽214。每个狭槽214可被构造成容纳和保持定子245的外边缘，以保持定子245相对于轴线235的所需角度方向。在图20A至图20H所示的实施例中，每个侧壁211包括在配对的侧壁分段212之间形成的三个狭槽214。在一些实施例中，这种配对的上下侧壁分段212是相同的，因此可互换使用，但是在其他预期的实施例中，由于不对称的狭槽214、安装孔位置的不同或一些其他方面，上下侧壁分段212可以不同。

除了如上所述提供定子245的角度偏移之外，狭槽214还可被构造成轴向地(诸如竖直地)将每个定子245的外边缘相对于其他定子41定位在规定的轴向位置。由于转子间隔件262、263确定每个定子245(在其最里面的范围)与每个定子245的任一轴向侧(例如，上方和下方)上对应的转子组件(例如，图20A、20B和20D中的242、244)之间的轴向间隔，侧壁狭槽214(即，该狭槽214的高度215)和转子间隔件262、263的组合用于在定子245和转子组件242、244之间保持精确的气隙间隔。在具有单个定子245的其他实施例中，每个侧壁分段212可被构造成提供一个侧壁狭槽214。一组侧壁分段212一起提供了围绕模块201沿径向间隔的多个狭槽214(例如，八个这种狭槽214)。总体上，这种侧壁狭槽214可被视为有利于定子和相邻转子之间的气隙间隔。

模块201的版本可包括壳体203，壳体203具有被构造成将该壳体203机械地耦合到第二模块201的第二壳体203的机械特征(例如，图21中的栓槽轴209)。另外，壳体203可构造有电气元件(例如，图21和图22中的电连接器耦合件204)，以将壳体203电耦合到第二壳体203。在一个示例中，模块201是空气冷却的而不是液体冷却的。在其他版本中，可采用液体冷却的实施例。

在一些示例中，模块201可被构造成通过诸如框架205(图21至图22)的中间结构间接地耦合到第二模块201。模块201可被构造成直接地耦合到框架205，使得模块201被构造成根据应用利用其他组件而间接地耦合到第二模块201。在另一示例中，模块201可被构造成在没有框架、底架或其他中间结构的情况下直接地耦合到第二模块201。

在一些实施例中，至少一个转子233、至少一个磁体237以及具有至少一个PCB 245的至少一个定子241可位于壳体203内部并且被壳体203包围，其中该至少一个PCB 245具有含有至少一个迹线149的至少一个PCB层147。

在一些版本中，每个模块201由单个电相位构成。在其他版本中，每个模块201包括多个电相位。每个模块201的示例可包括多个PCB面板245(图20A至图20H)。每个PCB面板245可包括单个电相位或多个电相位。PCB面板可以是整体式面板，或者可包括如本文其他地方所述的定子分段。

在一个版本中，模块201和第二模块201可被构造成彼此相同。在另一版本中，模块201和第二模块201可以不同。例如，模块201可通过以下的变量中的一个而不同于第二模块201：电力输入或输出、转子233的数量、磁体237的数量、定子41的数量(参见前面的附图)、PCB 245的数量、PCB层47的数量(参见前面的附图)、迹线49的数量(参见前面的附图)以及相对于轴线235的角度方向。例如，在一些实施例中，可修改这些变量中的一个或多个，以实现功率效率、扭矩、可达到的每分钟转数(RPM)的差异，使得可利用不同的模块201作为负载或其他所需的操作参数的功能来更好地定制操作。

模块201的一些实施例可包括被构造成将模块机械地固定在一起的至少一个闩锁207(图23和图24)。图23描绘了在闩锁207打开的情况下嵌套在一起的模块，图24示出了在闩锁207闭合的情况下嵌套在一起的模块。在一个示例中，闩锁207可相对于轴线235对称地排列。在另一版本中，顶部模块(未示出)可被构造成轴向地在另一模块的顶部，并且顶部模块可在结构上不同于第二模块。例如，顶部模块201可仅在其底侧包括闩锁207，而在其顶侧省略这种闩锁207。作为另一示例，轴209可从底部模块201延伸，但是不从顶部模块201延伸。

如图21至图24所示，模块201可包括栓槽轴209。模块201可安装到栓槽轴上，该栓槽轴可被构造成机械地耦合到另一模块201。

一些实施例可进一步包括主体213(图26)(在本文中也称为“外壳”)。主体213可被构造成在主体213内包含并同轴地安装多个模块201。在所示的示例中，主体213包括通过紧固件耦合在一起的两个半部。对于其中每个模块201包括单个电相位的版本，主体213可被构造成将模块201相对于轴线235保持在所需的电相位角。对于其中主体213包括多个电相位的版本，主体213可被构造成将模块201相对于轴线235保持在所需的电相位角。

在其他版本中，可存在多个主体213。每个主体213可包括诸如被构造成将每个主体213机械地耦合到至少一个其他主体213的耦合结构的机械特征，以及被构造成将每个主体213电耦合到至少一个其他主体213的电气元件。每个主体213可被构造成直接地或间接地耦合到至少一个其他主体213。

在一些发电机实施例中，主体(或多于一个的相互耦合的主体)可包括交流输出的电相位的多个电相位(诸如，约4至99，例如，至少10、11、12、13、14、15或更多)。因此，AC电流输出可如同DC输出纹波一样工作，而无需整流或需要电力转换。在其他版本中，可对此类AC电流输出进行整流。

还公开了用于提供能量的系统的实施例。例如，该系统可包括多个模块201，该多个模块201包括轴向场旋转能量装置。模块201可彼此可互换地连接以构造系统用于所需的电力输出。可基于本文所描述的任何实施例来构造每个模块。该系统可包括发电机或电动机。该系统的实施例可包括被构造成不同的模块201中的至少两个。例如，模块201可通过以下变量中的至少一个而彼此不同：电力输出或输入、转子数量、磁体数量、定子数量、PCB数量、PCB层数量、线圈数量以及相对于轴线的角度方向。

还公开了一种修理轴向场旋转能量装置的方法的实施例。例如，该方法可包括以下步骤：提供具有多个模块201的主体213。每个模块201可如针对本文所公开的任何实施例所描述的那样进行构造。该方法还可包括：机械耦合和电耦合模块201，使得模块201同轴；操作轴向场能量装置；检测模块201中的一个的问题并且停止轴向场能量装置的操作；打开主体213并且将问题模块201从与问题模块201附接的所有其他模块201分离；在主体213中安装替换模块201以代替问题模块201，并且将替换模块201附接到附接问题模块201的其他模块201；然后重新操作轴向场能量装置。

该方法的其他实施例包括相对于轴线将模块成角度地对准到至少一个所需的电相位角。在另一版本中，该方法可包括：提供多个主体213，并且机械耦合和电耦合主体213。

操作轴向场旋转能量装置的方法的其他实施例可包括：提供具有多个模块的外壳，每个模块都包括壳体、可旋转地安装到壳体的转子、与转子同轴地安装到壳体的定子，每个转子包括轴线和磁体，每个定子包括具有线圈的印刷电路板(PCB)，每个定子由单个电相位构成，并且定子中的所选择的定子相对于轴线设置成处于所需的相位角；机械耦合和电耦合模块，使得模块在外壳内同轴；然后操作轴向场能量装置。换言之，将单相定子设置为相同的相位角可形成单相位机器，而将单相位定子设置为不同的相位角可形成多相位机器(或多于两个相位)。

可选地，外壳和每个模块可包括单个电相位，并且该方法可包括相：对于轴线以所需的电相位角成角度地对准模块。该方法可包括具有多个电相位的外壳，每个模块包括单个电相位，并且相对于轴线以所需的电相位角对模块进行角度定向。外壳和每个模块可包括多个电相位，并且相对于轴线以所需的电相位角对模块进行角度偏位。

该方法的一些版本可包括提供多个主体，并且该方法进一步包括：将主体机械耦合和电耦合以形成集成系统。每个模块可包括多个定子，该多个定子相对于轴线以所需的电相位角彼此成角度地偏移。在一个示例中，每个定子仅由一个PCB构成。在其他示例中，每个定子包括耦合在一起以形成每个定子的两个或更多个PCB。在又一版本中，如本文所述，外壳可具有基本上等效于没有电力转换的干净的(clean)直流电(DC)状纹波的多个交流电(AC)输出的电相位。

在其他版本中，修理轴向场旋转能量装置的方法可包括：提供耦合在一起的多个主体，每个外壳具有多个模块，每个模块包括壳体、可旋转地安装到壳体的转子、与转子同轴地安装到壳体的定子，转子包括轴线和磁体，并且定子包括印刷电路板(PCB)；机械耦合和电耦合模块；操作轴向场旋转能量装置；检测第一外壳中的第一模块的问题并且停止轴向场旋转能量装置的操作；打开第一外壳并且从第一外壳和与第一模块附接的任何其他模块上拆卸第一模块；在第一外壳中安装第二模块以代替第一模块，并且将第二模块附接到第一模块所附接的所述任意其他模块；然后重新操作轴向场旋转能量装置。

每个模块的实施例可在外壳内仅具有一个方向，使得每个模块可以以单一方式相对于外壳安装或卸载。这种设计的目的是使在系统上工作的人不能以错误的位置将新模块重新安装到现有系统中。它只能在一个方向上完成。该方法可在AFRED的操作暂停的同时发生，并且第一模块的处理在不中断所述任何其它模块且不修改或影响所述任何其它模块的情况下发生。

诸如本文所公开的，图27描绘了用于轴向场旋转能量装置的PCB定子311的另一实施例。PCB定子311包括具有一个或多个导电迹线313的基板。在所示的版本中，PCB定子311包括八个线圈的迹线313。另外，PCB定子311可包括多于一层的迹线313。每层上的迹线313与该层共面。另外，迹线313围绕PCB定子的中心轴线315排列。

图28是图27的PCB定子的一部分的放大俯视图。在所示的实施例中，每个迹线313包括径向部分317(相对于轴线315)和在径向部分317之间延伸的端弯部319。可利用狭缝321将每个迹线313分开。在一些版本中，仅径向部分317包括狭缝321。狭缝321可帮助减少操作期间的涡流损耗。在操作期间，涡流与磁场相反。减小涡流可增加磁场强度并且提高系统效率。相反，较宽的迹线可能允许产生涡流。迹线313中的狭缝可减少形成涡流的机会。狭缝可迫使电流更有效地流过迹线313。

轴向场旋转能量装置可包括“智能机器”，该“智能机器”包括与其集成的一个或多个传感器。在一些实施例中，该传感器可被构造成监测、检测或生成关于轴向场旋转能量装置的操作的数据。在某些实施例中，该操作数据可包括功率、温度、旋转速率、转子位置或振动数据中的至少一个。

轴向场旋转能量装置的版本可包括集成机器，该集成机器包括与其集成的一个或多个控制电路。轴向场旋转能量装置的其他版本可包括完全集成机器，该完全集成机器包括一个或多个传感器以及与其集成的一个或多个控制电路。例如，一个或多个传感器和/或控制电路可与PCB集成和/或与壳体集成。对于电动机实施例，这些控制电路可用于驱动或驱使机器。例如，在一些电动机实施例中，该控制电路可包括被耦合以接收外部电源的输入，并且还可包括被耦合以提供流过一个或多个定子线圈的电流的输出。在一些实施例中，控制电路被构造成向机器供应扭矩和/或扭矩命令。在一些发电机实施例中，该控制电路可包括被耦合以接收流过线圈的电流的输入，并且还可包括被耦合以生成外部电源的输出。

例如，一个或多个传感器和/或控制电路可与PCB定子311集成。图29示出具有附接到其最上面的PCB层47的集成传感器(例如342、346)的另一示例性定子340。一个这种传感器342耦合到次级线圈344，该次级线圈344可用于向外部装置传输数据/从外部装置接收数据，并且还可用于将电力耦合到传感器342。在一些实施例中，次级线圈可被构造成利用在操作期间产生的磁通量来为传感器342提供电力。在一些实施例中，次级线圈可被构造成从外部线圈(未示出)接收电感耦合的电力。次级线圈344在本文中也可被称为微线圈或微型线圈，因为在某些实施例中，该次级线圈可远小于定子线圈49，但不旨在进行相对大小推断。相反，如上所述，该次级线圈344不同于与转子磁体协作的定子线圈49。在某些实施例中，与PCB定子311集成的该次级线圈可设置在PCB定子311上(例如，在其最上面的PCB层47上制造或附接到其最上面的PCB层47)。在一些实施例中，可将与PCB定子311集成的该次级线圈设置在PCB定子311内(即，嵌入在其内)。在一些实施例中，次级线圈344向与其连接的传感器提供电力。这种耦合的电力可以是传感器的主电力或辅助电力。

传感器346耦合到用于上PCB层47上的迹线49中的一个的第一端子51，并且可感测诸如该位置处的电压、温度的操作参数，并且还可由所附接的线圈(例如，一个线圈49)供电。传感器348耦合到外部端子350，并且同样可感测诸如该位置处的电压、温度的操作参数，并且还可由耦合到外部端子350的电压来进行供电。传感器350设置在PCB定子340的外边缘，但是不耦合到PCB层47上的导体。

在一些实施例中，该传感器可直接嵌入在线圈49中的一个之中，并且可由线圈49直接供电。在一些实施例中，可通过设置在PCB层47之上或之内的单独连接，诸如第一端子51和传感器346之间的连接，为该传感器供电并且将传感器连接到线圈49。该连接可设置在PCB层47上或设置在PCB内(例如，设置在PCB的内层)。在其他实施例中，传感器和/或电路可从外部电源获得电力。例如，一种类型的外部电源可以是常规的壁式电源插座，该壁式电源插座可耦合到电动机或发电机的壳体。

在某些实施例中，传感器可向发电机或电动机产品的操作员提供实时操作数据以及关于产品的各种参数的预测数据。这可包括设备的运行方式以及计划维修的方式和时间。此类信息可减少产品停机时间并且延长产品寿命。在一些实施例中，传感器可被集成在壳体内。在一些示例中，如图30所示，可将传感器嵌入在PCB定子340内(例如，传感器362、366、368、372和线圈364)。

用于这些应用的传感器的一个示例是霍尔效应传感器。霍尔效应传感器用于接近开关、定位、速度检测和电流感测应用。在其最简单形式中，霍尔效应传感器用作直接返回电压的模拟换能器。

传感器的另一示例是光学传感器。光学传感器可测量在紫外线和近红外线之间的波长范围内的电磁波强度。基本的测量装置是光电二极管。将光电二极管与电子器件相结合即可制造一个像素。在一个示例中，光学传感器可包括光学编码器，该光学编码器使用光学器件来测量或检测磁性转子的位置。

传感器的另一示例是用于测量温度的热电偶传感器。热电偶包括两个由不同金属制成的线脚(wire leg)。线脚的一端焊接在一起，形成一个接合点。接合点是测量温度的位置。当接合点温度变化时，会产生电压。

另一任选的传感器是加速度计。加速度计是一种用于测量加速力的机电装置。该力可以是静态的，例如持续的重力，或者像许多移动装置一样，可以是动态的以感测运动或振动。加速度是速度变化或速度除以时间的度量。

这些系统中还可以采用功能类似于陀螺仪的陀螺仪传感器。陀螺仪传感器可用于提供稳定性或在导航系统、自动驾驶仪和稳定器中保持参考方向。

PCB定子340还可包括扭矩传感器。扭矩传感器、扭矩换能器或扭矩计是用于测量和记录诸如轴向场旋转能量装置的旋转系统上的扭矩的装置。

另一任选的传感器是振动传感器。振动传感器可测量、显示并分析线速度、位移和接近度或加速度。振动，甚至轻微振动，都可以是机器状况的指示标志。

在各个实施例中，图29和图30中描绘的传感器还可代表与PCB定子345集成的控制电路。可将该控制电路设置在PCB的表面上(类似于图29所描绘的传感器)，设置在PCB内(即，嵌入在PCB内)(类似于图30所描绘的传感器)，并且/或者与壳体(例如，图18中的壳体203)集成或集成在壳体内。

在一些发电机实施例中，控制电路可实施从定子线圈中产生的AC电压到外部所需的电源(例如，幅值与线圈电压不同的AC电压、通过对线圈电压进行整流而产生的DC电压)的电力转换。在一些电动机实施例中，控制电路可实施集成驱动电路，该集成驱动电路可向定子线圈提供所需的AC电流波形以驱动电动机。在一些示例中，集成驱动器可以是变频驱动器(VFD)，并且可与电动机集成在相同的壳体内。本文所公开的传感器和/或电路可无线地或硬连线(hard-wired)到壳体的、壳体之上或壳体内部的任何元件。可选地，传感器和/或电路可相对于壳体位于较远位置。在示例中，类似于附图中所示的PCB定子，控制电路566(图39)可包括圆形、甜甜圈的形状。该设计可促进和/或使装置能够保持其形状因数。

这些传感器和控制电路中的每一个可包括无线通信电路，该无线通信电路被构造成通过无线网络环境与外部装置通信。这种无线通信可以是单向或双向的，并且对于监测系统的状态、操作该系统、通信预测性数据等可能是有用的。通过网络的无线通信可使用例如以下中的至少一个作为蜂窝通信协议来实施：长期演进(LTE)、高级LTE(LTE-A)、码分多址(CDMA)、宽带CDMA(WCDMA)、通用移动电信系统(UMTS)、无线宽带(WiBro)或全球移动通信系统(GSM)。

另外地或可选地，无线通信可包括例如短程通信。可通过例如无线保真(WiFi)、

近场通信(NFC)或GNSS中的至少一个来实施短程通信。GNSS可包括例如全球定位系统(GPS)、全球导航卫星系统

导航卫星系统、或

欧洲基于全球卫星的导航系统中的至少一种。在本公开中，术语“GPS”和“GNSS”可互换使用。该网络可以是通信网络，例如，计算机网络(例如，局域网(LAN)或广域网(WAN))、互联网或电话网络中的至少一种。

在某些实施例中，该无线通信电路可耦合到次级线圈(例如，次级线圈344)以通信遥测信息，诸如上述操作数据。

图31和图32示出用于将定子分段380机械地耦合在一起以形成定子的组件的实施例。卡环382在两个相邻的定子分段380上的安装垫381的部分上方滑动，该卡环382通过位于两个螺栓(例如，螺栓384)中的每一个上的一对螺母固定。卡环382包括可如上所述被定位在侧壁狭槽214中的对准接片392。两个相邻的定子分段380的内直径边缘滑入圈环形状的带槽的转子间隔件390中。在一些实施例中，该转子间隔件390可与转子一起跨置在推力轴承上，以允许转子间隔件390和定子在转子旋转时保持静止。在其他实施例中，如上所述的转子间隔件(例如，图18、图20A至图20H)可装配在带槽的转子间隔件390的开口中心内。

可使用相应电路386、388之间的电线387来实施相邻定子分段380、381之间的电连接。电路386可连接到定子分段380的上层(或使用过孔的另一层)上的迹线。类似地，电路388可连接到定子分段381的任意层上的迹线。该电路386、388可包括上述传感器中的任何一个(图29至图30)，但是也可仅提供从相应的PCB到电线387的电连接。在其他实施例中，还可通过作为导电材料的PCB的安装表面进行电连接并且连接到线圈，然后通过卡环耦合那些组件，该卡环也可在其内表面上包括导电材料。

还可使用卡环382结合导电安装垫383来实施电连接。如果安装垫383是连续且不间断的，则卡环382可围绕定子的周围提供公共的电连接。如果该安装垫是不连续的并且分成两部分(如虚线所示，其中每一件都耦合到该分段上的迹线的相应端子)，则卡环382可串联地连接该定子分段。

轴向场旋转能量装置适用于许多应用。PCB定子340可被构造成用于所需的电力标准和用于诸如永磁型发电机和电动机的装置的形状因数。该设计重量更轻、更容易制造、更易于维护并且更有效率。

永磁发电机(PMG)应用的示例可包括：风力涡轮发电机、微型发电机应用、永磁直接驱动发电机、蒸汽涡轮发电机、水力发电机、热能发电机、天然气发电机、柴火(wood-fire)发电机、煤炭发电机、高频发电机(例如，频率超过60Hz)、便携式发电机、辅助动力单元、汽车、交流发电机、再生制动装置、用于再生制动装置的PCB定子、备份或备用发电、用于备份或备用发电的PMG、军用的PMG以及用于航空航天的PMG。

在其他实施例中，永磁电动机(PMM)的示例可包括：AC电动机、DC电动机、伺服电动机、步进电动机、无人机(drone)电动机、家用电器、风扇电动机、微波炉、真空机、汽车、电动车辆传动系统、工业机械、生产线电动机、物联网传感器(IOT)、供暖、通风和空调(HVAC)、HVAC风扇电动机、实验室设备、精密电动机、军用性的、自主车辆电动机、航空航天和飞机电动机。

图33和图34描绘轴向场旋转能量装置401的另一实施例。在这些示例中，装置401可包括本文所公开的任何特征、元件或组件。所示的版本可包括具有轴向方向的轴线405的壳体(例如，图18中的壳体203)。定子组件411可包括多个定子面板445，该定子面板445是彼此分离的面板。定子面板445可机械地且固定地耦合到壳体。如本文所公开的，每个定子面板445可包括具有导电线圈的印刷电路板(PCB)。每个定子面板445的实施例可由单个电相位构成。装置401还可包括转子442，该转子442在壳体内可旋转地安装在定子组件411的相对轴向端上。转子442可与诸如转子间隔件443的组件机械地耦合在一起。每个转子442的版本可包括磁体437。在一些示例中，在定子面板445中的轴向地相邻的定子面板之间没有设置转子442。

定子面板445可以以轴向邻接的关系耦合。此外，定子面板445可以以轴向邻接的关系彼此直接机械地耦合。另外，定子面板445可相对于轴线405以单个角度旋转地对准。在一些示例中，定子面板445可被电耦合在一起以形成用于装置401的单个电路。在装置401的其他实施例中，在定子面板445中的轴向地相邻的定子面板之间没有设置轴向间隔件。如本文中针对其他示例所示和所描述的，定子面板445的线圈可相对于轴线405沿径向方向延伸，每个线圈可包括沿径向方向延伸的边缘，并且线圈边缘可基本上彼此平行。换言之，线圈可具有彼此平行的内部和外部相对边缘。

装置401的实施例可包括具有多个电相位的定子组件411。定子面板445可相对于轴线405彼此旋转地偏移。在一些示例中，定子面板445不电耦合在一起以形成用于装置401的单个电路。在一个特定的版本中，定子组件411可仅由三个定子面板442构成。在另一特定示例中，转子442可仅由两个转子442构成。装置401可进一步包括设置在定子面板445中的轴向相邻的定子面板之间的任何类型(例如，金属、纸等)的间隔件(未示出)。装置401的实施例可进一步包括在定子组件411和转子442之间的轴向间隔件(未示出)。轴向间隔件的版本可设置定子组件411和转子442之间的轴向气隙间隔。

如图35所示，线圈459的实施例可绕轴线405不对称地排列。在一些版本中，每个定子面板455可包括内半径IR、外半径OR和在内半径IR和外半径OR之间在径向方向上连续延伸的狭槽S。在示例中，狭槽S可包括相对于轴线405的周向宽度W，该周向宽度W不小于将转子442耦合在一起的转子间隔件(例如，图33中的转子间隔件443)的直径。狭槽S的实施例可由彼此平行的侧壁453限定，并且周向宽度W可从内半径IR到外半径OR一致。在该版本中，狭槽S可被构造成在装置401的操作期间保持空隙并且不受阻碍，使得在装置401的操作期间没有其他组件位于狭槽S内。

可选地，如图36所示，狭槽S的可选实施例可由不平行的侧壁463限定，并且周向宽度W从内半径IR到外半径OR逐渐变宽。在一些实施例中，定子面板465中的每一个的线圈469中的至少一个可位于定子面板分段468上，该定子面板分段468包括分别机械耦合和电耦合到所述定子面板465中的每一个的另一PCB。每个定子面板465的示例可被构造成通过狭槽S从定子组件411(参见例如，图33和图34)单独地移除，而不从轴向场旋转能量装置401拆卸转子442。另外，例如，定子面板465中的相应定子面板和定子面板分段468可以以共面布置来进行相互安装。

在特定实施例中，装置401可包括不匹配数量的多个定子面板和转子。例如，该装置可具有两个定子面板和一个转子、三个定子面板和两个转子、五个定子面板和两个转子等。在一些版本中，没有转子在定子组件411内交错(即，轴向地设置在定子面板中的轴向地相邻的定子面板之间)。此外，装置401可包括单个电相位或不止一个电相位。其他实施例可包括外壳，其中两个或更多个装置401(可以相同)位于该外壳内。

图37是定子面板475的又一实施例的局部放大俯视图。与可比内直径部分477和外直径部分478进一步扩展的径向部分479相比，定子面板475的线圈476的示例可分别在其内径部分477和外径部分478附近具有更高密度的铜。

图38是定子面板485的另一实施例的局部放大俯视图。定子面板485的示例在其线圈486的径向迹线489内可具有可变数量的狭缝。例如，如图所示，径向迹线可在相同径向迹线489内包括两个、三个、四个、五个或更多个狭缝。

图39至图46仍然描绘了轴向场旋转能量装置的其他实施例。本文针对装置的其他版本所描述的任何元件、特征和组件也可在这些实施例中使用。在一些版本中，轴向场旋转能量装置501可包括具有沿轴向方向的轴线505的壳体503(例如，图39中的壳体壳503a、503b)。壳体壳503a、503b可耦合在一起。壳体壳503a、503b中的每一个可包括具有在其中形成的轴向架子504的内部周边507。

示例可包括安装到壳体503的定子组件511。定子组件511可包括多个定子面板545，多个定子面板545是彼此轴向堆叠和分离的面板。如本文其他地方所述，每个定子面板545可包括相应的印刷电路板(PCB)，该PCB具有相应的多个线圈，该多个线圈在相应的PCB内导电并且互连。相应的PCB可被构造成使得流过相应的多个线圈中的任意一个的电流同样流过相应的多个线圈中的所有线圈。在一个示例中，每个定子面板545可由单个电相位构成。

每个定子面板545的版本可包括两个相同的C形PCB分段半部545a、545b(图44和图45)。PCB分段半部545a、545b可耦合在一起(诸如通过电连接器554；图44中所示的一个)以形成定子面板545中的相应一个。电连接器可以是用于组装和拆卸中的每一个的U形线夹(wire clip)。在所示的示例中，在定子组件511中存在三个定子面板545，用于彼此相同并且在系统内可互换的总共六个PCB分段半部545a、545b。而且，在该附图中，三个定子面板545可偏移P1和P2，这允许暴露较低定子面板545上的线夹区域以允许从上方插入连接器554，用于方便组装和拆卸。

在一些版本中，定子面板545以轴向邻接的关系利用紧固件506彼此直接机械地耦合并且与至少一个轴向架子504(图39)机械地耦合，用于增强导热性。定子组件511可机械地耦合到轴向架子504中的至少一个。另外，定子面板545可具有外周边缘，该外周边缘接触壳体壳503a、503b的在内部周边507处的径向内表面。此外，还可在接触表面处使用热腻子，以增强PCB与壳体503之间的热传递。壳体503可进一步包括外部散热片508作为基板来设计为装置501提供额外的冷却。

每个定子面板545可进一步包括多个周边安装孔547(图44和图45)，该周边安装孔547被构造成允许多个定子面板545相对于轴线505：(a)相对于轴线505以单个角度旋转地对准以形成单个电相位装置，或(b)以所需的相位角P1、P2彼此旋转地偏移(图44)以形成多相位装置。

实施例可进一步包括具有可旋转地安装在壳体503内的一个或多个转子542(图39和图41至图43)的转子组件。转子542可位于定子组件511的相对轴向端上。转子542可机械地耦合在一起。每个转子542可包括多个磁体537。在一些版本中(图41)，磁体537可包括前边缘和后边缘539。一个磁体的前边缘539可平行于相邻磁体537的后边缘，以相对于轴线505在磁体537中的相邻磁体之间限定一致的周向间距。由于构造有磁体537的平行前边缘和后边缘539，例如，与带有在磁体37中的相邻磁体上具有不平行的前边缘和后边缘69的磁体37(图9)的装置相比，装置501可将装置501的磁通能力增加约3％。

如图所示，磁体537的实施例可以是梯形的。相对于轴线505，每个磁体537的版本可包括平行于其外部径向边缘540的内部径向边缘538(图41)。磁体537可包括偶数或奇数个磁体537。相对于轴线505，磁体537中的周向相邻的磁体包括相反的磁极。在相对的转子542上，磁体537中的沿直径相对的磁体可包括相反的磁极。

在一些实施例中(图42、图43和图46)，每个转子542可包括转子毂544，该转子毂544具有安装到转子毂544的一个轴向侧的磁性背衬546。磁体537可安装到转子毂544的相对轴向侧。共同地，图42示出磁体537如何可相对于轴线505限定磁体内半径或直径(MID)和磁体外半径或直径(MOD)，以限定磁体径向跨度560。磁性背衬546可包括小于磁体内直径MID的背衬内半径或直径(BID)。另外地或可选地，磁性背衬546可具有大于磁体外直径MOD的背衬外直径(BOD)，以限定背衬径向跨度561。另外，如图所示，背衬外直径BOD可与转子毂544的外周边齐平。

在另一示例中，转子毂544可具有较大的磁性背衬546，以及直接位于(沿轴向方向)磁体537和较大的磁性背衬546之间的较小的磁性背衬548。较小的磁性背衬548可限定较小的背衬径向跨度562。磁性背衬546、548可以是单个整体层、多个堆叠层(如图所示)，并且可包括任何磁性材料，包括碳、硅、铁磁材料等。转子毂544的版本可包括用于磁体537中的每一个的梯形孔550(图46)。在一个版本中，仅可通过对磁性背衬546、548的磁性吸引将磁体537固定到转子毂。在其他版本中，也可使用粘合剂。

转子组件可包括各种零件，以将转子542连接到轴551。例如，图39、图42和图45描绘了可利用紧固件将转子毂544固定到轴551上的四瓣环(quad-split-ring)夹持结构553。转子毂544可包括内部斜面，以接收四瓣环夹持结构553的外部斜面形式。轴轴承(shaftbearing)可将轴551和转子组件可旋转地安装到壳体。

装置501的其他实施例可包括具有多个芯板(core)580的定子面板545(图44至图45)。每个芯板580可包括磁性材料(例如，碳钢、铁、铁氧体等)和诸如所示的梯形的各种形状。每个芯板580可位于定子面板545的相应线圈549的中心582。芯板580可与线圈549电绝缘。芯板580的版本可包括与定子面板545的相应轴向表面齐平或基本齐平的一个或两个轴向表面。

在一些示例中，相应线圈549的中心582可包括位于相应线圈549的最里面的迹线552内部的体积(诸如凹陷的体积)。在一个版本中，可在定子面板545的PCB的制造期间形成该体积，使得可在PCB的制造期间包括芯板580。在另一版本中，可在制造PCB之后将体积从PCB移除，使得在制造PCB之后将芯板580添加到PCB。磁性芯板580可增加装置501的磁通能力，这可允许使用较弱的磁体，同时保持装置501的高效率，并且/或者装置501的直径可更小而不降低性能。

其他版本可包括一个或多个以下实施例：

1.一种轴向场旋转能量装置，其包括：

转子，其包括旋转轴线和磁体；

定子，其与该转子同轴，该定子包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有在轴向方向上间隔开的多个PCB层，每个PCB层都包括线圈，该线圈仅具有两个用于电连接的端子，每个线圈在其仅两个端子之间连续且不间断，每个线圈由单个电相位构成，每个线圈的两个端子中的一个利用过孔电耦合到另一线圈，以限定线圈对；以及

每个线圈对利用另一过孔电耦合到另一线圈对。

2.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中每个PCB层包括多个线圈，并且每个线圈对中的线圈共面且位于相同的PCB层上。

3.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中每个线圈对中的线圈位于不同的PCB层上。

4.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中该线圈中的至少两个串联地电耦合。

5.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中该线圈中的至少两个并联地电耦合。

6.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中该线圈中的至少两个并联地电耦合，并且至少两个其他线圈串联地电耦合。

7.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中该线圈对中的至少两个并联地电耦合。

8.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中该线圈对中的至少两个串联地电耦合。

9.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中该线圈对中的至少两个并联地电耦合，并且至少两个其他线圈对串联地电耦合。

10.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中每个PCB层包括PCB层表面积，每个PCB层上的线圈包括多个线圈，该多个线圈具有处于PCB层表面积的至少约75％至约99％的范围内的线圈表面积。

11.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中每个PCB层包括共面且绕轴线对称地间隔开的多个线圈，并且相对于轴线，相邻PCB层中的线圈彼此周向地对准，以在轴向方向上限定线圈的对称堆叠。

12.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中该定子由单个电相位构成。

13.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中该定子包括至少两个电相位。

14.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中每个PCB层包括用于每个电相位的多个线圈，并且用于每个电相位的线圈相对于每个PCB层内的轴线彼此成角度地偏移，以限定电相位之间所需的相位角移位。

15.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中该定子包括单个整体式面板。

16.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中每个线圈仅利用一个过孔耦合到另一线圈。

17.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中每个线圈对仅利用一个过孔耦合到另一线圈对。

18.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中该过孔包括多个过孔。

19.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中所述另一过孔包括多个过孔。

20.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中该轴向场旋转能量装置是发电机。

21.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中该轴向场旋转能量装置是电动机。

22.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中该轴向场旋转能量装置包括两个或更多个电相位以及两个或更多个外部端子。

23.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中线圈彼此相同。

24.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中线圈中的至少两个彼此不同，并且彼此之间至少在大小或形状中的一个上不同。

25.一种轴向场旋转能量装置，其包括：

转子，其包括旋转轴线和磁体；以及

定子，其与该转子同轴，该定子包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有在轴向方向上间隔开的多个PCB层，每个PCB层包括一个线圈，并且该多个PCB层包括：

多个线圈层对，每个线圈层对中的线圈在不同的PCB层上，线圈层对中的至少两个并联耦合在一起，并且线圈层对中的至少另外两个串联耦合在一起。

26.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中该定子包括至少两个电相位。

27.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中每个PCB层包括用于每个电相位的多个线圈，并且用于每个电相位的线圈相对于每个PCB层内的轴线彼此成角度地偏移，以限定电相位之间所需的相位角移位。

28.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中每个线圈由单个电相位构成。

29.一种轴向场旋转能量装置，其包括：

转子，其包括旋转轴线和磁体；

定子，其与该转子同轴，该定子包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有在轴向方向上彼此间隔开的第一PCB层和第二PCB层，每个PCB层包括连续的线圈，并且每个线圈仅具有两个用于电连接的端子；以及

仅一个过孔，其通过线圈中的每一个的一个端子电耦合该线圈。

30.一种轴向场旋转能量装置，其包括：

转子，其包括旋转轴线和磁体；

定子，其与转子同轴，该定子包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板由具有至少两个电相位的单个整体式面板构成，该PCB包括在轴向方向上间隔开的多个PCB层，每个PCB层包括多个线圈，每个线圈仅具有两个用于电连接的端子，每个线圈在两个端子之间连续且不间断，每个线圈由单个电相位构成，并且每个线圈的两个端子中的一个仅利用一个过孔电耦合到另一线圈，以限定线圈对，每个线圈对仅利用另一过孔电耦合到另一线圈对；

每个PCB层中的线圈共面且绕轴线对称地间隔开，并且相邻PCB层中的线圈彼此周向地对准以在轴向方向上限定线圈的对称堆叠；以及

每个PCB层包括用于每个电相位的多个线圈，并且用于每个电相位的线圈相对于每个PCB层内的轴线彼此成角度地偏移，以限定电相位之间所需的相位角移位。

1.一种轴向场旋转能量装置，其包括：

转子，其包括旋转轴线和磁体；以及

定子，其与该转子同轴，该定子包括多个绕轴线耦合在一起的定子分段，每个定子分段包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有包括线圈的PCB层，并且每个定子分段仅包括一个电相位。

2.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中该定子仅由一个电相位构成。

3.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中该定子包括多个电相位。

4.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中线圈彼此相同。

5.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中每个PCB层包括多个线圈，该多个线圈共面并且相对于轴线成角度地彼此间隔开。

6.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中每个定子分段包括多个PCB层，该多个PCB层中的每一个被构造成提供所述的仅有的一个电相位。

7.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中每个定子分段上的每个PCB层包括多个线圈，该多个线圈共面并且被构造成提供所述的仅有的一个电相位。

8.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中每个线圈包括径向迹线，该径向迹线从约PCB的内直径延伸到约PCB的外直径。

9.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中每个线圈包括从最外面的迹线部分到同心的最里面的迹线部分连续的迹线，并且线圈包括具有线性侧面和弯部的径向元件。

10.根据这些实施例9中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中每个线圈仅包括从最外面的迹线到同心的最里面的迹线连续的线性迹线，该PCB层的迹线不是非线性的，并且所述每个线圈包括拐角以连接仅有的线性迹线。

11.根据这些实施例0中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中每个PCB层包括PCB层表面积，每个PCB层上的线圈包括多个线圈，该多个线圈具有在该PCB层表面积的至少约75％至约99％的范围内的线圈表面积。

12.根据这些实施例1中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中每个PCB层包括共面且绕轴线对称地间隔开的多个线圈，并且相邻PCB层中的线圈彼此周向地对准，以在轴向方向上限定线圈的对称堆叠。

13.一种轴向场旋转能量装置，其包括：

转子，其包括旋转轴线和磁体；

定子，其与转子同轴，该定子包括绕轴线耦合在一起的多个定子分段，每个定子分段包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有多个PCB层，每个PCB层包括线圈，该PCB层在轴向方向上彼此间隔开，该PCB中的每一个具有偶数个PCB层，该PCB层包括层对，每个层对被限定为利用过孔电耦合在一起的PCB层，并且每个层对利用另一过孔耦合到另一层对。

14.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中PCB层的至少一个串联地电耦合到另一PCB层。

15.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中PCB层的至少一个并联地电耦合到另一PCB层。

16.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中至少一个层对串联地电耦合到另一层对。

17.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中至少一个层对并联地电耦合到另一层对。

18.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中该层对中的至少一个包括彼此轴向地间隔开并且轴向地相邻的两个PCB层。

19.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中该层对中的至少一个包括彼此不轴向地相邻的两个PCB层。

20.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中该层对中的至少一个与该层对中的所述至少一个所电耦合到的层对轴向地相邻。

21.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中该层对中的至少一个不与该层对中的所述至少一个所电耦合到的层对轴向地相邻。

22.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中线圈彼此相同。

23.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中线圈中的至少两个彼此不同，并且彼此之间至少在大小、形状或结构中的一个上不同。

24.一种轴向场旋转能量装置，其包括：

转子，其包括旋转轴线和磁体；以及

定子，其与转子同轴，该定子包括多个定子分段和多个电相位，每个定子分段包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有至少一个PCB层，该至少一个PCB层具有线圈，并且每个定子分段仅包括一个电相位。

25.一种轴向场旋转能量装置，其包括：

转子，其包括旋转轴线和磁体；

定子，其与转子同轴，该定子包括绕轴线耦合在一起的多个定子分段，每个定子分段包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有多个PCB层，每个PCB层包括线圈，该PCB层在轴向方向上彼此间隔开，该PCB中的每一个具有偶数个PCB层，该PCB层包括层对，并且每个层对被限定为电耦合在一起的两个PCB层；以及

每个PCB层中的线圈共面且绕轴线彼此成角度地且对称地间隔开，并且相邻PCB层中的线圈彼此周向地对准以在轴向方向上限定线圈的对称堆叠。

26.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中该定子仅由一个电相位构成，并且线圈彼此相同。

27.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中该定子包括多个电相位。

28.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中每个PCB层被构造成仅提供一个电相位。

29.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中每个定子分段上每个PCB层上的线圈被构造成仅提供所述一个电相位。

30.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中该轴向场旋转能量装置由单个电相位构成。

1.一种用于轴向场旋转能量装置的模块，其包括：

壳体，其具有被构造成将该壳体机械地耦合到第二模块的第二壳体的耦合结构，以及被构造成将该壳体电耦合到该第二壳体的电气元件；

转子，其可旋转地安装到壳体，并且该转子包括轴线和磁体；以及

定子，其与转子同轴地安装到壳体，并且该定子包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有包括线圈的PCB层。

2.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中转子和定子位于壳体内部并且被壳体包围。

3.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中转子包括多个转子，磁体包括多个磁体，并且定子包括多个定子，并且每个定子包括多个PCB层，并且每个PCB层包括多个线圈。

4.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中该模块被构造成直接地耦合到框架，并且该模块被构造成间接地耦合到第二模块。

5.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中壳体包括侧壁，该侧壁使定子相对于轴线以所需的角度方向定向。

6.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中定子包括多个定子，并且侧壁包括多个侧壁分段，多个侧壁分段相对于轴线以所需角度方向成角度地偏移该多个定子。

7.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中每个侧壁分段包括径向内表面，该径向内表面具有在其中形成的狭槽，该狭槽容纳并保持定子相对于轴线的所需角度方向，并且该狭槽共同地将定子的外边缘保持在该定子与转子之间的气隙间隔处。

8.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中定子是空气冷却的而不是液体冷却的。

9.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中PCB层包括多个PCB层，每个PCB层具有多个线圈，每个线圈仅具有两个端子，每个线圈在其仅有的两个端子之间连续且不间断，并且每个线圈利用过孔电耦合到另一线圈。

10.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中两个线圈耦合在一起以限定线圈对，并且每个线圈对利用另一过孔电耦合到另一线圈对。

11.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中每个线圈对中的线圈位于不同的PCB层上。

12.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中每个线圈仅利用一个过孔耦合到另一线圈，并且每个线圈对仅通过一个过孔耦合到另一线圈对。

13.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中定子包括多个定子分段，该多个定子分段中的每一个包括PCB。

14.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中定子仅由一个电相位构成。

15.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中定子包括多个电相位。

16.一种用于轴向场旋转能量装置的模块，其包括：

壳体，其具有被构造成将该壳体机械地耦合到第二模块的第二壳体的耦合结构，以及被构造成将该壳体电耦合到第二壳体的电气元件；

多个转子，其可旋转地安装到壳体，并且转子包括轴线和磁体；以及

多个定子，其与转子同轴地安装到壳体，每个定子包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有包括线圈的PCB层，定子在壳体内部电耦合在一起。

17.一种用于轴向场旋转能量装置的模块，其包括：

壳体，其具有被构造成将该壳体机械地耦合到第二模块的第二壳体的耦合结构，以及被构造成将该壳体电耦合到第二壳体的电气元件；

转子，其相对于轴线可旋转地安装到壳体，并且每个转子包括磁体；

定子，其与转子同轴地安装到壳体，该定子中的每一个包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有PCB层，并且每个PCB层包括线圈；以及

该壳体包括多个侧壁分段，该多个侧壁分段使定子相对于轴线以所需的角度方向定向，并且以所需的相位角成角度地偏移该定子，其中该侧壁分段包括径向内表面，该径向内表面具有在其中形成的狭槽，该狭槽保持该定子中的相应定子的所需角度方向和轴向间隔，并且该狭槽共同地将该定子的外边缘保持在该定子与转子之间所需的气隙间隔处。

18.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中转子和定子位于壳体的内部并且被该壳体包围，并且进一步包括：

框架，该模块被构造成直接地耦合到该框架，并且该模块被构造成间接地耦合到第二模块。

19.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中每个线圈仅具有两个端子，每个线圈在其仅有的两个端子之间连续且不间断，并且每个线圈利用过孔电耦合到另一线圈。

20.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中每个线圈仅通过一个过孔耦合到另一线圈。

21.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中两个线圈耦合在一起以限定线圈对，并且每个线圈对利用另一过孔电耦合到另一线圈对。

22.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中该模块包括以下中的至少一个：

每个线圈对中的线圈位于不同的PCB层上；或者

每个线圈对仅通过一个过孔耦合到另一线圈对。

23.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中每个定子包括多个定子分段，并且该定子分段中的每一个包括PCB。

24.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中每个定子仅由一个电相位构成。

25.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中每个定子包括多个电相位。

26.一种用于轴向场旋转能量装置的模块，其包括：

壳体，其具有轴线；

转子，其绕轴线可旋转地安装到壳体，并且每个转子包括磁体；

定子，其与转子同轴地安装到壳体，每个定子包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有包括线圈的PCB层，并且每个定子由单个电相位构成；并且其中

定子中的所选择的定子相对于轴线以所需的相位角彼此成角度地偏移，使得该模块包括多于一个的电相位。

27.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中壳体包括具有多个侧壁分段的侧壁。

28.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中每个侧壁分段在其内表面上包括狭槽，该侧壁分段使定子相对于轴线以所需的角度方向接合并定向，每个定子都以所需的相位角相对于其他定子成角度地偏移，定子位于该侧壁分段中的狭槽中，并且该狭槽共同地将定子的外边缘保持在定子和转子之间所需的气隙间隔处。

29.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中每个定子仅由一个PCB构成。

30.根据这些实施例中的任意一个的模块，其中每个定子包括耦合在一起以形成每个定子的两个或更多个PCB。

1.一种系统，其包括：

多个模块，其包括轴向场旋转能量装置，该模块连接在一起以用于所需的电力输入或输出，并且每个模块包括：

壳体，其具有轴线，该壳体机械地耦合到至少一个其他模块，并且该壳体电耦合到所述至少一个其他模块；

转子，其可旋转地安装到壳体，并且每个转子包括磁体；以及

定子，每个定子包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有包括线圈的PCB层。

2.根据这些实施例中的任意一个的系统，其中模块彼此相同。

3.根据这些实施例中的任意一个的系统，其中模块中的至少两个彼此之间的在以下中的至少一个上不同：电力输出、转子数量、磁体数量、定子数量、PCB数量、PCB层数量、线圈数量或相对于轴线的角度方向。

4.根据这些实施例中的任意一个的系统，其中模块彼此直接地耦合。

5.根据这些实施例中的任意一个的系统，其中模块彼此间接地耦合。

6.根据这些实施例中的任意一个的系统，其中每个模块包括机械地固定该模块的闩锁，并且该闩锁相对于轴线对称地排列。

7.根据这些实施例中的任意一个的系统，其中模块中的一个包括轴向连接到另一模块的第一模块，并且该第一模块在结构上不同于所述另一模块。

8.根据这些实施例中的任意一个的系统，其中模块是同轴的并且安装到机械地耦合该模块的栓槽轴上。

9.根据这些实施例中的任意一个的系统，其进一步包括外壳，并且模块在该外壳内部安装并耦合在一起。

10.根据这些实施例中的任意一个的系统，其中外壳包括多个外壳，每个外壳机械地耦合到至少一个其他外壳，并且电耦合到所述至少一个其他外壳。

11.根据这些实施例中的任意一个的系统，其中每个定子由单个电相位构成，并且定子中的所选择的定子相对于轴线以所需的电相位角彼此偏移。

12.根据这些实施例中的任意一个的系统，每个定子包括多个电相位。

13.根据这些实施例中的任意一个的系统，其中每个模块包括单个电相位，并且该模块相对于轴线以所需的电相位角彼此成角度地偏移。

14.根据这些实施例中的任意一个的系统，其中每个模块包括多个电相位，并且该模块相对于轴线以所需的电相位角彼此成角度地偏移。

15.根据这些实施例中的任意一个的系统，其中该模块相对于轴线彼此成角度地对准，使得该模块的所有相应相位角也成角度地对准。

16.一种组件，其包括：

模块，其包括轴向场旋转能量装置，该模块彼此机械地且电力地连接以用于所需的电力输入或输出，并且每个模块由单个电相位构成；

外壳，在该外壳内安装并耦合模块；并且每个模块包括：

壳体，其具有轴线并且机械地耦合到至少一个其他模块，并且电耦合到所述至少一个其他模块；

转子，其可旋转地安装到壳体，并且该转子包括磁体；以及

定子，每个定子包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有PCB层，每个PCB层包括线圈。

17.根据这些实施例中的任意一个的组件，其中模块彼此相同。

18.根据这些实施例中的任意一个的组件，其中模块中的至少两个彼此之间的在以下中的至少一个上不同：电力输出、转子数量、磁体数量、定子数量、PCB数量、PCB层数量、线圈数量或相对于轴线的角度方向。

19.根据这些实施例中的任意一个的组件，其中模块彼此直接地耦合。

20.根据这些实施例中的任意一个的组件，其中模块彼此间接地耦合。

21.根据这些实施例中的任意一个的组件，其中每个模块都包括将该模块机械地固定到另一模块的闩锁，并且该闩锁相对于轴线对称地排列。

22.根据这些实施例中的任意一个的组件，其中该模块中的一个包括轴向连接到另一模块的第一模块，并且该第一模块在结构上不同于所述另一模块。

23.根据这些实施例中的任意一个的组件，其中模块是同轴的并且安装到机械地耦合该模块的栓槽轴上。

24.根据这些实施例中的任意一个的组件，其中外壳包括多个外壳，每个外壳具有将该外壳机械地耦合到至少一个其他外壳的耦合结构，以及将该外壳电耦合到所述至少一个其他外壳的电气元件。

25.根据这些实施例中的任意一个的组件，其中模块相对于轴线以所需的电相位角彼此成角度地偏移。

26.一种组件，其包括：

多个模块，其包括轴向场旋转能量装置，模块相同且可互换地彼此连接以用于所需的电力输入或输出，并且该组件是由单个电相位构成的发电机或电动机；

外壳，在该外壳内安装并耦合模块；并且每个模块包括：

壳体，其具有轴线、将该壳体机械地耦合到至少一个其他模块的耦合结构以及将该壳体电耦合到至少一个其他模块的电气元件；

多个转子，其可旋转地安装到壳体，并且该转子包括磁体；以及

多个定子，每个定子包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有多个PCB层，并且每个PCB层包括多个线圈。

27.根据这些实施例中的任意一个的组件，其中外壳包括多个外壳，每个外壳具有将该外壳机械地耦合到至少一个其他外壳的耦合结构，以及将该外壳电耦合到所述至少一个其他外壳的电气元件。

28.根据这些实施例中的任意一个的组件，其中模块相对于轴线以所需的电相位角彼此成角度地偏移。

29.一种维护轴场旋转能量装置的方法，该方法包括：

(a)提供具有多个模块的外壳，每个模块包括壳体、可旋转地安装到壳体的转子、与转子同轴地安装到壳体的定子，该转子包括轴线和磁体，并且该定子包括印刷电路板(PCB)；

(b)机械耦合和电耦合该模块；

(c)操作轴向场旋转能量装置；

(d)检测第一模块的问题并且停止轴向场旋转能量装置的操作；

(e)打开外壳并且将第一模块从外壳和第一模块所附接的任何其他模块上拆下；

(f)在外壳中安装第二模块来代替第一模块，并且将第二模块附接到该第一模块所附接的所述任何其他模块上；然后

(g)重新操作轴向场旋转能量装置。

30.根据这些实施例中的任意一个的方法，其进一步包括：

检测第一模块中的第一定子的问题，并且停止轴向场旋转能量装置的操作；

打开第一模块，并且从第一模块上拆卸第一定子；

在第一模块中安装第二定子来代替第一定子；然后

重新操作轴向场旋转能量装置。

1.一种轴向场旋转能量装置，其包括：

壳体；

转子，其安装在壳体内，该转子具有旋转轴线和磁体；

定子，其与转子同轴地安装在壳体内，该定子包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有带有线圈的PCB层；以及

传感器，其集成在壳体内，其中该传感器被构造成监测、检测或生成关于轴向场旋转能量装置的操作的数据。

2.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中操作数据包括电力、温度、旋转速率、转子位置或振动数据中的至少一个。

3.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中传感器包括霍尔效应传感器、编码器、光学传感器、热电偶、加速度计、陀螺仪或振动传感器中的至少一个。

4.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中：

轴向场旋转能量装置是电动机；

传感器被构造成提供关于转子在电动机中的位置的信息；并且

传感器被安装到壳体。

5.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中传感器包括无线通信电路。

6.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中传感器被构造成将轴向场旋转能量装置的操作数据传输到外部装置。

7.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中传感器与PCB集成在一起。

8.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中传感器被直接嵌入在线圈中，并且被构造成由该线圈直接供电。

9.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中传感器被构造成通过设置在PCB上或PCB内的单独的电连接来供电并且连接到线圈。

10.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其进一步包括：次级线圈，其与耦合到传感器的PCB集成。

11.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中次级线圈被构造成利用在操作期间所产生的磁通量来为传感器提供电力。

12.一种轴向场旋转能量装置，其包括：

壳体；

转子，其安装在壳体内，该转子具有旋转轴线和磁体；

定子，其与转子同轴地安装在壳体内，该定子包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有带有线圈的PCB层；以及

控制电路，其安装在壳体内，其中该控制电路耦合到线圈，并且包括被耦合以接收流过该线圈的电流的输入或被耦合以提供流过该线圈的电流的输出中的至少一个。

13.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中控制电路与PCB集成。

14.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中：

轴向场旋转能量装置是发电机；并且

控制电路包括被耦合以接收流过线圈的电流的输入，并且进一步包括被耦合以生成外部电源的输出。

15.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中：

轴向场旋转能量装置是电动机；并且

控制电路包括被耦合以接收外部电源的输入，并且进一步包括被耦合以提供流过线圈的电流的输出。

16.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，进一步包括：传感器，其集成在壳体内，其中：

传感器被构造成提供关于转子在电动机中的位置的信息；并且

传感器安装到壳体。

17.一种轴向场旋转能量装置，其包括：

壳体；

转子，其安装在壳体内，该转子具有旋转轴线和磁体；

定子，其与转子同轴地安装在壳体内，该定子包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有带有线圈的PCB层；

传感器，其与PCB集成；以及

次级线圈，其设置在PCB上或PCB内并且耦合到该传感器。

18.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中传感器被构造成通过设置在PCB上或PCB内的单独的电连接来供电并且连接到线圈；并且该传感器被构造成使用该次级线圈将该轴向场旋转能量装置的操作数据传输到外部装置。

19.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中次级线圈被构造成利用在操作期间产生的磁通量为传感器提供电力，并且其中该传感器不以其他方式连接到线圈。

20.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中：

传感器包括霍尔效应传感器、编码器、光学传感器、热电偶、加速度计、陀螺仪或振动传感器中的至少一个；并且

传感器包括无线通信电路。

1.一种轴向场旋转能量装置，其包括：

转子，其包括旋转轴线和多个磁体，每个磁体相对于该轴线在径向方向上延伸，并且每个磁体包括磁体径向边缘；

定子，其与转子同轴，该定子包括多个印刷电路板(PCB)层，每个印刷电路板层具有多个线圈，并且每个线圈包括线圈径向边缘；并且

当磁体和线圈的径向边缘部分相对于轴线旋转地对准时，磁体径向边缘和线圈径向边缘不平行并且相对于彼此成角度地偏斜。

2.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中角度偏斜至少约为0.1度。

3.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中角度偏斜至少约为1度。

4.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中角度偏斜不大于约25度。

5.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中磁体径向边缘和线圈径向边缘分别是磁体和线圈的径向前边缘或径向后边缘。

6.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中磁体径向边缘和线圈径向边缘中的每一个是线性的，并且当磁体和线圈的径向边缘部分相对于轴线旋转地对准时，磁体径向边缘和线圈径向边缘的任何部分都不平行。

7.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中当磁体和线圈的径向边缘部分旋转地对准时，磁体径向边缘和线圈径向边缘的至少一些部分彼此平行。

8.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中磁体径向边缘和线圈径向边缘不是完全线性的。

9.一种轴向场旋转能量装置，其包括：

转子，其包括旋转轴线和磁体，并且每个磁体具有磁体径向边缘；

定子，其与转子同轴，该定子包括绕轴线耦合在一起的多个定子分段，每个定子分段包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有包括线圈的PCB层，并且每个线圈具有线圈径向边缘；并且

当磁体和线圈的径向边缘部分相对于轴线旋转地对准时，磁体径向边缘和线圈径向边缘不平行并且相对于彼此成角度地偏斜。

10.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中角度偏斜至少约为0.1度。

11.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中角度偏斜至少约为1度。

12.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中角度偏斜不大于约25度。

13.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中磁体径向边缘和线圈径向边缘的所述至少一部分分别是磁体和线圈的径向前边缘或径向后边缘。

14.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中磁体径向边缘和线圈径向边缘中的每一个是线性的，并且当磁体和线圈的所述至少一部分旋转地对准时，磁体径向边缘和线圈径向边缘的任何部分都不平行。

15.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中当磁体和线圈的所述至少一部分旋转地对准时，磁体径向边缘和线圈径向边缘的至少一些部分彼此平行。

16.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中磁体径向边缘和线圈径向边缘不是完全线性的。

17.一种用于轴向场旋转能量装置的模块，其包括：

壳体，其被构造成将该壳体机械地耦合到第二模块的第二壳体，并且将该壳体电耦合到第二壳体；

转子，其可旋转地安装到壳体，该转子包括轴线和磁体，并且该磁体具有磁体径向边缘；

定子，其与转子同轴地安装到壳体，该定子包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有带有线圈的PCB层，并且该线圈具有线圈径向边缘；并且

当磁体和线圈的径向边缘部分相对于轴线旋转地对准时，磁体径向边缘和线圈径向边缘的至少径向边缘部分不平行并且相对于彼此成角度地偏斜。

18.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中角度偏斜至少约0.1度，并且该角度偏斜不大于约25度。

19.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中磁体径向边缘和线圈径向边缘分别是磁体和线圈的径向前边缘或径向后边缘。

20.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中磁体径向边缘和线圈径向边缘是线性的，并且当磁体和线圈的径向边缘部分旋转地对准时，磁体径向边缘和线圈径向边缘的任何部分都不平行。

1.一种轴向场旋转能量装置，其包括：

壳体；

转子，其安装在壳体内，该转子具有旋转轴线和磁体；

定子，其与转子同轴地安装在壳体内，该定子包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有带有导电的迹线的PCB层，该迹线包括在相对于轴线的径向方向上延伸的径向迹线和在径向迹线之间延伸的端弯部迹线，并且该迹线包括延伸穿过该迹线的至少一些部分的狭缝。

2.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中狭缝仅在径向迹线上。

3.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中狭缝中的每一个是线性的。

4.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中狭缝中的每一个仅是线性的，并且狭缝不包括非线性部分。

5.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中迹线在相对于轴线的径向方向上呈锥形。

6.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中迹线包括与PCB的外直径相邻且在垂直于轴线的平面中的外部宽度，并且迹线包括与PCB的内直径相邻并且在该平面中的内部宽度，并且外部宽度大于内部宽度。

7.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中迹线包括内部和外部相对边缘，并且内部和外部相对边缘的整体不彼此平行。

8.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中仅径向迹线是锥形的。

9.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中迹线包括平行于每个外部的内部和外部相对边缘。

10.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中端弯部迹线是锥形的。

11.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中PCB层包括PCB层表面积，该PCB层上的迹线包括在PCB层表面积的至少约75％至约99％的范围内的迹线表面积。

12.一种轴向场旋转能量装置，其包括：

壳体；

转子，其安装在壳体内，该转子具有旋转轴线和磁体；以及

定子，其与转子同轴地安装在壳体内，该定子包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有带有线圈的PCB层，每个线圈都包括迹线，迹线中的至少一些是锥形的，其中内部和外部相对边缘彼此不平行，并且该迹线包括与PCB的外直径相邻并且在垂直于轴线的平面中的外部宽度，该迹线包括与PCB的内直径相邻并且在该平面中的内部宽度，并且外部宽度大于内部宽度。

13.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，线圈包括延伸穿过迹线的至少一些部分的狭缝。

14.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，迹线包括相对于轴线在径向方向上延伸的径向迹线以及在径向迹线之间延伸的端弯部迹线。

15.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中仅径向迹线是锥形的。

16.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其进一步包括仅在径向迹线上的狭缝。

17.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中狭缝中的每一个仅是线性的，并且狭缝不包括非线性部分。

18.一种轴向场旋转能量装置，其包括：

壳体；

转子，其安装在壳体内，该转子具有旋转轴线和磁体；以及

定子，其与转子同轴地安装在壳体内，该定子包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有带有线圈的PCB层，每个线圈包括迹线，该迹线中的至少一些是锥形的，该迹线包括在相对于轴线的径向方向上延伸的径向迹线以及在径向迹线之间延伸的端弯部迹线，并且仅径向迹线是锥形的。

19.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其进一步包括仅在径向迹线上的线性狭缝，该线性狭缝仅是线性的，并且该线性狭缝不包括非线性部分。

20.根据这些实施例中的任意一个的轴向场旋转能量装置，其中锥形的径向迹线中的至少一些包括彼此不平行的内部和外部相对边缘，该迹线包括与PCB的外直径相邻且在垂直于轴线的平面中的外部宽度，并且该迹线包括与PCB的内直径相邻并且在该平面中的内部宽度，并且外部宽度大于内部宽度。

1.一种轴向场旋转能量装置，其包括：

壳体，其具有沿轴向方向的轴线；

定子组件，其包括多个定子面板，多个定子面板是彼此轴向堆叠和分离的面板，该定子面板机械地且固定地耦合到壳体，每个定子面板包括相应的印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有相应的多个线圈，该多个线圈在相应的PCB内导电并且互连，其中该相应的PCB被构造成使得流过相应的多个线圈中的任意一个的电流同样流过相应的多个线圈中的所有线圈，使得每个定子面板由单个电相位构成；以及

转子，其在壳体内可旋转地安装在定子组件的相对轴向端部上，该转子与转子间隔件机械地耦合在一起，每个转子都包括磁体，并且在定子面板中的轴向相邻的定子面板之间没有设置转子。

2.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中定子面板以基本轴向邻接的关系耦合。

3.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中定子面板以轴向邻接的关系彼此直接机械地耦合。

4.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中定子面板相对于轴线以单个角度旋转地对准。

5.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中定子面板电耦合在一起以形成用于该装置的单个电路。

6.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中在定子面板中的轴向相邻的定子面板之间没有设置轴向间隔件。

7.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中线圈相对于轴线沿大致径向方向延伸，每个线圈包括沿径向方向延伸的边缘，并且该线圈边缘基本上彼此平行。

8.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中定子组件包括多个电相位，并且定子面板相对于轴线以所需的角度彼此旋转地偏移。

9.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中定子面板被构造成不电耦合在一起以形成用于该装置的单个电路。

10.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中定子组件仅由三个定子面板构成。

11.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中转子仅由两个转子构成。

12.根据这些实施例中的任意一个的装置，其进一步包括：

相应的间隔件，其设置在定子面板中的轴向相邻的定子面板之间；以及

轴向间隔件，其位于定子组件和转子之间，其中该轴向间隔件在定子组件和转子之间设置轴向气隙间隔。

13.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中每个相应的PCB包括PCB层，相应的定子面板上的每个线圈由相应的PCB的单个PCB层上的单个同心导电迹线形成，每个PCB层上的线圈相对于轴线旋转地对准，并且与PCB层中的其他PCB层上的线圈对准，并且每个迹线在相应的PCB中串联地或并联地连接到相应PCB的相同PCB层和不同PCB层内的其他迹线。

14.一种轴向场旋转能量装置，其包括：

壳体，其具有沿轴向方向的轴线；

定子组件，其包括多个单相位定子面板，该多个单相位定子面板是彼此轴向堆叠和分离的面板，该定子面板机械地且固定地耦合到壳体，该定子面板以基本轴向邻接的关系耦合，每个定子面板包括具有相应的线圈的相应的印刷电路板(PCB)，这些线圈在相应的PCB内导电并且串联；以及

每个相应的PCB包括PCB层，相应的定子面板上的每个线圈由相应的PCB的单个PCB层上的单个同心导电迹线形成，每个PCB层上的线圈相对于轴线旋转地对准，并且与PCB层中的其他PCB层上的线圈对准，并且每个迹线在相应的PCB中串联地连接到相应PCB的相同PCB层和不同PCB层内的其他迹线。

转子，其在壳体内可旋转地安装在定子组件的相对轴向端部上，该转子与转子间隔件机械地耦合在一起，每个转子都包括磁体，并且在定子面板中的轴向相邻的定子面板之间没有设置转子。

15.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中定子面板以轴向邻接的关系彼此直接机械地耦合。

16.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中定子面板相对于轴线以单个角度旋转地对准，使得定子面板电耦合在一起以形成用于该装置的单个电路。

17.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中在定子面板中的轴向相邻的定子面板之间没有设置轴向间隔件。

18.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中线圈相对于轴线沿大致径向方向延伸，每个线圈包括沿径向方向延伸的边缘，并且该线圈边缘基本上彼此平行。

19.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中定子组件包括多个电相位，定子面板相对于轴线以所需的角度彼此旋转地偏移，并且定子面板被构造成不电耦合在一起以形成用于该装置的单个电路。

20.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中定子组件仅由三个定子面板构成，转子仅由两个转子构成；并且该装置进一步包括：

相应的间隔件，其设置在定子面板中的轴向相邻的定子面板之间；以及

轴向间隔件，位于定子组件和转子之间，其中该轴向间隔件在定子组件和转子之间设置轴向气隙间隔。

1.一种轴向场旋转能量装置，其包括：

壳体，其具有沿轴向方向的轴线；

定子组件，其安装到壳体，并且包括作为彼此轴向地堆叠和分离的面板的多个定子面板，每个定子面板包括具有相应的多个线圈的相应的印刷电路板(PCB)，这些线圈在相应的PCB内导电并且互连，其中该相应的PCB被构造成使得流过相应的多个线圈中的任意一个的电流同样流过相应的多个线圈中的所有线圈，使得每个定子面板由单个电相位构成；以及

转子组件，其包括在壳体内可旋转地安装在定子组件的相对轴向端上的多个转子，该转子机械地耦合在一起，每个转子包括磁体，该磁体包括前边缘和后边缘，并且一个磁体的后边缘和相邻磁体的前边缘彼此平行，以相对于轴线在该磁体中的相邻磁体之间限定一致的周向间距。

2.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中每个定子面板包括两个相同的C形PCB分段半部，它们电耦合在一起以形成该定子面板中的相应的一个定子面板。

3.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中定子面板彼此轴向邻接，并且利用紧固件以轴向邻接的关系共同地机械地耦合到壳体。

4.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中每个定子面板包括多个周边安装孔，该多个周边安装孔被构造成允许多个定子面板相对于轴线为：(a)相对于轴线以单个角度旋转地对准以形成单个电相位装置，或(b)以所需的相位角彼此旋转地偏移以形成多相位装置。

5.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中磁体中的每一个是梯形的。

6.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中每个磁体相对于轴线包括平行于其外部径向边缘的内部径向边缘。

7.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中磁体包括偶数个磁体，并且磁体中的相对于轴线周向地相邻的磁体包括相反的磁极，并且在相对的转子上，该磁体中的沿直径相对的磁体包括相反的磁极。

8.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中每个转子包括转子毂，磁性背衬安装在所述转子毂的一个轴向侧，磁体安装在该转子毂的相对轴向侧，该磁体共同地限定相对于轴线的磁体内直径和磁体外直径，磁性背衬的背衬内直径小于磁体内直径，并且磁性背衬的背衬外直径大于磁体外直径。

9.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中转子毂包括用于磁体中的每一个的梯形孔径，并且仅通过对磁性背衬的磁性吸引将该磁体固定到转子毂。

10.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中背衬外直径与转子毂的外周边齐平。

11.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中每个定子面板包括多个芯板，多个芯板包括磁性材料，并且每个芯板位于定子面板的相应的线圈的中心，并且芯板与线圈电绝缘。

12.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中芯板包括轴向表面，该轴向表面与定子面板的轴向表面基本齐平。

13.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中相应的线圈的中心包括位于该相应的线圈的最里面的迹线内部的体积。

14.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中在PCB的制造期间形成该体积，使得在PCB的制造期间包括芯板。

15.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中在制造PCB之后将该体积从PCB移除，使得在制造PCB之后将该芯板添加到该PCB。

16.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中壳体包括耦合在一起的壳体壳，该壳体壳中的每一个分别包括内部周边，该内部周边具有在其中形成的轴向架子，并且定子组件机械地耦合到该轴向架子中的至少一个；并且

定子面板包括外周边缘，该外周边缘接触该壳体壳的在内部周边处的径向内表面。

17.根据这些实施例中的任意一个的装置，其中定子组件包括三个定子面板，每个定子面板被构造成以相应的电相位操作，并且一起被构造成以多个电相位操作。

18.根据这些实施例中的任意一个的装置，其进一步包括集成在壳体内的控制电路，该控制电路包括圆形的、类似于甜甜圈的形状，该形状与定子面板的形状互补以有利于该装置的形状因数的保持。

19.一种轴向场旋转能量装置，其包括：

壳体，其具有沿轴向方向的轴线；

定子组件，其安装到壳体，并且包括作为彼此轴向地堆叠和分离的面板的多个定子面板，每个定子面板包括具有相应的多个线圈的相应的印刷电路板(PCB)，这些线圈在相应的PCB内导电并且互连，其中该相应的PCB被构造成使得流过相应的多个线圈中的任意一个的电流同样流过相应的多个线圈中的所有线圈，使得每个定子面板由单个电相位构成；

转子组件，其包括在壳体内可旋转地安装在定子组件的相对轴向端上的多个转子，该转子机械地耦合在一起，每个转子包括磁体，该磁体包括前边缘和后边缘，并且一个磁体的后边缘和相邻磁体的前边缘彼此平行，以相对于轴线而在磁体中的相邻磁体之间限定一致的周向间距；以及

每个转子包括转子毂，磁性背衬安装在所述转子毂的一个轴向侧，磁体安装在该转子毂的相对轴向侧，该磁体共同地限定相对于轴线的磁体内直径和磁体外直径，磁性背衬的背衬内直径小于磁体内直径，并且磁性背衬的背衬外直径大于磁体外直径。

20.一种轴向场旋转能量装置，其包括：

壳体，其具有沿轴向方向的轴线；

定子组件，其安装到壳体，并且包括作为彼此轴向地堆叠和分离的面板的多个定子面板，每个定子面板包括具有相应的多个线圈的相应的印刷电路板(PCB)，这些线圈在相应的PCB内导电并且互连，其中该相应的PCB被构造成使得流过相应的多个线圈中的任意一个的电流同样流过相应的多个线圈中的所有线圈，使得每个定子面板由单个电相位构成；

每个定子面板包括多个芯板，多个芯板包括磁性材料，并且每个芯板位于定子面板的相应的线圈的中心，并且芯板与线圈电绝缘；以及

转子组件，其包括在壳体内可旋转地安装在定子组件的相对轴向端上的多个转子，该转子机械地耦合在一起，每个转子包括磁体，该磁体包括前边缘和后边缘，并且一个磁体的后边缘和相邻磁体的前边缘彼此平行，以相对于轴线而在磁体中的相邻磁体之间限定一致的周向间距。

该书面描述使用示例来公开包括最佳模式的实施例，并且还使本领域普通技术人员能够实现和使用本发明。可授予专利的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这种其他示例具有与权利要求书的字面语言无区别的结构元件，或者包括与权利要求书的字面语言没有实质性区别的等效结构元件，则它们旨在处于权利要求书的范围内。

注意的是，并不是上面概述或示例中上述所有活动都是必需的，特定活动的一部分可能不是必需的，并且除了所描述的那些活动之外，还可执行一个或多个进一步的活动。更进一步地，列出活动的顺序不一定是执行活动的顺序。

在前述说明书中，已经参考特定实施例描述了构思。然而，本领域的普通技术人员将理解的是，在不脱离如以下权利要求书中所阐述的本发明的范围的情况下，可进行各种修改和改变。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而不是限制性的，并且所有这种修改旨在被包括在本发明的范围内。

阐明在整个专利文件中所使用的某些单词和短语的定义可能是有利的。术语“通信”及其派生词涵盖直接和间接通信。术语“包括”和“包含”及其派生词意指包括而没有限制。术语“或”是包容性的，意指和/或。短语“与……相关联”及其派生词可表示包括、包括在……之内、与……互连、包含、包含在……之内、与……连接、与……耦合、与……通信、与……协作、交错、并排、与……近似、受……约束、具有……性能、与……有关系或有……关系等。短语“至少一个”在与一列项目一起使用时，意指可使用一个或多个所列项目的不同组合，并且可能仅需要列表中的一个项目。例如，“以下中的至少一项：A、B和C”包括以下任意组合：A、B、C，A和B，A和C，B和C以及A和B和C。

同样，使用“一”或“一个”来描述本文所述的元件和组件。这样做仅仅是为了方便并且给出本发明范围的一般含义。该描述应被理解为包括一个或至少一个，并且单数也包括复数，除非显而易见的是另有说明。

印刷电路板(PCB)也被称为印刷线路板(PWB)，因为这种线路板在制造时通常在一层或多层上包含电线，但是没有实际的电路元件。这种电路元件随后被附接到该线路板上。如本文所使用的，并未旨在区别PCB和PWB。如本文所使用的，PCB上的线圈是导电线圈。如本文中所使用的，与结构“集成”的组件或物体可设置在结构上或结构内部。可在制造结构本身之后将这种组件或物体安装、附着或添加到该结构，或者可将该组件或物体嵌入该结构内或利用该结构制造。

本文所描述的一些实施例利用一个过孔将两个线圈耦合在一起。在其他实施例中，可设置多个过孔代替单个过孔以将这种线圈耦合在一起。

本申请中的描述不应理解为暗示任何特定的元件、步骤或功能是必须包括在权利要求书范围内的必要元件或关键元件。专利主题的范围仅由所允许的权利要求书来限定。此外，没有任何一项权利要求援引35U.S.C.§112(f)关于任何所附权利要求书或权利要求要素，除非在特定权利要求书中明确使用了确切的词“用于……的装置”或“用于……的步骤”，并在后面使用了确定功能的分词短语。如由权利要求书本身的特征进一步修改或增强的，权利要求书中的诸如(但不限于)“机构”、“模块”、“装置”、“单元”、“组件”、“元件”、“构件”、“设备”、“机器”、“系统”、“处理器”或“控制器”的使用应被理解为并旨在指代相关领域技术人员已知的结构，而无意援引35U.S.C.§112(f)。

上面已经关于特定实施例描述了益处、其他优点和对问题的解决方案。但是，这些益处、优点、对问题的解决方案以及可能导致任何益处、优点或解决方案出现或变得更加明显的任何(多个)特征都不应解释为任何或全部权利要求书的关键、必需或必要特征。

在阅读说明书之后，熟练的技术人员将理解的是，为清楚起见，本文在单独的实施方案的上下文中描述了某些特征，也可在单个实施例中组合提供。相反，为简洁起见，在单个实施例的上下文中所描述的各种特征也可单独提供或以任何子组合来提供。此外，对以范围表示的值的引用包括该范围内的每个值。

Claims (15)

1.一种轴向场旋转能量装置，其包括：

壳体，其具有沿轴向方向的轴线；

定子组件，其安装到所述壳体，并且包括多个定子面板，所述多个定子面板是彼此轴向堆叠和分离的面板，每个定子面板包括相应的印刷电路板(PCB)，所述PCB具有相应的多个线圈，所述多个线圈在所述相应的PCB内导电并互连，其中所述相应的PCB被构造成使得流过所述相应的多个线圈中的任意一个的电流同样流过所述相应的多个线圈中的所有线圈，使得每个定子面板由单个电相位构成；以及

转子组件，其包括在所述壳体内可旋转地安装在所述定子组件的相对轴向端上的多个转子，所述转子机械地耦合在一起，每个转子包括磁体，所述磁体包括前边缘和后边缘，并且一个磁体的所述后边缘和相邻磁体的所述前边缘彼此平行，以相对于所述轴线在所述磁体中的相邻磁体之间限定一致的周向间距。

2.根据权利要求1所述的装置，其中每个定子面板包括电耦合在一起以形成所述定子面板中的相应的一个的两个相同的C形PCB分段半部。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述定子面板彼此轴向地邻接，并且利用紧固件以轴向邻接的关系共同机械地耦合到所述壳体。

4.根据权利要求1所述的装置，其中每个定子面板包括多个周边安装孔，所述多个周边安装孔被构造成相对于所述轴线允许所述多个定子面板：(a)相对于所述轴线以单个角度旋转地对准以形成单个电相位装置，或(b)以所需的相位角彼此旋转地偏移以形成多相位装置。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述磁体包括偶数个磁体，并且相对于所述轴线，所述磁体中周向相邻的磁体包括相反的磁极，并且在相对的转子上，所述磁体中的沿直径相对的磁体包括相反的磁极。

6.根据权利要求1所述的装置，其中每个转子包括转子毂，磁性背衬安装在所述转子毂的一个轴向侧，所述磁体安装在所述转子毂的相对轴向侧，所述磁体共同地限定相对于所述轴线的磁体内直径和磁体外直径，所述磁性背衬的背衬内直径小于所述磁体内直径，并且所述磁性背衬的背衬外直径大于所述磁体外直径。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述转子毂包括用于所述磁体中的每一个的梯形孔，并且仅通过对所述磁性背衬的磁性吸引将所述磁体固定到所述转子毂。

8.根据权利要求1所述的装置，其中每个定子面板包括多个芯板，所述多个芯板包括磁性材料，并且每个芯板位于所述定子面板的相应线圈的中心，并且所述芯板与所述线圈电绝缘。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述芯板包括轴向表面，所述轴向表面与所述定子面板的轴向表面基本齐平。

10.根据权利要求8所述的装置，其中所述相应线圈的中心包括位于所述相应线圈的最里面的迹线内部的体积。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述体积在所述PCB的制造期间形成，使得在所述PCB的制造期间包括所述芯板。

12.根据权利要求10所述的装置，其中在制造所述PCB之后将所述体积从所述PCB移除，使得在制造所述PCB之后将所述芯板添加到所述PCB。

13.根据权利要求1所述的装置，其中所述壳体包括耦合在一起的壳体壳，所述壳体壳中的每一个分别包括内部周边，所述内部周边具有在所述内部周边中形成的轴向架子，并且所述定子组件机械地耦合到所述轴向架子中的至少一个；并且

所述定子面板包括外周边缘，所述外周边缘接触所述壳体壳的在所述内部周边处的径向内表面。

14.根据权利要求1所述的装置，其中所述定子组件包括三个定子面板，每个定子面板被构造成以相应的电相位操作，并且一起被构造成以多个电相位操作。

15.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括集成在所述壳体内的控制电路，所述控制电路包括圆形的、类似于甜甜圈的形状，所述形状与所述定子面板的形状互补以有利于所述装置的形状因数的保持。

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