CN112997383A - 用于周期性转矩要求的定子和转子设计 - Google Patents

Abstract

公开了一种马达或发电机，该马达或发电机包括转子和定子，其中，转子具有旋转轴线并且构造成产生平行于旋转轴线的第一磁通，定子构造成产生平行于旋转轴线的第二磁通，并且转子或定子中的至少一者构造成产生围绕旋转轴线不均匀地分布的磁通轮廓。还公开了一种方法，该方法涉及将定子的一个或更多个磁通产生绕组围绕轴向磁通马达或发电机的转子的旋转轴线不均匀地布置。

Description

用于周期性转矩要求的定子和转子设计

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C§119(e)要求于2018年11月1日提交的题为PLANAR STATORAND ROTOR DESIGN FOR PERIODIC TORQUE REQUIREMENTS(用于周期性转矩要求的定子和转子设计)、序列号为62/754,051的美国临时申请的权益。本申请也为根据35U.S.C§120于2019年4月8日提交的题为STRUCTURES AND METHODS FOR CONTROLLING LOSSES INPRINTED CIRCUIT BOARDS(用于控制印刷电路板中的损耗的结构和方法)、序列号为16/378,294的美国专利申请的部分继续申请并且要求上述申请的权益，序列号为16/378,294的美国专利申请是根据35U.S.C§120于2018年10月19日提交的题为STRUCTURES ANDMETHODS FOR CONTROLLING LOSSES IN PRINTED CIRCUIT BOARDS(用于控制印刷电路板中的损耗的结构和方法)、序列号为16/165,745的美国专利申请并且现在是美国专利No.10,256,690的继续申请并且要求该序列号为16/165,745的美国专利申请的权益，序列号为16/165,745的美国专利申请是根据35U.S.C§120于2017年12月22日提交的题为PLANARCOMPOSITE STRUCTURES AND ASSEMBLIES FOR AXIAL FLUX MOTORS AND GENERATORS(用于轴向磁通马达和发电机的平面复合结构及组件)、序列号为15/52,972的美国专利申请并且现在为美国专利No.10,170,953的继续申请并且要求该序列号为15/52,972的美国专利申请的权益，序列号为15/52,972的美国专利申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2017年7月10日提交的题为STRUCTURES AND METHODS OF STACKING SUBASSEMBLIES IN PLANARCOMPOSITE STATORS TO OBTAIN HIGHER WORKING VOLTAGES(用于将子组件堆叠在平面复合定子中以获得更高的工作电压的结构和方法)、序列号为62/530,552的美国临时申请的权益，并且序列号为62/530,552的美国临时申请也是根据35U.S.C.§120于2017年6月1日提交的题为STRUCTURES AND METHODS FOR CONTROLLING LOSSES IN PRINTED CIRCUITBOARDS(用于控制印刷电路板中的损耗的结构和方法)、序列号为15/611,359的美国专利申请并且现在为美国专利No.9,859,763的部分继续申请并且要求序列号为15/611,359的美国专利申请的权益，序列号为15/611,359的美国专利申请(A)是根据35U.S.C.§120于2016年9月30日提交的题为STRUCTURES AND METHODS FOR CONTROLLING LOSSES IN PRINTEDCIRCUIT BOARDS(用于控制印刷电路板中的损耗的结构和方法)、序列号为15/283,088的美国专利申请并且现在为美国专利No.9,800,109的部分继续申请并且要求序列号为15/283,088的美国专利申请的权益，序列号为15/283,088的美国专利申请是根据35U.S.C.§120于2016年6月30日提交的题为STRUCTURES AND METHODS FOR THERMALMANAGEMENT INPRINTED CIRCUIT BOARD STATORS(用于印刷电路板定子中的热管理的结构和方法)、序列号为15/199,527的美国专利申请并且现在为美国专利No.9,673,684的部分继续申请并且要求该申请的权益，并且序列号为15/199,527的美国专利申请根据35U.S.C.§119(e)要求下述申请中的每一者的权益：(1)于2015年10月2日提交的题为STRUCTURES TO REDUCELOSSES IN PRINTED CIRCUIT BOARD WINDINGS(减少印刷电路板绕组中的损耗的结构)、序列号为62/236,407的美国临时专利申请；以及(2)于2015年10月2日提交的题为STRUCTURESFOR THERMAL MANAGEMENT IN PRINTED CIRCUIT BOARD STATORS(用于印刷电路板定子中的热管理结构)、序列号为62/236,422的美国临时专利申请，并且序列号为15/611,359的美国专利申请(B)是并且根据35U.S.C.§120要求于2016年7月12日提交的题为APPARATUS ANDMETHOD FOR FORMING AMAGNET ASSEMBLY(用于形成磁体组件的装置和方法)、序列号为15/208,452的美国专利申请并且现在为美国专利No.9,673,688的部分继续申请并且要求序列号为15/208,452的美国专利申请的权益，序列号为15/208,452的美国专利申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2016年1月6日提交的题为ALIGNMNET OF MAGNETIC COMPONENTSIN AXIALFLUX MACHINES WITH GENERALLY PLANAR WINDINGS(在具有大致平面绕组的轴向磁通机器中的磁性部件的对准)、序列号为62/275,653的美国临时专利申请的权益。本申请也是根据35U.S.C.§120于2018年5月18日提交并且作为美国专利申请公开No.2018/0351441公布的题为PRE-WARPED ROTORS FOR CONTROL OF MAGNET-STATOR GAP INAXIALFLUX MACHINES(用于轴向磁通机器中的磁体-定子间隙的控制的预弯曲转子)、序列号为15/983,985的美国专利申请的部分继续申请并且要求上述申请的权益，序列号为15/983,985的美国专利申请根据35U.S.C.§119(e)要求下述申请中的每一者的权益：(1)2017年6月5日提交的题为PRE-WARPED ROTORS FOR CONTROLOF MAGNET-STATOR GAP INAXIALFLUX MACHINES(用于轴向磁通机器中的磁体-定子间隙的控制的预弯曲转子)、序列号为62/515,251的美国临时专利申请；以及(2)于2017年6月5日提交的题为AIRCIRCULATION IN AXIALFLUX MACHINES(轴向磁通机器中的空气循环)、序列号为62/515,256的美国临时专利申请。前述申请、公开和专利中的每一者的全部内容由此出于所有目的通过参引并入本文中。

背景技术

由包括美国专利No.7,109,625(“’625专利”)的若干专利描述的永磁轴向磁通马达和发电机的特征在于置于以交替的北极-南极为特征的磁体之间的基本上平面的印刷电路板定子(PCS)。这些印刷电路板定子当从定子的外部边缘被支承至固定框架时具有孔，连结转子的轴通过该孔。替代实施方式是将内半径和外半径的角色互换，从而产生定子的内半径被支承的情况，并且转子封闭定子。轴在该构型中有效地移动至外半径，该构型有时被称为“外转型”(out-runner)。

附图说明

根据以下详细描述、所附权利要求和附图，本文公开的实施方式的目的、方面、特征和优点将变得更加充分明显，在附图中相同的附图标记标识相似或相同的元件。在说明书中结合附图引入的附图标记可以在一个或更多个后续附图中重复而无需在说明书中另外描述，以便为其他特征提供上下文，并且不是每个元件都会在每个图中被标记。附图不一定是按比例绘制，而是重点放在说明实施方式、原理和概念上。附图不旨在限制本文包括的权利要求的范围。

图1A示出了可以采用本公开的一些方面的轴向磁通马达或发电机的示例；

图1B是示出图1A中所示的轴向磁通马达或发电机的部件以及用于组装这些部件的器件的展开图；

图2是示出具有相同面积但不同构型的三个印刷电路板定子的概念图；

图3是示出多个定子区段如何布置在标准尺寸的印刷电路板面板上以进行制造的图；

图4是示出将图3中所示的定子区段的子组在定子区段边对边地布置在图3中所示的电路板面板上时所呈现的图；

图5示出了根据本公开的一些方面定子区段相对于转子上的磁体的示例布置；

图6示出了与图5相同的布置，但是在该布置中，转子被示出处于定子区段与磁体区域重叠且提供峰值转矩的角度；

图7示出了根据本公开的一些方面多个定子区段相对于转子上的磁体的示例布置；以及

图8图示出了根据本公开的一些方面构造有并且结合有洗衣机负载的轴向磁通马达的示例实施方式的横截面。

发明内容

提供该发明内容部分以便以简化的形式介绍一系列的概念，这些概念将在下面的详细说明中进一步被描述。本发明内容不旨在标识关键特征或必要特征，也不旨在限制本文所包括的权利要求的范围。

在公开的实施方式中的一些实施方式中，马达或发电机包括转子和定子，其中，转子具有旋转轴线并且构造成产生平行于旋转轴线的第一磁通，定子构造成产生平行于旋转轴线的第二磁通，并且转子或定子中的至少一者构造成产生围绕旋转轴线不均匀地分布的磁通轮廓。

在其他公开的实施方式中，一种方法涉及将定子的一个或更多个磁通产生绕组围绕轴向磁通马达或发电机的转子的旋转轴线不均匀地布置。

在另外的其他公开的实施方式中，用于在马达或发电机中使用的转子包括支承结构和一个或更多个磁体区段，所述一个或更多个磁体区段由支承结构支承并且产生平行于旋转轴线的第一磁通，支承结构在与产生平行于旋转轴线的第二磁通的定子组装时绕该旋转轴线旋转，其中，所述一个或更多个磁体区段构造并且布置成产生围绕旋转轴线不均匀地分布的磁通轮廓。

具体实施方式

在现有的轴向磁通马达或发电机中，比如在美国专利No.7,109,625；No.9,673,688；No.9,800,109；No.9,673,684；和No.10,170,953以及美国专利申请公开No.2018-0351441A1(“’441公开”)中公开的那些轴向磁通马达或发电机，这些美国专利中的每一者的全部内容通过参引并入本文，定子的磁通产生部件——不管是否包括单个连续印刷电路板或多个印刷电路板区段——布置成使得：在定子的绕组被电流通电时的任何给定时间，由定子产生的峰值磁通的位置相对于围绕转子的旋转轴线的角度均匀地分布。类似地，在这种机器中，转子的磁通产生部件——不管是否包括环形磁体还是设置在袋状部中的各个磁体——也布置成使得：在任何给定的时间点处由转子产生的峰值磁通的位置同样相对于围绕转子的旋转轴线的角度而均匀地分布。因此，在所有这种机器中，在机器处于操作中的任何给定时间，由转子和定子中的每一者产生的峰值磁通的位置作为角度的函数围绕机器的旋转轴线均匀地分布。换言之，对于这种机器中的转子和定子中的每一者，峰值磁通的每个位置与峰值磁通的下一相邻位置围绕旋转轴线分开相同的角度，使得转子和定子中的每一者的磁通轮廓绕旋转轴线而均匀地分布。

本文所公开的替代设计相对于用于某些负载和机器构型的常规设计在成本上具有优点，在替代设计中，定子和/或转子可以相反地构造成具有绕转子的旋转轴线不均匀地分布的磁通轮廓。在一些实施方式中，例如，定子可以构造成使得定子描述围绕机器的主轴线的弧的一部分。如果由于机器和附接的负载结合使这种定子区段与绕同一轴线均匀分布的相同面积的定子相比可能定位在更大半径，假设定子的间隙中有等效磁通和极限电流密度，则产生的转矩可能与定子区段所置于的半径的增大成比例。然而，在用于“偏心”定子区段的间隙中保持等效磁通的代价是磁体体积的增大，磁体体积的增大与该区段所对的角度成反比。在大多数情况下，这不是理想的折衷方案。然而，在期望在特定角度或轴角度范围处有峰值转矩的应用中，磁体材料可以相对于转子不均匀地分布，使得定子在期望有峰值转矩的轴角度处暴露于峰值磁通密度。对于其中电源具有周期性转矩产生能力的发电机应用而言，根据该原理设计的机器可以提供类似的优点。

定子和磁体系统在特定角度处产生峰值转矩的设计不限于一个定子区段和/或转子上的一个磁性材料集中部，但是这种一个定子区段和/或转子上的一个磁性材料集中部是最简单的实施方式。包括一个或更多个不均匀地分布的定子区段和/或一个或更多个不均匀地分布的磁体区段的实施方式可以提供作为角度的函数的转矩能力的有用组合。应当理解的是，可以使用一个或更多个不均匀地分布的定子区段以及一个或更多个不均匀地分布的磁体区段的不同组合来实现作为角度的函数的相同或相似的转矩能力。例如，可以通过互换定子区段的分布与转子磁体的位置来实现相同或相似的作为角度函数的转矩能力。这可以允许设计者在磁体材料和定子面积的成本上达到折衷，同时实现了相同或相似的作为角度的函数的转矩能力。

机器在特定角度处产生峰值转矩的设计不排除连续旋转。当期望连续旋转时，根据此处公开的原理被设计的机器可以以一系列脉冲(在峰值转矩角度处)供给转矩，该一系列脉冲通过附接的负载的惯性矩被平滑以提供近似恒定的速度。该设计的优点是，当定子不与磁体重叠时，由于涡流而导致的定子损耗可以为零。用于连续旋转的另一可能性是将磁体分布成使得定子区段始终看到磁通，但是磁通比“峰值转矩”角度情况下更小。

相对于常规设计，本文所述的一些实施方式对于机器半径可能显著增加的应用可以是特别有利的。在这些应用中，与均匀的平面电路板定子相比，设置在更大半径处的平面电路板定子(PCS)区段可以实现定子的更高的每单位面积峰值转矩。此外，与大半径的薄环形定子相比，定子区段可以“平铺”或布置在标准尺寸的印刷电路板“面板”上。这可以允许更有效地利用印刷电路板材料并且降低相关联的机器的成本。

应用领域的示例包括可能具有周期性的转矩需求的往复式活塞泵或隔膜式泵。此外，出于平衡的目的，这些机器经常包括偏心质量，该偏心质量可以潜在地由不对称设计的转子代替。类似地，联接至单活塞发动机的发电机可以受益于将定子区段式发电机中的质量与磁性材料平衡的共同设计。其他潜在的应用包括洗衣机或移动通过有限角度的马达或发电机以及周期性或“反向”型负载的其他应用。

基于设计的基本考虑，本文公开的新颖概念的基本观察可以简化为对于其他等效定子或定子区段的“缩放”论点，而与定子的内部组织和连接无关。在与’625专利中的描述相符合的常规环形PCS中，转矩可以表示为如下

该表达式的组成包括从第一半径r1到第二半径r2的包含定子的有效面积的积分。积分通过θ上的积分的极限值覆盖了完整的环面。项rdrdθ是微分面积元素，并且r f_dens是与等式τ＝rxF相对应的转矩密度大小。由于轴向通量和径向电流密度，力密度是被θ定向的，即，

fd_ens＝J(r)xB

此处，力密度是由定子支持的电流密度与在该电流密度下由转子磁路和定子反应产生的磁通密度的乘积。为了说明，假定B为径向的。在根据’625专利被设计的定子中，发散的径向迹线从内半径r1在电流密度中有效地引入1/r减小值。获得此效果的模型是

J(r)＝J₀r₁/r

其中，J₀是基于给定铜重量下的特征干扰、内半径处的通孔尺寸和间隙要求的最大支持电流密度。通过该模型

τ_peak＝J₀BAr₁

定子所支持的电流密度取决于可以设置在r1处的内部通孔的数目，这取决于特征尺寸和相关的间隙以及r1处的周长，并且不管该周长是否以接近制造极限值的间距容纳这些特征。因此，将J₀视为常数不是严格正确的。例如，对于r1＝0，不能容纳通孔，并且J₀＝0。然而，对于具有实际意义的马达，J₀各接近主要取决于热因素和间隙要求的值。出于在等效定子之间比较的目的，以J₀＝0为常数趋于使位于中心轴的周围的具有较小r1的常规定子比较大半径的定子区段呈现出更大的竞争力。

具有角度范围为δ的定子或定子区段的面积A为

对于常规设计的定子，δ＝2π。对于定子区段，δ理想地对应于所有数目的极对。为了基于成本比较定子区段和常规设计，将相等面积的定子与磁体组件进行比较是合理的。随着内半径r₁的增加，对于任何r₁存在δ和r₂的多个解，并且此处r₁被视为独立变量。特别地，当考虑δ时，在区段上方的极间距也不必符合如常规定子中那样将极均匀地布置在2π弧度上方的通常约束。这表明了区段具有常规定子无法享有的相当大的设计灵活性，以及实现相等面积A的能力。将定子面积替换为具有紧凑δ的较大r₁的优点的示例包括：(1)具有较大的r₁的定子区段提供较高的单位面积峰值转矩；(2)当定子区段和磁性材料在特定的转子角度(或角度范围)完全重叠时，可以获得峰值转矩；(3)当磁性材料和定子不重叠，在机器中没有涡流损失，(4)可以获得定子区段，其中，r₁、r₂和δ使得区段可以“嵌套”在印刷电路板面板上，从而使浪费的材料和成本最小化，以及(5)单位面积峰值转矩(或每单位成本)随着定子区段半径增加。

鉴于用于原型常规定子的设计过程，其中，δ＝2π满足特定转矩τ_p，则可以推出用于下述定子区段的设计以在该区段与磁性材料完全重叠的角度范围内产生

的峰值转矩：该区段包括在原型设计中跨过角度δ的极的子组。因此，用于区段的实用设计过程是设计常规定子原型，其中，转矩要求通过常规定子中的极相对于意在保留在区段中的极的比而增加。尽管方便，但是该过程没有开发区段设计的自由度，因为极间距同时被约束到区段的角度范围并且被约束到常规设计的2π范围。区段角度δ不必为2π的除数，并且因此可以被优化以满足设计约束。

以特定角度集中在固定框架和转子上的定子区段和磁性材料的组合可以实现各种作为角度的函数的转矩能力。转子上的一个或更多个区域可以承载包含不同磁通密度、一个或更多个极对的磁性材料，并且转子上的一个或更多个区域可以以各种角度分布。在固定框架中可以有以各种角度定位的一个或更多个定子区段。

美国专利No.7,109,625；No.9,673,688；No.9,800,109；No.9,673,684；和No.10,170,953，以及美国专利申请公开No.2018-0351441 A1(“’441公开”)中描述了其中可以采用不均匀地分布的定子和/或转子、比如本文所公开的那些定子和/或转子的马达和/或发电机设计的示例，这些内容已经在上面作为参引并入。首先将结合图1A和图1B描述这种机器的说明性示例。然后将结合图2至图8描述下述定子和转子的示例：该定子和转子具有绕转子的旋转轴线不均匀地分布的磁通轮廓，并且可以在这种机器中被采用。

图1A示出了系统100的示例，该系统100采用与转子部件104a和104b、轴108、导线114以及控制器112组装在一起的平面复合定子110。图1B中示出了这些部件以及用于组装这些部件的器件的展开图。转子组件的永磁部106a、106b中的磁极的图案在图1B的展开图中也很明显。图1A是如下实施方式的示例：其中，在PCS 110的外半径处采用电连接114并且将定子在外周缘处安装至框架或壳体。另一有用的构型即“外转型”构型涉及将定子安装在内半径处，从而在内半径处形成电连接114并且用使转子半体间隔开的环形环取代轴108。也可以仅用一个磁体——106a或106b——来构造系统，或者将多个定子置于连续的磁体组件之间。导线114还可以基于安装在定子上的霍尔效应传感器或类似传感器的读数来传达关于转子位置的信息。未示出但目的类似的附接至轴108的编码器可以将位置信息提供至控制器112。

图1A和图1B中的系统100可以根据控制器112和连接至轴108的部件的操作而用作马达或发电机。作为马达系统，控制器112操作开关，使得定子110中的电流由于源自连接至轴108的磁体104a、104b的间隙中的磁通而产生绕轴的转矩。根据控制器112的设计，可以测量或估计间隙中的磁通和/或转子的位置，以操作开关以实现轴108处的转矩输出。作为发电机系统，连接至轴108的机械旋转动力源在定子的端子112处产生电压波形。这些电压可以直接施加至负载，或者这些电压可以用控制器112内的三相(或多相)整流器整流。整流器实现件112可以在发电机模式中使用二极管进行“自换向”，或者可以使用马达控制器的受控开关来构造，但是被操作成使得轴转矩与由机械源提供的转矩相反，并且机械能被转换为电能。因此，取决于控制器112如何操作，图1A中的相同构型可以用作发电机和马达两者。另外，控制器112可以包括滤波器部件，该滤波器部件减轻开关效应、降低来自导线114的EMI/RFI、减少损耗并提供在将电力供给至控制器或从控制器输送电力方面的附加的灵活性。

图2示出了三个定子202、204、206的几何形状，这三个定子具有不同的角度和半径范围但是具有相等的面积。定子204和206的内半径不同。定子206示出了如由’625专利所述的典型的定子的相对尺寸。定子204是薄的环形设计。在定子204中，内半径增大，但是具有这些相对尺寸的定子不能有效地使用印刷电路板材料的“面板”。如本文中所提出，定子202示出具有与定子204相等面积和等效半径的定子区段208。在更大半径下，其他所有相等的定子202和204将产生比定子206更高的峰值转矩，因为半径增加了转矩臂。

图3示出了与图1中所示的区段208类似的定子区段在标准尺寸的印刷电路板面板302上的“拼板化”或堆积。利用所图示的布置，面板302的有效利用率很高。定子区段208的成本与面板302的利用率成反比。

图4示出了与图3中的区段尺寸相同的区段208在面板302上的无效布置。尽管这种布置是不实际的，但该布置示出了常规定子将实现的有效的面板利用率，该常规定子具有通过区段208实现的相同的内半径和外半径。

图5示出了定子区段208相对于转子504上的磁体502的示例性布置。在所图示的示例中，转子504上的磁体502的密集的角度范围506设置成在与定子区段208重叠的角度处获得峰值转矩，密集的角度范围506在本文中也被称为“密集磁体区域”。磁体502的密集程度较小的角度范围508布置成提供与角度无关的较低的转矩能力，密集程度较小的角度范围508在本文中也称为“密集程度较小的磁体区域”。尽管未图示出，但是应当理解的是，在一些实施方式中，可以在密集程度较小的磁体区域508中或附近添加非磁性元件，以整体上平衡转子504重量。此外，应当理解的是，在一些实施方式中，具有对应的但极性相反的磁体布置的附加的转子部分(未示出)可以定位在转子504的所图示部分的上方，使得定子区段208可以定位在两个转子部分之间的间隙中，其中，磁通线沿与转子的旋转轴线平行的方向在成对的对置且极性相反的磁体之间延伸。另外，尽管在图5中未示出，应当理解的是，定子区段208可以包括例如设置在一个或更多个介电层上的导电迹线和/或通孔，导电迹线和/或通孔构造成形成绕组，这些绕组在被电流通电时产生沿与转子的旋转轴线平行的方向的磁通。这种绕组可以构造成接收来自电源(图5中未示出)的一相或多相电流，并且这种绕组可以以一个或更多个螺旋、一个或更多个蛇形图案或其他方式来布置，以便产生这种磁通。

如图5中所示，在一些实施方式中，定子区段208可以通过弓形附接构件510保持就位，定子区段208可以使用一个或更多个紧固件512附接至弓形附接构件510，并且定子区段208的一个或更多个绕组(未示出)可以连接至与附接构件510相关联的端子514，该端子可以连接至控制器(图5中未示出)、比如以上结合图1A和图1B讨论的控制器112，以便向绕组供给激励电流。

图6示出与图5相同的构型，但是其中，转子504以如下的角度定位：在该角度处定子区段208与密集磁体区域506重叠且转子504在该角度提供峰值转矩。

图7示出了图4和图5的替代布置。如所示的，除了利用与密集的角度范围506一起的密集程度较小的磁体区域508(图7中未示出)之外，可以将定子区段502a至定子区段502g布置成使得这些定子区段完全或几乎形成在任何角度均具有恒定可用转矩的环形定子，或者代替利用与密集的角度范围506一起的密集程度较小的磁体区域508(图7中未示出)，可以将定子区段502a至定子区段502g布置成使得这些定子区段完全或几乎形成在任何角度处均具有恒定可用转矩的环形定子。在一些实施方式中，与一个或更多个其他定子区段502相比，定子区段502a至502g的子组可以被制造更小，可以以更粗的节距布置，可以包含更少的绕组“匝数”，和/或可以被供给更小的功率，使得具有集中磁体的机器可以提供特定角度的峰值转矩，同时在任何角度处仍提供转矩能力。例如，在一些实施方式中，出于这种目的，定子区段502a可以以与其他定子区段502b至定子区段502g不同的方式来构造、布置和/或通电。

不管磁体502和定子区段208所采用的特定布置，在至少一些情况下，应该注意确保至少一个定子区段208在转子504的旋转期间在每个位置处至少部分地与至少一个磁体502重叠，使得转子504在没有来自定子区段208的磁通与来自磁体502的磁通相互作用的位置处不会“卡住”。

在上述示例性构型中的每一者中，定子区段208和/或转子504的磁体502构造成具有围绕机器的旋转主轴线不均匀地分布的磁通轮廓。特别地，定子区段208布置成使得：在定子504的绕组被电流通电时的任何给定时间点，由定子产生的峰值磁通的位置相对于围绕转子的旋转轴线的角度不均匀地分布。类似地，在这种机器中，转子504的磁体502也布置成使得：在任何给定的时间点处，由转子产生的峰值磁通的位置同样地相对于围绕转子的旋转轴线的角度不均匀地分布。因此，对于这种电机中的转子和定子中的每一者，峰值磁通的至少一些位置与峰值磁通的相邻位置围绕旋转轴线分开不同的角度，使得由这种部件产生的磁通轮廓围绕旋转轴线不均匀地分布。

图8示出了根据本公开的一些方面的轴向磁通马达802的示例实施方式的横截面，轴向磁通马达802构造有与图5和图6中的部件类似的部件，并且轴向磁通马达802与洗衣机负载804结合。如所示的，马达802的定子区段208可以通过附接构件510和一个或更多个紧固件512紧固至包含洗衣机桶808的壳体806，并且洗衣机桶808可以通过轴承元件810以可旋转的方式联接至壳体806。马达802的转子504可以通过轴812直接驱动洗衣机桶808，该轴812可以从洗衣机桶808延伸和/或固定地附接至洗衣机桶808。通过所图示的构型，可以使用定子区段208和布置在密集磁体区域506和一个或更多个密集程度较小的磁体区域508中的磁体502的集合体来实现在“转动”模式下的相对高速且低转矩的连续旋转，如以上结合图5和图6所描述的。在这种转动模式期间，由于转子和定子的磁通轮廓绕转子的旋转轴线不均匀的分布，因此当转子504相对于定子区段208以大致恒定的速度旋转通过一定角度范围时，由转子和定子产生的磁通之间的相互作用而导致产生的转矩的周期是无规律的。“清洗”模式所需要的换向动作可以是相对低速、高转矩的操作模式，在该操作模式下可以在特定角度处供给转矩。在这种情况下，定子区段208与密集磁体区域506的相互作用可以提供峰值转矩需求。

根据本公开的装置和方法的示例实现方式

以下段落(A1)至段落(A14)描述了可以根据本公开实现的装置的示例。

(A1)马达或发电机可以包括：转子，该转子具有旋转轴线并且构造成产生平行于旋转轴线的第一磁通；和定子，该定子构造成产生平行于旋转轴线的第二磁通，其中，转子或定子中的至少一者构造成产生围绕旋转轴线不均匀地分布的磁通轮廓。

(A2)马达或发电机可以如段落(A1)中所述来构造，并且转子还可以构造成产生围绕旋转轴线不均匀地分布的第一磁通轮廓。

(A3)马达或发电机可以如段落(A2)中所述来构造，并且转子还可以包括围绕旋转轴线不均匀地分布的一个或更多个磁体区段。

(A4)马达或发电机可以如段落(A3)中所述来构造，并且一个或更多个磁体区段中的每一者还可以具有相应的表面位置，在该表面位置处第一磁通具有最大密度，并且相应的表面位置可以围绕旋转轴线不均匀地分布。

(A5)马达或发电机可以如段落(A2)至段落(A4)中的任一段落中所述来构造，并且转子还可以构造成使得当转子相对于定子以大致恒定的速度旋转通过一角度范围时，由于第一磁通和第二磁通的相互作用而产生的转矩的周期是无规律的。

(A6)马达或发电机可以如段落(A2)至段落(A5)中的任一段落中所述来构造，并且定子还可以地构造成产生围绕旋转轴线不均匀地分布的第二磁通轮廓。

(A7)马达或发电机可以如段落(A1)中所述来构造，并且定子还可以构造成产生围绕旋转轴线不均匀地分布的磁通轮廓。

(A8)马达或发电机可以如段落(A2)至段落(A7)中的任一段落中所述来构造，并且定子还可以包括围绕旋转轴线不均匀地分布的一个或更多个印刷电路板区段。

(A9)马达或发电机可以如段落(A2)至段落(A8)中的任一段落中所述来构造，并且定子还可以包括布置在至少一个介电层上的导电迹线，以在被电流通电时产生第二磁通。

(A10)马达或发电机可以如段落(A2)至段落(A9)中的任一段落所述来构造，并且定子还可以构造成使得在导电迹线被电流通电时的任何给定时间点，第二磁通的密度最大的一个或更多个位置围绕旋转轴线不均匀地分布。

(A11)马达或发电机可以如段落(A9)或段落(A10)中所述来构造，导电迹线布置在至少一个介电层上并联接至电源，以产生与由电源输出的三相电流相对应的三相第二磁通。

(A12)马达或发电机可以如段落(A1)至段落(A11)中的任一段落中所述来构造，并且定子还可以构造成使得当转子相对于定子以恒定速度旋转通过一角度范围时，由于第一磁通和第二磁通的相互作用而产生的转矩的周期是无规律的。

(A13)在马达或发电机中使用的转子可以包括支承结构以及一个或更多个磁体区段，所述一个或更多个磁体区段由支承结构支承并且产生平行于旋转轴线的第一磁通，支承结构在与产生平行于旋转轴线的第二磁通的定子组装时绕该旋转轴线旋转，其中，所述一个或更多个磁体区段构造并且布置成产生围绕旋转轴线不均匀地分布的磁通轮廓。

(A14)转子可以如段落A13中所述来构造，并且一个或更多个磁体区段还可以包括至少第一磁体区段以及与第一磁体区段间隔开的第二磁体区段，并且第一磁体区段可以比第二磁体区段包括更多数目的相邻磁体。

以下段落(M1)至段落(M5)描述了可以根据本公开实现的方法的示例。

(M1)一种方法可以包括将定子的一个或更多个磁通产生绕组布置成不均匀地围绕轴向磁通马达或发电机的转子的旋转轴线。

(M2)一种方法可以如段落(M1)中所述来执行，其中，布置一个或更多个磁通产生绕组还包括将包括绕组的一个或更多个印刷电路板区段围绕旋转轴线不均匀地布置。

(M3)一种方法可以如段落(M1)或段落(M2)中所述来执行，其中，布置一个或更多个印刷电路板区段还可以包括将一个或更多个印刷电路板区段布置成使得在绕组被电流通电时的任何给定时间，第二磁通的密度最大的一个或更多个位置围绕旋转轴线不均匀地分布。

(M4)一种方法可以如段落(M1)至段落(M3)中的任一段落中所述来执行，其中，转子可以包括围绕旋转轴线不均匀地布置的磁体。

(M5)一种方法可以如段落(M1)至段落(M4)中的任一段落所述来执行，其中，布置一个或更多个磁通产生绕组还可以包括将一个或更多个磁通产生绕组布置成使得当转子相对于定子以恒定速度旋转通过一角度范围时，由于转子和定子产生的磁通相互作用而产生的转矩的周期是无规律的。

虽然已经如此描述了至少一个实施方式的若干方面，但是应当理解，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。这些变化、修改和改进旨在作为本公开的一部分，并且旨在本公开的精神和范围内。因此，前面的描述和附图仅作为示例。

本公开内容的各个方面可以单独使用、组合使用，或者在前述描述的实施方式中未具体讨论的各种布置中使用，并且因此在本申请中不限于在前述描述中阐述或在附图中示出的部件的细节和布置。例如，一个实施方式中描述的各方面可以与其他实施方式中描述的各方面以任何方式组合。

此外，所公开的方面可以实施为其中已经提供了示例的方法。作为该方法的一部分执行的动作可以以任何合适的方式排序。因此，可以构建其中以不同于所图示的顺序执行动作的实施方式，这可以包括同时执行一些动作，即使这些动作在说明性实施方式中示出为顺序动作。

在权利要求中使用比如“第一”、“第二”和“第三”等之类的序数术语来修饰权利要求元件本身并不意味着任何优先级、一个权利要求元件相对于另一个权利要求元件居先或它们的顺序，或者执行方法的动作的时间顺序，而仅被用作标记以将具有特定名称的一个权利要求元件与另一具有相同名称(但是序数术语不同)的元件区分开，以区分各权利要求元件。

此外，本文中使用的措词和术语用于描述的目的，并且不应该被认为是限制性的。本文中“包括”、“包含”、“具有”、“含有”，“涉及”及其变体的使用意在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加术语。

Claims (20)

1.一种马达或发电机，包括：

转子，所述转子具有旋转轴线并且构造成产生平行于所述旋转轴线的第一磁通；以及

定子，所述定子构造成产生平行于所述旋转轴线的第二磁通；

其中，所述转子或所述定子中的至少一者构造成产生围绕所述旋转轴线不均匀地分布的磁通轮廓。

2.根据权利要求1所述的马达或发电机，其中，所述转子构造成产生围绕所述旋转轴线不均匀地分布的第一磁通轮廓。

3.根据权利要求2所述的马达或发电机，其中，所述转子包括围绕所述旋转轴线不均匀地分布的一个或更多个磁体区段。

4.根据权利要求3所述的马达或发电机，其中，所述一个或更多个磁体区段中的每个磁体区段具有相应的表面位置，所述第一磁通在所述相应的表面位置处具有最大密度，并且所述相应的表面位置围绕所述旋转轴线不均匀地分布。

5.根据权利要求2所述的马达或发电机，其中，所述转子构造成使得：当所述转子相对于所述定子以大致恒定的速度旋转通过一角度范围时，由于所述第一磁通和所述第二磁通的相互作用而产生转矩的周期是无规律的。

6.根据权利要求2所述的马达或发电机，其中，所述定子构造成产生围绕所述旋转轴线不均匀地分布的第二磁通轮廓。

7.根据权利要求1所述的马达或发电机，其中，所述定子构造成产生围绕所述旋转轴线不均匀地分布的磁通轮廓。

8.根据权利要求7所述的马达或发电机，其中，所述定子包括围绕所述旋转轴线不均匀地分布的一个或更多个印刷电路板区段。

9.根据权利要求1所述的马达或发电机，其中，所述定子包括导电迹线，所述导电迹线布置在至少一个介电层上以在被电流通电时产生所述第二磁通。

10.根据权利要求9所述的马达或发电机，其中，所述定子构造成使得：在所述导电迹线被电流通电时的任何给定时间，所述第二磁通的密度最大的一个或更多个位置围绕所述旋转轴线不均匀地分布。

11.根据权利要求10所述的马达或发电机，其中，所述导电迹线布置在所述至少一个介电层上并且联接至电源，以产生与由所述电源输出的三相电流相对应的三相的所述第二磁通。

12.根据权利要求10所述的马达或发电机，其中，所述定子包括围绕所述旋转轴线不均匀地分布的一个或更多个印刷电路板区段。

13.根据权利要求1所述的马达或发电机，其中，所述转子或所述定子中的至少一者构造成使得：当所述转子相对于所述定子以恒定速度旋转通过一角度范围时，由于所述第一磁通和所述第二磁通的相互作用而产生转矩的周期是无规律的。

14.一种方法，包括：

将定子的一个或更多个磁通产生绕组围绕轴向磁通马达或发电机的转子的旋转轴线不均匀地布置。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，布置所述一个或更多个磁通产生绕组包括：

将包括所述绕组的一个或更多个印刷电路板区段围绕所述旋转轴线不均匀地布置。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述转子包括围绕所述旋转轴线不均匀地布置的磁体。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，布置所述一个或更多个印刷电路板区段还包括：

将所述一个或更多个印刷电路板区段布置成使得：在所述绕组被电流通电时的任何给定时间，所述第二磁通的密度最大的一个或更多个位置围绕所述旋转轴线不均匀地分布。

18.根据权利要求14所述的方法，其中，布置所述一个或更多个磁通产生绕组包括：

将所述一个或更多个产生磁通绕组布置成使得：当所述转子相对于所述定子以恒定速度旋转通过一角度范围时，由于通过所述转子和所述定子产生的磁通的相互作用而产生转矩的周期是无规律的。

19.一种用于在马达或发电机中使用的转子，所述转子包括：

支承结构；以及

一个或更多个磁体区段，所述一个或更多个磁体区段由所述支承结构支承并且产生平行于旋转轴线的第一磁通，所述支承结构在与产生平行于所述旋转轴线的第二磁通的定子组装时绕所述旋转轴线旋转，其中，所述一个或更多个磁体区段构造并且布置成产生围绕所述旋转轴线不均匀地分布的磁通轮廓。

20.根据权利要求19所述的转子，其中，所述一个或更多个磁体区段包括至少第一磁体区段和与所述第一磁体区段间隔开的第二磁体区段，所述第一磁体区段比所述第二磁体区段包括更多数目的相邻磁体。

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