CN117242695A

CN117242695A - 在具有主动整流的转子绕组的电气机器内的无线传输功率

Info

Publication number: CN117242695A
Application number: CN202280032759.0A
Authority: CN
Inventors: 沃尔特三世·W·彭宁顿; E·B·斯文特; G·G·史蒂文森; M·P·欧文; A·达科斯塔; M·J·卢彬; M·普雷德尔
Original assignee: Taw Electric Co ltd
Current assignee: Taw Electric Co ltd
Priority date: 2021-03-05
Filing date: 2022-03-04
Publication date: 2023-12-15
Also published as: US20240195269A1; JP2024509200A; KR20230154902A; ZA202308284B; BR112023017875A2; EP4302393A1; WO2022187714A1; MX2023010131A; AU2022229513A1; CA3212518A1; WO2022187714A8

Abstract

定子限定具有相关联的定子绕组的多个定子极。转子限定具有相关联的转子绕组的多个转子极，相关联的转子绕组被配置为由定子大量通电。转子限定定子绕组产生的磁场可通电的转子场，以在转子与定子之间产生相对力。主动整流器导电地耦合至一个或多个第一转子绕组。主动整流器被配置成用于响应于一个或多个第二转子绕组无线地从定子接收的信号而控制通过一个或多个第一转子绕组的电流流动方向。

Description

在具有主动整流的转子绕组的电气机器内的无线传输功率

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年3月5日提交的题为“在具有主动整流的转子绕组的电气机器内的无线传输功率(Wirelessly Transferring Power within an Electric Machinewith Actively Rectified Rotor Windings)”的美国临时申请第63/157,560号的优先权，该美国临时申请通过引用整体并入本文。

关于联邦资助研究的声明

不适用

技术领域

本发明涉及电动机和发电器。

背景技术

电动机一般包括通常称为定子的固定组件，以及通常称为转子的旋转组件。电流被转化为在定子与转子之间施加可用于做功的机械力或扭矩的电磁场。发电机以与机械力被转化为电流的类似的原理工作。虽然主要关于旋转力或扭矩来描述，但本文描述的原理也适用于线性电机。对于线性电机，在一些实现方式中，转子充当固定组件，而定子充当平移组件。

发明内容

本公开的各个方面以具有主动整流的转子绕组的电机为特征。转子电流的主动整流可以提供改进的扭矩生成效率、增加的对电机状态的控制，以及其他益处。

本公开中描述的主题的示例实现方式是具有以下特征的电气机器。定子(包括定子绕组)被配置成被通电来限定定子极。转子(包括转子绕组)被配置成被通电来限定转子极，该转子极与定子极相互作用以在转子与定子之间产生相对力。转子被配置成用于被磁耦合至定子，以无线地接收来自定子的功率传输信号。电机进一步包括旋转地固定在转子上并且导电地耦合至转子绕组的一个或多个第一转子绕组的主动整流器。主动整流器被配置成用于：从功率传输信号捕获电能，并通过将从功率传输信号捕获的电能引导到一个或多个第一转子绕组来控制通过一个或多个第一转子绕组的电流。

本公开中描述的主题的示例实现方式是包括以下特征的电机控制方法：通过转子，从定子无线感应地接收功率传输信号，定子包括被配置成用于通电来限定定子极的定子绕组，并且转子包括被配置成用于通电来限定与定子极相互作用以产生转子与定子之间的相对力的固定转子极的转子绕组；通过旋转固定在转子上的主动整流器捕获来自功率传输信号的电能，其中主动整流器导电地耦合至转子绕组的一个或多个第一转子绕组；以及由主动整流器通过将从功率传输信号捕获的电能引导到一个或多个第一转子绕组来控制通过一个或多个第一转子绕组的电流。

根据本公开，电气机器的另一个示例包括以下特征。定子限定具有相关联的定子绕组的多个定子极。转子限定具有相关联的转子绕组的多个固定转子极，相关联的转子绕组被配置为由定子大量通电。转子限定定子绕组产生的磁场可通电的转子场，以在转子与定子之间产生相对力。主动整流器导电地耦合至一个或多个第一转子绕组。主动整流器被配置成用于响应于转子绕组的一个或多个第二转子绕组无线地或感应地从定子接收的信号而控制通过一个或多个第一转子绕组的电流流动方向。

本公开内描述的主题的示例实现方式是具有以下特征的电机控制方法。定子电流通过电机的定子中的定子绕组发送，定子电流产生磁场，该磁场直接耦合至电机的转子中的一个或多个第一转子绕组，以使得转子相对于定子的运动。一个或多个数据信号被嵌入在定子电流中。一个或多个数据信号被配置成用于产生对由定子电流产生的磁场的调制。调制使得当该调制被一个或多个第二转子绕组接收时，主动整流器响应于接收到的调制而被控制。

本公开内描述的主题的示例实现方式是具有以下特征的电机控制方法。定子的定子绕组被通电以在定子内产生定子磁场。通过建立磁通量，定子磁场在转子极内的铁磁材料中修改相对应的转子磁场。与转子相切的力由定子磁场中的偏移生成。转子由生成的切向力移动。数据信号由通电的定子绕组生成。数据信号使得当该数据信号被一个或多个第二转子绕组接收时，主动整流器响应于接收到的数据信号而被控制，以控制气隙中通量的激励延迟，气隙被限定在定子的内表面与转子的外表面之间。响应于接收到的数据信号，转子内磁通量的衰减响应于定子磁场中的偏移而由一个或多个第一转子绕组内的电流控制。

在先描述的各实现方式可以包括以下特征中的一些、全部或完全包括这些特征。

在一些实现方式中，电气机器包括控制器。

在一些实现方式中，控制器被配置成用于为定子绕组通电，以及用于通过以相对于多个固定转子极中最接近的固定转子极测得的电流角度发送电流通过定子绕组，通过向定子绕组发送扭矩控制信号，来在定子内产生定子磁场。控制器也可被配置成用于发送数据信号通过定子绕组，以控制转子内磁通量的变化。数据信号可与扭矩控制信号不同。

在一些实现方式中，控制器被配置成用于响应于操作条件而调整电流角度，以及用于响应于操作条件而调整发送电流的电流大小。在操作期间，转子可以与定子绕组产生的磁场保持同步。

在一些实现方式中，转子包括嵌入在转子内的永久磁铁。

在一些实现方式中，与多个固定转子极中的一个固定转子极相关联的每个转子绕组导电地耦合至单独的相对应主动整流器。

在一些实现方式中，接收信号的一个或多个第二转子绕组包括一个或多个电流流动通过其的方向被控制的第一转子绕组。

在一些实现方式中，主动整流器包括以H桥配置布置的多个栅极。主动整流器可包括两个二极管和两个以H桥配置布置的栅极。两个二极管可以与至少一个转子绕组串联布置。两个栅极可以与一个或多个第一绕组串联布置。

在一些实现方式中，栅极对由一个或多个第二转子绕组从定子感应地接收的信号进行响应。

在一些实现方式中，栅极包括晶体管。

在一些实现方式中，电气机器包括转子控制单元，其被配置成用于在一个或多个第二转子绕组中检测由定子绕组产生的磁场感应的电信号。转子控制单元可被配置成用于从电信号中提取指示针对转子的操作设定点的数据信号。转子控制单元可被配置成用于控制响应于操作设定点的主动整流器的切换操作。

在一些实现方式中，数据信号通过幅度调制或频率调制被嵌入到电信号中。

在一些实现方式中，操作设定点包括转子绕组电压设定点、转子绕组电流设定点或转子电压频率设定点。

在一些实现方式中，控制切换操作包括使得转子绕组电压领先于相对应的定子绕组电压，从而导致转子绕组电流主动减弱。

在一些实现方式中，电气机器包括转子控制单元，其被配置成用于在一个或多个第二转子绕组中检测由定子绕组产生的磁场感应的电信号。转子控制单元可被配置成用于基于检测到的电信号来估计定子的操作状态。转子控制单元可被配置成用于控制响应于估计操作状态的主动整流器的切换操作。

在一些实现方式中，定子的操作状态包括定子绕组电压。

在一些实现方式中，转子绕组的n个转子绕组导电地耦合至彼此。电气机器可包括控制器，该控制器被配置成用于对定子绕组施加包括n个电压分量的电压，每个电压分量由与该电压分量相对应的电流产生的磁场耦合至n个转子绕组中相应的一个转子绕组。n个电压分量可以各以不同的相位来表征，不同的相位彼此相隔约360/n度。

在一些实现方式中，n个转子绕组被包括在转子的不同极对中。

在一些实现方式中，主动整流器包括导电地耦合至n个转子绕组中的每个转子绕组的共享电容器，在主动整流器控制n个转子绕组中每个转子绕组中的电流流动方向的同时，共享电容器存储能量。

在一些实现方式中，转子包括n个附加的转子绕组。

在一些实现中，n个附加的转子绕组被包括在具有n个转子绕组中相对应的转子绕组的极对中。

在一些实现方式中，n个转子绕组由主动整流器导电地耦合至n个附加的转子绕组。

在一些实现方式中，n个附加的转子绕组相对于主动整流器以增量配置导电地耦合。

在一些实现方式中，n个转子绕组以串联方式导电地耦合。n个转子绕组可相对于n个电压分量利用交替极性以串联方式导电地耦合。

在一些实现方式中，电气机器包括导电地耦合至主动整流器和一个或多个第一转子绕组的低通滤波器。低通滤波器的DC输出可被导电地耦合至主动整流器的DC输出。

在一些实现方式中，主动整流器被配置成用于将零序列引入定子绕组在一个或多个第一转子绕组中感应的周期性电压中。

在一些实现方式中，主动整流器被配置成用于在一个或多个第一转子绕组中，与定子绕组中的相对应周期性电压相比，周期性电压偏移约90度。

在一些实现方式中，主动整流器被配置成用于产生非零DC电流通过一个或多个第一转子绕组。

在一些实现方式中，定子绕组产生的磁场包括与相对应的转子极基本成一直线的D分量，以及在电气参考系内比相对应的转子极前90°的Q分量。

在一些实现方式中，信号被包括在D分量的调制中。

在一些实现方式中，信号被包括在Q分量的调制中。

在一些实现方式中，信号被包括在D分量和Q分量两者的调制中。

在一些实现方式中，一个或多个第一转子绕组被配置成用于由定子沿着定子和转子感应耦合的第一可控制轴大幅通电，并且信号沿着定子和转子感应耦合的不同的第二可控制轴感应地被接收。

在一些实现方式中，一个或多个第一转子绕组被配置成用于由定子沿着定子和转子感应耦合的第一可控制轴大幅通电，并且信号沿着第一可控制轴感应地被接收。

在一些实现方式中，磁场沿着可控制轴耦合至一个或多个第二转子绕组，并且信号由一个或多个第二转子绕组通过基于磁场的调制幅度、磁场的调制频率或两者在可控制轴上的功率传输感应地被接收。

在一些实现方式中，定子绕组产生的磁场包括与相对应的转子极基本成一直线的D分量，以及在电气参考系内比相对应的转子极前90°的Q分量，以及与D分量和Q分量正交的z分量。信号被包括在z分量的调制中。

在一些实现方式中，磁场在一个或多个可控制轴上耦合至一个或多个第一转子绕组和一个或多个第二转子绕组。

在一些实现方式中，相对力通过沿一个或多个可控制轴的第一可控制轴的耦合产生，并且信号沿第一可控制轴感应地被接收。

在一些实现方式中，主动整流器被配置成用于在第一转子绕组集中产生实质性DC电流，在不同的第二转子绕组集中产生实质性振荡电流。

在一些实现方式中，主动整流器被包括在安装在转子上的电路板中。

在一些实现方式中，一个或多个第二转子绕组包括一个或多个第一转子绕组。

在一些实现方式中，信号的频率与扭矩控制信号的频率无关，与从定子传输到转子的信号不同。

在一些实现方式中，转子限定多个转子极。定子绕组可被通电。通过以相对于多个转子极中最接近的转子极测得的电流角度发送电流通过定子绕组，通过向定子绕组发送扭矩控制信号，定子磁场可以在定子内产生。数据信号可以通过定子绕组发送，以控制转子内磁通量的变化，数据信号与扭矩控制信号不同。

在一些实现方式中，电流角度响应于操作条件被调整。

在一些实现方式中，定子电流的电流大小响应于操作条件被调整。

在一些实现方式中，转子在操作期间与定子电流产生的磁场保持同步。

在一些实现方式中，一个或多个栅极在主动整流器中被致动。

在一些实现方式中，在一个或多个第二转子绕组中检测到由定子电流产生的磁场感应的电信号。可以从检测到的电信号中提取指示针对转子的操作设定点的数据信号。一个或多个栅极可响应于操作设定点被控制。

在一些实现方式中，在一个或多个第二转子绕组中检测到由定子电流产生的磁场感应的电信号。定子的操作状态可以基于检测到的电信号被估计。一个或多个栅极可以响应于估计的操作状态被致动。定子的操作状态可包括定子绕组电压。

在一些实现方式中，由定子电流产生的磁场感应转子电流。

在一些实现方式中，主动整流器被控制使得转子电流的DC分量至少是转子电流中纹波的两倍左右。

在一些实现方式中，零序列被引入到磁场在一个或多个第一转子绕组中感应的周期性电压中。

在一些实现方式中，与定子绕组中的相对应周期性电压相比，在一个或多个第一转子绕组中周期性电压大幅偏移90度。

在一些实现方式中，定子绕组施加n个周期性电压。n个周期性电压可以分别由与n个周期性电压相关联的定子电流耦合至n个转子绕组，n个转子绕组导电地耦合至彼此。n个周期性电压可以各以不同的相位来表征，不同的相位彼此相隔约360/n度。

在一些实现方式中，低通滤波被施加到一个或多个第一转子绕组中的电压。

在一些实现方式中，能量被存储在一个或多个第一转子绕组中的至少两个第一转子绕组常见的共享电容器中。

在一些实现方式中，定子电流产生的磁场包括与相对应的转子极基本成一直线的D分量，以及在电气参考系内比相对应的转子极提前90°的Q分量。

在一些实现方式中，一个或多个数据信号被包括在D分量的调制中。

在一些实现方式中，一个或多个数据信号被包括在Q分量的调制中。

在一些实现方式中，一个或多个数据信号被包括在D分量和Q分量两者的调制中。

在一些实现方式中，磁场沿定子和转子感应耦合的第一可控制轴耦合至一个或多个第一转子绕组，并且调制沿定子和转子感应耦合的不同的第二可控制轴感应地被接收。

在一些实现方式中，磁场沿定子和转子感应耦合的第一可控制轴耦合至一个或多个第一转子绕组，并且调制沿第一可控制轴感应地被接收。

在一些实现方式中，磁场沿可控制轴耦合至一个或多个第一转子绕组，并且调制基于磁场的调制幅度、磁场的调制频率或两者沿可控制轴感应地被接收。

在一些实现方式中，定子电流产生的磁场包括与相对应的转子极基本成一直线的D分量，以及在电气参考系内比相对应的转子极前90°的Q分量，以及与D分量和Q分量正交的z分量。一个或多个数据信号被包括在z分量的调制中。

在一些实现方式中，运动通过沿一个或多个可控制轴的第一可控制轴的耦合产生，并且一个或多个数据信号沿第一可控制轴感应地被接收。

在一些实现方式中，第一转子绕组集施加实质性DC电流，并且第二转子绕组集施加实质性振荡电流。

在一些实现方式中，一个或多个数据信号的频率与产生磁场的定子电流的频率无关，该磁场直接地耦合至电机的转子中的一个或多个第一转子绕组，以使得转子的运动。

在没有主动整流的情况下，电机中的转子侧电流具有定时和生成/衰减特性，这些特性取决于它们耦合的定子侧电流以及与转子绕组耦合的被动部件(例如，定义LC时间常数的被动部件)。主动整流允许精确选择、调谐和实时修改转子绕组电流，以最大化效率(例如，功率传输效率和扭矩效率)，并限定电机的操作模式。

该公开在很大程度上涉及提高效率和/或避免电路设计约束的主动整流实现方式。例如，不同极对的绕组可共享全部或部分主动整流电路，这不仅减少了所需的总电路部件，还改善了电路操作(例如，降低峰值电压)。一些实现方式涉及耦合转子绕组集中的AC和DC电流的分离，这可减少主动整流器电路中的最大功率，以及其他可能的优势。一些实现方式包括在极对内不同绕组中AC和DC电流的分离。

本公开的某些部分涉及主动整流电路系统的控制。自同步控制设计可降低必要的电路复杂性。一些设计是基于信号的，其中来自定子绕组的数据信号被传输到转子绕组。以这种方式传输数据信号(而不是例如单独的刷子、传感器或无线部件)也可以降低电路的复杂性和成本。通过跨不同激励轴的分离、扭矩控制、功率传输和数据信号功能，实现了高度的设计灵活性。

以下附图和描述中阐述了本公开中描述的主题的一个或多个实现方式的细节。相似的附图标记将被用于表示以下描述中附图之间相似的部分。主题的其他特征、方面和优点将从该说明书、附图和权利要求书中变得显而易见。

附图说明

图1是电驱动系统的示例的示意图。

图2是用于电绕组的示例功率开关的示意图。

图3A和图3B是具有主动整流的转子绕组的示例电气机器的侧视图和透视图。

图4A-图4C是示例主动整流的转子绕组的前视图、透视图和侧视图。

图5A和图5B是可与本公开的各方面一起使用的示例主动整流器的电路图。

图6A和图6B是可与本公开的各方面一起使用的示例转子控制电路拓扑的电路图。

图7A是示例电气机器的部件随时间的电压的曲线图。

图7B是可与本公开的各方面一起使用的示例转子控制电路拓扑的电路图。

图8是示例电气机器的部件随时间的电流和电压的曲线图。

图9是可与本公开的各方面一起使用的示例电路拓扑的框图。

图10是可与本公开的各方面一起使用的包括示例主动整流器的示例电路拓扑的示意图。

图11是示例电气机器的部件随时间的电流和电压的曲线图。

图12是具有n个绕组线圈和n个整流器的示例转子电路拓扑的示意图。

图13是可与本公开的各方面一起使用的电路拓扑的示意图。

图14是可与本公开的各方面一起使用的电路拓扑的示意图。

图15是可与本公开的各方面一起使用的电路拓扑的示意图。

图16是可与本公开的各方面一起使用的电路拓扑的示意图。

图17A-图17C是随时间的AC和DC电压的曲线图。

图18是可与本公开的各方面一起使用的电路拓扑的示意图。

图19是可与本公开的各方面一起使用的电路拓扑的示意图。

图20A是可与本公开的各方面一起使用的电路拓扑的示意图。

图20B是电压随时间的曲线图。

图21A-图21B分别是包括主动整流的转子的电机的侧视图和透视图。

图21C-图21F是包括主动整流器的转子的视图。

图21G-图21J是包括主动整流器的另一个转子的视图。

图22是可与本公开的各方面一起使用的示例控制器的框图。

图23是可与本公开的各方面一起使用的方法的流程图。

图24是可与本公开的各方面一起使用的方法的流程图。

图25是可与本公开的各方面一起使用的逆变器电路拓扑的示意图。

图26是可与本公开的各方面一起使用的逆变器电路拓扑的示意图。

图27是可与本公开的各方面一起使用的方法的流程图。

各个附图中相同的附图标记和命名指示相同的要素。

具体实施方式

在根据本公开的实现方式中，电机中的转子绕组由定子绕组中的振荡电流充电。在充电时，转子绕组携载转子电流，该电流与由定子绕组中的电流产生的磁场耦合，从而在转子上产生电动势。

然而，转子电流的一些特性可能对电机的运行产生负面影响。例如，由于电动势的大小与转子电流的强度有关，因此转子电流中的纹波可导致转子上电动扭矩中的纹波，从而导致电机操作不均匀。作为另一示例，转子电流中的纹波可表示直接(因为转子绕组必须被“再充电”)或间接(因为纹波导致例如在转子层压中涡流损失增加)功率损失。因此，引入导电耦合至转子绕组的控制元件可能是有益的，例如，控制元件被配置成用于减少转子电流纹波。

第一步，转子绕组可通过例如短路到转子绕组的被动整流器(例如，二极管)被被动地整流。此类被动整流器迫使转子绕组内的电流为单向，从而对定子绕组的振荡驱动电流产生不对称的电感响应，并在电机操作期间减少转子电流纹波。

然而，被动整流可能带来缺点。第一，因为每个二极管在二极管上引入相对应的电压降(例如，十分之几伏特)，因此利用二极管实现的被动整流器将损耗引入转子线圈。除了表示传输到转子绕组的浪费功率外，该电压降产生耗散的热量，这些热量可能必须考虑(例如，通过冷却)或可能损害整流器操作。

第二，在一些情况下，实现被动整流意味着在转子电流循环中引入锁定状态。在锁定状态下，通过转子绕组的转子电流被减少到零，使得转子绕组上的排斥扭矩也被减少到零。

因此，如本公开所描述，转子绕组可被主动地整流，从而减少电流纹波(与被动整流的系统相比)并提高电机效率。换句话说，定子绕组可以无线地将功率传输到转子绕组(从定子到转子的净功率传输)，并且主动整流器可以从无线传输的功率中捕获电能，并控制将该电能施加到转子绕组，以生成转子磁场。转子磁场与由定子绕组生成的定子磁场相互作用，以生成扭矩并旋转转子。在一些实现方式中，主动整流器由定子绕组本身发送的信号控制，与包含刷子和/或传感器的系统相比，降低电机复杂性。

用于此类无线功率传输和控制信令的直接定子-转子耦合可具有若干优点。首先，它可以降低在动态条件下保持两个系统(例如，定子和转子)正确对齐的复杂性和公差堆叠。第二，它可以降低转子的堆叠高度，从而允许更紧凑的封装，因为转子不包括滑环或其他增加转子轴向长度的次级耦合组件。第三，它可以允许液体冷却，而液体冷不干扰次级耦合。第四，它可以通过使初级多相定子逆变器同时用于信号和功率，从而避免或减少对次级功率逆变器的需求。进一步地，在无线电功率传输的直接定子-转子耦合中采用主动整流可以比被动整流提供若干优势，包括以下各项中的一项或多项：增加的扭矩输出、较低的扭矩纹波、转子电流可保持相对恒定、较低的功率耗散、改进的瞬态性能、对定子逆变器的较低应力、充电的换向中没有“死区”、磁滞方面的降低的芯损耗(例如，磁链中的纹波最小化)和涡流电流(较低的纹波幅度减少涡流损失)、控制转子场绕组的极性的能力、重新配置转子场极性或转子极的能力，和/或通量减弱的附加的机会(例如，主动控制以减弱通量，而不是L/R时间常数来减弱通量)。

图1图示出电驱动系统100，电驱动系统100包括电动机102和耦合到电动机102的电机控制器104。电机控制器104被配置成用于操作电动机102来驱动负载110。负载110可以是附加的齿轮系(gear train)，诸如齿轮组、车轮、泵、压缩机或其他电机，其中多个电机可被并行地链接和操作。

电动机102具有相对于电机壳体105可旋转的输出轴107，输出轴107被视为关于电机部件的旋转和其他运动的基准。在使用中，输出轴107可被耦合至负载110，当由来自电机控制器104的适当的电功率和信号进行电激活时，电动机102可以向该负载110提供旋转功率。输出轴107可以延伸穿过电机并在两端处暴露，这意味着旋转功率可以在电机的两个端部处被传送。电机壳体105可以关于输出轴107的旋转轴线旋转对称，但可以是任何外部形状并且一般地可包括用于将电机壳体105固定到其他结构以防止在电机操作期间壳体旋转的装置。

电动机102包括主动磁性部件106(诸如定子)和被动磁性部件108(诸如转子)。出于说明的目的，在下文中，“定子”被用作主动磁性部件的代表性示例，而“转子”被用作被动磁性部件的代表性示例。

转子108与定子106相关联，并且可被设置在定子106内(例如，在内部转子径向间隙电机中)或者可被设置与定子平行(例如，在轴向间隙电机中或线性电机中)；或可被设置在定子周围(例如，在外部转子径向间隙电机中)。如下文所述，适当地控制的定子106中的电活动驱动转子108的运动。转子108被旋转地耦合到输出轴107，使得所得到的转子运动的任何旋转分量被传送到输出轴107，导致输出轴107旋转。定子106被固定在壳体105上，使得在操作期间，转子108围绕定子106移动或与定子106平行移动。

流动通过电线环路的电流将导致基本上均匀的磁动势(magnetomotive force，MMF)，从而导致在缠绕区域或环绕区域内产生电机极。在典型的电机中，此类环路具有足够的直径来携载期望的电流负载，但足够薄，以使驱动频率的趋肤深度完全穿透环路。可以使用许多匝(或缠绕为一组的共同延伸的电线圈)来增加极磁场强度。该拓扑通常被称为绕线场极。此类被缠绕为一组的共同延伸的圈的集合被称为线圈。出于本公开的目的，在定子或转子内一起作用的一个或多个线圈被称为绕组。

在一些实例中，线圈可以在转子或定子上重叠并包含多个齿。此类重叠线圈可被称为电枢或分布式绕组。极是该分布式绕组的磁中心，并且因此，根据通过绕组的驱动电流，极可以相对于此类分布式绕组中的各个线圈移动。

定子106限定具有相关联的电绕组的多个定子极，并且转子108包括多个转子极，诸如贯穿本公开的进一步细节所图示的示例。转子108与定子106一起限定定子极与转子极之间的标称气隙，诸如贯穿本公开的进一步细节所图示的示例。转子108可沿运动方向相对于定子106移动。

图2示出了用于单独的电绕组132的另一个示例功率开关200。功率开关200可具有H桥电路，该H桥电路包括四个切换元件202a、202b、202c和202d，其中中心处的电绕组132具有类H配置。切换元件202a、202b、202c和202d可以是双极或FET晶体管。每个切换元件202a、202b、202c、202d可与相应的二极管D1、D2、D3、D4耦合。这些二极管被称为捕获二极管，并且可以是肖特基(Schottky)型。桥的顶端被连接到电源(例如，电池V_bat)，并且底端接地。切换元件202a、202b、202c和202d的栅极可被耦合至电机控制器104(图1)，该电机控制器104可向每个切换元件202a、202b、202c和202d发送相应的控制电压信号。控制电压信号可以是直流(DC)电压信号或交流(AC)电压信号。

切换元件202a、202b、202c和202d可以由电机控制器104(图1)单独地控制，并且可以独立地被闭合和断开。在一些情况下，如果切换元件202a和202d被闭合，则定子的左引线被连接到电源，而右引线被连接到地。电流开始流过定子，在向前方向上对电绕组132进行通电。在一些情况下，如果切换元件202b和202c被闭合，则定子的右引线被连接到电源，而左引线被连接到地。电流开始流过定子，在相反的向后方向在电绕组132进行通电。也就是说，通过控制切换元件，电绕组132可以在两个方向中的任何一个方向上得以通电/激活。虽然主要被图示且被描述为使用单相H桥配置，但在不背离本公开的情况下，典型的六开关逆变器系统可用于多相机器。

电机控制器104可被配置成用于针对相应的极通电占空比顺序地操作开关200，以生成跨定子极与转子极之间的气隙的磁通量，如本公开中进一步详细描述的。开关可以被控制以顺序地使定子极通电，从而生成拉动转子的局部吸引力。此类顺序通电(或激活)可引起转子108、输出轴107和负载110的旋转。

电机部件和控件有时参照电机转子和/或定子的D轴312(如图3A所图示)和Q轴进行讨论。电机中的直轴或D轴312可被定义为垂直于气隙314的极308的中心线，并且可被应用于定子极或转子极308。如在同步参考系中所观察到的，转子可以用每个极的D轴312进行表征。在绕线转子中，D轴312是线圈或场绕组的所得的磁中心的中心点，而不管场绕组是集中在单个、大的槽还是跨多个、较小的槽散布。定子极可以被类似地表征。

Q轴垂直于(例如，对于具有四个转子极的机器，在电气上为90°，或者在一些实现方式中，对于具有n_p极的机器，为360°/n_p)磁参考系内的D轴(例如，其中D轴在0°处)。在一些实现方式中，Q轴在电气上垂直于D轴，并且这两者都位于转子在其中旋转的平面上。一般来说，沿Q轴的力生成电动势，诸如扭矩。在拓扑上，转子或定子的Q轴通常直接位于两极之间。

就轴与转子极的关系而言，轴可以被描述为“主”或“次”。除非另有说明，本文描述的示例实施例在提及D轴和Q轴时，指的是主D轴和主Q轴。然而，在根据本公开的一些实现方式中，定子-转子耦合(例如，功率传输和/或数据信号传输)可以在次轴上进行。例如，具有与转子极D轴未对齐的D轴的转子线圈可堪称具有其自己的次D轴。

在此类可以将控制信号转换为D-Q轴分量的系统中，第三z轴分量也存在，并且可被描述为不直接映射到D轴或Q轴的信号量(例如，在一些实施例中，它可以被描述为与可以在其中找到Q分量和D分量的平面正交的分量)。

电流相量角318是转子D轴312与定子的磁中心的相对角度(例如图3A所图示)。正电流相量角指示定子的磁中心在运动方向上位于转子极的前面。此类情况导致定子的磁中心将转子极朝向定子的磁中心“拉动”。类似地，负电流角指示定子的磁中心位于转子极的后面。此类情况将转子极沿相反的方向“拉动”。此类负电流相量角318可用于制动情况。在一些实现方式中，可以使用大于90°的电流相量角318。此类大的相位电流角318可以沿运动的方向“推动”相邻的极。类似地，小于-90°的电流相量角318可用于诸如在制动操作期间沿相反的方向“推动”相邻的极。可以使用以下方程来完成在固定参考系与同步参考系之间转换电流相量角318：

θ_e＝(P/2)θ_m， (1)

其中θ_e是同步参考系中的电流相量角，P是定子极的数量，并且θ_m是固定参考系中的电流相量角。无论电流相量角如何，它都可被分解为D轴分量和Q轴分量。一般来说，对于本文描述的电机和发电机，D轴分量起到“充电”或调制转子极内的磁场的作用，而Q轴分量起到向转子极施加力或扭矩的作用。在本实施例和本文所描述的其他实施例中，因为经调制的场与主扭矩产生通道正交，因此功率传输不会干扰电气机器的扭矩性能。D轴还可用于将数据信号直接从定子绕组平行传输到转子绕组，或用作控制信号的分量，或两者，如贯穿本公开中详细描述的。

图3A和图3B是示例电气机器300的侧视图和透视图。电气机器300包括定子302，定子302限定具有相关联的定子绕组304的多个定子极。“电机极”可被描述为在给定时间点跨气隙发出单极性磁通量的定子或转子上的拓扑截面。在确定电动机的极数或位置时，定子或转子的背铁中携载的通量被考虑。极通常由高场区域来表征，其可超过5000高斯。极可由永磁体或电磁场产生。虽然定子或转子上的极的数量在制造期间通常是固定的，但在本文描述的一些实现方式中，转子、定子或两者的极的数量可以在操作期间被改变。

虽然目前所图示的定子302目前被图示为具有突出的、集中的定子绕组304，但在不背离本公开的情况下分布式和/或非重叠的定子绕组也可以被类似地使用。转子306限定具有相关联的转子线圈310的多个转子极308。

有关各种定子和转子拓扑以及驱动机制的进一步详细信息可以在美国临时专利申请第17/151,978号找到，该临时专利申请通过引用整体并入本文中。

如图所示，转子线圈310中的每一个被短接到主动整流器311。虽然被图示为针对每个线圈310具有主动整流器，但在不背离本公开的情况下可以使用其他布置。例如，多个转子线圈可以串联或并联地导电耦合至单个主动整流器上。贯穿本公开提供了主动整流器拓扑的示例。针对主动整流器的部件选择是多种因素的函数，多种因素包括电压降、反向电压击穿和恢复时间。根据期望的操作条件，可以使用不同的部件。主动整流器允许电流选择性地通过转子线圈310中的每个转子线圈并以期望的大小沿期望的方向行进，与被动整流方案相比具有减少的纹波。

虽然主动整流器311被示出为被设置在在相应线圈310上，但在一些实现方式中，主动整流器位于转子中或转子上的其他地方。例如，在一些实现方式中，主动整流器311被设置在转子芯中或转子芯上。

主动整流器311通过电路耦合器422导电地耦合至转子线圈310(参见图4A-图4B)。在一些实现方式中，电路耦合器422是转子线圈310本身(例如，形成转子线圈310的铜线的绝缘长度)的延伸。在一些实现方式中，电路耦合器422是单独的部件(例如，插入主动整流器311的电缆)，并且(例如，通过夹或夹子)被附接到转子线圈310。

在一些实现方式中，主动整流器311本身包括壳体，该壳体将电路部件封装在壳体外部。例如，壳体可以由塑料或其他绝缘材料制成。

在壳体内，电路部件的组合(例如，在一些实现方式中集成到集成电路和/或电路板上的晶体管、电容器、二极管、电感器和/或电阻器)实现转子线圈310中的电流的主动整流，如贯穿本公开更详细地描述的。在一些实现方式中，灌封材料填充壳体内未被电路部件占用的部分或全部空间。

在一些实现方式中，主动整流器311包括一个或多个线圈互连322。线圈互连322是可以将一个或多个线圈或绕线场极相互连接或连接到单独电路的电线的区域。互连在操作期间仅生成小型本地MMF。这与互连通常与定子和转子槽基本垂直的事实相耦合，并且因此不会对跨电机气隙的均匀场有显著贡献。虽然图示的实现方式包括主动控制电路系统(例如，主动整流器311)，但其他分立部件可被包括在线圈互连322中。例如，被动整流部件(诸如二极管)可被包括。替代地或附加地，主动电路系统(诸如晶体管或四极管)可被包括。

转子极308以拓扑的方式和电气的方式固定在转子表面上。固定极转子是其中两极在地形上和电磁上相对于电机的同步参考系固定或保持静态的转子，例如，转子306是固定极转子。也就是说，转子306将始终以与定子提供的驱动频率基本相同的速度旋转或同步地旋转(允许固有的扭矩纹波水平)。同步参考系与磁参考系相同。出于这个原因，固定极电机通常被称为“同步”电机。场绕线转子、表面PM转子、磁阻电机和内部PM转子都是固定极转子的示例。固定极转子设计使对转子D轴312区域中的铁磁性材料(转子极的中心)的利用最大化，并且在绕线场转子的情况下，确保有效磁中心与D轴312对齐。因此，对于给定的大小和额定功率，固定极转子被认为比移动极转子更有效；然而，固定极转子难以控制，因为在动态负载条件和动态运行速度下将固定极转子保持在恒定电流相量角是具有挑战性的。例如，在负载改变期间加速电机或保持速度涉及基于来自位置传感器316的输入主动地调整电流相量角318、电流大小和/或驱动频率。本文描述的概念主要适用于同步机器，因为定子磁场和转子(例如，转子306)在操作期间彼此保持同步性。

相比之下，移动极转子的极在地形上或在电磁上不是固定的，并且将相对于固定参考系在操作下移动。也就是说，转子将总是“滑动”并滞后，或与定子提供的驱动频率不同步。因此，这些电机通常被称为“异步”电机。移动极转子的示例包括绕线转子和鼠笼型感应转子、电枢绕线转子、有刷电机和其他类似电机。虽然移动极转子能够在操作期间自调节电流相量角318，但必须在D轴铁磁材料与Q轴场绕组之间做出设计让步，以使极在转子表面均匀移动。因此，此类电机的电阻更高，需要更多的启动电流，并且在给定大小和额定功率的移动极转子中，场强度更低。

转子306的场最终被配置成用于由定子绕组304产生的磁场通电，因为磁场将功率传输给被捕获并随后用作通电的源的转子场。转子306和定子302被配置成用于响应于经通电的转子场而相对于彼此移动。除定子绕组304外，转子306与定子302的部件基本上通电隔离。

在电气机器中，定子和转子可以被耦合，以便能够在操作期间进行功率传输、数据信号传输和/或场调制。耦合可被分类为直接耦合或间接耦合。定子与转子之间沿主操作气隙(诸如气隙314)发生直接耦合。间接耦合沿远离主操作气隙的次级接口发生。

直接耦合通常被表征为感应耦合，例如，鼠笼型感应转子被认为直接耦合到定子。虽然直接耦合在异步机器中是常见且易于控制的，但出于贯穿本公开所描述的原因，与同步机器的直接耦合可能难以控制。例如，通常需要知道转子位置，以确保正确保持电流大小和/或频率。

间接耦合沿着次级耦合操作并且可以径向定向或轴向定向，并且可以经由电触点、沿单独气隙的电感耦合、电容耦合或光学耦合进行通信。虽然次级耦合可用于各种功能以改善电气机器的效率和/或整体可控性，但通常需要附加的部件，这些附加的部件可以增加利用此类系统的机器的重量、复杂性、故障频率和成本(操作成本和资本成本两者)。

能量隔离的电机和发电机(诸如贯穿本公开描述的电机和发电机)主要(在标准电磁屏蔽公差范围内)使用直接耦合在定子与转子之间传输功率和信号，而无需使用间接或次级耦合。本文描述的电气机器包括转子306与定子302之间的直接耦合，以用于功率耦合和信号耦合两者。例如，可以直接信号耦合来控制主动整流器311的状态。例如，直接功率耦合可用于经由转子场绕组为主动整流器311提供功率，并最终返回到转子场绕组(例如，其可由直接信号耦合控制)。

转子306包括嵌入在转子306内的永磁材料320。如图所示，转子306包括永磁材料320的通道，该永磁材料320以基本辐条状布置被布置在每个转子极之间；然而，在不背离本公开的情况下，可以使用永磁材料320的其他布置。永磁材料320可包括各种材料，包括铁氧体、AlNiCo、SmFeN、NdFeB或SmCo。虽然通常使用低功率永磁材料，但在不背离本公开的情况下，可以使用更低数量的更高功率的磁性材料。永磁材料320可延伸跨过每个转子极308的整个纵向长度或部分跨过每个转子极308。在一些实现方式中，永磁材料320可由多个层或叠片制成。

如图所示，永磁材料320产生基本上在每个转子极308之间的净磁力。在一些实现方式中，永磁材料可以被布置成使得来自永磁材料320的净磁力与转子极308对齐。一般来说，永磁材料320的布置取决于转子内磁性材料期望的截面通量密度。在永磁材料320位于转子线圈310内的实现方式中，可以通过调整周围转子线圈310的电荷来单独地调整和/或调制每一个永磁材料320集合的通量。此类实现方式还保护磁体免受强定子场引起的退磁。在永磁材料320没有被转子线圈包围的实现方式中，对定子场引起的通量的调整可影响转子306内的多个永磁材料320集合。虽然被图示和被描述为包括永磁材料320，但本公开的主题仍然适用于不包括永磁材料的转子。

图4A-图4C是示例转子线圈310的前视图、侧视图和透视图。如图3A和图3B所图示，每个转子线圈310充当其自己的绕组，其中每个极(诸如转子极308)周围有单个线圈。因此，转子可被描述为包括集中的、突出的和/或非重叠绕组。在一些实现方式中，每个线圈的绕组方向可以与每个相邻的转子极308交替。例如，在使用具有突出的、集中的和/或非重叠绕组的定子的实现方式中，可以使用此类布置。替代地，主动整流器311的整流方向可被控制以与每个相邻的极交替产生类似的结果。在一些实现方式中，缠绕方向不需要在相邻的转子极之间交替。例如，在使用具有分布式绕组的定子的实现方式中，可以使用此类布置。虽然转子线圈310被图示为(例如，经由主动整流器311)使其自身短路的单个线圈，但只要每个线圈自身短路，并且不与相邻的线圈重叠，就可以使用其他几何形状。在一些实现方式中，具有类似极性的极可以相互短路，例如，以共享主动整流器。贯穿本公开对此类配置进行了描述。类似地，取决于每个极的绕组方向，具有相反极性的极可以相互短路。一般来说，转子线圈通常被配置成使得功率传输频率的电流趋肤深度完全穿透线圈的导体。在本公开的上下文中，“电流趋肤深度”是指距导体表面的深度，电流主要在该导体表面处流动，特别是由给定频率变化的磁场感应的涡流。对于给定的材料，趋肤深度可被计算为：

δ≈1/√πfμσ(2)

其中‘f’是磁切换频率，μ是材料的磁导率(以H/mm为单位)，并且σ是材料的电导率。在转子线圈310内实现全趋肤深度穿透允许在转子线圈310内的均匀的电感。在一些实现方式中，驱动频率可以在0赫兹与20赫兹之间延伸。在一些实现方式中，驱动频率可以在100赫兹到3000赫兹之间的范围内。一般来说，转子线圈被布置成使得响应于来自定子的磁场偏移而由转子线圈内的电流抵抗转子内的磁通量的衰减。。

传统上，同步电机不具有用于磁化材料的磁化电流，因此磁体必须在工厂或安装前被磁化。为此，如果磁性材料在操作时退磁(例如，由于定子对其施加了过多负载)，则磁体可能被损坏，或者电机可能完全无法操作。转子线圈310有助于保护永磁体免受定子的潜在退磁效应的影响。

耦合到转子线圈310中的每个转子线圈310的主动整流器311帮助在操作期间减少电机中的扭矩纹波。主动整流器311部分通过减少气隙314中通量的通电的延迟来实现这一点。虽然转子线圈310响应于磁场偏移而通过转子绕组内的电流来抵抗转子内的磁通量的衰减，但转子线圈310在没有整流的情况下执行此功能，无论转子线圈310暴露在驱动周期的哪个部分。也就是说，未整流的转子线圈与驱动频率的正部分和驱动频率的负部分两者都是对称的。此类布置可以产生可测量的扭矩纹波量。

对于被被动地整流的转子线圈，转子线圈通过在转子绕组内沿第一方向感应第一电压直到第一电流减小到零来允许第一通量变化，从而允许第二通量变化在转子绕组内向第二方向感应电流。在主动控制的转子电路中，可以向转子添加伏特秒级的能量，而无需将转子极电流减小到零。例如，转子绕组内的电流可以选择性地是单向的，从而显著减少操作期间的扭矩纹波。

例如，在各种实现方式中，转子电流的DC分量是转子电流中纹波大小的至少两倍、是转子电流中纹波的至少五倍、是转子电流中纹波的至少十倍、是转子电流中纹波的至少二十倍、是转子电流中纹波的至少五十倍、或是转子电流中纹波的至少100倍。

在操作中，流经线圈310和主动整流器311的电流可被允许减少到期望的量，诸如零或非零，或者由主动整流器311主动地使其为零或非零。在电流被允许减少到期望量的情况下，可以通过将电流相量角318减小到小于90°来执行操作(即“拉动”极，而不是“推动”下一个相邻极)。线圈310和整流器311内的电流被允许在电流相量角小于90°的持续时间内衰减。取决于转子的速度和饱和度，此类持续时间的范围可以从几毫秒到两秒。由此产生的场可以通过与转子场线圈的D轴相互作用来通电，这可以通过D轴调制完成，或者在一些实施例中，通过机器的电流相量角或大小(通常在0°-90°之间)的调制来完成。

在一些实现方式中，主动整流器311可以主动地显著减少衰减时间。例如，与被动整流的系统相比，衰减时间可以减少到十分之一、百分之一、千分之一或更多。在衰减后，电流相量角(或相量大小)随着线圈310内电流的增加而增加。贯穿该过程，相量角相量角可以结合电流相量角318和整流方向来调制电流大小，以在调整电流相量角318时抵消纹波电流。

在某些电机操作期间，例如，在锁定转子条件(例如，启动)期间，在Q轴(90°)与负D轴(180°)之间操作时使用高电平，并具有显著的感应衰减(例如，保持场)。在此类控制方案下(结合线圈310)，转子场可以基于电流相量角318或电流大小来被调制。这可以转化成操作期间的宽操作包络。负D轴到Q轴操作提供(至少部分地)保护永磁材料320的屏蔽效果，与永磁同步电机相比，这允许使用较少的磁材料、较低的矫顽力材料或两者兼有。另一个益处在于，与永磁电机相比，D轴注入的场减弱不是恒定的。类似地，转子场可以由通过定子的电流大小进行调制。在许多情况下，电流大小和电流相量角两者可被同时调整，以实现期望的转子场调制。

图5A是可用于前面描述的主动整流器311的主动整流器的至少部分的示例拓扑。主动整流器包括包含两个二极管502a、502b和两个开关504a、504b的不对称桥电路500。二极管502a和开关504a各自耦合至转子绕组的第一节点506a，并且二极管502b和开关504b各自耦合至转子绕组的第二节点506b。节点506(每个节点在相应的二极管/开关对之间)对应于转子绕组的两端。电容器508与二极管/开关/转子绕组组件并联。控制开关504a、504b的电路部件的示例未在图5A中示出，但参考图6A-图7B进行了描述。

可以使用若干类型的二极管，例如，p-n结二极管、气体二极管、齐纳(Zener)二极管或肖特基二极管。在一些实现方式中，当使用肖特基二极管时，肖特基二极管可以是碳化硅二极管。二极管选择是多种因素的函数，包括电压降、反向电压击穿和恢复时间。根据期望的操作条件，可以使用不同的二极管。虽然已经列出了若干类型的二极管，但可以在不背离本公开的情况下使用其他二极管。

在一些实现方式中，每个开关504a、504b包括一个或多个晶体管。可以使用若干类型的晶体管，例如，双极结晶体管、FET(例如，MOSFET)、异质结双极晶体管和绝缘栅双极结晶体管。在一些实现方式中，开关504a、504b可包括继电器。由于转子绕组电流通过开关504a、504b，因此开关504a、504b中包括的晶体管可被额定用于大电流(例如，多个安培)。

图5B示出示例全桥整流器电路510。全桥整流器电路510与非对称桥电路500类似地操作，除了二极管502a、502b被开关504c、504d替代之外。在一些实现方式中，与不对称桥电路500相比，这种替换可减少全桥整流器电路510的导电损耗，至少因为每个开关相较于对应的二极管可具有更低的有效导通电阻。除了开关504c、504d外，全桥电路还包括开关504a、504b和电容器508，如参考图5A所述。控制开关504a、504b的电路组件的示例未在图5B中示出，但参考图6A-图7B进行了描述。

一般来说，定子绕组可以利用三种类型的信号来被驱动：扭矩控制信号、功率传输信号和数据信号。扭矩控制信号在接收扭矩控制信号的(一个或多个)定子绕组中生成磁场，该磁场与(一个或多个)转子绕组的磁场相互作用，以驱动转子相对于定子的运动。功率传输信号是将功率从定子无线地(或感应地)传输到转子的调制或经调制的信号(例如，幅度调制或频率调制)，该功率最终可用于例如对转子绕组通电以生成用于磁动耦合的磁场以及用于对转子上的(一个或多个)电路供电。数据信号是将数据(例如，经编码的控制信息)从定子无线地(或电感地)传输到转子的调制。在一些示例中，定子绕组由信号驱动，该信号可被分类为多于一种类型的定子信号(例如，多用途信号)。例如，定子绕组可以利用信号驱动，该信号可被分类为扭矩控制信号和功率传输信号两者，因为该信号在定子绕组中生成磁场，以驱动转子相对于定子的移动，并且还将功率从定子感应地传输到转子。在一些示例中，定子绕组可同时由这些定子信号中的一个或多个驱动，使得通过定子绕组的信号是这些定子信号中的一个或多个的叠加。在一些示例中，转子绕组也可以通过以下各项来被驱动：扭矩控制信号(例如，在相应的转子绕组中生成磁场以与(一个或多个)定子绕组的(一个或多个)磁场相互作用，以旋转转子)；功率传输信号(例如，将剩余功率感应地传输回定子绕组)；和/或数据信号(例如，将数据从转子绕组感应地传输到定子绕组)。

可以采用D/Q耦合方法来控制本公开中包括的机器，使得D/Q系统可被建立并被用于使用磁场D/Q分量(可控制的通道/轴)在机器中生成和控制扭矩，以及用于在定子与转子之间传输功率和/或对转子电路施加命令。

从同步D/Q参考系中的转子绕组的角度来看，在一些实现方式中，扭矩控制信号可表现为标称DC信号；来自定子的功率传输信号可表现为从这些标称DC信号调制的AC或DC信号分量；以及数据信号可表现为从这些标称DC信号调制的AC或DC信号分量。

从数学上讲，在D/Q表示中，定子绕组中的扭矩控制电流可被表示为I_q＝I_mag*sin(θ_e)，I_d＝I_mag*cos(θ_e)和I_z＝0，其中θ_e是同步参考系中的电流相量角，并且I_mag是经由Park变换转换为I_q和I_d的给定激励的电流大小。z轴是与D轴和Q轴正交的轴。在一些实现方式中，I_z为零，或基本为零(例如，强度可忽略的场)，并且可以被忽略；然而，在其他实现方式中，给定适当的机器拓扑，可以在z轴上进行功率传输和/或数据信号传输。

功率传输和/或数据信号调制可被叠加在这些分量中的一个或多个上，使得I_D，total＝I_D+I_D，mod、I_Q，total＝I_Q+I_Q，mod和I_z，total＝I_z+I_{z_mod}，并且每个I_mod可包括功率传输信号、数据信号或两者。

在四极转子实施例(θ_e＝90°)中以纯正交操作，I_Q＝I_mag，I_D＝0并且I_z＝0，使得I_D，mod和/或I_Z，mod是施加在0信号上的调制。然而，I_D，mod和/或I_Z，mod不必是在0信号上的调制。例如，如果θ_e≠90°，则I_D，mod是同步参考系中非零DC值的调制。注意，D/Q参考系中的“DC”信号是标称DC信号，表示将三相交替信号转换为给定操作点的同步参考系，并且DC信号可以针对不同的电机状态而改变。

在一些实现方式中，I_D，mod、I_Q，mod和/或I_{z_mod}中包括的数据信号是携载独立数据的单独数据信号激励，并且基本上可以被分开地处理。然而，在一些实现方式中，数据信号被嵌入在I_D，mod、I_Q，mod和I_{z_mod}的两个或更多个的组合中，例如，在电流角度和/或总电流大小的调制中。在一些实现方式中，转子电路配置可以帮助定义可用于通过数据信号激励与定子相互作用的可控制轴。

“功率传输”和相关联的术语是指定子-转子耦合，该定子-转子耦合使转子绕组充分通电，以生成不可忽略的磁动势。“数据信号传输”和相关联术语(例如，数据信号)是指主要表示数据传输的定子-转子耦合，例如，没有为转子绕组充分通电以生成不可忽略的电动势。

在一些情况下，功率传输可以通过所传输的功率的大小来与数据信号传输区分开来。例如，功率传输可与从定子绕组传输到转子绕组的功率是数据信号传输的至少10倍、至少100倍或至少1000倍相关联。在一些情况下，功率传输可以通过相关联的定子电压的大小与数据信号传输区分开来。例如，与功率传输相关联的定子电压可以是与数据信号相关联的定子电压的至少10倍、至少100倍或至少1000倍。在一些情况下，功率传输可以通过发生传输的频率与数据信号传输区分开来。例如，表示数据信号传输的电流和/或磁场可以以表示功率传输的电流和/或磁场的频率的至少十倍、至少100倍或至少1000倍的频率振荡。在一些情况下，功率传输可以通过相应的定子电流的形式与数据信号传输区分开来。

定子D轴与转子绕组之间的关系可以使用等效电路来建模，该等效电路包括带气隙的定子D轴绕组和转子绕组。例如，将这种技术用于三相绕线场同步电机，用于功率传输的D轴电流(I_S)可被表示为：

其中I_S是D轴电流，L_m是磁化电感，L_S是定子D轴电感，L_R是转子绕组电感，ω是频率，V_R是转子绕组电压，V_S是定子D轴电压，并且是相量角。如果我们假设/>接近90°，并且与磁化电感相比，泄漏电感很小，则I_S的幅度可以近似为：

此外，定子绕组与转子绕组之间的功率传输可以基于绕组的匝数比(即，每个线圈组中的匝数)逐步升高或降低。

实现方式不仅限于本公开中明确描述的D轴耦合和Q轴耦合示例。一般来说，从定子到转子的场耦合(扭矩控制、功率传输和/或数据信号)可以跨电机内的各种可控制通道(轴)实现。扭矩控制、功率传输和/或数据信号传输可以使用振荡定子侧电流执行，这些定子侧电流控制扭矩、耦合或传输功率和/或基于适当的定子拓扑、转子拓扑和/或激励模式在这些轴中的一个、两个或更多个轴上传输数据信号。在一些情况下，轴在函数之间被共享，而在一些情况下，轴专用于单个函数。例如，在给定适当的转子电路拓扑的情况下，功率传输可以在第一轴上被执行，并且数据信号可以在不同的第二轴上被传输，或者一个轴既可用于传输功率传输又可用于传输数据信号。

在一些示例中，定子和转子经由其他可控制通道(轴)进行控制。例如，电气机器可以关于另一个同步参考系来描述，该参考系可被称为MK参考系。MK参考系包括相互电感轴(M轴)、泄漏电感轴(K轴)、正交轴(Q轴)和零轴(N轴)，这些轴中的每个轴都可能是可用于控制电气机器中的扭矩、传输功率和/或传输数据信号的可控制轴，如上所述(例如，关于D轴、Q轴和N轴)。例如，通过在M轴、D轴、Q轴和/或N轴中引入调制，转子可以从定子绕组感应地接收功率变换信号和/或数据信号。

与本文所述具有D轴和Q轴的直接正交零转子(DQNR)参考系一样，控制器可以使用适当的变换在固定参考系(例如，包括定子和转子的相位作为可控制轴)与MK参考系之间或在DQNR参考系与MK参考系之间转换。例如，应用于从A、B、C、R(固定)参考系到(旋转)MK参考系的MK变换可以是：

例如，为了确定I_M、I_K、I_Q和I_Null(I_零)，电机控制器135可以将MK变换乘以一维电流矩阵I_A、I_B、I_C和I_R，以获得MK参考系中的一维电流矩阵I_M、I_K、I_Q和I_Null。

相对于使用直轴(D轴)、正交轴(Q轴)、零轴(N轴)、转子场轴(R轴)(DQNR)参考系的绕线场同步电机的控制方案，使用MK参考系的控制方案可以通过消除或几乎消除D轴与R轴之间的交叉耦合来降低控制复杂性。关于MK参考系及其在电气机器中的使用的其他细节和描述可以在于2021年7月7日提交的共同未决的美国临时申请63/219,096找到，该申请通过引用并入本文。

此外，尽管根据本公开的一些实施例不包括除绕组外的定子-转子耦合元件，但一些实施例确实包括附加的耦合元件，例如，刷子、滑环、光学发射器/传感器等。在一些实施例中，这些附加的耦合元件可用于数据信号传输和/或功率传输，表示与场耦合轴一起的替代可控制轴。

除了功能可以跨不同的可控制轴分布的各种方式外，功能也可以跨不同的转子绕组分布。第一转子绕组可用于数据信号传输，不同的第二转子绕组可用于功率传输，并且扭矩控制可以通过耦合至第一转子绕组和第二转子绕组中的一个或两个，或通过耦合至第三绕组来执行。此外，执行不同功能的绕组可暴露于来自定子的相同的通量(例如，形成极对)，或者可暴露于不同的通量。在一些实现方式中，一个转子绕组用于数据信号传输和功率传输两者。

例如，在图16(下文详述)中，绕组1602a和1604a形成暴露在第一磁通量的第一极对，并且绕组1602b和1604b形成暴露在第二磁通量的第二极对。在一些实现方式中，功率传输通过两个磁通量进行，例如，以便通过绕组1602a、1602b的AC功率传输为绕组1604a、1604b通电。然而，与功率传输信号不同，数据信号可以通过第一磁通量、第二磁通量或这两个磁通量来传输。例如，第一磁通量中的数据信号可被(例如，从转子绕组1602a和/或1604a中的电流/电压)提取，并用于确定不仅用于绕组1602a、1604a，而且用于绕组1602b、1604b和转子中的其他绕组的主动整流器切换，而数据信号不必也包括在第二磁通量中。

在图16的上下文中的自同步转子控制方案中的功能绕组联动的示例中，定子的状态(例如，定子绕组中的电压和/或电流)可以基于转子绕组1602a中的电压和/或电流估计，以及用于控制不仅在转子绕组1602a中，而且在一些实现方式中在其他转子绕组(例如，转子绕组1604a、1602b、1604b和/或其他转子绕组)中的主动整流的估计结果。

各种控制方案可用于控制主动整流器电路。一些控制方案是“自同步的”，因为它们不需要将特殊数据信号从定子传输到转子；相反，转子侧电路基于相同的D轴电流和/或Q轴电流在转子绕组中感应出的电流来控制主动整流器电路，这些电流为转子绕组通电并(例如，基于功率传输信号和/或扭矩控制信号)驱动转子的移动。其他控制方案是“信号驱动的”，因为它们包括经编码的数据信号，例如，嵌入到定子绕组到转子绕组D轴电流和/或Q轴电流(例如，嵌入到功率传输信号或扭矩控制信号中)的数据信号，以将电机状态数据从定子传递到转子。信号驱动控制方案可以替代地或附加地包括与用于功率传输和/或扭矩控制的轴分开的轴上的数据信号。一些控制方案包括自同步和信号驱动特征两者。

由于定子侧电流可对应于定子侧电压，因此包括嵌入电流的信号的方案可对应于包括嵌入电压的信号的等效方案。本公开中描述的关于定子侧电压中的信号的实现方式可等同于定子侧电流中的信号的实现方式，也可以描述定子侧电流中的信号，反之亦然。

这些方案不一定需要附加的定子到转子耦合元件；相反，在一些实现方式中，使用已经用于转子绕组通电和移动的定子绕组和转子绕组来传送信号。与包含特殊检测器、传感器、有线或无线连接或用于将信号从定子传输到转子的刷子的方案相比，这有助于降低成本并且提高性能和灵活性。

图6A示出用于转子控制的示例电路示意图。在本示例中，转子绕组600耦合至主动整流器电路602，该主动整流器电路602对转子绕组600中的电流进行整流。估计器单元604被配置成用于测量或估计转子电流I_R和转子电压V_R，并且基于这些值来确定估计的定子AC电压V_S。基于V_S，估计器单元604控制主动整流器电路602的可切换元件，以在转子电流上施加期望的时序和电平。

例如，对于定子和电压绕组的一些配置，定子电压V_S通过方程V_S＝L_k·dI_k/d_t+V_R与I_R和V_R相关，其中L_k是定子与转子之间的有效泄漏电感，并且I_k是转子泄漏电流(转子电流的注入分量)。因此，I_k和V_R的转子侧测量或估计允许对V_S进行估计。这是自同步计算，因为V_S是基于功率传输信号和/或扭矩控制信号引起的转子电流/电压估计的，而不是基于不同的数据信号。

虽然该方程表示定子-转子系统的一个可能模型，但其他模型可替代地用于基于转子绕组中的电压和/或电流来估计定子侧值。例如，估计器单元604中的数字存储器可以存储定子-转子系统的一个或多个数学模型，并将这些模型与数字逻辑结合使用来确定估计的定子信号参数。

可以基于V_S执行的控制功能的示例包括以下一项或多项。定子AC电压的相位被估计，并且转子电流/电压波形以正交方式被控制，以控制功率传输(例如，以最大化功率传输)。定子AC电压的频率被估计，并且转子电流/电压波形被控制为具有与定子AC电压的频率相匹配的频率，或具有与定子AC电压不同的预定义关系。定子AC电压的幅度被估计，并且转子电压波形被控制为具有与定子AC电压的幅度相匹配或是定子AC电压的幅度的两倍的幅度，或具有与定子AC电压不同的预定义关系。

可能没有必要测量或估计V_S和I_S两者；相反，在一些实现方式中，这些值中的仅一个值被测量或估计，并基于该测量或估计来执行控制功能。

图6B示出自同步控制方案的详细示例。转子绕组600耦合至主动整流器电路602，该主动整流器电路602对转子绕组600中的电流进行整流。估计器单元606被配置成用于测量或估计转子电流I_R和转子电压V_R，并且基于这些值来确定估计的定子AC电压V_S、估计的定子AC注入频率f_S和估计的定子AC注入相位

基于注入频率f_S，转换器单元608确定相对应的转子电流设定点I_R,Sp。该确定是基于f_S与I_R,Sp之间的预定关系作出的。例如，在一些实现方式中，在较低的定子AC注入频率下传输更多的功率，使得预定的关系指示I_R,Sp与f_S具有反向关系。

转子电流设定点I_R,Sp和所测得的或估计的转子电流I_R被馈送到比较器610，该比较器610为栅极驱动单元612提供输入，该输入被栅极驱动单元612用来使转子电流与转子电流设定点相匹配。例如，在一些实现方式中，转子相位基于估计的定子AC注入相位/>来被调整，以增加或减少定子AC电压与转子电压/电流之间的相对相位。相对相位调整所传输的功率量，并且因此调节转子电流。

栅极驱动单元612例如通过晶体管栅极或晶体管基极电压的调制控制主动整流器电路602中的切换元件(例如，晶体管)。

在本示例中，估计的定子AC电压V_S没有直接馈入到栅极驱动单元612、比较器610或其他转子逻辑单元中；然而，在一些实现方式中，V_S也用于或替代地用于控制主动整流器电路602的元件的逻辑操作。

在各种实现方式中，除本示例中的操作外的其他逻辑操作可被使用，以基于定子电压测量或估计的转子电流和/或电压，使转子电流/电压具有特定的大小、频率、相位或其他参数。估计器单元可以将除了测量或估计的V_R和I_R外的数据作为输入；例如，代替测量或估计这些值或者除了测量或估计这些值之外，转子电路可以检测V_R和/或I_R中的极性切换事件，并基于这些事件进行估计。此外，除了示例估计的定子侧参数V_S、f_S和外，还可以估计其他定子侧参数，例如，定子电流I_S或定子电流/电压极性切换事件。锁相环方法可用于将转子频率与定子频率同步，以设置转子频率的特定相对相位，或执行其他转子侧控制。

图7A示出信号驱动转子控制方案中使用的定子侧电压的示例。定子侧功率传输电压700用于执行向转子绕组的功率传输，如贯穿本公开中所描述。然而，除了功率传输电压700(例如，在各种实现方式中同样可以是扭矩控制电压)，附加的数据信号702被嵌入在定子绕组电压中，并且在该示例中(并非普遍)，沿与功率传输电压700相同的可控制轴。数据信号由转子中的检测器单元用于控制由此产生的转子电压设定点704。在该示例中，功率传输和数据信号传输两者都通过同步参考系中的D轴执行，并且两者耦合至相同的转子绕组712。然而，如上所述，一般来说不必如此。

数据信号702被配置成用于具有显著高于功率传输电压700的频率，该功率传输电压700也沿着与数据信号702相同的可控制轴耦合。例如，在一些实现方式中，功率传输电压或扭矩控制电压具有在100Hz至500Hz之间的频率，并且数据信号具有在1kHz至10kHz之间的频率。此外，数据信号的频率可小于定子逆变器的切换频率的1/2，例如，小于定子逆变器的切换频率的1/10。

数据信号和功率传输信号不需要与扭矩控制信号和转子的下层移动(例如，旋转频率)有特定的频率关系。例如，数据信号和功率传输信号不需要是扭矩控制信号的高阶谐波。相反，驱动频率(扭矩控制信号的频率)可独立于其他信号(例如，功率传输信号和数据信号)的频率，电机操作状态的改变不需要反映在相对应的改变中，例如，数据信号。例如，改变转子速度可以同步地对应于改变的扭矩控制速度，而数据信号频率和/或功率信号频率可以保持恒定或调制用于FM数据传输。

例如，在第一操作模式期间，扭矩控制信号可具有频率f₁；在第二操作模式期间，扭矩控制信号可具有与f₁不同的频率f₂；并且两种操作模式下的数据信号和/或功率传输信号可具有恒定频率或从恒定频率调制以执行FM数据传输的频率。

该不同定子-转子相互作用的解耦为转子侧电路设计提供了增强的灵活性，这些设计不必局限于基于转子操作条件的信号传输。

在图7A的示例中，数据信号702将二进制开/关数据传送到转子绕组。当数据信号702处于开启/活跃状态时(例如，在时间跨度706期间)，转子电压设定点704被控制为正。当数据信号702处于关闭/不活跃状态时(例如，在时间跨度707期间)，转子电压设定点704被控制为负。因此，数据信号702导致转子电压设定点704(以及因此转子电压，忽略非理想和切换延迟)具有以90°相位滞后的、与功率传输电压700相匹配的频率。

在操作上，图7A的示例控制方案可以通过在转子中的检测器单元中包括高通滤波器或带通滤波器来实现，使得检测器单元可以将数据信号702与功率传输电压700隔离，并相对应地调整转子电压设定点704。

图7A的示例包括简单的二进制数据传输，以控制转子电压的极性。然而，可以使用此处描述的方法发送许多其他类型的数据。例如，除了单纯的极性信息外，转子电流、转子电压、转子频率和/或转子相位的实际设定点值可以通过定子侧数据信号的适当配置以及转子侧检测器单元和其他切换和逻辑元件的互补配置来发送。数据信号可以采用一种或多种格式。例如，幅度调制(AM)和/或频率调制(FM)可用于将数据信号中的数据从定子传输到转子。

图7B示出实现图7A的示例信号驱动的转子控制方案的示例拓扑的示意图。可以在其他信息中对控制信息进行编码的数据信号被嵌入在定子绕组710的电压中，并在转子绕组712中感应相对应的电压。检测器单元714测量整体转子电流I_R(在其他实现方式中，其他转子参数可被替代地或附加地测量)，并从整体转子电流中提取指示或表示数据信号(包括经编码信息)的信号电流。检测器单元714采用预定的逻辑以基于信号电流来生成转子电压设定点V_R,sp。转子电压设定点V_R,sp由栅极驱动单元716用于控制主动整流器718中的切换元件，并且具体地使得切换元件使转子电压等于转子电压设定点V_R,sp。

检测器单元714被配置成用于正确地提取和解释检测到的数据信号(即，对经编码信息进行解码)，以及用于向栅极驱动单元716提供输出，栅极驱动单元716将理解该输出以控制主动整流器718。该检测器单元714可包括通过模拟电路系统进行“硬编码”，该模拟电路系统被配置成用于从检测到的转子电流和/或电压中提取特定类型的信号，以及用于提供相对应的输出、被编程为执行提取和输出的可配置数字逻辑，或这些元件的混合。例如，检测器单元714的过滤电路可以首先隔离数据信号，检测器单元714的模数转换器可以将数据信号转换为数字数据流，并且检测器单元714的微处理器(例如，控制器)可以分析数字数据流以获得输出(例如，转子电压频率设定点)并将输出传递给栅极驱动单元716，该栅极驱动单元716实现必要的切换操作以使转子操作符合输出。

例如，转子上的微处理器可由转子上的一个或多个电容器(例如，转子的主动整流器中包括的一个或多个电容器)供电。由于这些电容器由定子间接地充电，因此当电机关闭时，它们开始处于未充电状态，因此微处理器也关闭。然而，在一些实现方式中，主动整流器被动地起作用，直到电容器被充电，并且微处理器被供电并能够控制切换操作。参考图20更详细地描述了与该功能相关联的特征。

微处理器可以替代地或附加地由转子中或转子上包括的专用低压变压器(例如，安装在转子上并被布置成耦合到也用于功率传输的可控制轴的附加线圈)供电。附加线圈的匝数可被配置成用于提供微处理器操作所需的电压。因此，功率传输信号也为微处理器提供单独的专用功率，以实现主动整流。

在一些实现方式中，微处理器由转子电源(例如，转子中包括的电池)替代地或附加地供电。

尽管本公开有时将数据信号称为“嵌入”在其他信号中，但在一些实现方式中，数据信号(在D/Q公式中)不是“嵌入”在非零信号中，而是沿着给定可控制轴的唯一信号。

在一些实现方式中，自同步的和信号驱动的控制方案同时使用或相互结合使用。例如，自同步可能用于控制转子电压频率，并且数据信号可能被提取和被解释以控制转子电流设定点。

总的来说，检测器单元714、栅极驱动单元716以及控制主动整流中涉及的任何其他单元和/或电路(例如，如图6B所示的比较器610和转换器单元608)，无论是基于控制还是自同步方式，都可以称为转子控制单元。

图8示出导电耦合至图5B的主动整流器的转子绕组的示例定子侧电流和电压和转子侧电流和电压。具体地，曲线800示出来自定子的示例D轴电压(例如，功率传输信号，也称为D轴注入电压)，由基于生成的磁场的转子绕组感测；曲线802示出跨转子绕组的电压，由主动整流器控制；曲线804示出通过转子绕组的电流，由主动整流器控制；以及曲线806示出跨电容508的电压。

如图8所示，D轴电压800是50％占空比方波。在一些实现方式中，D轴电压800以0V为中心；然而，在一些实现方式中，D轴电压800包括有助于扭矩产生并在定子上生成D轴电流的DC偏移电压。

本示例中的转子电压802通常与D轴电压800成镜像，但由于主动整流器的操作而滞后90°。此外，转子电压802包括(由于主动整流器的配置的切换模式)与转子电压802的每个周期的负序列812相比，缩短转子电压802的正序列810的零序列808。

一般来说，转子电压802与D轴电压800之间的相位取决于主动整流器的特定配置，并可具有主动整流器配置引起的任何值。在一些实现方式中，约90°的相位提供向转子绕组的改进的功率传输，因为注入电压的功率传输随相位的正弦而变化。明确控制该注入电压角的能力是主动整流相比于被动整流的另一个益处，因为它不仅可以用于最大化功率传输，还可以用于调制定子与转子之间的功率传输的大小和方向。在一些实现方式中，控制该注入角度允许优先选择定子和转子上的某些半导体器件(例如，最小化伏安额定值，这可以大大降低成本)。

由于零序列，因此转子电压802的平均值小于零，使得在转子绕组中产生DC电压分量和DC电流分量。在一些实现方式中，DC电压和DC电流由主动整流器为正序列810和负序列812(而不一定包括零序列)设置不相等的持续时间而产生。DC电气部件对应于转子绕组的场生成功能，例如，生成耦合至定子场以生成扭矩的场。

转子电流804实质上是DC，当电容器与转子绕组交换能量时，具有对应于电容器电压806中的纹波相对应的波纹。实质上DC的转子电流804可以通过Q轴定子电压耦合，以相对于定子移动转子。在一些实现方式中，主动整流产生的扭矩和电流纹波小于被动整流产生的扭矩和电流纹波。

如本公开的其他地方所述，在一些情况下，转子的被动整流可需要每个注入周期将转子电流驱动到零一次，然后再充电。例如，该过程可能需要几十毫秒。这次表示所递送的总扭矩的损失，因为主要排斥扭矩被较小的、主要磁阻驱动的扭矩所取代。由于本公开中描述的主动整流的转子电流基本上恒定(对于电机的稳态操作)，随着时间的推移，所递送的总扭矩增加。

在一些实现方式中，由纹波电流生成的涡流可能会减少。由于转子电流保持更恒定，因此其他电机部件可被设计成更简单或具有更大的公差(例如，不考虑可变阻抗)。对转子电流的主动控制可被实现以主动地减少存储在转子场中的能量，让转子场有意识地且主动地降低其强度，并将电机置于低功率模式。相比之下，被动系统中的场能衰减可纯粹基于系统的L/R时间常数，这些常数在操作期间不容易修改。

在一些实现方式中，在主动场减弱期间，可以通过调整定子与转子之间的注入信号(例如，电压)的角度来将功率从转子引导到定子，使得转子电压领先于定子的电压。这可以快速耗散转子的能量，并捕获这种功率以用于生产目的(诸如再生)或定子侧更有效的散热。主动场减弱可能由适当的数据信号引起，这些数据信号导致主动整流器相对应地偏移注入角度。此外，在一些实例中，转子从定子接收多余的功率(例如，超过驱动(一个或多个)转子绕组和功率转子电路系统所需的功率)。作为响应，转子可以经由(一个或多个)转子绕组将功率传送回定子绕组(例如，通过调整定子与转子之间的注入信号(例如，电压)的角度，使得转子电压领先于定子的电压)。

与被动整流相比，主动整流的另一个优点是，主动整流电路可被配置成用于在某些操作模式下切换转子绕组的极性。例如，在第一方向上施加电流的主动整流器可切换到在相反的第二方向上施加电流，这在被动整流中有时是不可能的。因此，控制器(例如，控制器104)可以重新配置转子，例如，更改转子的极数。有关此类可重新配置转子的更多详细信息可以在2021年5月13日提交的第63/188,374号美国临时专利申请找到，通过引用整体并入本文中。

在本文公开的各种实施例中，带有主动整流器的转子可具有描述一个或多个整流器、一个或多个控制器和一个或多个绕组的组织的各种拓扑。例如，本文描述的转子中的每个可包括以下拓扑中的一项：(1)转子包括每个转子绕组一个主动整流器和一个控制器(以控制相关联的整流器)；(2)转子包括每个绕组单个主动整流器和中央转子控制器(以控制主动整流器中的每个)；(3)转子包括由转子绕组共享的中央主动整流器和中央转子控制器(以控制中央主动整流器)；(4)第二或第三拓扑的混合，其中绕组群共享主动整流器和/或控制器(以控制相关联的绕组群的整流器)，其中绕组群可被定义成使得类似极性的绕组组合在一起，以共享主动整流器和/或控制器。

利用多轴电压注入的主动整流

图9示出主动整流器900的另一个示例拓扑的示意图。如下所述，主动整流器900可被配置成用于双轴电压注入，也称为2轴电压注入。在该实现方式中，第一转子绕组902a由第一主动整流器子电路904a整流，并且第二转子绕组902b由第二主动整流器子电路904b整流。第一转子绕组902a和第一主动整流器子电路904a与第二转子绕组902b和第二主动整流器子电路904b并联。电容器网络906与两个绕组902a、902b和两个主动整流器子电路904a、904b并联。

第一转子绕组902a和第二转子绕组902b接收相应的D轴电压注入(例如，功率传输电压)，其大小大致相等且相位相反(例如，两个电压波形，其之间有180°相位)。例如，这些D轴电压注入由电机控制器104或其他控制定子绕组中电压和电流的控制单元设置。正如本公开中所述，图9的描述可以同样描述除D轴外，在另一个可控制轴上接收电压注入的转子绕组。

在一些实现方式中，由于由转子绕组902a、902b接收的D轴电压注入基本上相等且相反，因此当第一主动整流器子电路904a将能量传输到电容器网络906时，第二主动整流器子电路904b正在接收来自电容器网络906的能量。相反，当第一主动整流器子电路904a从电容器网络906接收能量时，第二主动整流器子电路904b正在将能量传输到电容器网络906。因此，与仅有一个转子绕组和仅有一个主动整流器子电路耦合至电容器网络906(具有相同的D轴电压注入模式)相比，传输到电容器网络906的最大总瞬时功率减少。因此，与单个整流器和转子绕组耦合至单个电容器的拓扑相比，可以在此类拓扑中使用更小的电容器。

图10示出根据主动整流器900的一般设计的主动整流器1000的实际实现方式。主动整流器1000包括两个主动整流器子电路1002a、1002b，其中的每个都是如图5B所述的全桥整流器。主动整流器子电路1002a、1002b共享共用的电容器1004，并耦合至各自的转子绕组1006a、1006b。每个主动整流器子电路1002a、1002b包括多个开关(例如，开关1008)。

在稳态电机操作中，主动整流器子电路1002a、1002b中的开关1008被操作a)使得在耦合至主动整流器子电路1002a、1002b的各自的转子绕组中保持基本直流的电流，以及b)使得主动整流器子电路1002a、1002b传输到电容器1004的各自的功率异相180°。

图9-图10的示例电路可以用电机的极对设计来解释。极对对应于来自定子的给定通量的暴露。转子绕组1006a被包括在第一极对中，并且转子绕组1006b被包括在第二极对中。定子电压相位被配置成使得两个极对的绕组看到异相180°的D轴电压注入。

在一些实现方式中，同时将能量传输到共用的电容器网络并从共用的电容器网络提取能量的主动整流器(例如，主动整流器900、1000)减少传输到共用电容器的最大瞬时功率总量。由此，与将分开的电容用于分开的绕组或将不同的功率分布转移到电容器/从电容器中转移不同的功率分布相比，主动整流器所需的总电容减少。在一些实现方式中，总的共用电容可被减少1/10、1/20或更多。在一些实现方式中，与单个线圈和整流器绑在单个电容器上的系统相比，电容器电压纹波减少，从而减少主动整流器中的应力和损耗。

此外，在一些实现方式中，扭矩纹波(例如，如图8所示的转子电流纹波)可能降低，因为转子电流纹波可能在很大程度上在两个主动整流器子电路之间抵消。扭矩纹波的减少可导致更低的损耗、更低的操作噪音和/或更简单的必要控制方法。

这种影响也可能在本公开的实现方式中看到，其中暴露于不同场通量的多个绕组是导电耦合的，例如，如图12、16和19所示的实现方式。每次注入生成扭矩纹波，但同等相位分离的轴(例如，360°/n相位或交错)意味着扭矩纹波的总和抵消。

图11示出与示例主动整流器1000的稳态操作相对应的示例电路波形。曲线1100示出经由转子绕组1006a从定子转移到第一主动整流器子电路1002a的D轴功率；曲线1102示出经由转子绕组1006b从转子转移到第二主动整流器子电路1002b的D轴功率；曲线1104示出曲线1100和1102的总和(换句话说，转移到共用电容器1004的总功率)；以及曲线1106示出电容器1006上的电压。如参考图9-10所述，曲线1100和1102异相180°；曲线1100和1102各自也包括零序列，如参考图8所述。

如图8-9所述，由于主动整流器1000的配置和传输到主动整流器1000内的电信号，因此电容器功率1104的最大瞬时值降低。此外，在一些实现方式中，电容器电压1106的纹波降低，和/或电容器1006的总电容降低。

图9-10的示例主动整流器电路拓扑及其相对应的定子侧电压模式，可以推广到n个耦合的转子绕组共享共用电容器并由n个各自的D轴电压激励的情况。n个D轴电压彼此相位间隔为360°/n，并且耦合至每个转子绕组的主动整流器(或主动整流器子电路)通过同样是彼此间隔360°/n的信号将功率传输到共用电容器。因此，传输到电容器的峰值总功率降低，并为电机操作和设计提供了优势，参考图10-11所述。在一些实现方式中，n个D轴电压相互交错。

图9-11示出n＝2情况下的电路和相对应信号的示例(即，双轴或二轴电压注入)。

对于n＝3情况的一些实现方式，三个转子绕组经由各自的主动整流器子电路和共用电容器相互导电地耦合。相对应的定子实现三轴注入来激励三个转子绕组，三个注入轴相位间隔120°。注意，“三轴注入”是指定子和转子的整体配置，与诸如Q轴、D轴和z轴之类的“可控制轴”的描述不同。

图12示出用于n个耦合的转子绕组1202的示例主动整流器电路1200的示意图。每个转子绕组1202由相对应的主动整流器子电路1204主动整流，主动整流器子电路1204相互并联并共享共用的电容器网络1206，该共用的电容器网络1206包括一个或多个电容器。每个主动整流器子电路1204在各自的耦合的转子绕组1202中实现电流的主动整流，主动整流使得通过n个主动整流器子电路1204传输到电容器网络1206的功率彼此异相360°/n度。在一些实现方式中，图12中所示的每个转子绕组来自转子的不同极对，并且转子中至少有n个极对。在一些实现方式中，传输的功率相互交错。

利用多轴分体式线圈注入的主动整流

如本公开中所述，可由作为开关的半导体器件来实现主动整流。然而，在一些情况下，半导体器件(例如，图5C中的开关504a-504d)可暴露在相对高的瞬时功率水平下。

具体来说，在一些情况下，主动整流转子绕组电流(例如，图8中的曲线804)包括相对较大的DC分量和相对较小的AC(纹波)分量。同时，在一些情况下，主动整流的转子绕组电压(例如，图8中的曲线802)包括相对较大的AC分量和相对较小的DC分量。转子绕组电压的相对较大的AC分量允许从定子绕组有效传输功率到转子绕组，而转子绕组电压的相对较小的DC分量可以通过例如引入转子绕组电压信号的零序列产生。

由于功率是电压乘以电流(V×A)，因此如果电流和电压的各自的AC分量和DC分量没有分离，那么与主动整流器中处理的平均功率相比，大DC电流分量和大AC电压分量一起导致主动整流器电路中的高峰值功率，其等于转子绕组DC电压乘以转子绕组DC电流。例如，在一些实现方式中，峰值功率是平均功率的十倍以上。这意味着主动整流器电路的组件(例如，半导体器件)必须具有相对应的高额定功率，从而增加组件大小。此外，在一些实现方式中，高峰值功率代表相对应的高损耗(例如，传导损耗)。

然而，在一些实现方式中，主动整流器(在一些实现方式中，定子侧电压)被配置为将转子电流和电压的AC分量和DC分量分离。因此，主动整流器电路组件携载a)相对较大的DC电流和相对较小的DC电压，或b)相对较小的AC电流和相对较大的AC电压。与主动整流器电路组件同时携载相对较大的DC电流和相对较大的AC电压的设计相比，这导致每个组件的峰值V×A降低。如下文进一步详细描述，图13-16示出可以分离AC和DC电流和电压分量的相应的主动整流器电路。

图13示出分离AC和DC电流和电压分量的示例主动整流器电路1300。耦合至来自定子的D轴功率传输信号的转子绕组1302端接两个并联输入：主动整流器子电路1304和低通滤波器1306。主动整流器子电路1304一起将电路1300的“AC侧”(包括转子绕组1302的交流侧)与电路1300的“DC侧”(其中包括低通滤波器1306)隔离。电容器1310在主动整流过程期间存储能量，并平滑转子绕组电流中的纹波。

主动整流器子电路1304可以如在整个公开中所描述的实现，例如，通过包括一个或多个基于转子绕组处从定子绕组接收的数据信号进行开关的主动开关的不对称桥或全桥。

在一些实现方式中，电路1300的DC侧上的驱动电路1308允许将DC电气组件与电容器1310分开控制，例如，在电容器1310上保持第一电压并且在电路1300的DC侧保持不同的第二DC电压。

在操作中，主动整流器子电路1304对转子绕组1302施加基本交流的电流1312，使得主动整流器子电路1304中的半导体器件暴露在较低的电流应力下。DC电流1314从主动整流器子电路1304通过低通滤波器1306传输到转子绕组1302，该DC电流1314与Q轴磁场耦合以在转子上产生电动势。

在一些实现方式中，低通滤波器1306的输入端口1316处的输入阻抗在D轴注入频率(例如，来自定子的D轴功率传输电压注入信号的频率)时很高；否则，定子与转子之间的功率传输可能受到负面影响，例如，在输入端口1316上有效短路。例如，在一些实现方式中，输入端口1316处的输入阻抗高于系统中总泄漏电感(包括定子D轴泄漏电感和转子泄漏电感)的阻抗，这可增加功率传输。该系统可以理解为总泄漏电感与输入阻抗之间的分压器。

定子D轴泄漏电感可以表示为与定子绕组串联的泄漏电感和与定子绕组并联的泄漏电感的组合；转子泄漏电感至少包括与转子绕组串联的泄漏电感。

正如本公开中所述，图13的描述可以同样描述转子绕组在除D轴外的另一个可控制轴上接收电压注入。

主动整流器电路1300的一个具体示例如图14所示。在本示例主动整流器电路1400中，电感器1402实现低通滤波；除了本文所述的任何差异外，图13和14的实现方式基本相似。

电感器1400的电感显著大于(例如，至少大于约十倍)系统中总泄漏电感的阻抗，以便作为实现高效低通滤波的主要能量库。

图15示出主动整流器电路1500的示例实现方式，其中通过适当选择泄漏电感将低通滤波机制嵌入到电路设计中。具体来说，第一转子绕组1502端接主动整流器子电路1504，并且第二转子绕组1506端接主动整流器子电路1504(在一些实现方式中，中间驱动器电路1505)的DC输出。正如本公开中所述，电容器网络1508在主动整流过程期间存储和释放能量。

在一些实现方式中，两个转子绕组1502、1506是并排缠绕的，例如，绕在同一个转子极周围，使得两个转子绕组1502、1506暴露于来自定子的相同的D轴电压(包含在极对中)。

第一转子绕组1502和第二转子绕组1506分别具有各自的泄漏电感1510、1512，尽管在图15中显示为分立组件，但在一些实现方式中，这些泄漏电感嵌入在各自的转子绕组1502、1506的设计中。例如，泄漏电感可能由定子和转子之间的气隙的(一个或多个)长度和宽度、转子和/或定子极的形状、极槽的配置或这些元素的组合来确定。第二转子绕组1506的泄漏电感1512显著地大于(例如，至少大约十倍于)第一转子绕组1502的泄漏电感1510。第二转子绕组1406的泄漏电感1512也显著大于(例如，至少大约十倍于)总定子侧D轴泄漏电感。

正如本公开中所述，图15的描述可以同样描述转子绕组在除D轴外的另一个可控制轴上接收电压注入。

图16示出分离AC和DC电流和电压分量的主动整流器电路1600的示例实现方式。在这个实现方式中，第一转子极由第一AC转子绕组1602a和第一DC转子绕组1604a通电。第二转子极由第二AC转子绕组1602b和第二DC转子绕组1604b通电。转子绕组对1602a、1604a和1602b、1604b分别缠绕在各自不同的转子极上，例如，围绕磁材料的相应部分周向缠绕。暴露在相同的场通量下，绕组1602a、1604a被包括在第一极对中，而绕组1602b、1604b被包括在第二极对中。

第一转子绕组对1602a、1604a由第一定子侧D轴电压1605a激励，第二转子绕组对1602b、1604b由第二定子侧D轴电压1605b激励。在一些实现方式中，两个D轴电压1605a、1605b具有反向极性，例如，彼此异相180°，如参考图9-11所述。

AC转子绕组1602a、1602b与各自的D轴极性相反的串联导电耦合(例如，绕组的绕组方向彼此相反，或绕组方向相同但绕组之间的电气耦合连接绕组端部使得极性相反)。

AC转子绕组1602a、1602b的剩余节点(例如，不将AC转子绕组1602a、1602b串联耦合的节点)端接于主动整流器子电路1606的输入1612。主动整流器子电路1606导电耦合至电容器网络1608和驱动器子电路1610。

DC转子绕组1604a、1604b串联导电耦合，其极性与各自的D轴相匹配。除了该串联耦合外，DC转子绕组1604a、1604b也与驱动器子电路1610的输出1614耦合。

该示例电路1600与相对极性D轴电压结合实现转子绕组电压和电流的AC和DC分量的有效分离。首先，主动整流器子电路1606在AC转子绕组1602a、1602b中施加AC电压和电流；这些AC信号分量执行定子到转子功率传输。此外，尽管AC转子绕组1602a、1602b与相反极性串联，但施加的D轴电压也具有相反的极性，因此AC转子绕组1602a、1602b中的相应电压建设性地增加。因此，主动整流器子电路1606的输入1612处的总AC电压是AC转子绕组1602a、1602b中的每个中AC电压的峰值幅度的两倍。

其次，由于DC转子绕组1604a、1604b以匹配的极性串联，因此这些绕组1604a、1604b中的AC分量相互抵消。驱动器子电路1610的DC电压输出(导电耦合至主动整流器子电路1606和电容器网络1608并且从主动整流器子电路1606和电容器网络1608汲取能量)提供DC电流通过DC转子绕组1604a、1604b；该电流耦合至来自定子的Q轴电压，以移动转子。在此实现方式中，不需要分离的电感器。因此，与图13的实现方式相比，电路成本和/或大小可能会降低。

在一些实现方式中，DC转子绕组1604a、1604b的转数比AC转子绕组1602a、1602b高。这可促进绕组端子电压的增加(同时保持V/转)和绕组端子电流的减少(同时保持A×转)。因此，驱动器子电路1610上的电流和电压应力可能会降低。在一些实现方式中，不包括驱动器子电路，DC转子绕组1604a、1604b直接导电耦合至电容器网络1508。

匝数比可被配置成使得电路1600的AC侧和电路1600的DC侧的峰值电压相等或大致相等(例如，彼此的50％以内、彼此的25％以内、或彼此的10％以内)。这可以避免需要在主动整流器子电路1606和驱动器子电路1610中执行显著的电压降压(或升压)。在一些实现方式中，匝数比与提供这些峰值电压的匝数比不同。

此外，由于AC和DC电气组件是分开的，峰值电容功率如本文所述降低，所需的电容大小、成本和/或额定功率相应降低。

电路1600不仅实现AC和DC电气分量的有效分离，还相对应地实现功率传输和场发生功能的有效分离。从定子到转子的功率传输是经由AC转子绕组完成的，而耦合至定子生成场以生成扭矩的场的生成是经由DC转子绕组完成的。

在一些实现方式中，多轴注入是通过在分开的定子绕组集中分离共模(CM)定子激励和差模(DM)定子激励来实现的。CM定子激励场是低频的，例如DC。定子CM线圈可以串联耦合，以强制CM电流。DM场是中或高频场(例如，比CM场的频率更高)，例如，正弦、梯形或锯齿。定子DM线圈可以以各种排列方式(例如，星形或Δ配置)连接。CM和DM场生成也可以通过其他方法实现，例如，修改定子线圈几何形状。

在一些实现方式中，CM和DM定子激励与三相定子注入和双轴注入结合使用。

正如本公开中所述，图16的描述可以同样描述转子绕组在除D轴外的另一个可控制轴上接收电压注入。

图17A-17C示出主动整流器1600的时间相关的电压和电流值的示例。如图17A所示，第一D轴电压1700a(对应于图16中的D轴注入1605a)和第二D轴电压1700b(对应于图16中的D轴注入1605b)异相360°/2＝180°。

如图17B所示，由于AC转子绕组1602a、1602b以相对极性串联，因此异相的D轴电压1700a、1700b不会抵消；相反，主动整流器子电路1606导致AC转子绕组1602a、1602b的净电压1702(对应于主动整流器子电路1606的输入1612的电压)为50％占空比的方波，其峰值幅度是D轴电压1700a、1700b的峰值幅度的两倍。

梯形AC电流1704源于电感系统(包括绕组1602a、1602b)中两个输入方波电压的组合。

如图17C所示，通过DC转子绕组1604a、1604b的电流1706基本上是直流的，因为来自AC转子绕组1602a、1602b的信号由主动整流器子电路1606整流，并且由于DC转子绕组1604a、1604b的串联线具有匹配的极性，导致自DC转子绕组1604a、1604b反射的AC电压抵消。同样，DC转子绕组1604a、1604b的净电压1708(对应于驱动器子电路1610的输出1614的电压)也基本上是直流的。

由于电流和电压的AC和DC分量是分开的，因此半导体组件的峰值功率减少，导致在一些实现方式中分量大小和成本减少并且损耗减少。

此外，在图16的实现方式中(以及如参考图19所述，对于具有两个以上注入轴的实现方式)，由于与多个注入轴相对应的绕组共享主动整流器子电路1606，因此总半导体组件计数可能会减少，从而在一些实现方式中相对应地减少寄生损耗。

此外，因为在一些实现方式中，主动整流器子电路1606的输入1612处的DC电流为零或大约为零，并且由于电流如图17B所示引导该输入1612处的电压，因此主动整流器子电路1606中软切换所需的电路系统可能会减小。当电压从高到低或低到高切换时，引导电流(例如，电流1704)为主动整流器子电路1606中的电容充电，从而减少主动整流器子电路1606的开关中的电流尖峰。

图18示出实现主动整流器子电路1606、电容器网络1608和驱动器子电路1610的示例电路1800。串联接线的AC转子绕组1602a、1602b端接于AC输入1802处。两个二极管1804和两个开关1806(例如，基于D轴电压中嵌入的数据信号控制的开关1806)使用电容器网络1808实现AC信号的主动整流，该实现方式中电容器网络1808包括两个电容器1810。

另一个二极管1812和另一个开关1814，即驱动器子电路，允许通过将DC绕组与电容器耦合/解耦，独立于电容器网络电压(例如，电容器网络1608上的电压)来控制耦合的DC绕组(例如，DC绕组1604a、1604b)。在没有驱动器子电路的情况下，DC绕组电压等于电容器电压。使用驱动器子电路，电容器网络上可以保持大电压，从而有利于功率传输。

参照图16-18描述的示例实现方式可以扩展到两个以上的D轴注入轴。在一些实现方式中，n个D轴注入轴为n对相对应的AC转子绕组和DC转子绕组通电。AC转子绕组与交替极性串联，而DC转子绕组与匹配的极性串联。AC转子绕组导电耦合至增量配置中的共用主动整流器子电路和共用电容器网络(例如，如图19所示)，因此DC电流输出到DC转子绕组。

在一些实现方式中，n个D轴电压总和为零或近似为零：例如，在一些实现方式中，n个D轴电压是彼此异相360°/n的匹配信号。此外，在一些实现方式中，主动整流器子电路施加在AC转子绕组的电压总和为零或近似为零。在一些实现方式中，施加在AC转子绕组上的电压是交错的。

图19示出使用三轴注入为三对转子绕组通电的示例主动整流器1900。特别是，三个AC转子绕组1902a、1902b和1902c相对于其各自的D轴以相反的极性串联在一起，三个DC转子绕组1904a、1904b和1904c相对于其各自的D轴以匹配的极性串联在一起。三轴定子侧D轴电压注入1905a、1905b和1905c彼此异相360°/3＝120°。

在一些实现方式中，绕组1902a和1904a被包括在第一极对中，绕组1902b和1904b被包括在第二极对中，以及绕组1902c和1904c被包括在第三极对中。

在此实现方式中，以及对于本公开中描述的其他AC/DC分离的电路，极对的数量不需要等于定子相位和/或轴的数量。例如，在一些实现方式中，转子包含的极对比现有的定子相位和/或轴多。在一些实现方式中，转子包含的极对比现有的定子相位和/或轴多，并且至少一些转子极对是并联缠绕的。

六个开关(例如，开关1906)通过AC转子绕组1902a、1902b和1902c实现电流的主动整流，其中电容器1908在主动整流期间存储能量。

正如本公开中所述，图19的描述可以同样描述转子绕组在除D轴外的另一个可控制轴上接收电压注入。

图19的示例主动整流器，以及具有n>2的主动整流器的其他示例，可能具有图16-18中n＝2情况中描述的部分或全部优势。例如，由于AC和DC分量有效分离，因此峰值功率要求降低，从而降低组件重量、大小和/或成本。主动整流器电路中的损耗可能会减少。总组件数量可能会减少。总电容器成本和/或大小可能会降低。

此外，本公开中描述的各种主动整流器(包括图5A-5B、9-10、12-16和19的示例主动整流器)可提供本公开中所述的主动整流的部分或全部优势。例如，主动整流可以提供减少的扭矩纹波和提高的功率效率。

具有电压调节器的主动整流器电路

如上所述，由于根据一些实现方式，主动整流器最终从定子获得功率，因此它们在无供电状态下开始电机操作。例如，在电机操作开始时可能无法执行主动切换操作，因为控制切换操作所需的能量不存在，例如，主动整流器中的电容器未充电，或者作为变压器的专用转子绕组尚未传输功率。由于缺乏主动控制，因此过电压可能会损坏电路组件或阻碍转子功能。

为了防止或减少此类过电压和其他电压尖峰(例如，切换频率的瞬态电压)，在一些实现方式中，主动整流器包括电压调节器。图20A示出不对称桥主动整流器电路2000的示例的示意图。节点2002处的转子绕组耦合至二极管2004和两个主动控制开关2006，这两个主动控制开关2006与电路2000的被动组件一起实现主动整流。包括电压调节器的其他电路的配置也可被实现，包括被动组件的不同排列和组合。

电路2000的开关看到的最大电压是电容器2008上的电压。在没有主动栅极控制的情况下，主动控制开关2006在开放、封闭和/或浮动配置中不受控制，这取决于实现方式，并且在任何情况下都不会同步切换以主动整流电流。在图20A的示例中，主动控制开关2006保持打开状态。

为了控制电容器电压2008，并防止它在没有主动栅极控制的情况下超过预定的最大值，电路2000包括调节器开关2010，如果调节器开关2010上的电压超过最大值，则使转子绕组短路。调节器开关2010可包括不依赖于外部控制器或栅极驱动器的晶体管和/或被动组件的组合。

在一些主动整流实现方式中，主动整流器中的开关可被实现使得当处于无供电状态时，开关被动地工作。例如，在一些实现方式中，双极结晶体管在没有主动控制的情况下在两个端子上整流电流。因此，在电机启动时，“主动整流器”充当被动整流器，直到主动控制可用。

图20B示出与示例主动整流器2000和另一个没有电压调节的主动整流器电路(未示出)的瞬时操作相对应的示例电路波形。曲线2020示出电容2008上的电压，其中调节器开关2010被包括在电路2000中；曲线2022示出电路2000中调节器开关2010的开/关状态；以及曲线2024示出在没调节器开关的情况下电容器2008上的电压。在没有调节器开关2010的情况下，电容器2008上的电压持续上升，导致可能的过电压(电容器2008上的电压最终将达到反射总线电压)。相比之下，曲线2020仅限于最大值。

在没有主动切换的情况下防止主动整流器过电压的电压调节器和主动整流器电路拓扑的其他实现方式也属于本公开的范围。

除了此处描述的组件和子电路外，耦合至转子绕组的主动整流器可包括其他组件。例如，在一些实现方式中，主动整流器包括用于测量电路参数(例如，电容器电压和/或转子电流)、并在一些实现方式中、除了本公开中明确描述的控制功能外、还执行控制功能的模拟和/或数字组件。在一些实现方式中，主动整流器包括一个或多个通信设备，例如，用于在转子内、转子与定子之间、或在转子与另一个控制器组件之间交换模拟和/或数字信号。

参照D轴耦合描述了此公开的各种实现方式(例如，参照图6-19中描述的实现方式)。然而，对于沿着电机内可能存在的任何一个或多个可控制轴的耦合，例如，沿着Q轴或沿着可能建立的另一个轴的耦合，等效实现方式属于本公开的范围。

主动整流器电路系统的电机结构

图21A-21B示出包括主动整流转子2101的电机2100的示例机械实现方式。印刷电路板(PCB)2102包括电路元件2104，例如，模拟电路元件、数字电路元件、被动电路元件、主动电路元件和/或主动整流器和转子控制单元的集成电路。PCB 2102轴向排列在转子2101的核心2106上，并通过互连2110(例如，电线或电缆)导电连接到转子绕组2108。PCB 2102限定电机轴可以穿过其的孔2112。

在一些实现方式中，如图21B所示，PCB 2102被放置在固定PCB 2102的壳体2114中。

主动整流器电路的其他配置和放置也是可能的。例如，在一些实现方式中，主动整流器电路被包括在PCB中，该PCB是径向布置而不是轴向布置在转子上。在一些实现方式中，主动整流器的部分分布在转子的多个区域，例如，在转子核心的两个相反的轴面上。

图21C-F图示出用于电机(诸如图3的电气机器300)的主动整流转子2120的另一个示例机械实现方式。更具体地，转子2120包括集成到转子2120的转子轴2124中的主动整流器组件2122。图21C是转子2120的轴向视图；图21D是沿图21C的轴向视图的线A-A截取的横截面视图；图21E是主动整流器组件2122的透视图；以及图21F是转子2120的分解视图。参考图21C，转子2120包括六个转子绕组2126。参考图21D，转子轴2124固定耦合至转子2120，使得转子轴2124随着转子2120旋转。转子轴2124和转子2120围绕轴承2128旋转，该轴承2128具有相对于结合转子2120的电气机器的定子旋转固定的固定部分。转子轴2124进一步包括腔2130，该腔2130可以经由在轴壳体上拆卸和附接盖子或固定器2132来选择性访问。腔2130接收并固定主动整流器组件2122，使得主动整流器组件2122也固定(例如，经由粘合剂、摩擦、盖子2132、钥匙、阀座、固定器或其他物理连接机制等)耦合至转子2120。因此，主动整流器组件2122相对于转子2120和转子轴2124旋转固定，使得主动整流器组件2122与转子2120和转子轴2124一起旋转。

转到图21E，主动整流器组件2122形成包括主体2134、电容器和盖子或壳体2136的盒。在图21F的分解视图中，图示出印刷电路板(PCB)堆叠2138，包括主动整流器和转子控制单元的电路元件(例如，模拟电路元件、数字电路元件、被动电路元件、主动电路元件和/或集成电路)。换句话说，PCB堆叠2138包括转子2120的主动整流器组件2122的主动整流器和转子控制单元。主动整流器和转子控制单元可以是本文(例如，关于图6A-B、7B、9、10、12-16、18-19或20A)描述的主动整流器和转子控制单元中的任一个。例如，主动整流器可包括具有开关(例如，MOSFET、IGBT、氮化镓晶体管等)和/或二极管的(全或不对称)h桥，并且转子控制单元可包括具有低压电源的局部微控制器(MCU)。主动整流器和/或转子控制单元(并且因此PCB堆叠2138)通过PCB堆叠2138处的互连2139导电连接到转子绕组2126，例如，导体通过轴中的通道进入转子绕组。在一些实施例中，转子绕组可以在位于轴2124外的PCB或互连2141上链接，然后通过互连2139连接到PCB堆叠2138(及其上的组件)。在PCB堆叠2138中，存在低电压连接器，以及高电压汇流条互连2140。汇流条2140可以由各自的绝缘板2142覆盖和固定，该绝缘板可以通过粘合剂、超声焊接或盒组件壳体2136的机械保留保持在位。或者，在某些实施例中，汇流条互连可与PCB堆叠2138一起位于2136内。主动整流器组件2122可以进一步包括储能元件，诸如电容器2144和/或PCB堆叠2138的一个或多个PCB上的电容器(例如，在图示示例中，PCB堆叠2138的最右边三个PCB包括薄膜电容器)。在其他示例中，主动整流器组件2122除了电容器外或代替电容器2144，还包括电感器、超级电容器或二次(可再充电)电池。此外，在一些实施例中，这些储能器件可被组合使用。储能元件耦合至PCB堆叠2138的主动整流器，以供用于存储由定子无线传输并由主动整流器捕获的电能，如本文所述。PCB堆叠2138的各种电路板可以通过连接器、触点、线束、焊接等相互连接。

至少在一些实施例中，主动整流器组件2122的盒形状因子实现下拉式组件和更换，以及组件与板之间的有效电压隔离。盒也可被密封，或被密封在腔2130内，以防止液体进入主动整流器组件2122，从而实现在整个主动整流器组件2122中使用直接冷却流。因此，图21C-F的实施例，以及后面的图21G-J的实施例可以允许以下各项中的一项或多项：(1)改进的冷却-直接液体冷却(浸没或喷涂)，(2)与机器腔隔离，(3)对主动整流器电路系统的较小力，(4)增加的功率密度，或(5)基于子组件盒的改进的维护和组装便利性。

图21G-J图示出用于电机(诸如图3的电气机器300)的主动整流转子2150的另一个示例机械实现方式。更具体地，转子2150包括主动整流器组件2152。图21G是转子2150的轴向视图；图21H是沿图21G的轴向视图的线A-A截取的横截面视图；图21I是主动整流器组件2152的透视图；以及图21J是转子2150的分解视图。

图21G-J的实施例类似于图21C-F的实施例，除了包含和容纳更大的电容器2154(见图21H和21J)代替图21D和21F中所示的电容器2144。因此，相同的数字用于标记转子2150的部件，就像用于标记转子2120的部件一样，上面提供的类似描述适用于转子2150的编号相似的部件。

电机控制

图22是可与本公开的各方面一起使用的示例控制器2200的框图。附加于或代替于前面描述的电机控制器104，还可以使用控制器2200。在前一种情况下，控制器2200和电机控制器104可被组合成单个集成控制器，或者控制器2200和电机控制器104可以是独立的分立控制器。除其他外，控制器2200可以监控电气机器300的参数，并发送信号来致动和/或调整电气机器300的各种操作参数。注意，主动整流器311(例如，图3A和3B)可包括本公开中描述的任何主动电路系统，并可由控制器2200控制，例如用于致动和/或调整电气机器300的操作参数。此外，尽管主要描述的是电气机器300，但控制器2200可以与本文描述的电气机器中的任一个(例如，包括电动机102)以类似于电气机器300的方式结合使用。换句话说，控制器2200可以监控电气机器的参数、(例如，除其他外，通过控制这些电气机器的主动整流器)致动和/或调整电气机器的各种操作参数。这些机器的主动整流器可以采取本文所述的主动整流器中的任一个的形式。

如图20所示，在某些实例中，控制器2200包括处理器2250(例如，作为一个处理器或多个处理器实现)和存储器2252(例如，作为一个存储器或多个存储器实现)，该存储器2252包含导致处理器2250执行本文所述操作的指令。处理器2250耦合至输入/输出(I/O)接口2254，以供用于与电气机器300中的组件(包括例如，转子位置传感器或电流传感器)发送和接收通信。在某些实例中，控制器2200可附加地与电气机器300的各种电气机器部件(包括到定子上的功率或驱动信号)中的一个或多个以及电气机器300中提供的其他传感器(例如，温度传感器、振动传感器和其他类型的传感器)传达状态，并向其发送致动和/或指令信号。通信可以是有线的、无线的，也可以是有线和无线的组合。在一些实现方式中，控制器2200可以是分布式控制器，其不同部分位于不同位置(例如，交通工具的不同部分)。额外的控制器可以与控制器2200一起使用作为独立控制器或网络控制器，而不背离本公开。

控制器2200可以具有不同程度的自主性来控制电气机器300。例如，控制器2200可以开始感测负载和/或速度的变化，操作员调整功率频率、电流大小和/或电流角度。或者，控制器2200可以开始感测负载和/或速度的变化，接收操作员的额外输入，并在没有操作员其他输入的情况下调整频率、电流大小和/或电流角度。或者，控制器2200可以开始感测负载和/或速度的变化，并在没有操作员输入的情况下调整频率、电流大小和/或电流角度。

例如，在操作中，控制器2200可以是被配置成用于为定子绕组通电并通过向定子绕组304发送指令信号在定子内产生定子磁场的控制器。例如，控制器2200可以为切换元件生成控制信号(例如，各自的脉冲宽度调制(PWM)控制信号)，以控制从电源到定子绕组的电流的施加(例如，下文将进一步介绍图25-26的开关控制器和切换元件)。控制器可被配置成用于通过以电流角度和大小发送电流通过定子来产生定子磁场，并且根据电气机器300的操作条件主动调整电流角度和大小。替代地或附加地，控制器2200可以从位置传感器316接收位置流。位置流代表转子位置。位置流可以是模拟或数字电或电磁信号。响应于接收位置流，控制器2200可以确定任何扭矩纹波的存在、不存在或存在的任何扭矩纹波的严重程度。然后，响应于确定存在扭矩纹波，控制器2200可以调整电流角度和/或电流大小。

在一些实现方式中，在高扭矩条件期间，电流相量角318在运动的方向上在转子极308之前增加。也就是说，在每个扭矩单元需要更大的电流的情况下，可导致增加的电流相量角318。一般来说，随着电流相量角318增加，由于D轴分量的变小，因此转子线圈310变得更加活跃(流经线圈的电流更多)。换句话说，随着电流相量角318的增加，每个转子绕组的场衰减得更快。线圈内更大的活动可导致扭矩纹波增加而没有缓解；然而，在每个极所经历的D轴分量增加期间，电流幅度可被增加，抵消增加的电流相量角318产生的潜在负扭矩。替代地或附加地，在高速、低扭矩操作期间，电流相量角318降低。替代地或附加地，在制动操作期间，电流角度可变为负。无论使用哪种操作模式，控制器2200都能够调整电流角度和/或电流幅度，以满足特定情况下电气机器300的当前需求。控制器2200能够通过定子以广泛的频率(例如，在50至1000赫兹(Hz)之间)与转子通信。在一些实现方式中，通信发生在100至1000Hz之间。无论如何，该系统能够比传统系统更快地传达变化。例如，传统的鼠笼型感应机器以基本上7Hz进行通信。较高频率传输的能力允许控制器2200无论操作条件如何都主动降低扭矩纹波，并快速适应操作条件的变化。

替代地或附加地，控制器2200可以与转子上的主动整流器311进行通信并且控制转子上的主动整流器311。因此，替代于或附加于相量电流角度和/或大小，通过转子绕组的电流可被主动调整。

图23是可与本公开的各方面一起使用的方法2300的流程图。方法2300的全部或部分可以由控制器2200、电机控制器104、主动整流器和/或转子控制单元执行，与本公开一致。定子电流通过电机的定子中的定子绕组发送，定子电流产生磁场，该磁场直接耦合至电机的转子中的转子绕组，以使得转子相对于定子运动(2302)。一个或多个数据信号被嵌入在定子电流中，数据信号配置成用于产生对由定子电流产生的磁场的调制(2304)。调制是这样的，当调制被转子绕组中的一个或多个转子绕组接收时，主动整流器响应于接收到的调制被控制。

图24是可与本公开的各方面一起使用的方法2400的流程图。方法2400的全部或部分可以由控制器2200、电机控制器104、主动整流器和/或转子控制单元执行，与本公开一致。定子的定子绕组被通电以在定子内产生定子磁场(2402)。通过建立磁通量，定子磁场修改转子极内的铁磁材料中的相对应的转子磁场(2404)。与转子相切的力由定子磁场中的偏移生成(2406)。转子由生成的切向力移动(2408)。数据信号由通电的定子绕组生成(2410)。数据信号使得当该数据信号被至少一个转子绕组接收时，主动整流器响应于接收到的数据信号而被控制，以控制气隙中通量通电的延迟，气隙被限定在定子的内表面和转子的外表面之间，并且响应于接收到的数据信号，转子内磁通量的衰减响应于磁场偏移而由至少一个转子绕组内的电流控制。

图25-26示出配置成用于实现功率切换的示例逆变器2500、2600。如本公开所述，逆变器2500、2600可以作为电机控制器104、控制器2200和/或定子或转子的一部分实现。

在图25的示例中，逆变器2500是三相两级逆变器。定子绕组A、B和C(未示出，在节点2502a、2502b、2502c处导电耦合)通过开关2504可切换地导电耦合至正电压轨2506，并且还通过开关2508可切换地导电耦合至负电压轨2510。定子绕组本身可以例如Y形配置或Δ形配置进行配置。轨2506、2510由电容器2512导电耦合。在一些实现方式中，轨2506、2510对应于电流源而不是电压源。

开关控制器2514主动控制开关2504、2508，以在定子绕组中实现三相功率(例如，引起转子的运动)和/或使用定子绕组中适当的电压/电流向转子传输信号。在一些实施例中，开关控制器2514可被结合到控制器104或控制器2200中。

图26示出示例三级中性点夹具(NPC)逆变器2600，除另有说明外，该逆变器2600如针对逆变器2500描述的一样操作。定子绕组A、B和C(未示出，在节点2602a、2602b、2602c处导电耦合)通过配对的开关2604可切换地导电耦合至正电压轨2606，并且还通过配对的开关2608可切换地导电耦合至负电压轨2610。配对的二极管2616在各自的配对开关集2604、2608之间进行导电耦合。开关2604、2608由开关控制器2614控制。在一些实施例中，开关控制器2614可被结合到控制器104或控制器2200中。

在示例逆变器2600中，定子绕组A、B和C导电耦合至中性点N(例如，以星形配置)；与中性点N的导电耦合可能是直接的，或者可以与一个或多个介电元件耦合。中性点N也在每个二极管对2616内导电耦合。两个电容器2612将中性点N导电耦合至正电压轨2606和负电压轨2610。正如针对逆变器2500所述，在一些实现方式中，轨2606、2610代表电流源而不是电压源。

在一些示例中，控制器104、2200、2514或2614中的一个或多个包括多输入多输出(MIMO)控制器或实现为多输入多输出(MIMO)控制器，例如，包括两个在R轴和D轴上接收电流误差的输入(例如，I_{R_Error}＝I_{R_Desired}-I_{R_Measured}；I_{D_Error}＝I_{D_Desired}-I_{D_Measured})和两个用于控制R轴和D轴上电压的输出。在这里，I_{R_Desired}和I_{D_Desired}可能是预设值和/或从输入扭矩或速度操作点值输入转换到电机系统的值(例如，从用户输入设备接收或从存储器中取回)，其中从速度或扭矩到期望电流(或电压)的转换可以通过查找表、动态反馈控制器或基于模型的控制器执行。I_{R_Desired}和I_{D_Desired}也可以包含任何期望的数据信号或功率传输信号或具有嵌入在其中的任何期望的数据信号或功率传输信号(通常称为I_{R_excitation}和I_{D_excitation}信号)，这些数据信号从定子传输到转子，或从转子传输到定子，如本文所述。I_{R_Measured}可以从转子上的电流传感器或估计器获得，并经由从转子绕组传达到定子绕组的数据信号无线地传达到控制器，如本文所述(例如，经由主动整流器沿控制通道或轴应用的调制)。或者，这可以通过传感器、估计器或观察器直接在转子上测量。I_{D_Measured}可以通过(例如，使用Clarke变换和Park变换)将定子的相位的电流测量或估计值变换为RDQN参考系来获得。MIMO控制器的R轴电压输出可以使用本文所述技术作为数据信号无线传达到转子，并可用于控制主动整流器以实现转子绕组上期望的电压电平(例如，如上关于图7B所述)。或者，在某些实施例中，定子可以将I_{R_excitation}施加到转子，其中转子信号通过嵌入在定子信号中的模式(I_{D_excitation})来传递。I_{D_excitation}信号将导致转子电路(例如，主动整流器)控制(一个或多个)转子绕组以使转子与该信号正交(即，异相90°)。响应于转子与I_{D_excitation}信号正交，I_{R_excitation}信号将有效地的导致(一个或多个)转子绕组。这种信号传输可以被描述为次要目标，并以定子递送的期望转子信号(I_{D_excitation})的大小和频率表示，通过其转子控制器可以选择其相对于定子信号的操作的相位以及其主I_R操作。主操作可以被描述为建立可导致扭矩的磁场。相反，次要目标是导致能量从定子转移到转子的、定子和/或转子上的信号或者替代地是两者之间的信号，而扭矩或磁场能量没有显著变化。D轴电压输出可以从RDQN参考系变换为定子的固定参考系，以为每个定子相位提供期望的电压电平(例如，三相系统中的V_A、V_B、V_C)。这些期望的电压电平可以被提供为查找表、功能、模型或算法的输入，该查找表、功能、模型或算法将期望的电压电平映射到PWM占空比，以供用于驱动每个相位的定子线圈的切换元件(例如，见图25和26的切换元件2504和2604)。然后控制器可以根据所确定的占空比来驱动这些切换元件。在操作中，MIMO控制器可以连续接收和采样输入电流误差并生成输出控制电压以(根据它们的主要和次要目标)驱动转子和定子。

图27是可与本公开的各方面一起使用的方法2700的流程图。方法2700的全部或部分可以由控制器2200、电机控制器104、主动整流器和/或转子控制单元执行，与本公开一致。方法2700也可由其他控制器和系统实现。

在框2705中，转子从定子无线地接收功率传输信号。这里，定子包括被配置成用于通电以限定定子极的定子绕组，并且转子包括被配置成用于通电以限定转子极的转子绕组。转子极可以与定子极相互作用(例如，磁相互作用或磁耦合)以产生转子与定子之间的相对力。定子可以是例如定子108、定子302或本文描述的另一定子。类似地，转子可以是转子106、转子304、转子2101、转子2120、转子2150或本文描述的另一转子。如本文所述，定子绕组可以经由由控制器(例如，控制器104或2200)生成的扭矩控制信号来通电，以限定定子极。例如，控制器可以并入开关控制器(例如，开关控制器2514或2614)以驱动逆变桥的切换元件，从而将扭矩控制信号施加到定子绕组(例如参见，图25和26)。扭矩控制信号可以沿着电机的一个或多个控制通道或轴(例如，D轴、Q轴、N轴、M轴、K轴等)生成。定子极和转子极与相互作用的相应磁场相关联，从而在转子上产生扭矩(例如，使转子旋转)。

此外，定子极和转子极可相互作用以在气隙中建立场，以及转子上的电流。转子上的电流的建立可以通过定子与转子之间的信号传输来完成，其中为了将功率传输信号从定子传输到转子，控制器可以使用本公开中描述的一种或多种技术驱动定子绕组。例如，功率传输信号可以沿着控制通道或轴(例如，D轴、Q轴、N轴、M轴、K轴等)注入，从而通过沿控制通道或轴的定子绕组产生调制信号(幅度调制或频率调制)，从而在转子的一个或多个转子绕组中感应功率传输信号。这些功率信号和/或数据信号可以单独传递，也可以与扭矩控制信号一起传递。

在框2710中，主动整流器从功率传输信号中捕获电能。这里，主动整流器旋转固定在转子上并且导电地耦合至转子绕组的一个或多个第一转子绕组。主动整流器可以是主动整流器311、500、510、602、718、900、1000、1200、1300、1400、1500、1600、1900、2000或另一个主动整流器。为了捕获电能，主动整流器由相对应的控制电路系统控制(例如，参见转子上微处理器或栅极驱动单元)。例如，控制电路系统(例如，利用各自的PWM信号)驱动主动整流器的切换元件以使调制功率传输信号的电能存储在一个或多个分立的、单独的储能元件上(例如，电容器、电感器、电池、超级电容器等，如本文在各种电路图和图纸中描述和所示)，并且也可包括转子绕组本身(转子绕组作为电感器)。储能元件可有助于保持转子总线电压以例如，为(一个或多个)转子绕组供电，以供用于从定子接收无线功率或数据传输同时产生扭矩。替代地或附加地，为了捕获电能，控制电路系统可(例如，利用各自的PWM信号)驱动主动整流器的切换元件以使调制功率传输信号的电能继续在主动整流器和(一个或多个)转子绕组中流动，从而导致主动整流器和(一个或多个)转子绕组充当谐振电路或正向转换器，其中电能以与电能输出的速率大致相同的速率被捕获。

在框2715中，主动整流器通过将从功率传输信号捕获的电能引导到一个或多个第一转子绕组来控制通过一个或多个第一转子绕组的电流。为了控制电流，主动整流器由相对应的控制电路系统控制(例如，参见转子上微处理器或栅极驱动单元)。例如，控制电路系统(例如，利用各自的PWM信号)驱动主动整流器的切换元件以使捕获的电能以期望的大小和方向从储能元件、转子绕组或谐振电路流动通过转子绕组。在一些示例中，主动整流器被驱动在转子绕组上生成(例如，通常具有方波形状的)周期性电压信号，该信号滞后定子D轴电压(例如，参见图8)。如图8所示，当转子电压处于方波循环的低部分时，这种方法通常导致捕获功率(如电容器电压806上升所示)，并在方波循环的高部分时以捕获的功率驱动转子绕组(如电容器电压806下降所示)。附加地或替代地，在整个申请中描述的其他主动整流器控制方案(例如，关于其他主动整流器拓扑)中的一个或多个也可以在框2715中使用。

如上所述，方法2700可以与本文公开的主动整流器实施例中的每个一起使用。在一些实施例中，方法2700包括额外的步骤，以适应特定主动整流器拓扑的特定特征，诸如使用多个主动整流器和共享电容器(例如，见图9-12)、应用低通滤波器(例如，见图13-15)、分离AC和DC分量(例如，见图13-19)，以及应用调节器开关(例如，见图20A)。

此外，如上所述，在一些示例中，捕获的电能也可以应用于为转子上的其他电路元件供电(例如，用于控制主动整流器的转子上微处理器)。此外，如上所述，在一些示例中，主动整流器被控制以将转子捕获的多余功率传输回定子和/或将数据传输到定子(例如，转子位置、转子温度、转子电流或其他状态)。

局部磁通变化在转子因开槽效应而旋转时自然发生，也可以用于通过由于磁链的变化而生成AC响应来传输功率。也就是说，由于转子极通过定子齿的齿过频率而生成AC响应(假设突出和/或集中的定子绕组)。在依赖此类固有变化的实现方式中，整个磁场中的高频变化/扰动可能会减少或不需要。有利的是，这种方法可生成更少的损耗(例如，切换和核心损耗)；然而，这些变化不能完全受控制，因为齿过频率是转子转速的函数。更高的转速往往根据局部开槽效应和磁通变化导致更有效的AC响应。

在本文所述的电气机器和方法的一些实现方式中，混合方案可以进行调整使得控制方案除了局部磁通变化外，还利用AC施加或注入(例如，用于从定子到转子的无线功率传输)。这提供了一种通过AC信号进行显式控制的方法，以及(例如，由开槽效应引起的)局部磁通变化的效率的好处。例如，在低速、高扭矩条件或需要大扭矩步进时，可以依靠注入的AC信号。在较高的转速和较低的扭矩要求下，将使用局部磁通变化，因为磁通需求不会那么高。有关此类混合控制方案的更多详细信息被提供在共同提交的PCT申请中并关于共同提交的PCT申请的图20，该申请题为“在具有AC和DC转子线圈的电机内无线传输电力(Wirelessly transferring power within an electric machine having AC and DCrotor coils)”，律师备审案件编号为175073.00032，并要求对美国临时申请第63/157,563号的优先权，上述申请的内容通过引用以其整体结合于此。

权利要求中对以不同名称表示的绕组群的引用并不意味着这些群是不同的或形成不同的、独立的集合，除非在权利要求中注明。

因此，己经描述了主题的特定实现方式。其他实现方式和修改属于以下权利要求的范围，并受益于此公开。它旨在接受所有此类实现方式和修改，并且因此，上述描述应被视为说明性的，而不是限制性的。在一些情况下，权利要求书中所列举的动作可以用不同顺序来执行，并且仍然实现期望结果。此外，在附图中描绘的过程不一定需要所示出的特定顺序或相继顺序来实现期望的结果，并且可以添加、重新排序、组合、省略或修改各种元素。进一步地，在一些非限制性示例中，某些操作可被并行地执行，包括由专用并行处理设备执行，或由被配置为作为大系统的一部分交互操作的分离的计算设备来执行。

以下说明书和附图中描述并图示一个或多个实施例。这些实施例不限于本文提供的具体细节，并可能以各种方式进行修改。此外，可能存在本文未描述的其他实施例。此外，由多个部件执行的功能可以由单个部件进行整合和执行。同样，本文描述的由一个部件执行的功能可以由多个部件以分布式方式执行。此外，被描述为执行特定功能的部件也可执行本文未描述的其他功能。例如，以某种方式“配置”的设备或结构至少以该种方式进行配置，但也可以以未列出的方式进行配置。

在一些非限制性示例中，本公开的各方面(包括方法的计算机化实现方式)可以实现为使用标准编程或工程技术来产生软件、固件、硬件或其任何组合，以控制处理器设备、计算机(例如，操作地耦合到存储器的处理器设备)或另一个电子操作控制器来实现本文详细描述的各方面的系统、方法、装置或制品。相对应地，例如，本发明的非限制性示例可被实现为在非瞬态计算机可读介质上有形地实现的指令集，使得处理器设备能够基于从计算机可读介质读取指令来实现指令。本发明的一些非限制性示例可包括(或利用)设备，诸如自动设备、包括各种计算机硬件、软件、固件等的专用或(特别编程和配置的)通用计算机，与下文的讨论一致。

如本文中所使用的，术语“制品”旨在包含可从任何计算机可读设备、载体(例如，非瞬态信号)或介质(例如，非瞬态介质)访问的计算机程序。例如，计算机可读介质可包括但不限于：磁存储设备(例如，硬盘、软盘、磁带等)、光盘(例如，致密盘(CD)、数字多用盘(DVD)等)、智能卡以及闪存存储器设备(例如，卡、棒等)。此外，将理解的是，可以采用载波来承载计算机可读电子数据，诸如，在发送和接收电子邮件或访问诸如互联网或局域网(LAN)之类的网络中使用的那些计算机可读电子数据。本领域技术人员将认识到，在不脱离所要求保护的主题的范围和精神的情况下，可以对这些配置作出许多修改。

根据本发明的方法的某些操作或执行那些方法的系统的某些操作可在附图中示意性地表示或在本文中另行讨论。除非另有指定或限制，特定操作在附图中以特定空间次序的表示不一定要求那些操作要以与该特定空间次序相对应的特定的顺序来执行。相对应地，附图中所表示或本文另行公开的某些操作可按照适于本发明的特定非限制性示例的方式、以与明确解说或描述的次序不同的次序来执行。进一步地，在一些非限制性示例中，某些操作可被并行地执行，包括由专用并行处理设备执行，或由被配置为作为大系统的一部分交互操作的分离的计算设备来执行。

如本文在计算机实现的上下文中使用的，除非另外指定或限制，否则术语“部件”、“系统”、“模块”等旨在涵盖包括硬件、软件、硬件和软件的组合、或执行中的软件的计算机相关系统的部分或全部。例如，部件可以是但不限于是处理器设备、正由处理器设备执行(或可由处理器设备执行)的过程、对象、可执行件、执行的线程、计算机程序，或计算机。通过图示的方式，在计算机上运行的应用和该计算机两者均可以是部件。一个或多个部件(或系统、模块等)可以驻留在执行的进程或线程内、可以被定位于一个计算机上、可以被分布在两个或更多个计算机或其他处理器设备之间、或可以被包括在另一个部件(或系统、模块等)内。

如本文所使用的，术语“控制器”和“处理器”和“计算机”包括能够执行计算机程序的任何设备，或可以包括被配置为执行所述功能的逻辑门的任何设备。例如，这可以包括处理器、微控制器、现时可编程门阵列、可编程逻辑控制器等。作为另一示例，这些术语可以包括一个或多个处理器和存储器和/或一个或多个可编程硬件元件，诸如任何类型的处理器、CPU、微控制器、数字信号处理器或能够执行软件指令的其他设备。

此外，本文中所使用的措辞和术语是出于描述的目的并且不应被视为限制性的。例如，“包括(comprising)”、包括(“including)”、“包含(containing)”、“具有(having)”及其变体的使用意味着涵盖之后列出的项目和它们的等效物以及附加的项目。此外，术语“连接”和“耦合”被广泛地使用，并且涵盖直接和间接的连接和耦合，并且可指物理或电气连接或耦合。当修饰语“基本上”用于修饰特定的动作、状态或其他术语(例如，基本上闭合)时，可以指在其使用的上下文中对于本领域技术人员而言显而易见的量，并且至少在一些实施例中该量指修饰术语的90％、95％、99％或99.5％。此外，与两个或更多个项一起使用的短语“和/或”旨在涵盖单独的项以及两个项一起涵盖。例如，“a和/或b”旨在涵盖：a；b；以及a和b。除非另有规定或限制，否则类似于“A、B和C中的至少一者”、“A、B和C中的一者或多者”等的短语意指A、B或C，或A、B和/或C的任何组合，包括与A、B和/或C的多个或单个实例的组合。

Claims

1.一种电气机器，包括：

定子，所述定子包括被配置成被通电来限定定子极的定子绕组；

转子，所述转子包括被配置成被通电来限定转子极的转子绕组，所述转子极与所述定子极相互作用以在所述转子与所述定子之间产生相对力，所述转子被配置成用于被磁耦合至所述定子，以无线地接收来自所述定子的功率传输信号；以及

主动整流器，所述主动整流器旋转地固定在所述转子上并且导电地耦合至所述转子绕组中的一个或多个第一转子绕组，所述主动整流器被配置成用于：

从所述功率传输信号捕获电能，以及

通过将从所述功率传输信号捕获的所述电能引导到所述一个或多个第一转子绕组来控制通过所述一个或多个第一转子绕组的电流。

2.如权利要求1所述的电气机器，进一步包括耦合至所述主动整流器的储能元件，其中所述主动整流器进一步被配置成用于将从所述功率传输信号捕获的电能存储在所述储能元件中，并且其中将所述电能引导到所述一个或多个第一转子绕组包括汲取存储在所述储能元件上的所述电能以及将汲取的电能引导到所述一个或多个第一转子绕组。

3.如前述权利要求中的任一项所述的电气机器，其中，所述转子进一步从所述定子无线地接收数据信号，所述数据信号对所述主动整流器的控制信息进行编码，并且所述主动整流器进一步被配置成用于响应于所述控制信息来控制流过所述一个或多个第一转子绕组的电流。

4.如前述权利要求中的任一项所述的电气机器，其特征在于，

所述转子进一步包括被配置成用于基于所述功率传输信号来估计所述定子的操作状态以确定控制信息的转子控制单元；以及

所述主动整流器进一步被配置成用于响应于所述控制信息来控制流过所述一个或多个第一转子绕组的电流。

5.如前述权利要求中的任一项所述的电气机器，其特征在于，所述主动整流器包括能控制开关，所述能控制开关被配置成用于被选择性地控制来从所述功率传输信号捕获所述电能，以及控制流过所述一个或多个第一转子绕组的电流。

6.如前述权利要求中的任一项所述的电气机器，其特征在于，由所述转子无线地接收的所述功率传输信号由所述一个或多个第一转子绕组接收或者由转子绕组中的一个或多个第二转子绕组接收。

7.如前述权利要求中的任一项所述的电气机器，包括控制器，所述控制器被配置成用于：

控制通过定子绕组的电流来对定子绕组通电以限定所述定子极并将所述功率传输信号无线地传输至所述转子。

8.如权利要求7所述的电气机器，其特征在于，为了控制电流通过所述定子绕组来为所述定子绕组通电以限定所述定子极，所述控制器被配置成用于以相对于转子极中最接近的转子极测得的电流角度向所述定子绕组发送扭矩控制信号。

9.如权利要求7-8中的任一项所述的电气机器，其特征在于，为了控制电流通过所述定子绕组来将所述功率传输信号无线地传输到所述转子，所述控制器被配置成用于发送所述功率传输信号通过所述定子绕组，功率传输信号扭矩控制信号不同于所述扭矩控制信号。

10.如权利要求7-9中的任一项所述的电气机器，其特征在于，所述控制器进一步被配置成用于：控制电流通过所述定子绕组来发送数据信号通过所述定子绕组，以将所述数据信号无线地传输到所述转子，所述数据信号不同于所述扭矩控制信号并且包括控制信息。

11.如权利要求8-10中的任一项所述的电气机器，其特征在于，所述控制器进一步被配置成用于：

响应于操作条件而调整所述电流角度；以及

响应于所述操作条件而调整所述扭矩控制信号的电流大小，

其中所述转子的旋转在操作期间与所述定子绕组产生的、所述定子极的磁场保持同步。

12.如前述权利要求中的任一项所述的电气机器，其特征在于，所述转子包括嵌入所述转子内的永磁体。

13.如前述权利要求中的任一项所述的电气机器，其特征在于，与转子极中的一个转子极相关联的每个转子绕组导电地耦合至单个相对应的主动整流器。

14.如前述权利要求中的任一项所述的电气机器，其特征在于，主动整流器包括以H桥配置布置的多个栅极。

15.如前述权利要求中的任一项所述的电气机器，其特征在于，所述主动整流器包括两个二极管和两个以H桥配置布置的栅极，所述两个二极管与所述一个或多个第一转子绕组串联布置，所述两个栅极与所述一个或多个第一转子绕组串联布置。

16.如权利要求14-15中的任一项所述的电气机器，其特征在于，所述转子进一步从所述定子无线地接收数据信号，其中所述栅极响应于所述转子从所述定子无线地接收的所述数据信号而致动。

17.如权利要求14-15中的任一项所述的电气机器，其特征在于，所述栅极包括晶体管。

18.如前述权利要求中的任一项所述的电气机器，包括转子控制单元，所述转子控制单元被配置成用于：

从所述定子无线地接收的所述功率传输信号中提取指示针对所述转子的操作设定点的数据信号；以及

响应于所述操作设定点控制所述主动整流器的切换操作。

19.如权利要求18所述的电气机器，其特征在于，所述数据信号通过幅度调制或频率调制被嵌入到所述功率传输信号中。

20.如权利要求18-19中的任一项所述的电气机器，其特征在于，所述操作设定点包括转子绕组电压设定点、转子绕组电流设定点或转子电压频率设定点。

21.如权利要求18-20中的任一项所述的电气机器，其特征在于，所述控制所述切换操作包括使得转子绕组电压领先于相对应的定子绕组电压，从而导致转子绕组电流主动减弱。

22.如权利要求1-17中的任一项所述的电气机器，包括转子控制单元，所述转子控制单元被配置成用于：

基于从所述定子无线地接收的所述功率传输信号来估计所述定子的操作状态；以及

响应于估计的操作状态控制所述主动整流器的切换操作。

23.如权利要求22所述的电气机器，其特征在于，所述定子的操作状态包括定子绕组电压。

24.如前述权利要求中的任一项所述的电气机器，其特征在于，所述转子绕组的n个转子绕组导电地耦合至彼此，并且其中所述电气机器进一步包括控制器，所述控制器被配置成用于：

对所述定子绕组施加包括n个电压分量的电压，每个电压分量由与所述电压分量相对应的电流产生的磁场耦合至所述n个转子绕组中相应的一个转子绕组，

其中所述n个电压分量各以不同的相位来表征，所述不同的相位彼此相隔约360/n度。

25.如权利要求24所述的电气机器，其特征在于，所述n个转子绕组被包括在不同相应的转子极对中。

26.如权利要求24-25中的任一项所述的电气机器，其特征在于，所述主动整流器包括导电地耦合至所述n个转子绕组中的每个转子绕组的共享电容器，所述共享电容器在所述主动整流器控制所述n个转子绕组中的每个转子绕组中的电流流动方向的同时存储能量。

27.如权利要求24-26中的任一项所述的电气机器，其特征在于，所述转子包括n个附加的转子绕组，

其中所述n个附加的转子绕组中的每个附加的转子绕组被包括在具有所述n个转子绕组中相对应的转子绕组的极对中，以及

其中所述n个转子绕组由所述主动整流器导电地耦合至所述n个附加的转子绕组。

28.如权利要求27所述的电气机器，其特征在于，所述n个附加的转子绕组相对于所述主动整流器以Δ配置导电地耦合。

29.如权利要求24-28中的任一项所述的电气机器，其特征在于，所述n个转子绕组以串联方式导电地耦合。

30.如权利要求29所述的电气机器，其特征在于，所述n个转子绕组相对于所述n个电压分量以交替极性串联地导电耦合。

31.如前述权利要求中的任一项所述的电气机器，包括

导电地耦合至所述主动整流器和所述一个或多个第一转子绕组的低通滤波器。

32.如权利要求31所述的电气机器，其特征在于，所述低通滤波器的DC输出被导电地耦合至所述主动整流器的DC输出。

33.如前述权利要求中的任一项所述的电气机器，其特征在于，所述主动整流器被配置成用于将零序列引入所述定子绕组在所述一个或多个第一转子绕组中感应的周期性电压中。

34.如前述权利要求中的任一项所述的电气机器，其特征在于，所述主动整流器被配置成用于在所述一个或多个第一转子绕组中，使周期性电压与所述定子绕组中的相对应周期性电压相比偏移约90度。

35.如前述权利要求中的任一项所述的电气机器，其特征在于，所述主动整流器被配置成用于产生非零DC电流通过所述一个或多个第一转子绕组。

36.如前述权利要求中的任一项所述的电气机器，其特征在于，与所述定子极相关联的且由所述定子绕组产生的磁场包括与相对应的转子极基本成一直线的D分量，以及在电气参考系内比相对应的转子极前90°的Q分量，以及

其中所述功率传输信号被包括在所述D分量的调制中、被包括在所述Q分量的调制中、或者被包括在所述D分量和所述Q分量两者的调制中。

37.如权利要求1-35中的任一项所述的电气机器，其特征在于，与所述定子极相关联的且由所述定子绕组产生的磁场包括与相对应的转子极基本成一直线的D分量，以及在电气参考系内比相对应的转子极前90°的Q分量，以及与所述D分量和所述Q分量正交的z分量，并且

其中所述功率传输信号被包括在所述z分量的调制中。

38.如权利要求1-35中的任一项所述的电气机器，其特征在于，所述功率传输信号提供用于对所述一个或多个第一转子绕组通电的功率的无线传输，并且所述转子进一步从所述定子绕组无线地接收数据信号，所述数据信号对所述主动整流器的控制信息进行编码，

其中所述功率传输信号沿着所述定子和所述转子感应耦合在其上的第一能控制轴无线地被接收，并且

其中所述数据信号沿着所述定子和所述转子耦合在其上的不同的第二能控制轴无线地被接收。

39.如权利要求1-35中的任一项所述的电气机器，其特征在于，所述功率传输信号提供用于对所述一个或多个第一转子绕组通电的功率的无线传输，并且所述转子进一步从所述定子绕组无线地接收数据信号，所述数据信号对所述主动整流器的控制信息进行编码，

其中所述功率传输信号和所述数据信号沿着所述定子和所述转子无线地磁耦合在其上的第一能控制轴无线地被接收，所述第一能控制轴是旋转参考系的轴。

40.如权利要求1-35中的任一项所述的电气机器，其特征在于，所述功率传输信号由所述转子基于所述定子的磁场的已调制幅度、所述定子的磁场的已调制频率或两者，沿所述定子和转子磁耦合在其上的能控制轴无线地被接收。

41.如权利要求1-35中的任一项所述的电气机器，其特征在于，所述定子耦合至一个或多个能控制轴上的所述一个或多个第一转子绕组。

42.如权利要求41所述的电气机器，其特征在于，所述相对力通过沿所述一个或多个能控制轴的第一能控制轴的耦合产生，并且

其中所述功率传输信号沿所述第一能控制轴无线地被接收。

43.如前述权利要求中的任一项所述的电气机器，其特征在于，所述主动整流器被配置成用于在第一转子绕组集中产生基本直流的电流，并且在不同的第二转子绕组集中产生基本振荡的电流。

44.如前述权利要求中的任一项所述的电气机器，其特征在于，所述主动整流器被包括在安装在所述转子上的一个或多个电路板中。

45.如权利要求44所述的电气机器，其特征在于，所述一个或多个电路板被集成到所述转子的转子轴中。

46.如前述权利要求中的任一项所述的电气机器，其特征在于，所述功率传输信号的频率独立于发送到所述定子绕组用于产生所述相对力的扭矩控制信号的频率。

47.如前述权利要求中的任一项所述的电气机器，其特征在于，所述转子进一步从所述定子绕组无线地接收数据信号，所述数据信号对所述主动整流器的控制信息进行编码，并且所述数据信号的频率独立于发送到所述定子绕组用于产生所述相对力的扭矩控制信号的频率。

48.一种控制电机的方法，所述方法包括：

通过转子，从定子无线地接收功率传输信号，所述定子包括被配置成用于通电来限定定子极的定子绕组，并且所述转子包括被配置成用于通电来限定与所述定子极相互作用以产生所述转子与所述定子之间的相对力的转子极的转子绕组；

通过旋转固定在所述转子上的主动整流器捕获来自所述功率传输信号的电能，其中所述主动整流器导电地耦合至所述转子绕组的一个或多个第一转子绕组；以及

由所述主动整流器通过将从所述功率传输信号捕获的电能引导到所述一个或多个第一转子绕组来控制通过所述一个或多个第一转子绕组的电流。

49.如权利要求48所述的方法，进一步包括：

由所述主动整流器将从所述功率传输信号捕获的电能存储在所述储能元件中，所述储能元件耦合至所述主动整流器，

其中将所述电能引导到所述一个或多个第一转子绕组包括汲取存储在所述储能元件上的所述电能以及将汲取的电能引导到所述一个或多个第一转子绕组。

50.如前述权利要求中的任一项的方法，进一步包括：

由转子从所述定子无线地接收数据信号，所述数据信号对所述主动整流器的控制信息进行编码，并且

其中由所述主动整流器响应于所述控制信息来控制流过所述一个或多个第一转子绕组的电流。

51.如前述权利要求中的任一项的方法，进一步包括：

由所述转子的转子控制单元基于所述功率传输信号来估计所述定子的操作状态以确定控制信息；以及

52.如前述权利要求中的任一项的方法，进一步包括：

选择性地控制所述主动整流器的能控制开关来从所述功率传输信号捕获所述电能，以及控制流过所述一个或多个第一转子绕组的电流。

53.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，由所述转子无线地接收的所述功率传输信号由所述一个或多个第一转子绕组接收或者由转子绕组中的一个或多个第二转子绕组接收。

54.如前述权利要求中的任一项的方法，进一步包括：

由控制器控制通过定子绕组的电流来对定子绕组通电以限定所述定子极并将所述功率传输信号无线地传输至所述转子。

55.如权利要求54所述的方法，其特征在于，为了控制电流通过所述定子绕组来为所述定子绕组通电以限定所述定子极，所述控制器以相对于转子极中最接近的转子极测得的电流角度向所述定子绕组发送扭矩控制信号。

56.如权利要求54-55中的任一项所述的方法，其特征在于，为了控制电流通过所述定子绕组来将所述功率传输信号无线地传输到所述转子，所述控制器发送所述功率传输信号通过所述定子绕组，所述功率传输信号扭矩控制信号不同于所述扭矩控制信号。

57.如权利要求54-56中任一项所述的方法，进一步包括：

由所述控制器控制电流通过所述定子绕组来发送数据信号通过所述定子绕组，以将所述数据信号无线地传输到所述转子，所述数据信号不同于所述扭矩控制信号并且包括控制信息。

58.如权利要求54-57中任一项所述的方法，进一步包括：

由所述控制器响应于操作条件而调整所述电流角度；以及

由所述控制器响应于所述操作条件而调整所述扭矩控制信号的电流大小，

59.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述转子包括嵌入所述转子内的永磁体。

60.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，与转子极中的一个转子极相关联的每个转子绕组导电地耦合至单个相对应的主动整流器。

61.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，主动整流器包括以H桥配置布置的多个栅极。

62.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述主动整流器包括两个二极管和两个以H桥配置布置的栅极，所述两个二极管与所述一个或多个第一转子绕组串联布置，所述两个栅极与所述一个或多个第一转子绕组串联布置。

63.如权利要求61-62中任一项所述的方法，进一步包括：

由所述转子从所述定子无线地接收数据信号；以及

响应于所述转子从所述定子无线地接收的所述数据信号而致动所述栅极。

64.如权利要求61-63中的任一项所述的方法，其特征在于，所述栅极包括晶体管。

65.如前述权利要求中任一项的方法，进一步包括：

由所述转子的转子控制单元从所述定子无线地接收的所述功率传输信号中提取指示针对所述转子的操作设定点的数据信号；以及

由所述转子控制单元响应于所述操作设定点而控制所述主动整流器的切换操作。

66.如权利要求65所述的方法，其特征在于，所述数据信号通过幅度调制或频率调制被嵌入到所述功率传输信号中。

67.如权利要求65-66中的任一项所述的方法，其特征在于，所述操作设定点包括转子绕组电压设定点、转子绕组电流设定点或转子电压频率设定点。

68.如权利要求65-67中的任一项所述的方法，其特征在于，所述控制所述切换操作包括使得转子绕组电压领先于相对应的定子绕组电压，从而导致转子绕组电流主动减弱。

69.如权利要求48-64中任一项所述的方法，进一步包括：

由所述转子的转子控制单元基于从所述定子无线地接收的所述功率传输信号来估计所述定子的操作状态；以及

由所述转子控制单元响应于估计的操作状态而控制所述主动整流器的切换操作。

70.如权利要求69所述的方法，其特征在于，所述定子的操作状态包括定子绕组电压。

71.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述转子绕组的n个转子绕组导电地耦合至彼此，并且其中所述方法进一步包括：

72.如权利要求71所述的电气机器，其特征在于，所述n个转子绕组被包括在不同相应的转子极对中。

73.如权利要求71-72中任一项所述的方法，进一步包括：

在所述主动整流器控制所述n个转子绕组中的每个转子绕组中的电流流动方向的同时，由所述主动整流器的共享电容器存储能量，所述共享电容器导电地耦合至所述n个转子绕组中的每个转子绕组。

74.如权利要求71-73中的任一项所述的方法，其特征在于，所述转子包括n个附加的转子绕组，

其中所述n个附加的转子绕组中的每个附加的转子绕组被包括在具有所述n个转子绕组中相对应的一个转子绕组的极对中，以及

75.如权利要求74所述的方法，其特征在于，所述n个附加的转子绕组相对于所述主动整流器以Δ配置导电地耦合。

76.如权利要求71-75中的任一项所述的方法，其特征在于，所述n个转子绕组以串联方式导电地耦合。

77.如权利要求76所述的方法，其特征在于，所述n个转子绕组相对于所述n个电压分量以交替极性串联地导电耦合。

78.如前述权利要求中的任一项所述的方法，包括：

由低通滤波器对所述主动整流器与所述一个或多个第一转子绕组之间的信号进行滤波，其中所述低通滤波器导电地耦合至所述主动整流器和所述一个或多个第一转子绕组。

79.如权利要求78所述的方法，其特征在于，所述低通滤波器的DC输出被导电地耦合至所述主动整流器的DC输出。

80.如前述权利要求中任一项的方法，进一步包括：

由所述主动整流器将零序列引入所述定子绕组在所述一个或多个第一转子绕组中感应的周期性电压中。

81.如前述权利要求中任一项的方法，进一步包括：

由所述主动整流器在所述一个或多个第一转子绕组中使得周期性电压与所述定子绕组中的相对应周期性电压相比偏移约90度。

82.如前述权利要求中任一项的方法，进一步包括：

由所述主动整流器产生非零DC电流作为通过所述一个或多个第一转子绕组的电流。

83.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，与所述定子极相关联的且由所述定子绕组产生的磁场包括与相对应的转子极基本成一直线的D分量，以及在电气参考系内比相对应的转子极前90°的Q分量，以及

84.如权利要求48-82中的任一项所述的方法，其特征在于，与所述定子极相关联的且由所述定子绕组产生的磁场包括与相对应的转子极基本成一直线的D分量，以及在电气参考系内比相对应的转子极前90°的Q分量，以及与所述D分量和所述Q分量正交的z分量，并且

其中所述功率传输信号被包括在所述z分量的调制中。

85.如权利要求48-82中的任一项所述的方法，其特征在于，所述功率传输信号提供用于对所述一个或多个第一转子绕组通电的功率的无线传输，并且所述转子进一步从所述定子绕组无线地接收数据信号，所述数据信号对所述主动整流器的控制信息进行编码，

86.如权利要求48-82中的任一项所述的方法，其特征在于，所述功率传输信号提供用于对所述一个或多个第一转子绕组通电的功率的无线传输，并且所述转子进一步从所述定子绕组无线地接收数据信号，所述数据信号对所述主动整流器的控制信息进行编码，

87.如权利要求48-82中的任一项所述的方法，其特征在于，所述功率传输信号由所述转子基于所述定子的磁场的已调制幅度、所述定子的磁场的已调制频率或两者，沿所述定子和转子磁耦合在其上的能控制轴无线地被接收。

88.如权利要求48-82中的任一项所述的方法，其特征在于，所述定子耦合至一个或多个能控制轴上的所述一个或多个第一转子绕组。

89.如权利要求88所述的方法，其特征在于，所述相对力通过沿所述一个或多个能控制轴的第一能控制轴的耦合产生，并且

其中所述功率传输信号沿所述第一能控制轴无线地被接收。

90.如前述权利要求中任一项的方法，进一步包括：

由所述主动整流器在第一转子绕组集中产生基本直流的电流，并且在不同的第二转子绕组集中产生基本振荡的电流。

91.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述主动整流器被包括在安装在所述转子上的一个或多个电路板中。

92.如权利要求90所述的方法，其特征在于，所述一个或多个电路板被集成到所述转子的转子轴中。

93.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述功率传输信号的频率独立于发送到所述定子绕组用于产生所述相对力的扭矩控制信号的频率。

94.如前述权利要求中任一项的方法，进一步包括：

由所述转子从所述定子绕组无线地接收数据信号，所述数据信号对所述主动整流器的控制信息进行编码，并且所述数据信号的频率独立于发送到所述定子绕组用于产生所述相对力的扭矩控制信号的频率。

95.如前述权利要求中任一项的方法，进一步包括将n个周期性电压施加到所述定子绕组，

其中所述n个周期性电压分别由与n个周期性电压相关联的定子电流耦合至n个转子绕组，所述n个转子绕组导电地耦合至彼此，并且

其中所述n个周期性电压各以不同的相位来表征，所述不同的相位彼此相隔约360/n度。

96.如前述权利要求中任一项的方法，进一步，其特征在于，所述主动整流器被控制用于将低通滤波施加到所述一个或多个第一转子绕组中的电压。

97.一种控制电气机器的方法，所述方法包括：

对定子的定子绕组进行通电以在所述定子内产生定子磁场；

通过建立磁通量，由所述定子磁场修改转子极内的铁磁材料中的相对应的转子磁场；

由所述定子磁场中的偏移生成与所述转子相切的力；

由生成的切向力移动所述转子；以及

由通电的定子绕组生成数据信号，

其中所述数据信号使得当所述数据信号被一个或多个第二转子绕组接收时，主动整流器响应于接收到的数据信号而被控制，以控制气隙中通量的激励延迟，所述气隙被限定在所述定子的内表面与所述转子的外表面之间，并且

其中，响应于接收到的数据信号，所述转子内磁通量的衰减响应于所述定子磁场中的偏移而由一个或多个第一转子绕组内的电流控制。