TW201330455A - 電動馬達／電產生器 - Google Patents

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Abstract

某些實施例係針對使用電機之裝置、方法及/或系統。舉例而言，某些實施例係針對一種電機，其包括：至少一個定子；至少一個模組，該至少一個模組包括至少一個電磁線圈及至少一個開關，該至少一個模組附接至該至少一個定子；至少一個轉子，其具有附接至該至少一個轉子之複數個磁鐵，其中該至少一個模組與該複數個該等磁鐵呈間隔關係；且該至少一個轉子與該至少一個定子呈一旋轉關係，其中該電機中之該至少一個模組之數量及組態係部分地基於一或多個操作參數而判定；其中該至少一個模組能夠被獨立地控制；且其中該至少一個模組能夠至少部分地基於以下各項中之一或多者重新組態：操作期間之至少一個操作參數、操作期間之至少一個效能參數或其組合。本發明亦揭示其他實施例。

Description

電動馬達/電產生器
本發明大體而言係關於經調適以用於各種應用之電動馬達/電產生器以及相關方法及/或系統。本發明之某些實施例係關於如下之電動馬達/電產生器：1)係可逆的；2)能夠在功率及/或RPM範圍之部分中高效地產生高扭矩；3)能夠在功率及/或RPM範圍之部分中高效地產生動力；4)能夠實質上在一整個經界定廣泛功率及/或RPM範圍中高效地產生高扭矩；5)能夠實質上在一整個經界定廣泛功率及/或RPM範圍中高效地產生動力；6)係小型的；7)係模組化的；或8)其組合。舉例而言，某些實施例能夠用作直驅式輪子馬達、自前進式裝置、泵及/或發電。
2011年6月10日提出申請之第2011902310號澳大利亞臨時申請案以整體引用之方式併入本文中。
已知在多個應用領域中使用電動馬達/電產生器。舉例而言，在自前進式裝置、泵及/或發電中。傳統電動馬達/電產生器通常在特定速度及功率要求下相當良好地運轉。然而，當速度或功率輸出變化時，此等傳統馬達/產生器之效率下降。為確保裝置保持以高效率操作，大多數裝置經常甚至在較低速度將足夠時亦以較高速度運行，從而浪費能量，或耦合至昂貴且笨重的傳動系統，該等傳動系統需要持續維護且極大地增加活動零件之數目，從而增加故障風險。
取決於應用，修改現有馬達驅動系統以使得其具備可調整速度驅動(ASD)能力可引入能量節省。然而，給傳統馬達添加ADS係一種昂貴的做法。必須修改電源供應器之頻率，從而需要使用大型且昂貴之電子開關之高電流切換。此外，一旦調整馬達之速度，馬達可不再以其尖峰效率操作，因此，使馬達較慢地運行之能量節省可被使馬達在較不高效之一範圍中運行所抵消。
已知牽引電動馬達之各種組態。然而，對於諸多應用，此等馬達往往具有過大的重量及體積。亦已知圓盤形輪子馬達之使用，其位於一輪子處或一輪子內且直接驅動。目前，用於(舉例而言)混合式電動車(HEV)及電動車(EV)中之大部分牽引馬達係內部永久磁鐵同步機。與其他同步設計一樣，此等內部永久磁鐵同步機在高功率操作期間可遭受傳導及磁損失以及熱產生。轉子冷卻比使用無刷直流馬達困難，且峰點效率通常較低。一般而言，電感電機較難控制，控制法則係較複雜且較不適合建模。在一適合扭矩-速度範圍內達成穩定性及控制溫度比使用無刷直流馬達困難。電感電機及磁阻切換式電機已使用達數年，但需要修改以在(舉例而言)HEV及EV應用中提供適合最佳效能。
在(例如)風力發電之一應用中，此等系統往往係大體積且修理起來成本高。此等系統通常亦需要一變速箱、一馬達、一反相器及/或一變壓器，從而使該等系統成為經歷較大失靈機會之相當複雜系統。
需要針對電動馬達/電產生器之經改良系統、裝置及方法。本發明係針對克服及/或改善根據本文中之論述將變得顯而易見之先前技術之缺點中之至少一者。
此發明內容意欲對某些實施例進行說明。在說明書中揭示了裝置、使用方法、製造方法及/或系統。某些實施例可能未在此發明內容中進行揭示，但在其他實例或本發明之其他部分中進行了揭示。
某些實施例係針對一電機，其包括：至少一個定子；至少一個模組，該至少一個模組包括至少一個電磁線圈及至少一個開關，該至少一個模組附接至該至少一個定子；至少一個轉子，其具有附接至該至少一個轉子之複數個磁鐵，其中該至少一個模組與該複數個該等磁鐵呈間隔關係；且該至少一個轉子與該至少一個定子呈一旋轉關係，其中該電機中之該至少一個模組之數量及組態係部分地基於一或多個操作參數而判定；其中該至少一個模組能夠被獨立地控制；且其中該至少一個模組能夠至少部分地基於以下各項中之一或多者重新組態：操作期間之至少一個操作參數、操作期間之至少一個效能參數或其組合。
某些實施例係針對一電機，其包括：至少一個定子；至少一個模組，該至少一個模組包括至少一個電磁線圈及至少一個開關，該至少一個模組附接至該至少一個定子；至少一個滑塊，其具有附接至該至少一個滑塊之複數個磁鐵，其中該至少一個模組與該複數個該等磁鐵呈間隔關 係；且該至少一個滑塊與該至少一個定子呈一線性關係，其中該電機中之該至少一個模組之數量及組態係部分地基於一或多個操作參數而判定；其中該至少一個模組能夠被獨立地控制；且其中該至少一個模組能夠至少部分地基於以下各項中之一或多者重新組態：操作期間之至少一個操作參數、操作期間之至少一個效能參數或其組合。
某些實施例係針對一電機，其包括：至少一個定子；至少一個模組，該至少一個模組包括至少一個電磁線圈及至少一個開關，該至少一個模組附接至該至少一個定子；至少一個轉子，其具有附接至該至少一個轉子之複數個磁鐵，其中該至少一個模組與該複數個該等磁鐵呈間隔關係；且該至少一個轉子與該至少一個定子呈一旋轉關係。
某些實施例係針對一電機，其包括：至少一個定子；至少一個模組，該至少一個模組包括至少一個電磁線圈及至少一個開關，該至少一個模組附接至該至少一個定子；至少一個滑塊，其具有附接至該至少一個滑塊之複數個磁鐵，其中該至少一個模組與該複數個該等磁鐵呈間隔關係；且該至少一個滑塊與該至少一個定子呈一線性關係。
某些實施例係針對一模組化、更具撓性、更加可調適電動馬達。
某些實施例係針對裝配在一電車上使電池壽命增加10%、20%、30%、40%、50%或50%以上之一電動馬達。
某些實施例係針對比相同種類之類似有競爭力之電動馬達小及/或輕之電動馬達。由於其小尺寸，其開啟了關於 將馬達安裝在何處之大量選項。舉例而言，在一車輛中，馬達可直接安裝至輪子。本發明實施例中之一者與Tesla的當前電動馬達之間的一比較指示某些實施例使功率對重量比率加倍。某些實施例具有比具有一實質上類似尺寸及重量之一無刷永久磁鐵三相電機大25%、50%、100%、125%、150%、200%、250%或300%之一功率對重量比率。
在某些實施例中，無刷軸向通量電動馬達之一典型配置包括：一或多個轉子，其呈以旋轉方式支撐於穿過其中心之一軸件上之圓盤(此等圓盤可係實質上平坦的、圓盤形的)形式，每一該轉子具有以交替極性圍繞其周邊嵌入之一圓形高能量永久磁鐵陣列，該等磁鐵之軸平行於該軸件；一或多個定子，其呈平行於該等轉子固定且藉由一小氣隙分離之圓盤形式，每一該定子具有圍繞其周邊嵌入在與該等磁鐵相同之中心直徑上之一圓形電磁線圈陣列；感測導軌(或構件)，其用以偵測該等轉子之絕對位置及旋轉速度；及一控制系統，其回應於來自該等感測導軌(或構件)之輸入以及功率及旋轉方向命令，激磁該等磁性線圈以吸引及排斥該等磁鐵以用於產生旋轉運動之目的。某些組態之一個優點係其高功率及/或扭矩密度、所產生之扭矩之量值與由該等線圈產生之磁通量之強度成比例、該等永久磁鐵之磁通量之強度、線圈及磁鐵陣列之有效直徑以及此二者之間的間隙。同時，使用電子整流來控制至個別定子線圈之電流在一廣泛功率及RPM範圍內具有高能量效 率，從而產生基本上平坦之效率曲線。
本發明之某些實施例係針對無刷軸向通量直流電動馬達之組態，該等無刷軸向直流電動馬達具有以下特性中之一或多者：高功率及/或扭矩密度；其組合了快速加速與一廣泛RPM範圍；其具有低重量及/或緊致形式，從而使其適於各種應用；其採用複雜控制機構(或構件)以在整個所要操作參數範圍中獲得高效率；其具有最小冷卻要求；其係強固且機械及電可靠的；其能夠藉由組裝呈適用於自汽車至重型卡車之車輛及機器之一系列組態之標準組件而製造；其可經調適以用作能夠在一整個高度可變產生條件範圍中最佳化產生效率之一風力、潮汐或波浪發電機且其可以一有競爭力之成本製造。
根據某些實施例，一無刷軸向通量直流電動馬達包括：一或多個圓盤形定子，圍繞該一或多個圓盤形定子周邊，可嵌入一圓形等間隔(或實質上等間隔)電磁線圈陣列；一或多個圓盤形轉子，圍繞該一或多個圓盤形轉子周邊，可嵌入一圓形等間隔(或實質上等間隔)磁鐵陣列，該陣列具有與電磁線圈之陣列相同或實質上相同之中心直徑，且該等磁鐵具有交替極定向；該等轉子平行(或實質上平行)於該等定子以旋轉方式被支撐，其中在其之間具有一氣隙。可切掉該等定子之中心部分以准許支撐該等轉子之一軸件從中穿過且由該等定子與該軸件同心地支撐電路板，該等電路板可併入有固態開關，該等固態開關可由來自一控制系統之命令信號啟動以給該等電磁線圈供電以致使該等轉 子旋轉。在某些實施例中，可提供一或多個感測器以產生與該等轉子之絕對位置及瞬時位置相關之信號。在某些實施例中，可提供一或多個感測器以產生與該等轉子之實質上絕對及/或實質上瞬時位置相關之信號。在某些實施例中，該等永久磁鐵係充分強大且可係為稀土類型且該等電磁線圈係為產生高磁通量位準之一形式，但具有低磁阻，從而准許極性之快速切換或反轉。在某些實施例中，該等永久磁鐵可係充分強大及/或可係為稀土類型，其中該等電磁線圈中之一或多者係為產生充分高磁通量位準之一形式。在某些實施例中，習用形式之永久磁鐵及/或電磁線圈視情況用於較低成本應用之電動馬達或需要滿足不同操作參數之電動馬達中。電流可經由該等定子之結構供應至該等固態開關，藉此准許在最小損耗之情形下至該等固態開關之一強電流，且該等電磁線圈嵌入在該等定子中准許高效傳導冷卻。在某些實施例中，電流可經由該等定子之結構供應至該等固態開關，藉此准許在適當最小損耗之情形下至該等固態開關中之一或多者之一適當強電流，且該等電磁線圈在該等定子中之嵌入准許適合高效傳導冷卻。該等開關緊鄰該等電磁線圈定位提供具有最小損耗的低電阻傳導路徑。在某些實施例中，該等開關毗鄰(或實質上毗鄰)該等電磁線圈中之一或多者定位提供具有適合最小損耗的適當低電阻之傳導路徑。在某些實施例中，此等特徵中之一或多者之組合提供高功率密度之一電動馬達及/或能夠在一廣泛RPM範圍內高效地操作之電動馬達。在某 些實施例中，可將直流電動馬達之控制系統製作成係連續調適的，從而利用複雜邏輯關於支配操作參數判定最高效的操作模式。在某些實施例中，直流電機之控制系統可係充分連續(或實質上連續)調適的，從而利用邏輯關於一或多個支配操作參數判定或估計適當高效的操作模式。
參閱以下說明、隨附申請專利範圍及附圖，將更好地理解本發明之此等及其他特徵、態樣及優點。
現在將參考一或多個實施例詳細地闡述本發明，該一或多個實施例之實例圖解說明於附圖中。實例及實施例係以解釋之方式提供且不應將其視為限定本發明之範疇。此外，圖解說明或闡述為一項實施例之部分之特徵可單獨用於提供其他實施例且圖解說明或闡述為一項實施例之部分之特徵可與一或多項其他實施例一起使用以提供其他實施例。將理解，本發明將涵蓋此等變化形式及實施例以及其他變化形式及/或修改形式。亦應理解，一項實施例之一或多個特徵可係可與其他實施例之一或多個特徵組合。另外，某些實施例中之一單個特徵或特徵組合可構成額外實施例。
除非另有明確說明，否則本說明書(包含附隨申請專利範圍、摘要及圖式)中所揭示之特徵可由用於相同、等效或類似目的之替代特徵替換。因此，除非另有明確說明，否則每一所揭示特徵係一系列一般等效或類似特徵中之一項實例。
實施方式中所使用之主題標題僅係出於便於讀者參考而包含在內而不應用於限定整個發明內容或申請專利範圍中所發現之標的物。該等主題標題不應用於解釋申請專利範圍或申請專利範圍限定之範疇。
某些實施例由可含納於一外殼中之一定子及一轉子組成。轉子在定子附近形成一磁場；定子在該磁場中形成一干擾，其迫使轉子移動至最小化磁場中之干擾之一位置。轉子可由附接至一軸件之一系列永久磁鐵組成。定子可由附接至一外殼之一系列線圈組成。外殼可裝納軸承以確保轉子可旋轉以最小化磁場中之干擾。某些實施例係針對一電機，其包括：至少一個轉子，在該轉子中或與該轉子接觸地使用之複數個磁鐵；至少一個定子及在該定子中或與該定子接觸地使用之複數個線圈，其中該組態含納、部分地含納於一外殼內；及一控制電子器件，其提供對產生干擾之每一線圈及/線圈叢集之個別控制。在某些實施例中，控制電子器件提供對產生干擾之一或多個線圈及/或一或多個線圈叢集之個別控制。在某些實施例中，控制電子器件提供對產生干擾之線圈之至少40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%或100%或線圈叢集之至少40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%或100%之個別控制。
某些實施例係針對提供顯著尺寸、重量減小、價格減小或其組合，同時增加電機之功率輸出、效率、可維護性或其組合之一電機。亦揭示使用電機之方法、製造電機之方法及/或併入有電機之系統。
某些實施例係針對其中裝置、方法及/或系統准許即時或實質上即時軟體可重新組態之電動馬達/電產生器的自適應性磁通量陣列。所揭示裝置、方法及/或系統可用作一馬達及一產生器兩者，其亦可稱作一電機。某些實施例之一個優點係彼等實施例即時地或實質上即時地重新組態其自身之能力，此准許機器、方法及/或系統跨越極寬泛之操作速度及/或負載找到其最佳設定。此靈活性導致跨越多個產業之能量節省。本文中所揭示之某些實施例之其他優點係：藉由減小繞組中之銅之量；電用鋼之量；裝納其所需之包裝之尺寸或其組合而減小成本。
舉例而言，一電機中之銅繞組之重量與電流之大小成比例，電流越大，導線越重。此關係係二次的，而非線性的。某些實施例有效地劃分並克服此關係。在某些實施例中，每一(或一或多個)獨立線圈處置相對小的電流量。藉由使用眾多小線圈，通過每一線圈(或一或多個)之全部電流仍為低，但整個系統之總電流隨著電機之材料之數量及/或成本線性調整。藉由克服此二次關係，可以較大可承擔價格構建大得多的電機。
舉例而言，在以一415 v供應為動力運轉之一傳統3相300 kw電機需要通過線圈之每一相之240安培之一電流。在一項實例性實施例中，繞組跨越34個線圈分佈，每線圈之電流係21安培。為透過兩個組態具有相同、實質上相同或類似電阻性功率損耗，傳統電機需要約10倍之該導線重量。某些實施例係針對一電機，其中電阻性功率損耗與一 傳統電機之電阻性功率損耗實質上相同，但該電機需要的導線重量係至少1/500、1/400、1/300、1/250、1/200、1/150、1/100、1/75、1/50、1/25、1/20、1/10或1/5。某些實施例係針對使用實質上較少銅之一電機，其中電阻性功率損耗與具有較少線圈之一類似機器之電阻性功率損耗實質上相同。所節省之銅與該實施例所含有之線圈之數目cn與一相當之機器中所含有之線圈之數目dn之比成比例。潛在節省高達dn除以cn倍之銅。在某些實施例中，與具有類似功率之一無刷永久磁鐵三相電機相比，該電機需要的導線重量介於1/500至1/100之間、1/100至1/300之間、1/50至1/100之間、1/150至1/250之間、1/300至1/250之間、1/225至1/175之間、1/150至1/75之間、1/75至1/50之間、1/50至1/25之間、1/20至1/10之間、1/15至1/5之間。
在以上實例中，由於存在1/10之導線，因此包繞導線所需之鐵芯之體積降低。因此，整個單元可裝配至一實質上較小外殼中，此進一步減小材料質量。仍需要將高電流自裝置電力輸入傳送至線圈。若電機之主體係由一良好導體(例如鋁)構造，則主體可用作導體，此進一步減小所使用材料之質量。在此實例中，本文中所揭示之實例性電機將一300 kw電機之重量自數百千克減小至約34千克。本文中所揭示之某些實施例提供可產生一傳統電機之實質上相同功率輸出但具有減小至少95%、90%、85%、80%、70%、60%、50%、40%、30%或20%之一重量的一電機。本文中所揭示之某些實施例提供可產生一傳統電機之實質上相同 功率輸出但具有減小介於95%至20%之間、90%至70%之間、85%至60%之間、90%至50%之間、80%至40%之間、70%至50%之間、60%至30%之間、50%至20%之間、40%至20%之間或30%至20%之間之一重量的一電機。
某些實施例之另一優點係能夠獨立地控制每一線圈，當需要較小扭矩或較小扭矩可用時，可將電機之若干區段關閉電源。在能夠獨立地控制一或多個線圈之某些實施例中，當需要較小扭矩或較小扭矩可用時，則可將電機之若干區段關閉電源。某些實施例係針對具有獨立地控制一或多個線圈之能力之一電機。某些實施例係針對具有獨立地控制一或多個線圈之能力之一電機。某些實施例係針對具有獨立地控制複數個線圈中之一或多個線圈之至少70%、80%、90%、95%、98%或100%之能力之一電機。某些實施例係針對具有介於10個至100個之間、20個至50個之間、50個至200個之間、20個至60個之間、30個至80個之間或30個至60個之間的線圈之一電機，其中該電機經組態以獨立地控制該等線圈之至少70%、80%、90%、95%、98%或100%。由於某些所揭示實施例具有眾多線圈，因此對最佳化電機之效率之實質上較精細控制係可用的。
傳統電機藉由變化在其線圈之相位之間進行切換之時序來控制其峰值效率。由於時序傳統上係在組裝或裝設時由電刷或驅動電路之頻率設定，因此速度及功率之變化減小電機之峰值效率。某些實施例之另一優點係其可經組態以連續地最佳化線圈之時序，當對一供應相當電力之電機之 整個操作範圍求和時，此可提供高達(舉例而言)40%之效率節省。某些實施例可經組態以實質上連續地、充分連續地、連續地、非連續地或中間地最佳化複數個線圈之時序。在某些實施例中，當對一供應相當電力之電機之整個操作範圍求和時，實質上連續地、充分連續地、連續地、非連續地或中間地最佳化複數個線圈之時序之能力提供高達10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%或60%之一效率節省。
在一軸向組態中，本發明之某些實施例可減小永久磁鐵之總數目達最小25%。總節省百分比隨著所需轉子之數目增加。此可藉由共用共同轉子、利用轉子磁場之兩側而非一側而達成。舉例而言，在一兩個定子、四個轉子之馬達中，取消一個轉子達成25%之一節省。對於6個定子、12個轉子之馬達，取消5個轉子達成41%之一節省。在某些實施例中，永久磁鐵之總數目可減小達最小10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%或70%，且仍提供相當之功率輸出。
本發明之某些實施例可容納各種形狀之磁鐵。舉例而言，形狀可係一圓柱體、立方體、分段式、梯形或其他適合形狀。
為達成平滑扭矩，一正弦曲線力施加可係適合的。藉由使用某些所揭示實施例之交錯線圈設計，可使用圓柱形磁鐵形成一平滑正弦曲線輸出。交錯線圈設計之一其他結果係減小磁鐵體積。大多數軸向通量馬達使用梯形磁鐵，對 於一給定直徑或梯形高度，該等梯形磁鐵佔據且需要更多磁量。對於具有長邊長度40、短邊長度15及高度25之一梯形，相對於直徑25之一圓形磁鐵，達成29.24%之一體積節省。當梯形形狀接近一方形時發生最小節省，此給出大約21%之一最小減小。某些實施例可組態成一圓形陣列，或實質上圓形陣列，以使得電機具有比線圈多一組之磁鐵，可以使得電機所產生之扭矩係充分平滑之序列給線圈供電。確保在起動期間扭矩變化較小確保了以低速度平滑加速。舉例而言，與一3相等效電機相比，包括一17個線圈之圓形陣列之一實施例在一圈旋轉中具有的扭矩變化隙約1/30。與一3相等效電機相比，包括呈至少一個圓形陣列之複數個線圈之某些實施例具有的扭矩變化1/50、1/40、1/35、1/30、1/25、1/20、1/15、1/10、1/5。
磁鐵體積減小
就效率而言，一線圈內之理想切換波形係一正弦波。該正弦波僅具有一個頻率分量，亦即，基本頻率，此確保信號中可不含有較高頻率諧波。一理想方形波可係由基本頻率(方形波之頻率)加上其傅立葉(Fourier)級數中所含有之較高頻率諧波之一無限序列組成。就高頻率諧波而言，存在多個缺點。高頻率信號往往沿導體之外邊緣穿越，此稱為皮膚效應。頻率越高，信號越靠近於皮膚穿越。一導線的電阻與電子正穿越之剖面面積成比例。因此，導線之電阻與穿過彼導線之頻率成比例。此外，高頻率信號往往遠離裝置輻射，從而致使對其他裝置之干涉。此等輻射效應 需要被圍封並過濾以通過CE、FCC、C對號及其他遵從標準。圓形磁鐵外加交錯線圈設計形成一良好正弦波輸出。圓往形磁鐵之一結果係減小之總磁鐵體積，現在參考圖50，得出：梯形磁鐵之體積： 圓形磁鐵之體積：Vcirc=πr2d；注意：2r=C且假設a：b之比率係充分的以使得梯形周界不橫切圓形周界。現在參考圖51，得出：每線圈之體積節省：V saving =V trap -V circ 另一選擇為：
在某些實施例中，此節省可係相當大的，舉例而言，若比較兩個25 mm厚之轉子，一個轉子含有25 mm之一直徑之一圓柱形磁鐵且另一個轉子含有具有a=30、b=20、c=25之一梯形磁鐵，則圓柱形磁鐵中之材料節省將係21.46%。在某些實施例中，該等磁鐵中之材料節省將係至少10%、15%、20%、30%、40%、50%或60%。在某些實施例中，該等磁鐵中之材料節省將係介於10%至60%之間、介於15%至25%之間、介於15%至40%之間、介於20%至60%之間、介於20%至35%之間、介於30%至60%之間或介於35%至55%之間。在某些實施例中，可將節省計算如下：
就峰值功率而言，在一方形波中比在一正弦波中可傳送更多功率。可由一正弦波賦予給線圈之有效功率係1除以2之一平方根(大約2/3)，而一方形波之有效功率係1。可由一方形波對一正弦波轉換之機械能之有效性至少部分地取決於線圈及磁鐵之設計。
透過共用盤堆疊之磁鐵節省
在某些實施例中，裝置可藉由如圖52中所圖解說明背對背地連接兩個馬達來擴展以提供更多功率。一重量及/或成本節省可藉由如圖53中所圖解說明共用轉子而達成。在此實例中，藉由共用內轉子(段154及155)、將其組合成一個轉子(段158)來減小磁鐵之總數目。此外，僅外盤(段156及157)需要背鐵來將磁場圍封於裝置內部，此與需要屏蔽所有轉子(一共4個板)之非共用組態不同。通常，背鐵較重且因此透過共用內轉子存在相當大之重量節省。此外，裝置更緊湊，從而節省相關聯材料之質量。換言之：磁鐵之總數目(非共用)： 磁鐵之總數目(共用中心轉子盤)： 左側圖： 右側圖：
圖54係圖解說明當在多個定子之間共用共同磁性轉子時磁鐵數目之減小的一圖表。此實例係基於具有18個磁鐵之轉子，但對於一系列實施例而言，一般趨勢同樣適用。x軸圖解說明定子之數目，且Y軸指示磁鐵之數目。在共用共同內部轉子盤之一組態162與不具有共用轉子盤之一組態161之間做出一比較。其圖解說明當共用盤時，存在所需磁鐵數目之顯著節省且因此成本、空間及重量節省。此節省線性趨於幾乎50%或可使用更多盤。
扭矩平滑
僅具有一單相供應之一傳統馬達每圈旋轉僅能夠施加峰值功率至軸件兩次。可藉由假設所產生旋轉扭矩與線圈與永久磁鐵之角度差之正弦成比例τ α sin(F)來使用馬達組態之間的一基本比較。
在此實例性實施例中，假設針對一馬達中之多個相位，所施加之功率係恆定的。隨著馬達中相位數目之增加，功率更加均勻地分佈及施加。對於一個三相馬達，其每圈旋轉提供最大功率及扭矩至軸件6次。其最大瞬時功率小於單相馬達。由於本發明之某些實施例可具有至少17至1024個可獨立控制之相位。某些實施例可具有介於17至1021之間、19至1181之間、29至109之間、53至127之間、89至 257之間、211至331之間、199至577之間、433至751之間、577至1051之間、613至757之間、619至919之間、773至857之間、787至1021之間、或811至1283之間個可獨立控制之相位。某些實施例可具有介於10至1050之間、20至40之間、30至50之間、50至1200之間、75至150之間、200至500之間、400至1200之間、600至900之間或700至1100之間個。此在一整個單個旋轉中更均勻地分佈功率且導致將平滑扭矩施加至一負載。
在圖55中呈現在一整圈馬達旋轉中可產生的最大瞬時扭矩之一簡單比較。此圖表在y軸上表明一類似額定單相164、三相165及17相電機163之相對扭矩。x軸指示在0度至360度之一範圍中之馬達角位置。由於17相電機組態實質上具有比其他電機組態多之相位，因此，其在不具有任何智慧軟體控制或以其他方式控制該電機之情形下具有一更恆定的可產生扭矩及一更平滑扭矩。在某些應用中，可達成扭矩在軟體演算法及回饋控制之輔助下更加平滑。儘管其他馬達組態之可產生峰值瞬時扭矩大於17相電機之峰值瞬時扭矩，但遞送之功率係大約相同，來自其他馬達類型之功率很大程度上係以短的叢發形式施加，從而使得其較難控制。
某些所揭示實施例之特徵中之一者係在一線圈與一對磁鐵之間可存在一偏移，亦即：若存在n個線圈及n+1個磁鐵，則磁鐵可不與線圈完全對準。此確保此等實施例之電機將能夠接通至少一個線圈以使電機轉動，同時仍具有平 滑施加至機器之扭矩之效應。由於在線圈與磁鐵之間存在一偏移，因此其具有使該馬達成為一n相馬達之效應。在一傳統電動馬達中，當需要較少功率時，在每一旋轉中施加至馬達之功率之量減小。此非線性地減小所產生扭矩。在某些所揭示實施例中，由於一或多個線圈(或每一線圈)能夠以數位形式被控制，因此，產生較少最佳瞬時扭矩至其對應磁鐵上之線圈可關斷。此導致相對於功率之減小扭矩之一非線性減小。
圖56圖解說明在具有不同相位數目之不同電機中在電機之間的功率係相當之情形下隨著功率增加，由於電阻性損耗所產生之熱之非線性增加。比較一17相機器166之某些實施例與具有實質上相同輸入功率之一三相167及兩相168機器。x軸係功率百分比之一比較軸，且y軸係透過電阻性發熱之功率損耗。此表明在將至線圈之功率自0線性調整至100%(由於直接微處理器控制，此係可能的)之情形下本文中所揭示之某些實施例之高級功率處置能力。具有較多功率相位實質上在該等相位中之每一者之間相等地劃分所供應之電流且因此，由於電阻性發熱所致之功率損耗非線性地減小至相位數目分之一，此乃因功率損耗通常等於電流平方乘以其導體之電阻。此意指為遞送與其他馬達類型相同之功率，某些實施例可比現有馬達類型小及/或輕得多，及/或能夠處置較高功率要求及輸出。
扭矩平滑對操作頻率
由於在任何瞬時時刻所施加之扭矩係馬達盤之角度之一 函數，因此，視在扭矩平滑將隨著頻率變化，亦即：當馬達加快速度時，扭矩之變化將變得較不明顯。由於某些實施例可係藉助n個相位操作，因此一或多個線圈(或每一線圈)可比其在一單相馬達上將達成之速度快n倍地操作。可藉由使用數位演算法來限制在最佳位置中施加至一線圈之最大功率來進一步平滑該扭矩。此可具有稍微減小最大扭矩之效應，但將實質上平滑扭矩輸出。圖55展示表明與某些標準馬達類型相比，某些數位軸向通量馬達實施例之高級扭矩平滑之一圖表。此等實施例中之馬達之優點中之一者係其可個別地控制至每一線圈(或一或多個線圈)之功率，從而允許其維持適當高輸出功率及/或扭矩，同時保持其n相扭矩平滑特性。此等實施例具有在進行中改變之能力，對於其中扭矩平滑係較重要之較低rpm，馬達可智慧地施加一平滑量變曲線或者在需要時或在較高rpm時施加適合最大扭矩及/或輸出功率之一量變曲線。
轉子
本發明之實例性實施例可由一或多個轉子組成。其目的中之一者係在電磁鐵附近形成一磁場，以使得定子線圈在轉子中感應扭矩。磁鐵可經由多種方法緊固在轉子內。舉例而言，藉由膠合；夾緊(在兩個或兩個以上轉子層之間)及/或過盈配合(與周圍孔)；機械固定(舉例而言，栓鎖、擰緊或其他適合方式)；焊接(當適用於所選擇磁鐵及/或轉子材料時)；燒結；其他有效方式或其組合。
轉子可由多種材料構造。取決於馬達之應用，以及轉子 之間的所選擇磁場強度，經選擇用於轉子之構造材料可變化。在某些實施例中，所選擇材料通常將係為充分楊氏模數(Young's Modulus)(剛性)以防止由於兩個單獨轉子盤之間的軸向磁力所致之不可接受變形或實質變形。所使用之材料可包含(但不限於)：鋁；聚合物(例如，HDPE(高密度聚乙烯))；其他適合材料或其組合。
磁轉子：在某些實施例中，可透過使用燒結來將單獨磁鐵與機械罩殼接合成實質上一個結構來消除(或減小)對單獨磁鐵(其然後附接至轉子)之需要。然後可施加一光製表面(舉例而言，鎳、環氧樹脂)以增加機械強度及/或耐久性。
磁阻組態：在某些實施例中，磁鐵可完全或部分地由鐵條替換，從而產生一磁阻馬達組態。磁阻組態：在某些實施例中，藉由由線圈替換轉子中之磁鐵中之一或多者、一大部分或全部，定子線圈磁場將在轉子線圈中感應磁場。藉由將轉子線圈接線至其對稱或偏移等效線圈(相對於轉子)，可感應相反磁場，從而產生旋轉力。材料減小：對於某些應用，有利地，可減小轉子及/或軸件組合件之旋轉慣性。為此，轉子圓盤可使其形狀改變以移除對於圓盤之機械結構而言係不必要之多餘材料。
軸件及間隔件：在某些實施例中，轉子組合件可藉由使用一軸件位於或部分位於馬達外殼內。此軸件可具有一不均勻直徑，以便減小、實質上防止或防止轉子磁鐵盤在軸件之旋軸件上之平移移動。該等平移力可自軸件吸收至罩 殼中。方法包含(但不限於)：軸向止推軸承或其他球形、針形或錐形軸承；藉助低摩擦表面的軸件與組合件之間的干涉；軸件可係為充分直徑及/或剛性以使得不發生或充分減小由於轉子盤之間的磁力所致之彎曲。在某些實施例中，可用於軸件及/或間隔件之材料包含金屬(例如，鋼、鋁)、聚合物或其他適合材料。扭矩傳輸：在某些實施例中，一旦在轉子中感應扭矩，可透過至一軸件之直接固定、經由至一外部磁性盤之磁耦合、至一軸件之機械耦合(例如，經由一離合器)，其他適合方法或其組合來機械地傳輸扭矩。在某些實施例中，可完全(或部分地)移除軸件並由一間隔件或多個間隔件替換以分離兩個或兩個以上轉子盤。在此等組態中，該組合件可藉由使用磁懸浮而位於外殼內。另一選擇為，在某些實施例中，可使用支撐轉子之外部徑向邊緣(或轉子之一大部分)之一環形軸承。取決於所使用軸承之數目，此等組態可使用或可不使用一中心間隔件以軸向分離轉子。
磁鐵
本文中所揭示之電機之某些實施例可併入不同類型及/或形狀之磁鐵。磁鐵之目的中之一者係感應一磁場，懸浮電磁線圈可穿過該磁場(由此，在線圈/轉子上感應動能力)。舉例而言，適用類型之磁鐵包含：稀土磁鐵，其包含(但不限於)釹、釹-硼、釤-鈷合金或其組合；各種類型之超導磁鐵；由以下材料製成之標準及/或永久磁鐵，例如(但不限於)Alnico、Bismano、Cunife、Ferico、 Heusler、Metglas及其他磁性合金或其組合；可感應一電磁場之電磁鐵，例如導線圈；由具有經編碼量子自旋效應之材料產生之磁場；感應磁鐵，其中曝露於一垂直或實質上垂直電磁場之鐵質材料可經受將其朝向電磁場之中心拉動之一力；其他適合磁鐵；或其組合。
在某些實施例中，可使用之磁鐵形狀係(但不限於)：圓柱體；立方體(適合3D形狀)；分段式，其中磁鐵係整體或部分地由一較小磁鐵叢集組成；梯形；實心或空心(例如，螺旋管形狀或空心圓柱體)；群組，實質上相同極性或相反極性中之任一者；以上配置之角及/或徑向偏移重複；用於一特定應用之其他適合形狀；或其組合。磁鐵之厚度可等於或不等於定子基座/盤厚度。線圈之厚度可變化以適合該應用。在某些實施例中，可設定或可不設定磁鐵及線圈之數目以使得：線圈之數目永遠不與磁鐵之數目相同，以確保一或多個、實質上複數個或所有磁鐵及線圈永遠不完全對準；若線圈之數目等於磁鐵之數目，則使磁鐵或線圈位置發生幾何偏移以實質上防止、防止或減小其同心對準或其組合。在某些實施例中，磁鐵及/或線圈可對準以使得：磁鐵可與線圈適當地軸向對準或反之亦然，例如在一軸向通量組態中；磁鐵與線圈適當地軸向錯位高達20度、25度、30度、35度、40度、45度、50度、55度、60度或65度或反之亦然；與盤對準或實質上對準；實質上垂直或垂直於盤；其他適合垂直組態或其組合。
定子
所揭示電機之某些實施例可併入可用於定位電線圈之一或多個定子。定子可係直接併入至罩殼中、係獨立的或其一組合。因此，經選擇用於定子之材料遵循罩殼說明之「材料」章節中所概述或本文中別處所揭示之相同慣例。經選擇材料可係高度地(或適當地)導電及/或導熱的。在某些實施例中，一或多個定子可用作電導體(電力遞送)、用作散熱片(自電子器件及線圈至罩殼)以及機械支撐線圈及電子器件或其組合。在某些實施例中，一或多個定子可允許傳輸疊加於電源層上、在其自身層上或其組合之通信信號(數位或類比)。因此，若定子中之層用於導電之目的，則其可彼此電絕緣。在某些實施例中，絕緣方法可包含：硬式陽極氧化；在各層之間使用例如塑膠等絕緣材料，或其組合。在某些實施例中，在一或多個定子中可包含間隙以減少所需材料及/或重量。當定子係由導電材料構造時，可添加間隙以消除圍繞線圈形成渦流。舉例而言，如圖8中所展示，在用於磁性線圈之安裝孔92之位置附近將導電定子91中之一間隙90引入該定子中，該間隙切斷當一電流流過磁性線圈時所感應之渦流93之傳導路徑。在某些實施例中，該等間隙經定位以使得不在由線圈形成之圈之任一側上徑向地形成兩個同心環形圈。
線圈
所揭示電機之某些實施例可併入不同類型及/或形狀之感應線圈，該等感應線圈之目的係藉由使用電流，感應及/或更改一現有電磁場，從而形成致使馬達之轉子轉動之一 力。在某些實施例中，線圈可由充分材料構造以處置馬達之熱及電流兩者之要求；線圈可經構造以便降低電阻以確保存在由於電阻性發熱所致之最小功率損耗；線圈可經構造以使得其產生足夠大以產生充分力之一磁場或其組合。一個實例性線圈展示於圖4中。
在某些實施例中，可將線圈構造為一空氣芯，以使得在線圈之中間存在一氣隙之此方式包繞或滾捲導電材料；實芯，在線圈之中間不存在(或適當地很小)氣隙。在某些實施例中，芯可係由所使用之導電材料製成或係一非導電材料，鐵質的或非鐵質的。具有一高導磁率之鐵質材料增加磁場之量值。在某些實施例中，線圈可係交錯的，線圈係由導電條帶及/或薄片製成。將該條帶自中心芯向外側捲繞，同時與絕緣鐵質材料層交錯。該鐵質材料充當一絕緣體且充當一芯材料以增強與條帶之迴圈之數目成比例之磁場。磁場可在線圈之中心處達到其最大量值，其中在任一側上呈一正弦分佈。本發明亦涵蓋本文中所揭示之各種構造之組合。可將線圈構造成以下形狀中之一或多者：圓形/圓柱形、方形/立方形、梯形、實心或空心(氣隙)/環形及其他適合形狀。
在某些實施例中，可自一傳導材料之一或多段或一充分傳導材料纏繞、彎曲及/或以其他方式構造電磁線圈。該等線圈可係3D印刷的或以其他方式製成。可連同一芯一起3D印刷導體(若使用2種材料(或兩種以上)之3D印刷)。該導體可係3D印刷的且在一單獨過程中添加芯。3D印刷係 指選擇性雷射燒結、選擇性電子束熔化及/或其他選擇性沈積技術。
在某些實施例中，線圈可藉由以下方式貼附至定子：一膠水/接合劑、夾緊、機械方式、焊接、直接與定子板3D印刷在一起或其組合。
線圈及/或磁鐵位置
在某些實施例中，線圈及/或磁鐵可以諸多不同實體組態配置/變化。在某些實施例中，可使用一軸向通量組態，其包括：至少一個、兩個或多個轉子磁鐵盤，其形成平行或實質上平行於軸之一交替磁場；及在磁場之間的複數個線圈。
圖9、圖10及圖11示範電機之多個不同組態。圖9圖解說明根據某些實施例之一轉子盤組態之一剖視圖。盤8具有一軸件10及複數個交替極定向之磁鐵94及95(在此實例性實施例中，存在18個磁鐵)以及線圈88(在此實例性實施例中，存在17個線圈)。該等磁鐵在盤之外邊緣附近配置成一實質上同心組態配置。圖10類似於圖9，但具有跨越線圈88形成一更強烈之磁場之兩個轉子元件8。亦展示兩個盤之間的一間隔件12。圖11類似於圖9，呈一個三轉子盤組態。此組態藉由添加附加額外線圈盤而准許添加更多功率。
圖6展示呈圖9至圖11中所圖解說明之組態之轉子盤8之一俯視圖。圖中展示18個極性交替之磁鐵9，該等磁鐵徑向地分佈在轉子盤8上。圖中亦展示軸件10之位置。
所揭示電機之某些實施例可組態成一實質上圓形陣列(徑向對準)，其中：複數個磁鐵及複數個線圈可軸向垂直(或實質上垂直)於至少一個轉子軸件之主軸。在此等實施例中，一正常軸向對準之定子馬達之磁性性質呈現有精細粒度之自適應性磁通量控制之添加益處。圖12展示根據某些實施例之一轉子盤97之一示意性俯視圖，其中磁鐵94及95軸向垂直(或實質上垂直)於轉子之軸件10且至少部分地位於該盤內。亦展示複數個線圈5，該複數個線圈亦軸向垂直(或實質上垂直)於轉子之軸件10且圍繞盤實施例之外徑同心組態。可看到定子98徑向圍繞磁鐵固持線圈5。可在磁鐵與線圈之間看到一空隙96。圖13展示圖12之組態之一透視圖。圖14係藉助圖12及圖13中所圖解說明之實例性組態構建之一電動馬達之一照片。
在某些實施例中，該組態可係一線性滑塊組態。在此組態中，線圈及磁鐵以交替極性彼此並排線性對準，如圖15中所展示。藉由針對每一線圈使用個別控制器，某些實施例之自適應性磁通量陣列具有優於一傳統線性馬達或螺線管之一或多個優點。藉由切換且固持某些線圈，可以磁力鎖定轉子/滑塊99之位置，而不需要可磨損之一機械機構。若期望如此，則該組態可用於在不需要外部控制來切換至線圈之幹線電力供應之極性之情形下形成沿前後兩個方向100之線性運動。線性組態之一個用途係發電之用途，所圖解說明實施例之機械能至電能轉換之高效率對於在長時間期間內藉助不穩定輸入功率量變曲線操作之產生 器(例如，潮汐或波浪發電)係有利的。如旋轉馬達組態之情況，亦可將線性組態與其他線性馬達或產生器堆疊，從而允許共用內部滑塊/轉子99，同時增加電功率產生容量之功率輸出。圖17展示一線性馬達概念組態之一剖面，其展示線圈5相對於磁鐵95之位置。可看到滑塊/轉子99相對於定子基座101之運動方向。
除了線性、實質上線性、圓形、實質上圓形、拱形及/或實質上拱形外，亦可構造線圈及磁鐵之其他組態，只要可組裝複數個線圈之至少一個軌道即可，其中複數個磁鐵之一或多個陣列適當地追隨該等線圈。某些其他組態可係線性、實質上線性、圓形、實質上圓形、拱形及/或實質上拱形之組合。
所揭示電機之某些實施例可組態成一實質上圓形陣列(徑向對準)，其中：複數個磁鐵及複數個線圈可軸向垂直(或實質上垂直)於至少一個轉子軸件之主軸。此等實施例具有一正常軸向對準之定子馬達之磁性性質，又添加有精細粒度之自適應性磁通量控制之益處。
端蓋
不受約束之磁場可耦合至導電表面上且感應可形成與磁鐵之運動相反之磁場之渦流。舉例而言，圖18係一線性均勻分佈磁鐵陣列之一側剖面磁場圖，其中接續磁鐵95使其北極向上，且其餘磁鐵94使其北極向下，其中中間之電磁線圈感應一磁場北極102及南極103。圖18圖解說明在沒有任何屏蔽之情形下之外部輻射磁場104。圖19圖解說明在 添加鐵質屏蔽板105之情形下圖18中所述之情形中之輻射電磁能之減小。在某些實施例中，可使用一賀巴(Halbach)陣列配置代替鐵質屏蔽。圖20圖解說明在將一賀巴陣列磁鐵配置用在頂部盤上之情形下圖18中所述之應用中之輻射電磁能之減小。賀巴陣列配置可使用較小磁鐵106及相反極性磁鐵107。較小磁鐵定位在兩個較大磁鐵之間，其中一磁場實質上垂直於較大磁鐵之磁場。較小磁鐵使磁場線自第一大磁鐵向下一大磁鐵彎曲且減小通量迴圈越過板108之端部之距離。此具有接近於將一鐵質屏蔽添加至系統之相同之效應，且可顯著地減小外部電磁能；此具有節省原本將用於此應用中之鐵質屏蔽板之重量之效應。為進行比較，在磁鐵之底部層上使用鐵質屏蔽105。
外殼
本文中所論述之外殼用於眾多目的。在某些實施例中，其可經設計以覆蓋或圍封(部分地、實質上或完全地)活動零件及電路板。其亦可將一或多個線圈固持在適當位置，將電子器件固持在適當位置，提供遠離線圈及/或電子器件之一散熱源，其可支撐軸承及/或吸收軸件上之軸向力，其可用作一導體以分流去往及/或來自電子器件之電力，或其組合。外殼可係由充分堅固以抵抗(或實質上抵抗)由於自轉子軸件施加之負載所致之變形之材料(或材料組合)構造。另外，在某些實施例中，期望罩殼充分抵抗部分由電子器件電流汲取產生之熱波動。匹配此等性質之實例性材料包含(但不限於)：鋁、聚合物或其他適合材 料。
在某些實施例中，該外殼可導電或可不導電。在某些實施例中，電力及信號線可對佈局進行佈線，而罩殼本身不用作一導體。在某些實施例中，罩殼本身可用作一導體。在某些實施例中，外殼之若干部分可係導電的，通常具有藉由絕緣層分離之導電零件。此等組態允許透過罩殼將電力直接地(或間接地)供應至電子器件。在某些實施例中，導電安裝點可直接(或間接地)附接至罩殼外部及/或內部。在某些實施例中，罩殼之若干部分可用作用於(舉例而言)信號傳輸之導體。非導電區段可用於隔離導電區段以允許穿過罩殼之多個信號「線」。在某些實施例中，可藉助一適合技術(例如，直接序列展頻(DSSS))以一較高頻率將電力組態及/或電子通信及/或其他信號多工至電力線上。本發明亦涵蓋本文中所論述之外殼組態之組合。在某些實施例中，一或多個電路板可由佈線及/或直接蝕刻至裝置罩殼中之導電/軌道/墊替換。在某些實施例中，電路板之至少一大部分可由佈線及/或直接蝕刻至裝置罩殼中之導電/軌道/墊替換。
在某些實施例中，罩殼之目的中之一者可係抽取來自電子器件(舉例而言，線圈)之熱。若盡可能高效地將此熱傳送至罩殼周圍之環境，則其係有用的。在某些實施例中，可實施之冷卻方法包含以下各項中之一或多者：主動冷卻(強迫之空氣流動)；主動冷卻(強迫液體流動)；主動冷卻(冷凍)；被動冷卻(熱管/泵傳送)；被動冷卻(對流熱鰭片、 肋)；被動冷卻(對流孔)；主動或被動冷卻(對流通道)；置於室中(具有高導熱率之密封靜態流體以濃縮及/或引導熱流)；及用非導電流體密封之整個外殼。
在某些實施例中，電路板(及其經附接電子器件)可經安裝，以使得其在經受外部或內部力(馬達之線性或角度加速)或振動時不移動。在某些實施例中，電路板(及其經附接電子器件)可經安裝，以使得其在經受外部及/或內部力(馬達之線性或角度加速)或振動時實質上不移動。在某些實施例中，電路板(及其經附接電子器件)可經安裝，以使得其在經受外部及/或內部力(馬達之線性或角度加速)或振動時係充分穩定的。在某些實施例中，電路板(及其經附接電子器件)可係使用以下方法中之一或多者進行安裝：罩殼中之特定形狀之腔以使得電路板可藉助一過渡配合或過盈配合插進去；模組化插入件；電路板夾在兩個罩殼組件之間；機械扣接或夾緊；膠合或以其他方式永久地結合。
在某些實施例中，可將切換電路附接(舉例而言，藉由錫銲)至罩殼之一裝有鰭片之組態。圖2元件37及圖15元件37指示根據某些實施例之此等位置。
圖21圖解說明開關及線圈之組態，其中電子開關及驅動器111、112以及線圈88整合在一起且安裝至模組化電路板上。對於不如此受機械約束之應用，此表示一更撓性電及機械解決方案。圖22圖解說明某一實施例，其利用安裝成一圓形陣列的圖21中所圖解說明之17個線圈驅動器單元與 線圈114，利用兩個馬達控制單元113，該兩個馬達控制單元經由線圈驅動器111電路板直接控制線圈。在某些實施例中，電子組件(及/或電路板)可附接至模組化插入件，該等模組化插入件可在外部插入/卡扣/或以其他方式附接至主罩殼，而不需要拆分其他插入件及/或主罩殼。在某些實施例中，可將電子組件(及/或電路板)組態為可在外部附接至主罩殼而不需要拆分其他插入件及/或主罩殼之一模組化插入件。
在某些實施例中，電機可包含至少一個電匯流排及/或至少一個光學匯流排。舉例而言，當使用多個微控制器時，微處理器之間的交互通信通常可經由一匯流排發生。可按以下方式中之一或多者安裝及構造此匯流排：對於電導體(針對電路板切割之槽或用以安裝之其他形式之導體)；對於光學導體(直接切割至罩殼中，將反射性塗層施加至切割表面，及/或插入至罩殼中之槽中)；用於安裝導體之其他適合方法。在某些實施例中，當使用一光學匯流排時，可在一或多個CCU上安裝光學收發器以與該匯流排介接。因此，CCU位置可圍繞光學匯流排切向排列。
在某些實施例中，罩殼之另一功能可係保護一或多個內部組件免於外部損壞。可期望罩殼之接縫係防水的。亦可期望罩殼被覆蓋於振動/衝擊吸收塗層(例如，彈性體聚合物)中，及/或部分地由振動/衝擊吸收塗層製成。在某些應用中，罩殼可係用於主控電力切斷開關之一選用安裝點。
在某些實施例中，一或多個電力及/或控制信號可穿過 外殼。在某些實施例中，電力及/或控制信號之至少一大部分可穿過外殼。可使用以下各項中之一或多者為此等連接提供基座：凸耳/夾子、螺栓、圈/插座/夾具、焊接點及其他適合安裝方法。此外，對於外部控制及/或資訊基座，可使用以下各項中之一或多者：開關基座、校準基座(可變、類固定控制件)及嵌入式顯示器(LCD或其他顯示器)。對於微匯流排介面，可使用以下各項中之一或多者：伏打隔離之連接(光學、無線電)、USB、串列、其他數位及類比連接以及其他適合方式或結構。在某些實施例中，對於機械輸出(當適用時)，主軸件可經由以下方式中之一或多者穿過罩殼：視情況，一軸承封、可變直徑、未密封穿通孔(經曝露內組合件)及密封軸件穿通點之其他方式。在某些實施例中，外殼亦可具有用於磁耦合盤之安裝點。
開關架構
在某些實施例中，一或多個電子受控開關可用於控制穿過線圈之電流之大小及方向。此等開關可由包含以下各項中之一或多者之離散組件(例如，電晶體及/或其他矽開關技術)組成：IGBT或其他類似技術；FET或其他基於通道/場效應電晶體之裝置(MOSFET等)；BJT或其他基於雙極電晶體之裝置；ECP或其他發射極耦合之電晶體裝置；例如電晶體等數位開關；碳化矽電晶體；金剛石開關；三端雙向可控矽開關；二極體；SCR；其他適合電子受控切換技術；及電機械繼電器。在某些實施例中，一或多個開關可 用於驅動電磁線圈且可以不同方式實施且可全部或部分地由以下組態/裝置中之一或多者組成：單個開關；一H橋(全橋)；一半橋；具有一高及一低側切換之一半橋；雙側開關組態，單相電壓源反相器，半橋電壓源反相器、AC截波器調節及其他各種一相、二相、三相及多相組態。
可獲得不具有其塑膠包裝之開關，並將其直接嵌入在一或多個線圈中。開關可在一或多個線圈之構造製程之後或期間整合至該一或多個線圈之主體中。在某些實施例中，參考23，其中可將高側開關85及89(亦即，電晶體)偏壓至線圈之高側。當使用正場效應電晶體(PFET)或正負正(PNP)Bi接面電晶體(BJT)時，參考其正輸入施加一負電壓且控制接針可接通閘極。PNP BJT及PFET通常比負正負(NPN)BJT、負FET及IGBT昂貴。若其控制端子處之電壓大於其負端子處之電壓達幾伏，則此等裝置將接通。在某些實施例中，為達成此目的，可使用以下各項中之一或多者：一電荷泵；一隔離之DC-DC轉換器；一單獨電源供應器；且可使用其他電壓升壓方法。可藉由使用脈寬調變來變化流過線圈之電流。在某些實施例中，開關可以一高頻率接通及關斷，且藉由控制工作循環(開關接通之時間相比於開關關斷之時間)，藉由此工作循環來控制流過線圈之電流之量。若開關正好接通(100%工作循環)，則最大電流流過線圈。若開關關斷(0%工作循環)，則沒有電流將流過線圈。若開關接通一半時間且關斷一半時間，則電流可係全電流之50%，但可取決於線圈在該切換頻率下之感應 是太高還是太低。在某些實施例中，當不需要反轉穿過線圈之電流之方向時，可在電壓源、線圈與接地之間使用一單個開關。此減小組件計數達三個開關。在一單相AC組態中，可對電壓進行半整流以形成一正軌及一負軌。兩個軌然後可藉由線圈切換至接地，從而有效地改變電流之方向。此減小所需之開關之數目達兩個。在某些三相星形組態中，可切換具有最接近理解電壓之相位以使得電力可自彼相位流至接地。在某些δ三相組態中，可在線圈之任一端上需要兩個開關用於每一相位，在此組態中，電流可經選擇以自一或多個相位流至一或多個其他相位。
控制
在某些實施例中，關於一或多個電子組件之驅動操作可使用一或多個控制方法。該一或多個控制方法可實施於一硬體級或軟體級或此兩者處。在某些實施例中，在一特定時刻下啟動之線圈之數目可自0至總數目個線圈變化。對此數目之選擇可至少部分地基於當前作用中控制方案。此決定可係在主控制單元(MCU)、線圈控制單元(CCU)及/或一外部層級處做出。在某些實施例中，馬達可經組態以沿順時針、逆時針或兩個方向操作。在某些實施例中，為產生運動，線圈可在特定時刻接通及關斷。此等時刻可由以下各項中之一或多者來判定：A.所儲存序列包含：觀察到的(經由感測器回饋所獲得的)；串流傳輸的(經由外部裝置所獲得的)；預先計算的(儲存在馬達電子器件內)； B.經計算序列包含：基於順序之啟動(以一旋轉方式以交替極性按序對線圈進行雙態切換)；最佳力啟動(當線圈之個別回饋資料指示將把一最佳力施加至轉子時啟動線圈)；最佳效率啟動(以維持目標操作馬達動力學同時最小化功率消耗之一方式啟動線圈)；及基於隨機之啟動(隨機地啟動線圈)；基於型樣之序列(線圈係以一預定型樣定序)；基於回饋頻率(基於一驅動類比頻率信號啟動線圈)；及C.達成所期望馬達效能之其他適合驅動序列。
在某些實施例中，可使用回饋來產生及/或選擇最佳驅動器例程/型樣以調適裝置以適應改變條件，例如但不限於：可更改馬達操作效能之改變溫度或其他暫時力/應力；一耗盡電池/改變電壓供應；對一產生器或對一應用中之機械輸出之需求之一增加；由損壞及/或一般磨損及撕裂所致之裝置參數之改變；或其組合。
在某些實施例中，可使用感測器回饋或其他調諧方式來校準某些電機參數。舉例而言，可使用機器學習技術及/或其他自動化調諧、在內部、外部或其組合操作之使用。
在某些實施例中，作用中控制方案可利用數個技術來減小功率消耗及/或較佳地最佳化功率消耗。舉例而言，可使用以下各項中之一或多者：作用中線圈計數之動態減小(每扭矩較低功率)；作用中線圈功率百分比之動態減小(較平滑扭矩)；反EMF再生/消除最佳化；及線圈驅動信號之脈寬調變以允許精確控制施加至線圈之電力。
在某些實施例中，回饋監視可用於偵測故障且自動地關 閉有故障裝置。舉例而言，以下各項中之一或多者：線圈溢流保護/偵測；過電壓/過功率保護；過熱保護；及速度過自旋保護。在某些實施例中，可使用仲裁式主控機構，例如主控制器可係非奇異的，其中所得控制信號係使用一三方投票機制來仲裁以確保主控制器之冗餘。在某些實施例中，可施加一外部信號以繞開一或多個單個控制器，其目的係關閉、再開啟或重新組態該一或多個控制器。
回饋
在某些實施例中，回饋可用於在一或多個條件下最佳化操作，但可僅對於併入某些裝置中係具成本效益的。當不需要回饋時，可使用一標準開環控制。回饋可由控制器或者由CCU或者MCU或此兩者利用。在某些實施例中，可在每一裝置本端或遠端收集回饋且如控制區段中所概述在硬體及/或軟體中使用該回饋。在某些實施例中，可在一或多個裝置之本端或遠端收集回饋且如本文中所論述在硬體及/或軟體中使用該回饋。在某些實施例中，可以以下方式中之一或多者來量測及/或獲得回饋：經由一ADC跨越一線圈之瞬時電壓，或以其他方式，在任何時間或實質上任何時間；藉由非接觸(霍耳效應)或接觸電流量測的通過一線圈之電流或電力供應；反EMF量測，其可在線圈不處於一供電狀態中進行；角位置，藉由本文中所論述之一感測器獲得；磁場強度或角度；溫度；及經由加速計或以其他方式之振動。在某些實施例中，可藉由量測以下各項中之一或多者來獲得轉子之角位置：絕對角度或位置；相對 角度或位置；及速度。在某些實施例中，可透過使用感測器來達成讀數，例如以下各項中之一或多者：霍耳效應及/或其他磁感測技術，例如GMR、AMR；旋轉及/或求積編碼器，光學或其他編碼器；位置/速度偵測感測器，例如當前在電腦滑鼠中使用之雷射/光學追蹤器；及相機與軟體處理組合。
控制器架構
在某些實施例中，軸向通量電機可包括：線圈驅動控制器、線圈控制單元(CCU)及/或馬達控制單元(MCU)。在某些實施例中，可變化控制器之佈局，同時維持每一線圈之個別控制。在某些實施例中，可變化控制器之佈局，同時維持一或多個線圈之個別控制。在某些實施例中，可變化控制器之佈局，同時維持至少大量線圈之個別控制。在某些實施例中，可變化控制器之佈局，同時維持至少50%、60%、70%、80%、90%、95%、98%、99%或100%之個別控制。控制器驅動如本發明中所述之「開關」，從而允許對線圈之控制，如本發明中所述。圖24圖解說明一實例性馬達控制單元(MCU)113、線圈控制單元(CCU)115、該等單元可用之通信匯流排116、117之間的一種實例性關係。一或多個MCU可與一或多個CCU通信。亦圖解說明根據某些實施例之線圈驅動器架構，其包含用於一或多個線圈88之一或多個線圈驅動器111。CCU、MCU與線圈驅動器之間的發信號可係伏打隔離的。圖25圖解說明根據某些實施例之一CCU架構115。
一微控制器118可用於控制裝置；其併入一類比轉數位轉換器(ADC)122以用於自感測器121收集資料。一通信收發器119連接至微控制器串列匯流排120，從而允許其接收命令及與一MCU交換資料。微控制器藉由使用一數位匯流排或PWM來控制一線圈驅動器111。線圈驅動器獲取一高電壓輸入123且控制該高電壓輸入至線圈88之供應。可給微控制器及其他周邊低功率裝置供應一高效率DC轉DC轉換器124。伏打隔離在數個點81處係選用的。在某些實施例中，所使用之控制器之數目可取決於應用之特定需要而變化。圖26展示一1：1：1組態，以使得一個個別馬達控制單元(MCU)113與一個線圈控制單元(CCU)115通信，線圈控制單元(CCU)115又控制一1：1：1組態中之每一開關及/或開關驅動器114。(舉例而言，如圖26中所展示)；在一1：n(舉例而言，如圖27中所展示)或m：n組態(舉例而言，如圖28及圖29中所展示)中，眾多開關由一或多個CCU控制；馬達控制單元(MCU)可控制CCU，發出速度及/或其他命令；且MCU可直接控制一或多個線圈，繞過對CCU之需要。
在某些實施例中，控制器可透過多種方式來實施，實例包含以下各項中之一或多者：在一嵌入式系統(例如，一微控制器或微處理器)中利用軟體及/或硬體特徵；使用一FPGA、CPLD、ASIC或其他VLSI或可程式化邏輯裝置；一類比系統，例如使用經典電回饋拓撲來形成基本控制迴圈；及其組合。
圖30圖解說明某一實施例，其中存在多個微處理器組 態，主控制處理器可係(舉例而言)一CCU 115。在某些實施例中，CCU可在不需要一主控制器之情形下獨立地起作用。在某些實施例中，CCU可在不需要一主控制器之情形下獨立地起作用，其中可藉由使用共同感測器或具有與電機行為相關之可預測及一致之讀數之感測器來達成同步行為。在某些實施例中，在馬達速度及/或功率係均勻(或實質上均勻)且至系統之唯一輸入係電力接通或關斷之情形下，可不需要一共同通信匯流排。
某些實施例係針對一標準主從組態中之一MCU(馬達控制單元)，其中一單個馬達控制單元連接至一共同通信匯流排，該共同通信匯流排連接至一或多個線圈控制單元。某些實施例係針對一標準主從組態中之一MCU(馬達控制單元)，其中一單個馬達控制單元連接至一共同通信匯流排，該共同通信匯流排連接至線圈控制單元之至少70%、80%、90%、95%、98%、99%或100%。圖31展示一組態，其中一單個馬達控制單元(MCU)113連接至一共同通信匯流排125，共同通信匯流排125連接至線圈控制單元(CCU)115中之每一者。某些實施例係針對冗餘主從組態，其中多個主控裝置進行仲裁以達成一接受值。舉例而言，2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個或10個MCU可計算至CCU之命令，但藉助一仲裁方法僅使用一個MCU之命令。以此方式，在故障情形下，有故障之MCU甚至在由其他MCU關閉時亦將可能「以票數勝出」且摒棄其命令。其他實施例可包含冗餘MCU以防故障，該等冗餘MCU僅 在另一MCU失效時才主動地發送命令。圖32展示一組態，其中3個馬達控制單元(MCU)115連接至一共同通信匯流排125，共同通信匯流排125連接至線圈控制單元(CCU)113中之每一者。在某些實施例中，可具有以下組態，其中線圈控制單元中之一或多者不與複數個馬達控制單元連通。在某些實施例中，CCU中之一或多者可作為一群組一起起作用，從而共用感測器資料及/或提供共同輸出。在此等實施例中，通信可經由一共同匯流排或直接點對點地發生。在此等實施例中，可不需要一馬達控制單元。圖33圖解說明一組態，其中不存在中央通信匯流排且自每一CCU113之通信係點對點126的。圖34圖解說明一組態，其中使用一中央通信匯流排(符記環)127用於CCU 113之間的通信。在圖33及圖34兩者中，不需要一MCU。
在某些實施例中，用於給CCU及/或MCU中之數位邏輯及/或其他裝置供應之電力系統可需要將一較高或較低電壓轉換成所使用裝置之操作電壓，且可採用以下拓撲中之一或多者：DC-DC轉換器，切換，例如降壓或升壓；線性調節或其他方式；變壓器；電阻性供應(藉由劃分)；及光學電力傳送。在某些實施例中，可將電力供應至控制單元，CCU、MCU、一整個馬達及/或另一裝置。此等實施方案可包含以下各項中之一或多者：例如當開關安裝至一馬達罩殼時，使用與開關所使用的供應相同(或實質上相同)之供應；來自RF/EM「浪費」或「背景」能量收穫；經由EM感應/產生，例如在一產生器應用中；電池，每 CCU/MCU裝置及/或其他可再充電或非可再充電；太陽能、風能、水能及/或其他形式之可再生能源；及幹線電源供應，各種不同電壓下之單相、三相。
在某些實施例中，用於開關及/或CCU/MMU之電源供應器亦可具有電力控制更動控制作為一安全特徵，從而允許關閉至一或多個CCU或線圈之電力。此可經由舉例而言本文中所論述之適合切換拓撲來實施。
在某些實施例中，一MMU與一外部控制器之間、MMU與內部CCU及/或其他裝置之間的通信可藉由使用以下方法中之一或多者而伏打隔離：經由作為一光導之一實體媒介(如光纖或經塑形塑膠)、穿過空間/空氣或其他之光(IR或其他光譜)；適合頻譜之射頻，實體層技術，及/或編碼方法，例如直接序列展頻(DSSS)、O-QPSK或其他；經由導線及/或其他導電材料導電，及經由使用一伏打隔離技術之隔離，例如：RF隔離IC、變壓器、電容性、光學隔離IC或其組合。
圖35圖解說明具有兩個冗餘通信匯流排128之一組態。在某些實施例中，通信層可具有2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個或10個以上冗餘層。
在某些實施例中，裝置內部控制器/驅動器/MCU 115及/或CCU 113之間及/或至外部裝置(例如，車輛控制單元至MCU)之通信可涉及以下技術及/或通信協定中之一或多者與本文中所揭示之實體層實施方案中之一或多者之組合：單端式、串列及/或並列(舉例而言，UART、SPI或I2C)、 差動發信號(舉例而言，CAN匯流排或RS485協定)、光學點對點及/或光學匯流排及RF通信。
參考圖1，一無刷軸向通量直流電動馬達1包括一或多個圓盤形定子，該等定子中之每一者(或一或多者)包括第一環形導電元件4及第二環形導電元件2，該等導電元件可藉由一電絕緣層3分離。在某些實施例中，絕緣層可係由具有一高介電值之一機械堅韌材料(例如，Kapton)製成。亦可使用其他適合材料。在某些實施例(未展示)中，可藉由硬式陽極氧化其表面來電分離該等定子，其中注意確保陽極氧化實質上或充分地延伸至其邊緣，可替代地及/或除絕緣層之外採用陽極氧化。圍繞該等定子之周邊嵌入有等間隔或實質上等間隔之電磁線圈5之一圓形陣列，來自線圈之熱可向外傳導至環形導電元件之外部表面。在某些實施例中，該等元件可係由適合機械強度及/或導電率之一輕型材料製成，例如鋁或鎂合金，且外部表面可裝有鰭片或肋以提供較大熱耗散表面積。可使用其他適合熱耗散機構或方法。環形導電元件4可製作有用作電力導體(本文中進一步所述)之徑向向內突出指(繪示為圖3中之37)，且自環形導電元件2省略此等指形成一或多個堆疊式電路板6容納於其中之一內部空間。此等堆疊式電路板6可係平行的、實質上平行的及/或其他適合組態。在某些實施例(未展示)中，電路板可部分地或全部由一內部導體系統所替換。在某些實施例中，該等電路板可由錫銲至其之固態開關7之焊料片支撐，開關又固定(如本文中別處所述)至環形 導電元件4之指。在某些實施例(未展示)中，電路板係藉由一適合結構由定子支撐，包含導電托架、絕緣托架、柱子、支柱或其組合。電動馬達可進一步包括一或多個圓盤形轉子8，圍繞一或多個圓盤形轉子8之周邊，可嵌入等間隔(或實質上等間隔)之強大永久磁鐵9之一圓形陣列，該陣列可具有與電磁線圈之直徑相同或實質上相同之中心直徑且該等磁鐵可具有交替極定向。在某些實施例(未展示)中，可使永久磁鐵及電磁線圈陣列之中心直徑不相等，但卻使得磁鐵及線圈之磁場相交。在某些實施例(未展示)中，陣列中之永久磁鐵之極可具有類似定向。在某些實施例(未展示)中，可使該陣列中之永久磁鐵分組，每一群組中磁鐵之極定向係共同的，而毗鄰群組之極定向可係相反的。在某些實施例(未展示)中，可使該陣列中之永久磁鐵分組，在該等群組中之一或多者中磁鐵之極定向係共同的，而毗鄰群組之極定向可係相反的。在某些實施例(未展示)中，可將永久磁鐵配置成不等數目之群組，一群組中之磁鐵之極定向係共同的。在某些實施例(未展示)中，永久磁鐵穿過轉子之軸向深度之全部且可平行或實質上平行於軸件定向，但其中心距離隨機地位移(在一徑向意義上向內或向外位移)高達其徑向深度之一半。在某些實施例中，位移(在一徑向意義上向內或向外位移)可高達其徑向深度之0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9。在某些實施例(未展示)中，一陣列中之永久磁鐵穿過轉子之軸向深度之全部且可藉由介於0度與30度之間的在各種 意義上之一偏轉共同位移而不與軸件平行(或實質上平行)。在某些實施例中，在各種意義上之偏轉可係介於0度與30度之間、0度至20度之間、0度至40度之間、5度至40度之間、5度至30度之間、5度至10度之間、10度至30度之間、20度至35度之間或其他適合範圍。在某些實施例(未展示)中，一陣列中之永久磁鐵僅部分地穿過一轉子之軸向深度，其內端視情況鄰接嵌入轉子中之適合可導磁材料之一背鐵。在某些實施例(未展示)中，可以本文中所揭示之實施例之可能組合之形式配置永久磁鐵及電磁線圈。轉子平行(或實質上平行)於定子用花鍵接合或以其他方式固定至軸件10，其中在電磁線圈與永久磁鐵之間存在一氣隙，適合間隔件11、12、13、14係定位在該軸件上以維持(或部分地維持)轉子處於正確(或適合)軸向分離。軸件之內端以可旋轉方式支撐於適合軸承16中，適合軸承16承載於電動馬達之罩殼之端板15中。罩殼可包括：藉由軸向穿過其之複數個組裝螺栓21保持呈一堆疊式配置之端板15、環形導電元件4、環形導電元件2及罩殼元件17、18、19、20。堆疊式元件之外部表面可裝有鰭片及/或肋以提供較大熱耗散表面積且可在鄰接面之間提供一適合密封劑(或密封構件)。固定至軸件外端的係藉由保持螺帽25緊固至軸件之輪子凸緣23。複數個輪子保持螺栓24提供於輪子凸緣上。罩殼之外端由止推軸承殼體22及一適合密封劑(或密封構件)(未展示)密封封閉，止推軸承殼體22容納適合止推軸承且該適合密封劑以可旋轉方式支撐軸件、支撐輪子 負載、軸向保持輪子凸緣及軸件且防止、實質上防止或充分防止潤滑劑外泄或污染物進入。為提供一通量返迴路徑，一適合可導磁材料之環形背鐵26可係提供於轉子之非面向定子之一或多個面(或每一面)上，該等背鐵覆蓋由磁鐵佔據之環形區帶。在替代實施例(未展示)中，在具有非緊鄰定子之一面之轉子中，可刪除背鐵且磁鐵採取適合賀巴陣列形式。電子器件殼體27係形成於殼體之一適合定位之部分上或固定至該部分且含有控制電路板33。固態開關係藉由來自一控制系統(未展示)之命令信號啟動以給電磁線圈供電且藉此致使轉子旋轉。提供適合感測器(未展示)以產生傳輸至控制系統以提供關於轉子之絕對及瞬時位置之資料的信號。在某些實施例中，可提供一或多個適合感測器(未展示)以產生可傳輸至控制系統以提供關於轉子中一或多者之絕對、實質上絕對或充分絕對及/或瞬時、實質上瞬時、適當瞬時、相對或實質上相位位置或其任何組合之資料的信號。在某些實施例中，該等感測器採取一或多個光學感測器及/或一或多個霍耳效應感測器之形式。在某些實施例(未展示)中，可藉由參考未被驅動線圈中所產生之反EMF來判定轉子位置。在某些實施例中，永久磁鐵可採取強大或充分強大稀土型磁鐵之形式，且可藉由(舉例而言)接合、藉由適合機械緊固或如圖中轉子之中心處所繪示藉由束縛在夾在一起之兩個部件之間而緊固在轉子之軸向深度內之適當位置。在可用於較低成本應用中及/或需要滿足不同操作參數應用中之某些實施例(未展示) 中，磁鐵呈一習用形式。可使轉子之主體部分充分堅固及/或剛性以適當地抵抗在操作期間及/或當轉子處於靜止時所產生之磁力。視情況將轉子主體部分製作成實心及/或部分空心，其中裝有徑向肋以減小旋轉質量及/或克服勁度。在某些實施例中，可將電磁線圈製作成關於圖4所述之形式，且該等電磁線圈產生適當較高磁通量位準，同時具有適當較低磁阻，從而准許磁極之快速切換及/或反轉。在某些實施例(未展示)中，可採用習用、導線纏繞或條帶纏繞、繞線筒構造之線圈，其具有一空氣芯及/或由一適合可導磁材料製成之芯。在某些態樣中，線圈組態可必要地係電流之最大化與感應效應及/或至少部分由於磁滯所致之損耗之最小化之間的一折衷。可經由環形導電元件4將電流供應至固態開關，藉此准許至固態開關之一強電流。可圍繞環形導電元件周邊提供複數個適合凸耳(圖3中繪示為34、35)以用於附接電導體。電磁線圈可嵌入定子之軸向深度內且可接合至適當位置及/或罐封(舉例而言)一高強度、高溫度環氧樹脂，該配置准許高效(或適當高效)傳導冷卻。可將該等定子製成充分堅固及/或剛性以抵抗在操作期間及/或當轉子處於靜止時所產生之磁力。在某些應用中，在可採用電動馬達作為一直驅式汽車輪子馬達之情形下，其可藉由提供於罩殼端板15中之適合扣件嚙合附接螺栓孔隙28安裝至一車輛之懸架。
在某些應用中，在可採用電動馬達作為一直驅式汽車輪子馬達時，永久磁鐵陣列及電磁線圈陣列之中心直徑落在 15至60公分之範圍中，線圈之數目係奇數且磁鐵之數目比線圈之數目多1。亦可使用其他適合範圍。在某些實施例中，可採用18個磁鐵。在採用類似操作原理之某些其他實施例中，永久磁鐵及電磁線圈之數目可視情況係雙倍、三倍或四倍且按需要給線圈供電以產生一所要扭矩及RPM。在某些應用中，永久磁鐵之數目及電磁線圈之數目可係1個、2個、3個、4個、5個、6個、8個、10個、12個、14個、20個或20個以上，且按需要給線圈供電以產生一所要扭矩及RPM。類似地，在其他替代實施例中，可視情況使永久磁鐵及電磁線圈為相等數目。類似地，在其他替代實施例中，可視情況使永久磁鐵及電磁線圈為相等數目，但位置不對稱以防止開啟時磁停滯。在某些應用中，永久磁鐵及電磁線圈陣列之中心直徑越大，能夠產生之扭矩越大。電動馬達之配置准許自特別設計之組件、標準組件或其組合形成諸多組合-自一單個轉子與定子組合至採用至少10個轉子之組合。在某些應用中，轉子之數目可係至少5個、10個、15個、20個或25個。採用較大數目個轉子及定子之組合可用在大型裝置或機器中，例如重型卡車及掘土設備。
在某些實施例中，經採用以提供電子通信之固態開關可係可能夠處置電動馬達所需之供應電壓之絕緣閘極雙極電晶體(IGBT)。儘管p型(P-FET)及n型(N-FET)兩種場效應電晶體可適於該應用，但在某些實施例中，但可在一H橋配置中採用IGBT，其中藉由併入有一電荷泵之一積體電路 給IGBT中之每一者(或一或多者)之高側供電。在某些實施例中，可在一H橋配置中採用IGBT，其中藉由(舉例而言)併入有一電荷泵之一積體電路給IGBT中之一或多者之高側供電。IGBT緊鄰電磁線圈之定位可提供低電阻之短的高效傳導路徑。亦可使用其他定位，例如實質上毗鄰、適當地毗鄰或連通。所採用之IGBT之類型可提供用作散熱片之大型掛片，但其亦可係導電的。該等掛片因此可直接或間接地固定至環形導電元件4之指，藉此給IGBT提供具有低電阻之一高效電流供應路徑，從而高效利用空間及/或提供向外至環形導電元件之裝有鰭片或肋之外部表面之一高效熱傳導路徑。
另外參考圖2及圖3，可圍繞環形導電元件周邊提供複數個適合凸耳34、35以用於附接電導體，在每一凸耳上提供連接器29、30。為防止(實質上防止、充分防止或減小)圍繞電磁線圈中之一或多者產生一電渦流，自容納一電磁線圈之每一孔隙差不多徑向向內延伸之狹縫38可藉由切除(舉例而言)每隔一個指37而形成。IGBT可部分地容納於狹縫38中且至電磁線圈之繞組之第一連接(在圖4中繪示為42)經由該等狹縫之一個側通至共同接地板39，提供適合絕緣以電隔離該等連接與狹縫之表面。至電磁線圈之繞組之第二連接(在圖4中繪示為41)經由狹縫之另一側通至IGBT。可在40處進行IGBT至共同接地板之連接。可將DC轉DC隔離轉換器44、46及高電壓步退調節器電路板43、45安裝至電路板6之內邊緣。可採用兩個獨立電源供應器 以防止或實質上防止存在一閉合導電迴路，藉此，防止(實質上防止或充分防止)經感應電流負面影響電子功能。類似地，為防止、實質上防止或充分防止經感應電流干涉命令及回饋信號，可伏打隔離內電路及/或外電路。在某些實施例中，透過使用紅外線傳輸電路47及接收電路48來達成伏打隔離，其中為每一定子提供一個此種對。在某些實施例中，可使用電磁(RF)隔離結構或技術來將來自定子內部上之微控制器(在圖7中繪示為81)之控制信號伏打隔離。在替代實施例(未展示)中，可透過使用經調適用於該目的之光學、電容、感應、電磁、聲音、機械結構或技術或其組合來達成伏打隔離。
另外參考圖4，在某些實施例中，可需要將120伏下90安培之一電流供應至電磁線圈以達成來自電動馬達之最大功率輸出。在某些實施例中，可圍繞方形剖面形狀之一適合可導磁芯61自兩個單獨銅箔條49至52等及53至56等纏繞電磁線圈5。銅箔繞組之匝可與切割成特別形狀之粒度定向之矽鋼57至60等之矩形交錯。鋼經常經供應而塗佈有一絕緣化合物，但當切割時，非絕緣邊緣曝露於銅箔繞組。實務上，在某些應用中，此對線圈功能僅具有一最小影響，此乃因由於銅箔之較低電阻，因此穿過鋼板之總電流之比例亦係最小。銅箔繞組之內端連接至經由兩個銅箔繞組之間的間隙且經由適當鋼板中之適當定位之孔隙通向外部之絕緣導體41且與銅箔繞組之外端42一起，按需要延伸以在線圈與IGBT之間形成必要連接。電磁線圈可接合至具有 且罐封例如)一高強度且高溫度環氧樹脂黏合劑之定子中之適當位置。電磁線圈可纏繞有銅箔以減小感應效應且藉此，增加極性切換之最大速率。在某些實施例中，達成400 Hz之一最大切換速率。在某些實施例中，可達成100 Hz、200 Hz、400 Hz、500 HZ、600 Hz或800 Hz之一最大切換速率。在某些實施例(未展示)中，為滿足不同操作參數，可達成較高或較低切換速率。藉由亦減小反EMF，可減小以一給定速度操作電動馬達所需之電壓。在某些實施例(未展示)中，電磁線圈可藉由以下方式製成：電腦控制沈積銅及一適合鐵磁材料以形成線圈之此等實施例之一摹本，然後藉由燒結賦予經建立組合件永久形式。在某些實施例(未展示)中，可藉由電腦控制沈積及電子束焊接或燒結隨後接著可將粒度定向之矽鋼之預切割件滑動至銅箔之匝之間的孔隙中來製作電磁線圈之銅箔部分。舉例而言，具有0.2毫米之一厚度及25毫米之一最大有效寬度之銅箔能夠攜載90安培之所要最大電流。亦可使用其他適合箔組態。在0.23毫米之一厚度之情形下，電磁線圈內之粒度定向之矽鋼之體積係足夠允許產生必要磁通量強度。銅箔及粒度定向之矽鋼之厚度可意欲實質上僅具有指示性且在替代實施例中，可視情況採用較厚或較薄材料。在某些實施例(未展示)中，可採用習用導線纏繞或條帶纏繞、繞線筒構造之電磁線圈，其具有一空氣芯或由一適合可導磁材料製成之芯。在另一替代實施例中，電磁線圈可係用高溫超導繞組製成。線圈可係用一空氣芯來製作及/或可採用液 體氮冷卻技術或方法來維持一適合操作溫度。
另外參考圖6，在某些實施例中，圓形剖面形狀之強大(或充分強大)永久磁鐵9可如本文中所述嵌入在轉子圓盤8之厚度中。可在轉子圓盤中提供適合狹縫63以減小轉子之旋轉質量及藉此角動量且准許空氣在電動馬達罩殼內之一徑向流動。轉子圓盤之中心鏜孔64經開花鍵以容納軸件之互補花鍵。另外參考圖5，在某些實施例中，可將強大永久磁鐵9製成差不多梯形形狀且使其彼此以交替極定向鄰接。在某些實施方案中，該等磁鐵中之一或多者可鄰接。在某些應用中，可將該等磁鐵製成差不多梯形形狀且使其彼此以交替極定向鄰接，實質上鄰接。在此等實施例中，永久磁鐵之徑向內邊緣可經塑形以嚙合(或與其連通)形成在轉子圓盤之外邊緣中之一互補形狀，磁鐵之側邊緣可經塑形以嚙合(或與其連通)一陣列中之毗鄰磁鐵之互補塑形且該等磁鐵可藉由一高強度金屬材料之一圓周遏製帶(未展示)而保持在轉子圓盤上適當位置。對轉子圓盤之中心鏜孔62開花鍵以容納軸件之互補花鍵。在某些實施例(未展示)中，可將強大永久磁鐵塑形成大約梯形，但一或多者之軸傾向於穿過其之一徑向線達介於2.5度與20度之間的一角度。舉例而言，亦可使用其他角度範圍，介於2.5度至5度之間、介於5度至25度之間、介於5度至10度之間或介於15度至20度之間的一角度。
在某些實施例(未展示)中，含有電力電子器件之個別小電路板(包含H橋、微控制器及伏打隔離構件)可放置在定 子圓盤上毗鄰電磁線圈中之一或多者。電路板定位在線圈之徑向外側，但佔據最小空間且實質上不抑制線圈之傳導冷卻。電力電子器件與電力輸入之間的減小的導體長度減小由於電阻性發熱所致之損耗。透明聚合物材料之一圈用作一光管以將控制信號中繼至微控制器。在某些實施例(未展示)中，可與電磁線圈之銅成一體地製作IGBT。
參考圖7，反射光學位置感測器65及霍耳效應感測器66將轉子位置相關之信號提供至基於微處理器之控制單元67。控制單元視情況採取一微控制器及/或可程式化邏輯裝置及/或可程式化閘陣列及/或其他定製之單元之形式。自電動馬達之內部70，控制單元經由伏打隔離傳輸器68將資料傳輸至電動馬達之外部71上之伏打隔離接收器72且從那裏傳輸至微控制器單元75。類似地，微控制器單元75經由伏打隔離傳輸器73及伏打隔離接收器69將資料傳輸至控制單元67。每一定子可需要單獨雙向伏打隔離構件。自微控制器單元75，經由導體74將資料傳輸至一主控制單元及自一主控制單元傳輸資料。微控制器單元75視情況採取一微控制器及/或可程式化邏輯裝置及/或其他為特定目的構建之邏輯裝置之形式。控制單元67經由伏打隔離單元81與開關驅動器80、82通信。伏打隔離單元視情況採用本文中所述之操作原理中之一或多者且為定子中之一或多者提供一個伏打隔離單元。經由導體83、84將電流供應至IGBT之H橋配置且藉由開關驅動器控制IGBT 85、86、87、89。電磁線圈88連接至該H橋以使得經由切換之電流反轉使線 圈之磁極反轉。經由導體76將電流供應至DC轉DC降頻轉換器77且該降頻轉換器將電流供應至隔離之DC轉DC降頻轉換器(切換)78及隔離之DC轉DC降頻轉換器(邏輯)79。該降頻轉換器(切換)將電流供應至伏打隔離單元81、開關驅動器及IGBT且降頻轉換器(邏輯)將電流供應至控制單元67。
控制單元67准許獨立於其他線圈任意切換電磁線圈中之一或多者。使用脈寬調變，可產生激磁波形且用於驅動線圈。可採用各種線圈驅動量變曲線來在廣泛之RPM及操作溫度內即時最大化效率及功率輸出。在電動馬達之操作方法之某些實施例中，可藉由同時給電磁線圈供電惟一者來維持最大功率，被供電線圈之磁極係交替的。然後以相反磁極給未供電之線圈重新供電，以使得其與先前線圈(在轉子之旋轉方向之意義上之先前)之磁極相反，同時給下一線圈(在相同旋轉意義上之下一個)去電。該過程繼續給每一相繼線圈去電且然後以相反極性重新供電以完成一或多個永久磁鐵自一個線圈至下一個線圈之一移動。因此，對於轉子之一完整旋轉，線圈陣列中之線圈去電及重新供電(以相反極性)之次數係藉由陣列中之線圈之總數目之平方得出。在一陣列中之被供電線圈之數目係n之情形下，藉此，電動馬達實際上係以n：1之一比率機電地傳動。在電動馬達之操作方法之某些實施例中，藉由僅轉子之每旋轉給電磁線圈中之一或多者供電一次以使得每一線圈僅吸引周邊磁鐵陣列中之一個磁鐵來維持最小功率。藉此，電 動馬達實際上以一1：1比率來機電傳動。可採用線圈供電及去電之各種序列或組合來達成一標稱機電傳動。
在某些實施例(未展示)中，為減小鑲齒效應及/或最大化效率，使用微控制器中之類比轉數位轉換器以一代表速度範圍記錄一未供電電磁線圈之反EMF。在操作期間，可將正常未供電之一陣列中之電磁線圈供電至一位準，在該位準處，所產生之磁通量等於或實質上等於線圈之反EMF效應，藉此中和未供電線圈與永久磁鐵之間的磁交互作用。亦在再生制動中使用該機制，從而准許分析波且然後將其切換至正確電源平面中。可在運行期間針對一特定速度、功率要求與操作溫度及使用脈寬調變所產生之一最佳或接近最佳波來進一步分析線圈之反EMF之特性以盡可能地最大化電動馬達之效率。在某些實施例中，可自動地、實質上自動地、連續地、間斷地或基於其他適合間隔來執行此分析。預先計算或部分預先計算之波形型樣可儲存在一查找表中且可在當偵測到特定速度、功率要求、操作溫度及視情況反EMF或此等組合時重新叫用。視情況，透過使用啟發式演算法、進化演算法、傳統演算法、決定性演算法、其他適合最佳化技術或其組合來最佳化查找表。在某些實施例中，可藉由在運行時間透過使用一併入之支援向量機、透過使用神經網路技術、透過使用模糊邏輯技術、透過使用機器學習技術之其他適合應用、透過使用適合自適應性控制技術或透過其組合來執行最佳化而實施自適應性控制。
在某些實施例(未展示)中，可按需要將一定量之清潔冷卻空氣供應至馬達罩殼之內部以將定子維持在一預定溫度下。可經由一適合閥將冷卻空氣排出，該閥維持該罩殼內之一預定最小壓力以防止或實質上減小污染物進入。視情況，在將該一定量之冷卻空氣供應至電動馬達罩殼之前在一冷凍熱交換器中冷卻該一定量之冷卻空氣。在另外某些實施例(未展示)中，可將一液化製冷劑流供應至形成在電動馬達之罩殼壁及/或定子中之廊道，且可允許其在自罩殼吸收熱時汽化。由冷卻過程形成之蒸汽可經吸出、在適合熱交換組態或構件中壓縮及冷卻以將其重新液化。在此等實施例中，液化製冷劑視情況係一習用製冷劑，或在採用高溫超導線圈之情形下，係液體氮。在某些實施例(未展示)中，可使一適合液體冷卻劑之一流循環通過形成於電動馬達之罩殼壁及/或定子中之廊道，由冷卻劑吸收之熱隨後經由適合空氣冷卻之熱交換組態或構件而耗散。
在某些實施例(未展示)中，可採用電動馬達作為一電產生器且可採用操作原理中之一或多者以在快速變化之產生條件期間最大化電功率產生效率。舉例而言，此等可變產生條件可係環境情形中所經歷之彼等條件，例如風力發電、潮汐發電及波浪發電。
在某些實施例(未展示)中，在採用電動馬達作為一電動車之一推進單元之情形下，視情況，將其併入至一輪子中，其視情況經由一剛性或聯結式軸件驅動一輪子，其視情況經由一或多個鏈或傳送帶驅動一輪子，其視情況固定 在一車輛之中心且經由聯結式軸件在任一側驅動輪子，或其視情況產生一壓縮液壓流體流以給一液壓馬達提供動力，從而驅動一或多個輪子。
某些實例性實施例之設計及製造方法
將以下實例包含在內旨在說明可使用某些所揭示實施例設計及/或製造之各種裝置。藉由使用本文中所揭示之方法，本發明預期可使用本文中所揭示之技術設計及構造大量裝置。
A.在此實例性製造方法中，供應一或多個設計要求。舉例而言，此等要求可包含：裝置之尺寸、裝置之重量、裝置之最大功率、其運轉或產生所需之電壓、峰值電流汲取或供應(控制最大功率)、至電源供應器(DC、單相、三相)之連接之數目、裝置將以其運行之角速度範圍、需要遞送之扭矩之量、軸件需要吸收之最大扭矩或其組合。應理解，在設計及製造裝置中可使用其他特徵。
然後可按以下方式處理此資訊：首先選擇一適合模組以使得其能夠處置所需電壓且具有足夠的觸點及開關(舉例而言，對於單相及DC而言兩個，對於三相δ而言係三個，對於三相星形而言係四個)。然後將每一模組之功率額定值劃分成所需最大功率。然後將馬達之最大尺寸考量在內以決定可裝配成一圓形配置之線圈之數目，此變成盤之尺寸。盤之數目係線圈之總數目除以每盤之線圈之數目。然後，對照最大角速度檢查此線圈數目，從而確保模組中之線圈之感應不使得其不可以彼所要頻率切換。若該數目太 高，則可減小直徑以產生每盤較小線圈數目，從而產生較低操作頻率。此提供然後可用於構造該裝置之設計資訊。
B.在此實例性製造方法中，提供一或多個規範。在此實例中，欲構建之裝置規定盡可能輕(較佳地低於30 kg)之一300 kw馬達，需要裝配至小於400 mm之一直徑中，盡可能大的扭矩，需要自靜止平滑地加速、3000 RPM之上限角速度、120伏DC、1500安培之峰值電流。該裝置進一步規定高扭矩及小尺寸以及鐵芯高強力磁鐵。DC源產生兩個輸入。
下一步驟係選擇在120伏下運行，最大電流90 A、峰值功率係10 kw之鐵芯330 v、90 A單相模組。此資訊指示最小30個線圈。為獲得最大扭矩平滑，此規範將指示每盤比線圈多一個磁鐵。因此，計算可配置在400 mm之直徑之一圓形中之磁鐵之數目，且發現可裝配高達19個磁鐵。在此實例中選定之磁鐵係偶數數目，以使得其圍繞盤具有交替磁場，其中減少一個磁鐵使其成為偶數，亦即18個磁鐵。
接下來，選擇線圈之數目。在某些應用中，如在此應用中，線圈數目通常係最小化諧波之一主要數目，此處17個線圈工作，每34圈旋轉重複一次，最大角速度下之諧波係1.5 Hz。最大角速度下切換線圈之最大頻率係每秒50圈旋轉乘以17個線圈，再除以2以考量正負切換等於425 Hz。
此產生一最終組態，含17個線圈之2個定子盤總共34個線圈，總共320 kw(此乃因在任何時間點處，每盤一個線圈不工作)及含18個磁鐵之3個盤。基於此設計，可用容納 17個線圈之用於線圈之一盤定子構建一裝置。下一步驟係設計並製造容納18個線圈之磁盤以及設計並製造將裝置固持在一起之一罩殼及軸承支撐件。接下來將線圈組裝至定子盤中，將磁鐵組裝至轉子盤中且構建該裝置。下一步驟係修改軟體以控制17個線圈且在切斷時切換至產生模式。
C.在此實例性製造中，陳述以下規範：其規定3 MW、重量不係一考量事項、需要裝配至小於2000 mm之一直徑中、高達120 RPM之旋轉、輸出電壓應係3000伏、RMS 650安培、50 Hz以匹配幹線三相電源。該規範進一步規定低速度下之高電壓、規定鐵芯、繞組之種類、低電流以最佳化效率。三相源因此規定三個輸出。
此指示選擇鐵芯4000 v、10 A三相模組。在3000伏下運行，最大電流10 A，峰值功率係30 kw。此亦指示最小100個線圈。此外，為最大化線圈上之角速度以最大化電壓產生，一大直徑盤非常適於此應用。由於扭矩平滑性不係同樣受關注而大型葉片中之諧波可係受關注的，因此此實例指示每盤比線圈多一個磁鐵。
基於此資訊，下一步驟係計算可配置在2000 mm之直徑之一圓圈中之磁鐵之數目，發現可裝配高達104個磁鐵。由於線圈之數目通常對最小化諧波係主要的，因此，在此實例中，101個線圈工作。
此產生一最終組態：含101個線圈之1個轉子盤及含102個磁鐵之2個盤。
下一步驟係設計並製造容納101個線圈之用於線圈之盤 定子。設計並製造容納102個線圈之磁盤。設計並製造用以將裝置固持在一起之外殼及軸承支撐件。將線圈組裝至定子盤中，將磁鐵組裝至轉子盤中且將其放在一起。修改軟體以控制101個線圈且同步化至電網且確保將電壓維持在3000 V RMS下。
D.在此實例性實例中，該規範規定1 GW，重量不成問題，尺寸不成問題，高達300 RPM之旋轉、在幹線電源頻率三相之50 Hz主驅動器下輸出電壓應係3000伏RMS，333333安培。在此規範中沒有諸多約束，因此可變化數個參數。然而，此實例使用實例C中所概述之過程。另一因素係確保直徑對於一軸件係足夠大，該軸件係足夠堅固以在當將1 GW之旋轉動力放在該軸件上時不發生剪切。此實例可使用含101個線圈之512個堆疊，總共5221個模組。
E.在此實例性實例中，該規範規定2 Kw，最大直徑400 mm，高達300 RPM之旋轉、輸入電壓單相230 v AC 50 hz，價格約束。選擇小模組，空氣芯，每線圈最大1安培。每線圈總共230 w，需要從17個挑選約10個以確保單相中之死點不影響總功率輸出。為最小化成本，將開關及處理器組合至單個電路板上且圍繞定子配置線圈。
應用
某些實施例可用於將電能轉換成機械能。此可用於牽引。在某些實施例中，馬達可直接安裝在一車輛輪子殼體中以用於直接驅動。參見圖37及圖38中所展示之照片。圖36圖解說明可在牽引應用中使用之一實例性電機，關於此 設計之更多細節可在圖1中找到。在某些實施例中，電機外殼可具有准許外殼藉由適合緊固件直接附接至懸掛系統之基座及/或可圍繞電機使用現有制動系統。將馬達直接附接至輪子節省驅動軸件以及可能地變速箱及傳動裝置之重量且係更高效的，此乃因其不遭受此類系統之相同機械損耗。
在一替代實施例(未展示)中，在採用電動馬達作為一電動車之一推進單元之情形下，其視情況併入至一輪子中，其視情況經由一剛性或聯結式軸件驅動一輪子，其視情況經由一或多個鏈或傳送帶驅動一輪子，其視情況固定在一車輛之中心且經由聯結式軸件在任一側驅動輪子，或其視情況產生一壓縮液壓流體流以給一液壓馬達提供動力，從而驅動一或多個輪子。
此外，在某些應用中，具有制動及/或加速之電子控制之車輛，存在電腦控制車輛動力之機會，包含以下各項中之一或多者：主動巡航控制，其中一車輛維持距前面一車輛之一預定距離；碰撞避免，其中一車輛自動制動以避免一碰撞；緊急制動輔助，其中一車輛感測一緊急停止且施加最大有效制動；主動軟體差動，其中回應於其他輸入調整個別輪子速度；主動刹車偏壓，其中即時地調整個別輪子刹車力以維持 車輛穩定性；刹車轉向，其中調整個別輪子刹車偏壓以輔助轉向；及電流源，用於牽引應用，其係持續的或間歇的。
類似地，在其他替代實施例中，可視情況使磁鐵及電磁線圈為相同數目，但較佳地，位置不對稱以防止或減小開啟時磁停滯。在某些應用中，磁鐵及線圈陣列之中心直徑越大，能夠產生之扭矩越大。電動馬達之配置准許自標準組件形成諸多組合-自一單個轉子及定子組合至採用至少10個轉子之組合。可在大型機器中使用採用較大數目個轉子及定子之組合，例如重型卡車及掘土設備。
某些實施例係針對可在泵應用中使用之電機。此等實施例可用在此等電機之適合應用中。本文中所揭示之某些實施例可在不需要傳動之情形下產生適合高扭矩，舉例而言，泵可經組態而以低速率移動大體積水。藉由減小賦予給水之慣性之量，需要實質上較少功率來移動水。
某些實施例可用作形成溫泉游泳池，以及用於在採礦、化學搬運及其中需要以低速度移動大量或其他數量之適合固體、漿液及/或液體之其他應用中的各種應用之泵。圖39係包括根據某些實施例之電機之一泵之一呈現。
某些實施例係針對線性螺線管組態及相關應用。此等組態可用於將電能轉換成實質上線性運動。優於傳統螺線管之一個優點係追蹤所要位置且使用每線圈層級之內建回饋控制「鎖定」在適當位置的能力。此等實施例亦可包含可在該等線圈中之一或多者上使用之回饋控制。此等組態具 有與本文中針對其他自適應性馬達組態所論述類似之功率效率特性。一個應用領域係用於發電，例如波浪運動。圖40係一單個盤單個定子組態之一呈現。圖41係相同設計之一示意性俯視圖，其指示磁鐵94及95之位置。圖42係一示意性等距視圖。此視圖中展示安裝在滑動磁鐵基座99上之磁鐵94及95。線圈88位於定子101內部且未展示。可在129處看到線圈控制單元及切換電子器件之一實例性定位。與本文中所揭示之馬達組態一樣，該線性組態可藉由堆疊其他線圈及/或磁鐵盤而增加功率。在某些實施例中，可使用至少2個、3個、4個、5個、6個、8個、10個、20個或20個以上單元。在某些實施例中，在某些應用中可使用介於2個至40個之間、2個至10個之間、3個至15個之間、3個至6個之間、4個至8個之間、10個至25個之間或其他適合範圍之堆疊單元。本文中所揭示之線性組態之其他使用包含：線性阻尼器、線性彈簧/主動懸掛系統、致動器、傳送帶、自動扶梯、風扇、用於工業/採礦及其他產業之3相、機器(採礦及工業)及/或磁感應傳動。
其他應用可係再生制動及/或發電。關於可再生能應用，例如旋轉機械能應用，某些應用係：風力發電、水力發電、熱能發電及/或熱交換器，及/或蒸汽輪機。
圖43展示可用在波浪發電中之一系統之一示意性側視圖。使用(舉例而言)本文中所揭示之某些磁通量線性陣列之一波浪發電機之此實例性組態能夠用於連續(或實質上連續或部分地)發電。在圖43中，一或多個線性陣列130可 附接至浮動在水面132上或附近之浮標131。該系統亦可固定至(或部分地插入至)水體之底部133。該圖展示處於全伸展狀態之一個線性陣列134及處於全壓縮狀態之兩個陣列135及135。當波浪通過時，其致使H形浮標131升降。本發明亦涵蓋不同組態，舉例而言，可使用一旋軸件向通量產生器及具有附接之浮標之長臂來實施一類似方法。某些實施例係針對一模組化插入件，該模組化插入件可用於發電且在某些態樣中，可適於大規模發電。如本文中所論述，所揭示之某些電機之設計之特徵中之一者係每一線圈(或一或多個線圈)可具有其自身的專門控制電路。一線圈及其支援電子器件可併入至一小型熱抽換模組中。此對於現場組裝大型馬達及/或維護大型組態係有利的(可在不完全拆卸該馬達之情形下替換出故障線圈及電子器件)。
在圖44、圖45、圖46、圖47及圖48中展示電機之一實例性三相、單個盤、兩百萬瓦特、一百零一個模組實施例。參考圖44，該設計併入模組137，該模組由一個線圈88、將該模組亦連接至共用電軌之安裝軌140、141、142、143及促進該模組之容易移除或至裝置中之插入之一把手138組成。每一模組可係自給自足的。圖45及圖46圖解說明模組內部所含有之電子器件之定位。電子器件定位在一電路板145上。電力開關111經定位以使得其焊料掛片附接139至電源及安裝軌144。其他電子器件包含電力開關112、微控制器79、隔離之DC轉DC轉換器及電源供應器79、光學收發器119及一巨磁阻(GMR)位置感測器121。在替代實施 例中，可使用各種替代相對或絕對位置感測器。
圖47圖解說明將模組連接至3相共用軌及接地之滑塊。元件140將該模組連接至接地，將141連接至第一相位，將142連接至第二相位、將143連接至第三相位。此等滑塊亦准許該模組在操作期間或當電機係靜止時插入或自電機移除。該等軌進一步促進熱自模組耗散至電機。圖47B圖解說明插入146至電機機殼中之方向。
圖48圖解說明安裝了101個模組，出於清晰目的移除接地板、安裝基底及外殼之電機。此組態可用於風力發電應用。某些特徵包含圖44至圖47中所圖解說明之模組、使用絕緣層148彼此絕緣之一系列環形軌147。電源軌可連接至多個金屬掛片149、150、151。兩個轉子8具有附接至其周邊之永久磁鐵5。轉子及定子之中間處之切口152節省材料及重量，同時維持結構強度。
一系列發光二極體(LED)及光學感測器可安裝在每一(或一或多個)模組(圖44中未展示)上，與由反射及較不反射表面或孔之一編碼區組成的定子之一區段(圖48中未展示)對準。當給一模組開啟電源時，該模組內部之微控制器使LED發光，感測器偵測接地板之經編碼區域是否係自接地板之一反射。微控制器使用來自感測器之資訊形成供在通信匯流排上使用之一位址且知曉其在該系統中之幾何位置。在替代實施例中，位址可係硬編碼於微控制器中、由一系列開關、接續器、透過磁性開關、透過匯流排沿一共用匯流排探測或量測傳播中繼及/或分配位址至多主控匯 流排系統之其他適合方法來設定。此模組化設計確保即使某些或諸多模組失效時產生器亦可維持操作。能夠在操作期間替換該裝置確保電機可保持在延伸之時間段內操作，該時間段原本可需要產生器關閉。當模組失效時，模組可將其故障通信給電機之維護人員以指示其替換模組。當正進行替換時，模組上之選用指示器可幫助找到故障模組。由於模組可係充分小及/或足夠輕以可攜載時，可易於達成往來於難以到達之電機(例如，風力發電機中之電機)攜載替換零件。對於某些所揭示實施例而言，此係一有用優點，且其自一時間及/或成本基礎改良修理及維護。
此等產生器之某些所揭示實施例可背對背地鏈接在一起於相同軸件上，共用轉子，從而增加發電能力。此等產生器之堆疊產生如本文中所揭示之某些優點。在圖49中圖解說明一10 MW產生器之一版本。此等模組化單元153可經堆疊以產生沿一個軸件10具有多個盤之實施例，該軸件具有足夠強度以在當全部動力施加至該軸件時不發生剪切。相同電源軌149至151用於成一直線地連接至每一產生器；然而，不同導體可用於最小化電阻性功率損耗。產生器或馬達可經定製設計以滿足幾乎各種電力或尺寸規範。在某些實施例中，可組合至少2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、15個、20個、512個模組化單元。在某些實施例中，可組合介於2個至40個之間、2個至6個之間、3個至9個之間、4個至12個之間、5個至16個之間、5個至25個之間或10個至512個之間之單元。
此外，添加一電容器至該模組且將開關及線圈組態成一降壓、升壓或一降壓與升壓組態，該裝置可藉由軟體驅動以在一特定頻率下產生一特定電壓且可直接連接至電網而不需要步進或步退變壓器，從而添加可觀之空間及成本節省。另外，可以軟件形式停止發電。
在某些實施例中，使電機轉動所需之扭矩取決於線圈產生之數目。可實質上即時地(或即時地)增加及/或降低使機器轉動所需之扭矩。當軸件藉由波動源轉動時(例如在風力發電中)，電機可不斷地(或其他適合時間段)最佳化維持一實質上均勻旋轉速度所需之扭矩。當自靜止加速時，電機可最小化開啟裝置旋轉所需之扭矩。
風輪機及其他產生器通常需要變速箱來增加軸件之角速度，以使得軸件以一充分高角速度旋轉來以充分高效率操作其產生器。由於本文中所揭示之電機之某些實施例之轉子具有一適當大半徑，因此裝置之邊緣處之相對速度具有足夠的速度來在其經過線圈時產生充分數量之功率。可不需要反相器及其他此等控制器，此乃因此技術可併入至產生器自身中。
以下非限制性實例進一步圖解說明本文中所揭示之某些實施例。
實例1A.1 一電機包括：至少一個定子；至少一個模組；該至少一個模組包括至少一個電磁線圈及至少一個開關，該至少一個模組附接至該至少一個定子；至少一個轉子，其具有附接至該至少一個轉子之複數個磁鐵，其中該 至少一個模組與該複數個該等磁鐵呈間隔關係；且該至少一個轉子與該至少一個定子呈一旋轉關係，其中該電機中之該至少一個模組之數量及組態係部分地基於一或多個操作參數而判定；其中該至少一個模組能夠被獨立地控制；且其中該至少一個模組能夠至少部分地基於以下各項中之一或多者重新組態：操作期間之至少一個操作參數、操作期間之至少一個效能參數或其組合。
實例1A.2 一電機包括：至少一個定子，至少一個模組，該至少一個模組包括至少一個電磁線圈及至少一個開關，該至少一個模組附接至該至少一個定子；至少一個滑塊，其具有附接至該至少一個滑塊之複數個磁鐵，其中該至少一個模組與該複數個該等磁鐵呈間隔關係；且該至少一個滑塊與該至少一個定子呈一線性關係，其中該電機中之該至少一個模組之數量及組態係部分地基於一或多個操作參數而判定；其中該至少一個模組能夠被獨立地控制；且其中該至少一個模組能夠至少部分地基於以下各項中之一或多者重新組態：操作期間之至少一個操作參數、操作期間之至少一個效能參數或其組合。
實例1A.3 一電機包括：至少一個定子，至少一個模組，該至少一個模組包括至少一個電磁線圈及至少一個開關，該至少一個模組附接至該至少一個定子；至少一個滑塊，其具有附接至該至少一個滑塊之複數個磁鐵，其中該至少一個模組與該複數個該等磁鐵呈間隔關係；且至少一 個轉子與該至少一個定子呈一線性、實質上線性、圓形、實質上圓形、拱形、實質上拱形或其組合之關係，其中該電機中之該至少一個模組之數量及組態係部分地基於一或多個操作參數而判定；其中該至少一個模組能夠被獨立地控制；且其中該至少一個模組能夠至少部分地基於以下各項中之一或多者重新組態：操作期間之至少一個操作參數、操作期間之至少一個效能參數或其組合。
實例1A.4 一電機包括：至少一個定子，至少一個模組，該至少一個模組包括至少一個電磁線圈及至少一個開關，該至少一個模組附接至該至少一個定子；至少一個盤或轉子，其具有附接至該至少一個盤或轉子之複數個磁鐵；且該至少一個盤或轉子與該至少一個定子係移動關係，其中該電機中之該至少一個模組之數量及組態係部分地基於一或多個操作參數而判定，其中該至少一個模組能夠被獨立地控制；且其中該至少一個模組能夠至少部分地基於以下各項中之一或多者重新組態：操作期間之至少一個操作參數、操作期間之至少一個效能參數或其組合。
實例1A.5 一電機包括：至少一個定子，至少一個模組，該至少一個模組包括至少一個電磁線圈及至少一個開關，該至少一個模組附接至該至少一個定子；至少一個盤或轉子，其具有附接至該至少一個盤或轉子之複數個磁感應廻圈，其中該至少一個模組與該複數個該等磁感應廻圈呈間隔關係；且該至少一個盤或轉子與該至少一個定子係移動關係，其中該電機中之該至少一個模組之數量及組態 係部分地基於一或多個操作參數而判定；其中該至少一個模組能夠被獨立地控制；且其中該至少一個模組能夠至少部分地基於以下各項中之一或多者重新組態：操作期間之至少一個操作參數、操作期間之至少一個效能參數或其組合。
實例1A.6 一電機包括：至少一個定子，至少一個模組，該至少一個模組包括至少一個電磁線圈及至少一個開關，該至少一個模組附接至該至少一個定子；至少一個盤或轉子，其具有附接至該至少一個盤或轉子之複數個磁阻突出部，其中該至少一個模組與複數個磁阻突出部呈間隔關係；且該至少一個盤或轉子與該至少一個定子係移動關係，其中該電機中之該至少一個模組之數量及組態係部分地基於一或多個操作參數而判定；其中該至少一個模組能夠被獨立地控制；且其中該至少一個模組能夠至少部分地基於以下各項中之一或多者重新組態：操作期間之至少一個操作參數、操作期間之至少一個效能參數或其組合。
實例1A.7 一電機包括：至少一個定子，至少一個模組，該至少一個模組包括至少一個電磁線圈及至少一個開關，該至少一個模組附接至該至少一個定子；至少一個轉子，其具有附接至該至少一個轉子之複數個磁鐵，其中該至少一個模組與該複數個該等磁鐵呈間隔關係；且該至少一個轉系與該至少一個定子呈一旋轉關係。
實例1A.8 一電機包括：至少一個定子，至少一個模組，該至少一個模組包括至少一個電磁線圈及至少一個開 關，該至少一個模組附接至該至少一個定子；至少一個滑塊，其具有附接至該至少一個滑塊之複數個磁鐵，其中該至少一個模組與該複數個該等磁鐵呈間隔關係；且該至少一個滑塊與該至少一個定子呈一線性關係。
實例1A.9 一電機包括：至少一個定子，至少一個模組，該至少一個模組包括至少一個電磁線圈及至少一個開關，該至少一個模組附接至該至少一個定子；至少一個轉子，其具有附接至該至少一個轉子之複數個磁鐵，其中該至少一個模組與該複數個該等磁鐵呈間隔關係；且該至少一個轉子與該至少一個定子呈一線性、實質上線性、圓形、實質上圓形、拱形、實質上拱形或其組合之關係。
實例1A.10 一電機包括：至少一個定子，至少一個模組，該至少一個模組包括至少一個電磁線圈及至少一個開關，該至少一個模組附接至該至少一個定子；至少一個盤或轉子，其具有附接至該至少一個盤或轉子之複數個磁鐵，其中該至少一個模組與該複數個該等磁鐵呈間隔關係；且該至少一個盤或轉子與該至少一個定子係移動關係。
實例1A.11 一電機包括：至少一個定子，至少一個模組，該至少一個模組包括至少一個電磁線圈及至少一個開關，該至少一個模組附接至該至少一個定子；至少一個盤或轉子，其具有附接至該至少一個盤或轉子之複數個磁阻突出部，其中該至少一個模組與該複數個磁阻突出部呈間隔關係；且該至少一個盤或轉子與該至少一個定子係移動 關係。
實例1A.12 一電機包括：至少一個定子，至少一個模組，該至少一個模組包括至少一個電磁線圈及至少一個開關，該至少一個模組附接至該至少一個定子；至少一個盤或轉子，其具有附接至該至少一個盤或轉子之複數個磁感應廻圈，其中該至少一個模組與該複數個磁感應廻圈呈間隔關係；且該至少一個盤或轉子與該至少一個定子係移動關係。
實例2A.1 實例1A.7至1A.12中之一或多者之電機，其中該電機中之該至少一個模組之數量及組態係部分地基於一或多個操作參數而判定；其中該至少一個模組能夠被獨立控制；且其中該至少一個模組能夠至少部分地基於以下各項中之一或多者重新組態：操作期間之至少一個操作參數、操作期間之至少一個效能參數或其組合。2A.2實例1A.7至1A.12中之一或多者之電機，其中該電機中之該至少一個模組之數量及組態係部分地基於一或多個操作參數而判定。2A.3實例1A.7至1A.12中之一或多者之電機，其中該至少一個模組能夠被獨立控制。2A.4實例1A.7至1A.12中之一或多者之電機，其中該至少一個模組能夠至少部分地基於以下各項中之一或多者重新組態；操作期間之至少一個操作參數、操作期間之至少一個效能參數或其組合。2A.5實例1A.7至1A.12中之一或多者之電機，其中該電機中之該至少一個模組之數量及組態係部分地基於一或多個參數而判定；且其中該至少一個模組能夠被獨立控 制。2A.6實例1A.7至1A.12中之一或多者之電機，其中該至少一個模組能夠被獨立控制；且其中該至少一個模組能夠至少部分地基於以下各項中之一或多者重新組態：操作期間之至少一個操作參數、操作期間之至少一個效能參數或其組合。2A.7實例1A.7至1A.12中之一或多者之電機，其中該電機中之該至少一個模組之數量及組態係部分地基於一或多個操作參數而判定；且其中該至少一個模組能夠至少部分地基於以下各項中之一或多者重新組態：操作期間之至少一個操作參數、操作期間之至少一個效能參數或其組合。
3A以上實例中之一或多者之電機，其中該一或多個操作參數係選自以下各項中之一或多者：最大角速度、平均角速度、最小角速度、最大功率輸出、平均功率輸出、最小功率輸出、最大輸入電壓、平均輸入電壓、最小輸入電壓、最大產生電壓、平均產生電壓、最小產生電壓、峰值輸入電流、平均輸入電流、最小輸入電流、最大產生電流、平均產生電流、最小產生電流、最大扭矩、平均扭矩、啟動序列、最小扭矩、扭矩平滑性、加速速率、保持角之準確性、最小化角速度之變化、切斷期間之減速之速率、軸件之直徑、電機之最大半徑、電機之最大長度、電機之最大深度、機器之最大高度、最大滑動距離、最小滑動距離、機器之最大重量、機器之最小重量、最大電阻性功率損耗、單元冗餘及總價格。
4A.1以上實例中之一或多者之電機，其中操作期間之 至少一個操作參數可選自以下各項中之一或多者：最大角速度、平均角速度、最小角速度、最大功率輸出、平均功率輸出、最小功率輸出、最大輸入電壓、平均輸入電壓、最小輸入電壓、最大產生電壓、平均產生電壓、最小產生電壓、所產生電壓之形狀及頻率、峰值輸入電流、平均輸入電流、最小輸入電流、最大產生電流、平均產生電流、最小產生電流、最大扭矩、平均扭矩、最小扭矩、扭矩平滑性、啟動序列、加速速率、保持角度之準確性之等級、最小角速度之變化、切斷期間減速之速率、軸件之直徑、電機之最大半徑、電機之最大長度、電機之最大深度、機器之最大高度、最大滑動距離、最小滑動距離、機器之最大高度、機器之最小高度、最大電阻性功率損耗、單位冗餘及總價格。4A.2以上實例中之一或多者之電機，其中操作期間之該至少一個效能參數可選自以下各項中之一或多者：最大角速度、最大功率輸出、與產生期間之輸出電壓之偏差、維持一所要產生電壓、扭矩平滑性、加速速率、保持角度之準確性、最小化角速度之變化、匹配切斷期間之所請求減速速率、最小化電阻性功率損耗、總效率、功率因數校正、機械諧波取消、電諧波取消、再生輸出電壓波之準確性及產生頻率之準確性。4A.3以上實例中之一或多者之電機，其中操作期間之一或多個效能參數可選自以下各項中之一或多者：最大角速度、最大功率輸出、與產生期間之輸出電壓之偏差、維持一所要產生電壓、扭矩平滑性、加速速率、保持角度之準確性、最小化角速度之變 化、匹配切斷期間之減速速率、最小化電阻性功率損耗、總效率、功率因數校正、機械諧波取消、電諧波取消、再生輸出電壓波之準確性及產生頻率之準確性。4A.4以上實例中之一或多者之電機，其中該至少一個模組能夠至少部分地基於以下各項中之一或多者重新組態：操作期間之至少一個操作參數，其中操作期間之該至少一個操作參數可係選自實例4A.3中所列出之參數中之一或多者；操作期間之至少一個效能參數，其中操作期間之該至少一個效能參數可係選自實例4A.2中所列出之參數中之一或多者；或其組合。
5A以上實例中之一或多者之電機，其中該至少一個電磁線圈包括呈一實質上圓形配置或一軸向通量配置之複數個電磁線圈。
6A以上實例中之一或多者之電機，其中該至少一個電磁線圈及該複數個磁鐵呈一角偏移或一徑向偏移配置。
7A以上實例中之一或多者之電機，其中該至少一個電磁線圈中之線圈之數目不係與複數個磁鐵中之磁鐵之數目相同之數目。
8A以上實例中之一或多者之電機，其中該複數個電磁線圈中之線圈之數目係與複數個磁鐵中之磁鐵之數目相同之數目，且該複數個電磁線圈與該複數個磁鐵之間的間隔關係幾何偏移以防止同心對準。
9A以上實例中之一或多者之電機，其中該至少一個電磁線圈中之線圈之數目至少比該複數個磁鐵中之磁鐵之數 目小1。
10A以上實例中之一或多者之電機，其中該複數個電磁線圈係配置成一與該複數個磁鐵徑向對準之配置。
11A以上實例中之一或多者之電機，其中該複數個電磁線圈係配置成與該複數個磁鐵軸向錯位達至少5度、10度、15度、20度、25度、30度、35度、40度或45度。
12A以上實例中之一或多者之電機，其中該複數個電磁線圈與該至少一個定子軸向對準且該複數個磁鐵與該至少一個轉子軸向對準。
13A以上實例中之一或多者之電機，其中該複數個電磁線圈與該至少一個定子係實質上垂直的或垂直的且該複數個磁鐵線圈與該至少一個轉子係實質上垂直的或垂直的。
14A以上實例中之一或多者之電機，其進一步包括一外殼，該外殼係機械充分的以適當地抵抗當操作時因機械力之變形。
15A以上實例中之一或多者之電機，其進一步包括係導熱之一外殼。
16A以上實例中之一或多者之電機，其進一步包括一外殼，該外殼可用作一或多個電子開關之一導體。
17A.1以上實例中之一或多者之電機，其中該電機之功率對重量比率係每千瓦至少5、10、20、50、100、500、1000千克。17A.2以上實例中之一或多者之電機，其中該電機之功率對重量比率係每千瓦介於5千克至1000千克之 間、5千克至10千克之間、10千克至100千克之間、10千克至500千克之間、10千克至50千克之間、20千克至1000千克之間、20千克至50千克之間、50千克至100千克之間、50千克至500千克之間、100千克至500千克之間或500千克至1000千克之間。
18A.1以上實例中之一或多者之電機，其中該電機之功率對重量比率比具有一實質上較小尺寸及重量之一無刷永久磁鐵三相電機大10%、25%、50%、100%、125%、150%、200%、250%、300%、500%、1000%。18A.2以上實例中之一或多者之電機，其中該電機之功率對重量比率比具有一實質上較小尺寸及重量之一無刷永久磁鐵三相電機大介於10%至1000%之間、10%至25%之間、10%至100%之間、25%至50%之間、25%至150%之間、50%至250%之間、50%至100%之間、100%至125%之間、100%至250%之間、125%至150%之間、150%至300%之間、200%至1000%之間、250%至500%之間、250%至1000%之間或500%至1000%之間。
19A.1以上實例中之一或多者之電機，其進一步包括：至少一個感測器，其用以偵測該至少一個轉子之絕對或相對位置；及至少一個控制系統，其回應於來自以下各項中之一或多者之輸入：該至少一個感測器、至少一個功率命令、至少一個模式命令(其包括以下各項中之一或多者：至少一個驅動、產生、制動及保持命令)及至少一個旋轉方向命令。19A.2實例19A.1之電機，其中該至少一個控制 系統經組態以呈一驅動組態，或具有該至少一個驅動模式命令，該至少一個控制系統啟動激磁該等磁性線圈中之一或多者以吸引及排斥磁鐵以用於產生運動之目的之至少一個開關。19A.3實例19A.1之電機，其中該電機經組態以呈一產生組態，或具有用以產生電力之至少一個模式，該至少一個控制系統啟動將一或多個線圈連接至外部電源軌之至少一個開關。19A.4實例19A.1之電機，其中該電機經組態以呈一制動組態或具有用以制動之至少一個模式命令，該至少一個控制系統啟動將磁性線圈端子中之一或多者連接在一起以對抗運動之至少一個開關。19A.5實例19A.1之電機，其中該電機經組態以呈一保持組態或具有用以保持之至少一個模式命令，該至少一個控制系統啟動激磁磁性線圈中之一或多者以吸引及排斥磁鐵以用於停止運動之目的之至少一個開關。
20A.1以上實例中之一或多者之電機，其中操作中之至少一個控制系統在操作週期期間實質上連續地關於至少一個操作參數來判定一或多個適當高效的操作模式。20A.2以上實例中之一或多者之電機，其中操作中之至少一個控制系統在操作週期期間實質上連續地關於至少一個操作參數、至少一個效能參數或其組合來判定一或多個適當高效的操作模式。
21A以上實例中之一或多者之電機，其中該電機能夠在該電機之RPM範圍之50%、60%、70%、80%、90%、95%、98%或100%內有效地操作。
22A.1以上實例中之一或多者之電機，其中該電機具有約100 kw/立方米、500 kw/立方米、1000 kw/立方米、2000 kw/立方米、5000 kw/立方米、10000kw/立方米或20000 kw/立方米之一功率密度。22A.2以上實例中之一或多者之電機，其中該電機具有至少100 kw/立方米、500 kw/立方米、1000 kw/立方米、2000 kw/立方米、5000 kw/立方米、10000 kw/立方米或20000 kw/立方米之一功率密度。2A.3以上實例中之一或多者之電機，其中該電機具有介於100 kw/立方米至20,000 kw/立方米之間、100 kw/立方米至200 kw/立方米之間、100 kw/立方米至500 kw/立方米之間、250 kw/立方米至500 kw/立方米之間、500 kw/立方米至1000 kw/立方米之間、500 kw/立方米至2000 kw/立方米之間、1000 kw/立方米至10,000 kw/立方米之間、1000 kw/立方米至5000 kw/立方米之間、2000 kw/立方米至5000 kw/立方米之間、5000 kw/立方米至10,000 kw/立方米之間、5000 kw/立方米至15,000 kw/立方米之間或10,000 kw/立方米至20,000 kw/立方米之間之一功率密度。
23A.1以上實例中之一或多者之電機，其中可實質上即時地重新組態該電機之至少一個操作參數中之一或多者。23A.2以上實例中之一或多者之電機，其中可實質上即時地重新組態該至少一個操作參數、該至少一個效能參數或其組合中之一或多者。
24A以上實例中之一或多者之電機，其中該至少一個控制系統提供對複數個線圈中之至少30%、40%、50%、 60%、70%、80%、90%、95%或100%之個別控制。
25A以上實例中之一或多者之電機，其中可即時地重新組態該電機中之至少一個操作參數且橫跨以下各項中之一或多者之50%、60%、70%、80%、90%、95%、98%或100%判定及實施效能最佳設定：操作速度及負載。
26A.1以上實例中之一或多者之電機，其中可實質上即時地重新組態該複數個線圈之時序以連續第最佳化該複數個線圈之時序。26A.2以上實例中之一或多者之電機，其中可實質上即時地重新組態該至少一個線圈之時序以連續地最佳化該至少一個線圈之時序。
27A.1以上實例中之一或多者之電機，其中永久磁鐵之總數目可減小最小10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%或70%且仍提供與一無刷永久磁鐵三相電機相當之功率輸出。27A.2以上實例中之一或多者之電機，其中永久磁鐵之總數目可減小最小介於10%與70%之間、10%與25%之間、20%與50%之間、15%與35%之間、20%與55%之間、25%與50%之間、30%與60%之間、35%與50%之間、40%與60%之間、45%與70%之間或50%與70%之間，且仍提供與一無刷永久磁鐵三相電機相當之功率輸出。
28A.1以上實例中之一或多者之電機，其中與具有相當之功率輸出之一無刷永久磁鐵三相電機相比，該複數個線圈在一圈旋轉中具有的扭矩變化係約1/1000、1/500、1/100、1/50、1/40、1/35、1/30、1/25、1/20、1/15、 1/10、1/5。28A.2以上實例中之一或多者之電機，其中與具有相當之功率輸出之一無刷永久磁鐵三相電機相比，該複數個線圈在一圈旋轉中具有的扭矩變化介於1/1000至1/100之間、1/1000至1/100之間、1/500至1/100之間、1/500至1/20之間、1/100至1/5之間、1/100至1/30之間、1/50至1/10之間、1/40至1/15之間、1/35至1/10之間、1/30至1/15之間、1/25至1/10之間、1/20至1/5之間、1/15至1/5之間或1/10至1/5之間。
29A.1以上實例中之一或多者之電機，其中磁鐵之材料節省將係具有相當之功率輸出之一無刷永久磁鐵三相電機之至少10%、15%、20%、30%、40%、50%或60%。29A.2以上實例中之一或多者之電機，其中磁鐵之材料節省將係具有相當之功率輸出之無刷永久磁鐵三相電機之介於10%至60%之間、10%至30%之間、15%至30%之間、20%至50%之間、30%至50%之間、40%至60%之間或50%至70%之間。
30A.1以上實例中之一或多者之電機，其中銅之材料節省將比每功率輸出具有類似電阻性功率損耗之一類似無刷永久磁鐵3相電機之銅之材料節省多至少10%、15%、20%、30%、40%、100%、200%、1000%。30A.2以上實例中之一或多者之電機，其中銅之材料節省將比每功率輸出具有類似電阻性功率損耗之一類似無刷永久磁鐵3相電機之銅之材料節省多介於10%至100%之間、15%至40%之間、20%至100%之間、20%至200%之間、30%至1000%之 間、40%至150%之間、100%至200%之間、200%至500%之間、200%至1000%之間、500%至1000%之間。
31A以上實例中之一或多者之電機，其中該定子可係由鋁、鋼、銅、聚乙烯、丙烯酸樹脂、聚合物增強之碳纖維、聚合物增強之纖維玻璃、其他金屬、塑膠及/或合成材料或其組合製造，且該定子具有適當剛性。
32A以上實例中之一或多者之電機，其中該轉子可係由鋁、鋼、銅、聚乙烯、丙烯酸樹脂、聚合物增強之碳纖維、聚合物增強之玻璃纖維、其他金屬、塑膠及/或合成材料或其組合且轉子具有適當剛性。
33A以上實例中之一或多者之電機，其中該外殼可係由鋁、鋼、銅、聚乙烯、丙烯酸樹脂、聚合物增強之碳纖維、聚合物增強之玻璃纖維、其他金屬、塑膠及/或合成材料或其組合且外殼具有適當剛性。
34A以上實例中之一或多者之電機，其中該轉子或滑塊中之磁場可係透過使用稀土或其他習用形式之永久磁鐵而產生。
35A以上實例中之一或多者之電機，其中該複數個磁場產生器係以下各項中之一或多者：在廻圈中感應一電流以產生一磁場之一金屬材料之廻圈或線圈。
36A以上實例中之一或多者之電機，其中該複數個磁場產生器係重定向磁場之鐵磁材料之條。
37A.1以上實例中之一或多者之電機，其中為節省空間、成本或兩者，將至少一個模組之至少一個開關製作在 相同電路板上。37A.2以上實例中之一或多者之電機，其中將至少一個模組之至少一個開關製作在相同電路板上。
38A.1以上實例中之一或多者之電機，其中為節省空間、成本或兩者，將至少一個模組之至少一個電磁線圈製作為一單個單元。38A.2以上實例中之一或多者之電機，其中將至少一個模組之至少一個電磁線圈製作為一單個單元。
39A以上實例中之一或多者之電機，其中該至少一個模組具有一外殼，該外殼可附接至一或多個其他模組以構造不必具有一單獨定子結構之至少一個定子。
40A以上實例中之一或多者之電機，其中該複數個磁鐵中之一或多者具有圍繞其之一外殼以使得該等磁鐵中之一或多者可附接至一或多個其他磁鐵以形成可連接至至少一個軸件之至少一個轉子。
41A以上實例中之一或多者之電機，其中將該至少一個模組參考其他模組及該至少一個定子之實體位置硬編碼至控制軟件中。42A以上實例中之一或多者之電機，其中該至少一個模組參考其他模組及至少一個定子中之一或多者之實體位置係藉由電連接中之一或多個序列來編碼：該等電連接可係使用以下各項來構造：開關、焊料橋、接續器、切割印刷電路軌道、其他適合形成及切斷電連接至方式或其組合。
43A以上實例中之一或多者之電機，其中該至少一個模組參考其他模組及至少一個定子中之一或多者之實體位 置係藉由該至少一個模組藉由編碼該模組之位置之一系列電觸點、光學反射、磁力或其組合插入於該至少一個定子中之位置來偵測。
44A以上實例中之一或多者之電機，其係實例41A、42A及43A之一或多個組合。
45A以上實例中之一或多者之電機，其中該至少一個電磁線圈係圍繞該至少一個定子之周邊配置。
46A以上實例中之一或多者之電機，其進一步包括至少一個軸件。
47A以上實例中之一或多者之電機，其中該複數個磁鐵係圍繞該至少一個轉子之周邊配置，且具有與至少一個電磁線圈、複數個至少一個電磁線圈或複數個至少一個電磁線圈中之一大部分中之一或多者之中心直徑實質上相同之直徑。
49A以上實例中之一或多者之電機，其中該複數個磁鐵係圍繞該至少一個轉子之周邊配置且具有與至少一個電磁線圈、複數個至少一個電磁線圈或複數個至少一個電磁線圈之一大部分中之一或多者之中心直徑實質上相同之中心直徑，且該等磁鐵中之一或多者具有交替極定向。
50A以上實例中之一或多者之電機，其中該複數個磁鐵之磁鐵中之兩或兩者以上具有交替極定向。
51A以上實例中之一或多者之電機，其中在該至少一個定子與該至少一個轉子之間存在一間隙。
52A.1以上實例中之一或多者之電機，其中與具有一實 質上類似電阻性損耗之一單相電機相比，該至少一個電磁線圈之相對重量係大約等於線圈之總數目之一倒數。52A.2以上實例中之一或多者之電機，其中該電機具有(n)個線圈及相對於具有實質上類似電阻性損耗之一單相馬達之大約1/(n-1)至1/(n+1)之一重量。
53A.1以上實例中之一或多者之電機，其中一或多個模組線圈啟動序列係在電機之操作期間計算的且至少一個模組啟動之次序在順序上基於其在一模組陣列中之幾何位置。53A.2以上實例中之一或多者之電機，其中該模組線圈啟動序列係在機器操作期間計算的，模組啟動次序在順序上基於其在模組陣列中之幾何位置。
54A.1以上實例中之一或多者之電機，其中該一或多個模組線圈啟動序列係在電機操作期間計算的，至少一個模組啟動次序係至少部分地基於感測器回饋。54A.2以上實例中之一或多者之電機，其中該模組線圈啟動序列係在機器操作期間計算的，模組啟動次序係基於感測器回饋。
55A.1以上實例中之一或多者之電機，其中模組線圈啟動序列係在機器操作期間計算的，模組啟動次序係由一序列型樣判定。55A.2以上實例中之一或多者之電機，其中模組線圈啟動序列係在機器操作期間計算的，且至少一個模組啟動次序係至少部分地由一或多個序列型樣判定。
56A.1以上實例中之一或多者之電機，其中該模組線圈啟動序列係在機器操作期間計算的且模組啟動次序係至少部分地基於一或多個最佳功率使用情形而判定。57A.2以 上實例中之一或多者之電機，其中預先判定且儲存該模組線圈啟動序列且該序列係至少部分地自感測器回饋獲得。
58.A.1以上實例中之一或多者之電機，其中預先判定並儲存該模組線圈啟動序列，該序列之性質係自儲存在該模組內之預先計算之資料獲得。
58.A.2以上實例中之一或多者之電機，其中預先判定並儲存模組線圈啟動序列，且該序列之性質係至少部分地自儲存在該模組內之預先計算之資料獲得。
59A.1以上實例中之一或多者之電機，其中預先判定並儲存模組線圈啟動序列，該序列之性質係經由一通信匯流排自外部模組獲得。59A.2以上實例中之一或多者之電機，其中預先判定並儲存模組線圈啟動序列，且該序列之性質係經由一或多個通信匯流排自一或多個外部模組獲得。
60A以上實例中之一或多者之電機，其中該模組線圈啟動序列係基於以上實例中之一或多者而判定、基於以上實例中之一或多者而獲得或此兩者。
61A.1以上實例中之一或多者之電機，作用中之序列中之被供電線圈之總數目可在操作期間自線圈之總數目至零變化。61A.2以上實例中之一或多者之電機，其中在作用中之序列中供電之至少一個電磁線圈之總數目可在操作期間自線圈之總數目至零變化。
62A以上實例中之一或多者之電機，其中作用中之至少一個電磁線圈之數目可係基於或可不係基於感測器回 饋。
63A以上實例中之一或多者之電機，其中對該電機之控制集中於至少一個控制模組上。
64A以上實例中之一或多者之電機，其中對該電機之控制係分佈至該等模組中之一或多者，其中一或多個模組獨立地起作用。
65A以上實例中之一或多者之電機，其中對該電機之控制係在兩個或兩個以上指定模組之間做出仲裁的。
66A以上實例中之一或多者之電機，其中可在機器之操作期間個別地移除、添加或替換一或多個模組，而不實質上影響機器之操作狀態。
67A實例66A之電機，其中可在機器之操作期間個別地移除、添加或替換1個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個或10個模組，而不實質上影響機器之操作狀態。
68A實例66A之電機，其中可在機器之操作期間個別地移除、添加或替換1個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個或10個模組，而不實質上影響機器之操作狀態。
69A以上實例中之一或多者之電機，其中可在該機器關閉時個別地移除、添加或替換至少一個模組中之一或多者。
70A以上實例中之一或多者之電機，其中在電機之操作期間至少部分地基於感測器回饋動態地調諧個別模組所使用之至少一個操作參數中之一或多者。
71A以上實例中之一或多者之電機，其中在該電機之操作期間動態地調諧個別模組所使用之至少一個操作參數中之一或多者，且所使用之調諧方法可涉及或可不涉及機器學習演算法之使用。
72A以上實例中之一或多者之電機，其中該機器控制系統准許馬達相對於主輸出或輸入之旋軸件沿順時針及逆時針兩個方向操作。
73A以上實例中之一或多者之電機，其中該至少一個模組中之一或多者進一步包括以硬體、軟體或兩者實施以允許在一一基於回饋之時間之情形下關於線圈之自動電力切斷之一或多個安全系統。
74A以上實例中之一或多者之電機，其中該至少一個模組中之一或多者進一步包括在該等模組中之一或多者上之一或多個外部電力安全切斷控制輸入。該等輸入呈觸覺開關或數位觸摸面板或通信匯流排之形式，切斷經設計以使得其繞過每一模組中之主控制器。
75A以上實例中之一或多者之電機，其中該至少一個模組中之一或多者進一步包括在該等模組中之一或多者上之一或多個外部電力安全切斷控制輸入，且該等輸入可係以下各項中之一或多者：觸摸開關、數位觸摸面板、通信匯流排或其組合，其中該等切斷經設計以使得其繞過至少一個模組中之一或多者中之主控制器。
76A以上實例中之一或多者之電機，其中該至少一個模組進一步包括至少一個感測器以用於偵測來自模組線圈 之反EMF以減小鑲齒效應從而改良效率，且一未經供電線圈之反EMF係在操作期間使用至少一個線圈控制單元中之類比轉數位轉換器以一代表性範圍之速度記錄的；然後將未經供電線圈供電至實質上使反EMF不起作用之一電壓，藉此中和未經供電之線圈與磁鐵之間的磁交互作用；且選用的，可針對陣列中之一或多個線圈重複此程序以減小齒效應。
77A以硬體、軟體或其組合實施以上實例中之任一者。
78A以上實例中之一或多者之電機，其中該至少一個模組進一步包括一或多個感測器以用於偵測跨越至少一個模組之線圈之電壓。
79A以上實例中之一或多者之電機，其中該至少一個模組進一步包括一或多個感測器以用於偵測跨越至少一個模組之線圈流動之電流。
80A以上實例中之一或多者之電機，其中該至少一個模組進一步包括一或多個感測器以用於偵測來自至少一個模組之線圈之反EMF。
81A以上實例中之一或多者之電機，其中該至少一個模組進一步包括一或多個感測器以用於檢測機器之該至少一個轉子相對於至少一個模組之位置之絕對或相對位置。
82A以上實例中之一或多者之電機，其中該至少一個模組進一步包括一或多個感測器以用於偵測機器之至少一個轉子相對於至少一個模組之位置之速度。
83A以上實例中之一或多者之電機，其中該至少一個 模組進一步包括一或多個感測器以用於偵測圍繞該至少一個模組或電機內之其他表面之熱溫度。
84A以上實例中之一或多者之電機，其中該至少一個模組進一步包括一或多個感測器以用於偵測以下各項中之一或多者：至少一個磁場之量值、角度及方向。
85A以上實例中之一或多者之電機，其中該至少一個模組進一步包括一或多個感測器以用於偵測加速以用於振動偵測之目的。
86A使用以上實例中之一或多者之電機或本文中所揭示之特徵之組合之一使用方法。
87A使用以上實例中之一或多者之電機或本文中所揭示之特徵之組合之一系統。
88A併入以上實例中之一或多者之特徵或本文中所揭示之模組特徵之組合之一模組。
89A併入以上實例中之一或多者之特徵或本文中所揭示之控制特徵之組合之用於一電機之一控制系統。
90A併入以上實例中之一或多者之特徵或本文中所揭示之控制特徵之組合之用於一模組之一控制系統。
91A以上實例中之一或多者之電機，其中藉由在機器操作期間透過使用以下各項中之一或多者來執行最佳化而事實至少一個自適應性控制：至少一個支援向量機、神經網路演算法、一模糊邏輯演算法、機器學習演算法或透過使用其他適合自適應性控制技術。
應將本發明視為包含本文中所闡述之特徵之可行組合。
所闡述特徵之組合係如此以便允許電動馬達在一廣泛功率及RPM範圍內高效地操作，且在需要時具有高功率及扭矩密度。另外，其准許標準組件之組合組裝在一起以提供一系列電動馬達組態。
所闡述之實例性方法可係使用軟體、人體及硬體之適合組合來實行且並不限於此等之特定組合。用於實施本文中所闡述之實例性方法之電腦程式指令可體現於一有形、非暫時性、電腦可讀儲存媒體上，例如一磁碟或其他磁性記憶體，一光碟(例如，DVD)或其他光學記憶體、RAM、ROM或任何其他適合記憶體，例如快閃記憶體、記憶體卡等。
另外，已參考特定實施例闡述本了發明。然而，熟悉此項技術者將易於瞭解，可以特定形式而非上文所述之實施例之形式來體現本發明。該等實施例僅係說明性的且不應視為具有限定性。本發明之範疇係由隨附申請專利範圍而非先前說明給出，且屬於申請專利範圍內之變化形式及等效內容皆意欲包含在本文內。
1‧‧‧無刷軸向通量直流電動馬達
2‧‧‧第二環形導電元件/環形導電元件
3‧‧‧電絕緣層
4‧‧‧第一環形導電元件/環形導電元件
5‧‧‧線圈/電磁線圈/永久磁鐵
6‧‧‧電路板/堆疊式電路板/電路板
7‧‧‧固態開關
8‧‧‧盤/轉子元件/圓盤形轉子/轉子
9‧‧‧強大永久磁鐵
10‧‧‧軸件
11‧‧‧間隔件
12‧‧‧間隔件
13‧‧‧間隔件
14‧‧‧間隔件
15‧‧‧罩殼端板
16‧‧‧軸承
17‧‧‧罩殼元件
18‧‧‧罩殼元件
19‧‧‧罩殼元件
20‧‧‧罩殼元件
21‧‧‧組裝螺栓
22‧‧‧止推軸承殼體
23‧‧‧輪子凸緣
24‧‧‧輪子保持螺栓
25‧‧‧保持螺帽
26‧‧‧環形背鐵
27‧‧‧電子器件殼體
28‧‧‧扣件嚙合附接螺栓孔隙
29‧‧‧連接器
30‧‧‧連接器
33‧‧‧控制電路板
34‧‧‧凸耳
35‧‧‧凸耳
37‧‧‧元件/向內突出指/指
38‧‧‧狹縫
39‧‧‧共同接地板
41‧‧‧絕緣導體/至電磁線圈之繞組之第二連接
42‧‧‧銅箔繞組之外端/至電磁線圈之繞組之第一連接
43‧‧‧高電壓步退調節器電路板
44‧‧‧直流轉直流隔離轉換器
45‧‧‧高電壓步退調節器電路板
46‧‧‧直流轉直流隔離轉換器
47‧‧‧紅外線傳輸電路
48‧‧‧接收電路
49‧‧‧銅箔條
50‧‧‧銅箔條
51‧‧‧銅箔條
52‧‧‧銅箔條
53‧‧‧銅箔條
54‧‧‧銅箔條
55‧‧‧銅箔條
56‧‧‧銅箔條
57‧‧‧矽鋼
58‧‧‧矽鋼
59‧‧‧矽鋼
60‧‧‧矽鋼
61‧‧‧可導磁芯
62‧‧‧中心鏜孔
63‧‧‧狹縫
64‧‧‧轉子圓盤之中心鏜孔
65‧‧‧反射光學位置感測器
66‧‧‧霍耳效應感測器
67‧‧‧基於微處理器之控制單元
68‧‧‧伏打隔離傳輸器
69‧‧‧伏打隔離接收器
70‧‧‧電動馬達之內部
71‧‧‧電動馬達之外部
72‧‧‧伏打隔離接收器
73‧‧‧伏打隔離傳輸器
74‧‧‧導體
75‧‧‧微控制器單元
76‧‧‧導體
77‧‧‧直流轉直流降頻轉換器
78‧‧‧隔離之直流轉直流降頻轉換器(切換)
79‧‧‧隔離之直流轉直流降頻轉換器(邏輯)/微控制器/電源供應器
80‧‧‧開關驅動器
81‧‧‧伏打隔離單元/點/微控制器
82‧‧‧開關驅動器
83‧‧‧導體
84‧‧‧導體
85‧‧‧開關驅動器控制絕緣閘極雙極電晶體/高側開關
86‧‧‧開關驅動器控制絕緣閘極雙極電晶體
87‧‧‧開關驅動器控制絕緣閘極雙極電晶體
88‧‧‧線圈
89‧‧‧開關驅動器控制絕緣閘極雙極電晶體/高側開關
90‧‧‧間隙
91‧‧‧導電定子
92‧‧‧安裝孔
93‧‧‧渦流
94‧‧‧交替極定向之磁鐵
95‧‧‧交替極定向之磁鐵
96‧‧‧空隙
97‧‧‧轉子盤
98‧‧‧定子
99‧‧‧滑動磁鐵基座/內部滑塊/轉子/轉子/滑塊
100‧‧‧前後兩個方向
101‧‧‧定子基座/定子
102‧‧‧北極
103‧‧‧南極
104‧‧‧外部輻射磁場
105‧‧‧鐵質屏蔽板
106‧‧‧較小磁鐵
107‧‧‧相反極性磁鐵
108‧‧‧板
111‧‧‧電子開關及驅動器/線圈驅動器/電力開關
112‧‧‧電子開關及驅動器/電力開關
113‧‧‧馬達控制單元/線圈控制單元
114‧‧‧線圈驅動器單元與線圈/開關及/或開關驅動器
115‧‧‧線圈控制單元/線圈控制單元架構/馬達控制單元
116‧‧‧通信匯流排
117‧‧‧通信匯流排
118‧‧‧微控制器
119‧‧‧通信收發器/光學收發器
120‧‧‧微控制器串列匯流排
121‧‧‧感測器/巨磁阻(GMR)位置感測器
122‧‧‧類比轉數位轉換器
123‧‧‧高電壓輸入
124‧‧‧直流轉直流轉換器
125‧‧‧共同通信匯流排
126‧‧‧點對點
127‧‧‧中央通信匯流排(符記環)
128‧‧‧冗餘通信匯流排
130‧‧‧線性陣列
131‧‧‧浮標/H形浮標
132‧‧‧水面
133‧‧‧水體之底部
134‧‧‧處於全伸展狀態之線性陣列
135‧‧‧處於全壓縮狀態之陣列
137‧‧‧模組
138‧‧‧把手
139‧‧‧附接
140‧‧‧元件/安裝軌
141‧‧‧元件/安裝軌
142‧‧‧元件/裝軌
143‧‧‧元件/安裝軌
144‧‧‧電力及安裝軌
145‧‧‧電路板
146‧‧‧插入
147‧‧‧一系列環形軌
148‧‧‧絕緣層
149‧‧‧金屬掛片/電源軌
150‧‧‧金屬掛片/電源軌
151‧‧‧金屬掛片/電源軌
152‧‧‧切口
153‧‧‧模組化單元
154‧‧‧段
155‧‧‧段
156‧‧‧段
157‧‧‧段
158‧‧‧段
161‧‧‧不具有共用轉子盤之一組態
162‧‧‧共用共同內部轉子盤之一組態
163‧‧‧17相電機
164‧‧‧單相電機
165‧‧‧三相電機
166‧‧‧17相機器
167‧‧‧三相機器
168‧‧‧兩相機器
圖1係穿過根據本發明之某些實施例製成之一電動馬達之一縱向剖視圖。
圖2係圖1之電動馬達之一定子之一第一側之一不完整前視圖。
圖3係圖1之電動馬達之一定子之一第二側之一不完整前視圖。
圖4係根據本發明之某些實施例之電磁線圈之一部分剖 面圖。
圖5係根據某些實施例之圖1之電動馬達之一轉子之一前視圖。
圖6係根據某些實施例之圖1之電動馬達之一轉子之一前視圖。
圖7係圖1之電動馬達之電系統及電子系統之一示意圖。
圖8圖解說明根據某些實施例之定子之導電區中之一間隙。
圖9圖解說明根據某些實施例之一轉子盤組態之一剖視圖。
圖10圖解說明根據某些實施例之兩個轉子盤組態之一剖視圖。
圖11圖解說明根據某些實施例之一個三轉子盤組態之一剖視圖。
圖12展示根據某些實施例之一轉子盤及線圈組態之一示意性俯視圖。
圖13展示圖12之組態之一透視圖。
圖14係用圖12及圖13中所圖解說明之實例性組態構建之一電機之一呈現。
圖15係根據某些實施例之一盤及線圈組態之一雙側線性配置之一側視圖。此圖展示當呈一線性組態時磁鐵相對於線圈之一佈局。
圖16係根據某些實施例之一盤及線圈組態之一單側線性配置之一仰視圖。此圖中包含定子及滑塊，因此顯示其相 對於彼此之運動方向。
圖17係圖16中所展示之盤及線圈組態之單側線性配置之一剖面側視圖。此圖展示線圈在該定子內之幾何定位。
圖18以側視圖形式展示根據某些實施例在不具有端蓋之情形下兩個磁性轉子與一個線圈盤之間的磁場線之一實例。
圖19以側視圖形式展示根據某些實施例之在具有鐵質鋼端蓋之情形下兩個磁性轉子與一個線圈盤之間的磁場線之一實例。
圖20展示根據某些實施例之兩個磁性轉子與一個線圈盤之間的磁場線之一實例，其中頂部轉子由對準成一賀巴陣列之磁鐵組成。
圖21圖解說明根據某些實施例之線圈安裝在一電路板上之一組態之一等距視圖。
圖22圖解說明根據某些實施例之安裝在一電機中之圖21中所圖解說明之電路板之一等距視圖。
圖23展示可與某些實施例一起使用之一H橋切換拓撲之一實例。
圖24圖解說明根據某些實施例之一實例性馬達控制單元(MCU)、線圈控制單元(CCU)、線圈驅動器控制器架構。
圖25圖解說明根據某些實施例之一CCU架構。
圖26展示根據某些實施例之呈一1：1：1組態之一或多個個別MCU及CCU。
圖27展示根據某些實施例之在一1：1：n組態中由一個CCU 控制之開關，其中一個CCU由一或多個MCU控制。
圖28展示根據某些實施例之在一1：m：n組態中由CCU控制之開關，其中CCU係由一或多個MCU控制。
圖29展示一實例性控制器組態，藉此開關由一1：n組態中之一或多個MCU直接控制。
圖30圖解說明根據某些實施例之不需要一主控制器之一CCU。
圖31展示根據某些實施例之一組態，其中一單個馬達控制單元連接至一共同通信匯流排，該共同通信匯流排連接至線圈控制單元中之一或多者。
圖32展示根據某些實施例之一組態，其中多個馬達控制單元連接至一共同通信匯流排，該共同通信匯流排連接至線圈控制單元中之多於一者。
圖33圖解說明根據某些實施例之一組態，其中每一線圈控制單元直接連接至所有其他線圈控制中之某些或全部。
圖34圖解說明根據某些實施例之一組態，其中使用一中央通信匯流排(符記環)。
圖35圖解說明根據某些實施例之具有三個冗餘通信匯流排之一組態。
圖36係圖1中詳細闡述之電機之一電腦呈現。根據某些實施例，適合應用包含車輛輪轂中之牽引馬達。
圖37展示根據某些實施例之附接至現有車設計之懸掛系統的圖1中詳細闡述之電機之一照片。
圖38自一不同視角展示圖37中之電機之一照片，其圖解 說明裝配在車之輪轂內部之電機。
圖39係具有圖22中所圖解說明之電機之一齒輪泵之一呈現。
圖40係根據某些實施例之一電機之一線性螺線管組態之一照片。
圖41係根據某些實施例之一電機之一線性螺線管組態之一示意性俯視圖。
圖42係圖41之線性螺線管之一示意性部分側視圖。
圖43係根據某些實施例應用於來自波浪之動力化電能之一線性產生器電機之一示意圖。
圖44係根據某些實施例之包含一CCU及一線圈驅動器單元之一模組之一設計之一示意性俯視圖。
圖45係圖44之一俯視剖面圖。
圖46係圖44中之模組之一剖面側視圖，其圖解說明模組之內部結構以及轉子上之磁鐵之對準。
圖47係圖44中之模組之一剖面端視圖。
圖48係根據某些實施例之一三相產生器之一等距試圖。
圖49係為一多盤實施例，其係藉由堆疊圖48中所展示之實施例中之若干實施例而組成。
圖50係展示根據某些實施例之放置成一圓形陣列之一磁鐵形狀之幾何特性之一示意圖。
圖51係根據某些實施例之放置成一圓形陣列之一圓形磁鐵形狀之幾何特性之一示意圖。
圖52係根據某些實施例之由背對背且共用一共同轉子軸 件之兩個電機組成之一電機之一側視圖。
圖53係圖52中所圖解說明之電機之一側視圖，但此等實施例共用一共同磁鐵轉子。
圖54係根據某些實施例展示總磁鐵計數如何隨著線圈級數目之增加而降低之一圖表。
圖55係根據某些實施例之一圖表扭矩比較。
圖56係比較某些實施例之由於電阻所致之功率損耗之一圖表。
1‧‧‧無刷軸向通量直流電動馬達
2‧‧‧第二環形導電元件/環形導電元件
3‧‧‧電絕緣層
4‧‧‧第一環形導電元件/環形導電元件
5‧‧‧線圈/電磁線圈/永久磁鐵
6‧‧‧電路板/堆疊式電路板/電路板
7‧‧‧固態開關
8‧‧‧盤/轉子元件/圓盤形轉子/轉子
9‧‧‧強大永久磁鐵
10‧‧‧軸件
11‧‧‧間隔件
12‧‧‧間隔件
13‧‧‧間隔件
14‧‧‧間隔件
15‧‧‧罩殼端板
16‧‧‧軸承
17‧‧‧罩殼元件
18‧‧‧罩殼元件
19‧‧‧罩殼元件
20‧‧‧罩殼元件
21‧‧‧組裝螺栓
22‧‧‧止推軸承殼體
23‧‧‧輪子凸緣
24‧‧‧輪子保持螺栓
25‧‧‧保持螺帽
26‧‧‧環形背鐵
27‧‧‧電子器件殼體
28‧‧‧扣件嚙合附接螺栓孔隙
33‧‧‧控制電路板

Claims (22)

  1. 一種電機，其包括：至少一個定子；至少一個模組，該至少一個模組包括至少一個電磁線圈及至少一個開關，該至少一個模組附接至該至少一個定子；至少一個轉子，其具有附接至該至少一個轉子之複數個磁鐵，其中該至少一個模組與該複數個該等磁鐵呈間隔關係；且該至少一個轉子與該至少一個定子呈一旋轉關係，其中該電機中之該至少一個模組之數量及組態係部分地基於一或多個操作參數而判定；其中該至少一個模組能夠被獨立地控制；且其中該至少一個模組能夠至少部分地基於以下各項中之一或多者重新組態：操作期間之至少一個操作參數、操作期間之至少一個效能參數或其組合。
  2. 一種電機，其包括：至少一個定子；至少一個模組，該至少一個模組包括至少一個電磁線圈及至少一個開關，該至少一個模組附接至該至少一個定子；至少一個滑塊，其具有附接至該至少一個滑塊之複數個磁鐵，其中該至少一個模組與該複數個該等磁鐵呈間隔關係；且 該至少一個滑塊與該至少一個定子呈一線性關係，其中該電機中之該至少一個模組之數量及組態係部分地基於一或多個操作參數而判定；其中該至少一個模組能夠被獨立地控制；且其中該至少一個模組能夠至少部分地基於以下各項中之一或多者重新組態：操作期間之至少一個操作參數、操作期間之至少一個效能參數或其組合。
  3. 一種電機，其包括：至少一個定子；至少一個模組，該至少一個模組包括至少一個電磁線圈及至少一個開關，該至少一個模組附接至該至少一個定子；至少一個盤或轉子，其具有附接至該至少一個盤或轉子之複數個磁鐵，其中該至少一個模組與該複數個該等磁鐵呈間隔關係；且該至少一個盤或轉子與該至少一個定子係移動關係，其中該電機中之該至少一個模組之數量及組態係部分地基於一或多個操作參數而判定；其中該至少一個模組能夠被獨立地控制；且其中該至少一個模組能夠至少部分地基於以下各項中之一或多者重新組態：操作期間之至少一個操作參數、操作期間之至少一個效能參數或其組合。
  4. 如請求項1至3中任一項之電機，其中操作期間之該至少一個操作參數可選自以下各項中之一或多者：最大角速 度、平均角速度、最小角速度、最大功率輸出、平均功率輸出、最小功率輸出、最大輸入電壓、平均輸入電壓、最小輸入電壓、最大產生電壓、平均產生電壓、最小產生電壓、所產生電壓之形狀及頻率、峰值輸入電流、平均輸入電流、最小輸入電流、最大產生電流、平均產生電流、最小產生電流、最大扭矩、平均扭矩、最小扭矩、扭矩平滑性、啟動序列、加速速率、保持角度之準確性之等級、最小化角速度之變化、切斷期間之減速速率、軸件之直徑、該電機之最大半徑、該電機之最大長度、該電機之最大深度、該機器之最大高度、最大滑動距離、最小滑動距離、該機器之最大重量、該機器之最小重量、最大電阻性功率損耗及單位冗餘以及總價格。
  5. 如請求項1至3中任一項之電機，其中操作期間之該至少一個效能參數可選自以下各項中之一或多者：最大角速度、最大功率輸出、與產生期間之輸出電壓之偏差、維持一所需產生電壓、扭矩平滑性、加速速率、保持角度之準確性、最小化角速度之該變化、匹配切斷期間之所請求減速速率、最小化電阻性功率損耗、總效率、功率因數校正、機械諧波消除、電諧波消除、再生輸出電壓波之準確性及所產生頻率之準確性。
  6. 如請求項1至3中任一項之電機，其中該電機之功率對重量比率係每千瓦介於5千克至1000千克之間、5千克至10千克之間、10千克至100千克之間、10千克至500千克之 間、10千克至50千克之間、20千克至1000千克之間、20千克至50千克之間、50千克至100千克之間、50千克至500千克之間、100千克至500千克之間或500千克至1000千克之間。
  7. 如請求項1至3中任一項之電機，其進一步包括：至少一個感測器，其用以偵測該至少一個轉子之絕對或相對位置；及至少一個控制系統，其回應於來自以下各項中之一或多者之輸入：該至少一個感測器；至少一個功率命令；至少一個模式命令，其包括以下各項中之一或多者：至少一個驅動、產生、制動及保持命令；及至少一個旋轉方向命令。
  8. 如請求項7之電機，其中該至少一個控制系統經組態以呈一驅動組態或具有該至少一個驅動模式命令，該至少一個控制系統啟動激磁該等磁性線圈中之一或多者以吸引及排斥該等磁鐵以用於產生運動之目的之至少一個開關。
  9. 如請求項7之電機，其中該電機經組態以呈一產生組態或具有用以產生電力之至少一個模式命令，該至少一個控制系統啟動將一或多個線圈連接至外部電源軌之至少一個開關。
  10. 如請求項7之電機，其中該電機經組態以呈一制動組態或具有用以制動之該至少一個模式命令，該至少一個控制系統啟動將磁線圈端子中之一或多者連接在一起以對抗運動之至少一個開關。
  11. 如請求項7之電機，其中該電機經組態以呈一保持組態或具有用以保持之該至少一個模式命令，該至少一個控制系統啟動激磁該等磁性線圈中之一或多者以吸引及排斥磁鐵以用於停止運動之目的之至少一個開關。
  12. 如請求項1至3中任一項之電機，其中操作中之該至少一個控制系統在操作週期期間實質上連續地關於該至少一個操作參數、該至少一個效能參數或其組合來判定一或多個適當高效的操作模式。
  13. 如請求項1至3中任一項之電機，其中該電機具有介於100 kw/立方米至20,000 kw/立方米之間、100 kw/立方米至200 kw/立方米之間、100 kw/立方米至500 kw/立方米之間、250 kw/立方米至500 kw/立方米之間、500 kw/立方米至1000 kw/立方米之間、500 kw/立方米至2000 kw/立方米之間、1000 kw/立方米至10,000 kw/立方米之間、1000 kw/立方米至5000 kw/立方米之間、2000 kw/立方米至5000 kw/立方米之間、5000 kw/立方米至10,000 kw/立方米之間、5000 kw/立方米至15,000 kw/立方米之間或10,000 kw/立方米至20,000 kw/立方米之間的一功率密度。
  14. 如請求項1至3中任一項之電機，其中可實質上即時地重新組態該電機之該至少一個操作參數、該至少一個效能參數或其組合中之一或多者。
  15. 如請求項1至3中任一項之電機，其中該至少一個控制系統對複數個線圈之至少30%、40%、50%、60%、70%、 80%、90%、95%或100%提供個別控制。
  16. 如請求項1至3中任一項之電機，其中在機器操作期間計算模組線圈啟動序列，模組啟動之次序在順序上係基於其在模組陣列中之幾何位置。
  17. 如請求項1至3中任一項之電機，其中在機器操作期間計算該模組線圈啟動序列，模組啟動之該次序係基於感測器回饋。
  18. 如請求項1至3中任一項之電機，其中在機器操作期間計算該模組線圈啟動序列，且該至少一個模組啟動之該次序係至少部分地由一或多個序列型樣判定。
  19. 如請求項1至3中任一項之電機，其中在作用序列中供電之該至少一個電磁線圈之總數目可在操作期間自線圈之總數目變化至零。
  20. 如請求項1至3中任一項之電機，其中對該電機之控制集中在至少一個控制模組上。
  21. 如請求項1至3中任一項之電機，其中可在該機器之操作期間個別地移除、添加或替換一或多個模組，而不實質上影響該機器之操作狀態。
  22. 如請求項1至3中任一項之電機，其中該至少一個模組能夠至少部分地基於以下各項中之一或多者重新組態：操作期間之至少一個操作參數，其中操作期間之該至少一個操作參數可選自請求項4中所列出之參數中之一或多者； 操作期間之至少一個效能參數，其中操作期間之該至少一個效能參數可選自請求項5中所列出之參數中之一或多者；或其組合。
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