CN102257708A - 横向和/或换向磁通系统转子构想 - Google Patents

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Abstract

公开了横向和/或换向磁通机及其部件，以及制造和使用它们的方法。用于横向和换向磁通机的某些转子可以形成为便于具有相反极性的磁通集中定子部分之间的“多对多”磁通开关构造。其它转子可以由第一材料形成并且包含由第二材料形成的磁通开关。另外的其它转子可以通过机器制造、压制、压模、折叠、和/或机械形成制造而成。通过使用这种转子，横向和/或换向磁通机能够获得改进的性能、效率、和/或被设计尺寸或其它方式构造以用于各种应用。

Description

横向和/或换向磁通系统转子构想
技术领域
本公开涉及电气系统，并且具体地涉及横向磁通机和换向磁通机。
背景技术
电动机和交流发电机通常设计为高效率、高功率密度以及低成本。电动机或交流发电机中的高功率密度可以通过以高转速以及因此高电频率运行来获得。然而，许多应用要求较低转速。对于这种情况的常规解决方案是使用齿轮减速。齿轮减速降低了效率，增加了复杂度，增加了重量，并且增加了空间需求。另外，齿轮减速增加了系统的成本并且增加了机械故障率。
另外，如果不期望高转速并且不期望齿轮减速，那么电动机或交流发电机通常必须具有大量磁极，以便以较低转速提供较高的电频率。然而，对于特定电动机或交流发电机可以具有的磁极的数量，经常存在实际限制，例如，由于空间限制。一旦达到实际限制，为了获得期望的功率电平，电动机或交流发电机必须相对大，并且因此具有相应较低的功率密度。
而且，用于交流发电机或电动机的现有多极绕组通常要求绕线的几何形状并且经常需要复杂的绕线机以便满足尺寸和/或功率需要。随着磁极的数量增加，使得绕线问题通常更加糟糕。另外，随着磁极数增加，线圈损耗也增加(例如，由于构成线圈的铜线或其它材料的电阻效应)。然而，较大数量的磁极具有一定优点，例如，使得每匝具有较高的电压常数，提供较高的转矩密度，并且以较高的频率产生电压。
最常见的是，电动机为辐射磁通类型。比较少见的是，一些电动机实现为横向磁通机和/或换向磁通机。期望的是，开发出性能和/或可构造性改进的电动机和/或交流发电机。特别地，期望改进的横向磁通机和/或换向磁通机。
发明内容
本公开涉及横向和/或换向磁通机。在示例性实施例中，发电机包括多路径转子，所述多路径转子包括在转子的第一侧上的第一组弯管(elbow)和在转子的第二侧上的第二组弯管。所述第一组弯管位于转子上以与具有第一极性的第一组磁通集中定子部分(flux concentrating stator portion)中的至少一个对准。所述第二组弯管位于转子上以与具有与所述第一极性不同的第二极性的第二组磁通集中定子部分中的至少一个对准。所述发电机为横向磁通机或换向磁通机中的至少一种。
在另一个示例性实施例中，发电机包括转子，所述转子包括成型转子框架和磁通开关。所述成型转子框架包括具有小于2μ的磁导率的第一材料。所述磁通开关包括具有超过1.0特斯拉的饱和感应度的第二材料。所述磁通开关耦合所述成型转子框架。磁通开关的第一表面与发电机的第一磁极对准。磁通开关的第二表面与发电机的第二磁极对准以传导磁通。所述发电机为横向磁通机或换向磁通机中的至少一种。
在又一个示例性实施例中，一种形成用于发电机的转子的方法包括：形成其中具有多个沟槽的转子框架，将连续的材料段放置到多个沟槽中的至少两个内以使连续的材料段具有至少一个弯曲部，并且去除材料的至少一部分以形成磁通开关。发电机为横向磁通机或换向磁通机中的至少一种。
仅提供该概述部分的内容作为本公开的简要介绍，并且不意在用于限制所附权利要求的范围。
附图说明
参考下面的说明、所附权利要求和附图：
图1A示出了根据示例性实施例的示例性横向磁通机；
图1B示出了根据示例性实施例的示例性换向磁通机；
图2A示出了根据示例性实施例的示例性轴向间隙构造；
图2B示出了根据示例性实施例的示例性径向间隙构造；
图3A示出了根据示例性实施例的示例性腔接合构造；
图3B示出了根据示例性实施例的示例性面接合构造；
图3C示出了根据示例性实施例的示例性面接合横向磁通构造；
图4示出了根据示例性实施例的电动机效率曲线；
图5A示出了根据示例性实施例的示例性带绕多路径转子；
图5B示出了根据示例性实施例的示例性带绕多路径转子和示例性局部定子；
图5C示出了根据示例性实施例的示例性带绕多路径转子和多个示例性有间隙定子；
图5D示出了根据示例性实施例具有多个示例性有间隙定子的提供“多对多”磁通开关构造的示例性多路径转子；
图5E示出了根据示例性实施例具有多个示例性局部定子的提供“多对多”磁通开关构造的示例性多路径转子；
图6A示出了根据示例性实施例的示例性成型转子；
图6B示出了根据示例性实施例包括转子框架和多个磁通开关的示例性成型转子的近距离视图；
图6C示出了根据示例性实施例磁通开关在转子框架中的腔内的耦合；
图7A示出了根据示例性实施例的示例性成型转子；
图7B示出了根据示例性实施例耦合示例性局部定子的示例性成型转子；
图7C示出了根据示例性实施例耦合示例性局部定子的折叠式转子的示例性磁通开关部分；
图7D示出了根据示例性实施例的示例性磁通开关材料和示例性折叠式转子框架的分解视图；
图7E示出了根据示例性实施例耦合折叠式转子框架的磁通开关材料；以及
图7F示出了根据示例性实施例耦合折叠式转子框架的磁通开关材料的近距离视图。
具体实施方式
下面的说明仅为各个示例性实施例，并且不意在以任何方式来限制本公开的范围、可应用性或构造。而是，下面的说明意在提供用于实现包括最佳实施方式的各个实施例的适宜阐述。显而易见的是，在不偏离所附权利要求的范围的情况下，可以对这些实施例中所说明的部件的功能和设置进行各种变型。
为了简要起见，用于电气系统构造、管理、操作、测量、优化、和/或控制的常规技术，以及用于磁通利用、集中、控制、和/或管理的常规技术可不在本文中进行详细说明。此外，本文所包含的各个附图中所示的连接线意在表示示例性功能关系和/或各个部件之间的物理耦合。应当注意的是，在实际的电气系统中可以存在多种可选方案或者附加功能关系或物理连接，例如AC同步电动机。
例如普通DC无刷电动机的现有电动机存在各种缺陷。例如，许多种电动机在例如低转速的各个转速和/或负载下是低效的。因此，电动机通常在窄RPM范围和/或适合效率的负载范围内运行。在这些构造中，可能需要齿轮或其它机械方法来由电动机实现有用的工作。
而且，许多种电动机具有低磁极数。因为功率为转矩和RPM的函数，这种电动机通常必须在高物理RPM下运行来获得期望的功率密度和/或电频率。而且，通过以高转速以及因此高电频率运行电动机来可选地实现较高的功率密度(例如，每千克的有效电磁电动机质量的较高千瓦输出)。然而，高电频率可能导致高磁芯损耗和因此较低的效率。而且，高电频率能够导致增加成本、增加了机械复杂度、和/或降低可靠性。另外，高电频率和相关的损耗产生了可需要有源冷却的热量，并且能够限制电动机的运行范围。热量还能降低高频率机的寿命和可靠性。
又有其它电动机包含大量的铜线或其他线圈材料。由于线圈绕组的长度，线圈中的电阻效应导致线圈损耗。例如，这些损耗将电能的一部分转换成热量，降低了效率并且潜在地导致对电动机的热损害和/或电动机的功能性破坏。
而且，许多种现有电动机提供低转矩密度。如这里所使用的，“转矩密度”指的是每千克的有源电磁材料所产生的牛顿-米。例如，许多种现有电动机被构造为具有从每千克约0.5牛顿-米至约每千克3牛顿-米的转矩密度。因此，提供例如总共10牛顿-米的转矩的具有每千克1牛顿-米的转矩密度的某些电动机可能相当重，例如，超过10千克的有效电磁材料。类似地，通过例如总共100牛顿-米的转矩的具有每千克2牛顿-米的转矩密度的另一电动机也是相当重的，例如，超过50千克的有源电磁材料。可以理解的是，这些电动机的总重量，例如包括框架构件、壳体等的重量在内，可能非常高。而且，由于大的电动机质量，这些现有电动机通常庞大笨重。通常，用于特定应用的足够转矩和/或功率的电动机很难或者甚至不可能装配到可利用的区域中。
甚至现有横向磁通机不能克服这些困难。例如，现有横向磁通机因大量磁通泄漏而受到损害。又有其它横向磁通机的每千克的有效电磁材料仅提供几牛顿-米的转矩密度。而且，各种现有横向磁通机仅可在比较窄的RPM和/或负载范围内有效地运行。另外，使用现有横向磁通机来产生大量输出功率通常需要以高速率旋转相对大体积且复杂的构件(即，这些构件包括永磁体和/或相对外来的、稠密的和/或廉价的磁通集中或传导材料)。这种高度运行需要用于支撑的另外昂贵和/或复杂的构件和/或要求系统可靠性。而且，许多现有横向磁通机比较昂贵和/或难以制造，限制了它们的生存力。
反之，这些各种问题能够通过使用根据本公开的原理构造的横向磁通机来解决。如这里所使用的，“横向磁通机”和/或“换向磁通机”可以为其中磁通路径具有磁通大致横向于机器的旋转平面的剖面的任何发电机。在示例性实施例中，当磁体和/或磁通集中构件位于转子之上和/或在机器运行时移动时，发电机可以为纯粹的“横向”磁通机。在另一个示例性实施例中，当磁体和/或磁通集中构件位于定子之上和/或在机器运行时保持静止时，发电机可以为纯粹的“换向”磁通机。易于显知的是，在特定构造中，通过固定转子并且移动定子，“横向磁通机”可以看作“换向磁通机”，并且反之亦然。而且，线圈可以固定到定子上；任选地，线圈可以固定到转子上。
而且，存在桥接换向磁通机和横向磁通机之间的间隙的功能和装置设计的范围。特定设计可能恰好落在这两种类型之间，或者被看作是同时属于二者。因此，对于本领域技术人员显而易见的是，在本公开中，提到“横向磁通机”可同等地适用于“换向磁通机”，并且反之亦然。
而且，可以以多种方式来构造横向磁通机和/或换向磁通机。例如，参考图2A，换向磁通机可以被构造为使得定子210与转子250的旋转平面大致对准。这种构造在本文中被称为“轴向间隙”。在另一种构造中，参考图2B，换向磁通机可以被构造为使得定子210相对于转子250的旋转平面旋转约90度。这种构造在本文中被称为“径向间隙”。
现在参考图3A，换向磁通机中的磁通开关352可以通过至少部分地延伸到由定子310所限定的腔中来接合定子310。这种构造在本文中被称为“腔接合”。转到图3B，换向磁通机中的磁通开关352可以通过紧密地靠近定子310的两个端子面来接合定子310。这种构造在本文中被称为“面接合”。在横向磁通机中可以遵从类似的接合方法并且以类似的方式来指代。
通常，横向磁通机和/或换向磁通机包括转子、定子和线圈。磁通开关可以位于定子或转子上。如这里所使用的，“磁通开关”可以为被构造成打开和/或闭合磁路的任何构件、机构或装置(即，磁导率远高于空气的部分)。磁体可以位于定子或转子上。线圈至少部分地由定子或转子包围。任选地，磁通集中部分可以包括在定子和/或转子之上。现在简单参考图1A，示例性横向磁通机100A可以包括转子150A、定子110A和线圈120A。在这个示例性实施例中，磁体可以位于转子150A上。现在简单参考图1B，示例性换向磁通机100B可以包括转子150B、定子110B和线圈120B。在这个示例性实施例中，磁体可以位于定子110B上。
而且，横向磁通机和/或换向磁通机可以由任何适合的构件、结构、和/或部件来构成以提供期望的电气、磁性、和/或物理特性。例如，可以通过使用多相构造来获得具有超过每千克50牛顿-米的连续的、热稳定的转矩密度的换向磁通机。如这里所使用的，“连续的、热稳定的转矩密度”指的是在一个小时以上的时间段内在连续运行期间无需有源冷却可由电动机保持的转矩密度。而且，通常，连续的、热稳定的转矩密度可以看作是对于连续运行的例如一个小时以上的延长持续时间可由电动机保持而不会导致热性能降级和/或损害的转矩密度。
而且，横向磁通机和/或换向磁通机可以被构造成实现低磁芯损耗。通过使用具有高磁导率、低矫顽性、低磁滞损耗、低涡流损耗、和/或高电阻的材料，可以减少磁芯损耗。例如，硅钢、粉末金属、镀层粉末金属、软磁性复合物、无定形金属、纳米结晶性复合物、和/或类似材料可以用于横向磁通机和/或换向磁通机的转子、定子、开关、和/或其它磁通传导构件。因此，可以降低涡流、磁通泄漏、和其它不期望的特性。
横向磁通机和/或换向磁通机还可以通过例如以交流方式改变磁通导体中的饱和度的水平来构造为实现低磁芯损耗。例如，定子中的磁通传导部件可以被构造为使得磁通传导部件的第一部分在定子运行期间的第一时间处饱和，相同磁通传导部件的第二部分在定子运行期间的第二时间处饱和。通过这种方式，磁通传导部件的部分间或地具有大大低于饱和感应度的磁通密度的水平，降低了磁芯损耗。例如，磁通传导部件的重要部分可以在50％的其磁循环时间之内具有低于25％的饱和感应度的磁通密度水平。而且，可以使用任何适合的磁通密度变动。
此外，横向磁通机和/或换向磁通机可以被构造为实现低磁芯损耗。例如，与在一个或多个线圈中使用铜质量C来实现期望输出功率P的普通电动机相对比，特定的横向磁通机和/或换向磁通机可以在实现相同输出功率P的同时仅使用小量的铜C(例如，为铜C的十分之一)。另外，横向磁通机和/或换向磁通机可以被构造为以改进的方式来使用线圈材料(例如，通过减少和/或消除线圈中的“端匝”)。通过这种方式，可以降低与既定线圈质量C相关联的电阻损耗、涡流损耗、热损耗、和/或其它线圈损耗。而且，在横向磁通机和/或换向磁通机内，线圈可以被构造、塑形、取向、对准、制造、和/或被构造为对于既定线圈质量C进一步降低损耗。
另外，根据本公开的原理，横向磁通机和/或换向磁通机可以被构造为实现较高的电压常数。通过这种方式，可以与较高频率相结合地来减少机器中线匝的数量。因此，可以实现线圈质量和/或线圈中的匝数的相应减少。
此外，根据本公开的原理，横向磁通机和/或换向磁通机可以被构造为实现高磁通切换频率，例如，超过1000Hz的磁通切换频率。由于以高频率切换磁通，可以提高转矩密度。
现在参考图4，图示了对于特定转矩典型常规电动机效率曲线402。每分钟的转数(RPM)示于X轴上，并且电动机效率示于Y轴上。如图所示，常规电动机通常在低RPM处以比较低的效率运行。对于这种常规电动机，效率增加，并且随后在特定RPM处达到峰值，并且在RPM进一步增加时最终降落。结果，通常期望许多常规电动机在接近峰值效率的RPM范围之内运行。例如，一种特定现有技术电动机可以在约3000RPM处具有约90％的最大效率，而在不太高或不太低的RPM处效率显著下降。
变速箱、变速器和其它机械装置通常耦合电动机来获得期望的输出RPM或其它输出状况。然而，这些机械构件通常是价格昂贵、体积庞大、笨重、和/或附加另外的能量损耗，例如摩擦损耗。这些机械构件能够降低电动机/变速器系统的总效率。例如，以约90％的效率运行的电动机耦合以约70％的效率运行的变速箱产生了具有约63％的总效率的电动机/变速箱系统。而且，变速箱可以比常规电动机本身更大和/或更重或成本更高。变速箱还降低了系统的总可靠性。
反之，继续参考图4并且根据本公开的原理，图示了对于特定转矩的横向和/或换向磁通机效率曲线404。根据本公开的原理，横向和/或换向磁通机可以在比常规电动机低的RPM处迅速地达到期望的效率水平(例如，80％的效率或更高)。而且，横向和/或换向磁通机可以在比常规电动机大的RPM范围内保持期望的效率水平。另外，与常规电动机相比，横向和/或换向磁通机的效率可以更慢地下降到峰值效率RPM之下。
此外，根据本公开的原理，横向和/或换向磁通机可以获得比常规电动机高的转矩密度。例如，在示例性实施例中，横向和/或换向磁通机可以获得超过每千克100牛顿-米的连续的、热稳定的转矩密度。
因此，根据本公开的原理，期望可以在各种应用中采用横向和/或换向磁通机。例如，在汽车应用中，横向和/或换向磁通机可以用作轮毂电动机，用作直流传动系统电动机、和/或类似电动机。而且，在具有足够宽的运行RPM范围的示例性实施例中，尤其在较低RPM处，横向和/或换向磁通机可以用于汽车应用中，不再需要变速器、变速箱、和/或类似的机械构件。
示例性的电动或混合动力车辆实施例包括用于驱动车辆的轮的横向磁通电动机，其中，车辆不包括变速器、变速箱、和/或类似的机械构件。在这个示例性实施例中，电动或混合动力车辆比包括类似变速器的机械构件的类似车辆稍轻。与具有类似变速器的机械构件的类似车辆相比，减少的重量可以便于延长驱动范围。任选地，由于去除变速箱所节省的重量使得可以使用另外的电池来延长范围。而且，由于去除变速箱所节省的重量使得可以使用另外的结构材料来改善乘员安全。通常，具有适合效率的宽RPM范围的换向磁通机可以期望地用于直流驱动构造有利的各种应用中。例如，期望可以在汽车中采用在从仅几RPM到约2000RPM的RPM范围内具有大于80％的效率的换向磁通机。
而且，示例性无变速器电动或混合动力车辆可以具有较高的总效率。换言之，由于在电动机和车辆的轮之间不存在类似变速器的构件使得效率提高，示例性车辆可以更加有效地利用电池中可利用的电。这也被构造成延长驱动范围和/或减少对电池的需要。
另外，换向磁通机被构造为具有高转矩密度。根据本公开的原理，高转矩密度的换向磁通机也是非常适合于各种应用，例如，汽车应用。例如，常规电动机可以具有在约0.5每千克牛顿-米至约3每千克牛顿-米之间的转矩密度。例如有源冷却的附加技术能够使常规电动机获得高至约50每千克牛顿-米的转矩密度。然而，这些技术通常大幅度增加了附加系统质量、复杂度、体积、和/或成本。另外，被构造为产生比较高的转矩量的这种常规电动机，例如，西门子1FW6电动机，被限制为比较低的RPM运行，例如在250RPM以下运行。
反之，根据本公开的原理，示例性无源冷却的横向磁通机和/或换向磁通机可以被构造为具有超过50每千克牛顿-米的连续的、热稳定的转矩密度。如这里所使用的，“无源冷却”通常理解为指代不具有需要运行功率的冷却构件的系统，所述冷却构件例如水泵、油泵、冷却风扇、和/或类似部件。而且，该示例性横向磁通机和/或换向磁通机可以被构造为具有紧密的直径，例如小于14英寸的直径。另一个示例性横向磁通机和/或换向磁通机可以被构造为具有超过100每千克牛顿-米的连续的、热稳定的转矩密度以及小于20英寸的直径。因此，由于横向磁通机和/或换向磁通机大大轻于常规电动机和/或比常规电动机更加紧凑，通过利用本公开的各个原理，示例性横向磁通机和/或换向磁通机的尺寸以适合于安装作为电动车辆中的轮毂电动机的方式来设计尺寸和/或构造和/或塑形。通过这种方式，能够减少最终的轮/发电机组件的没有安装弹簧的(unsprung)重量。这能够改善车辆操纵并且降低悬置构件的复杂度和/或尺寸。
此外，根据本公开的原理，横向磁通机和/或换向磁通机可以期望地用于具有旋转部分的机电系统中，例如洗衣机或其它电器。在一个示例中，常规洗衣机通常使用耦合带驱动来旋转清洗滚筒的电动机。反之，横向磁通机和/或换向磁通机可以轴向地耦合清洗滚筒，提供直接驱动构造并免除了带驱动部件。可选择地，横向磁通机和/或换向磁通机，例如包括局部定子的一个磁通机，可以耦合转子。转子可以与清洗滚筒具有共同的轴线。转子还可以直接耦合清洗滚筒和/或与清洗滚筒一体形成。通过这种方式，横向磁通机和/或换向磁通机可以为洗衣机或其它类似的机电结构和/或系统提供旋转力。
而且，根据本公开的原理，横向磁通机和/或换向磁通机可以期望地用于为诸如自行车、踏板车、摩托车、四芯线组、高尔夫车或其它车辆的相对轻重量车辆提供机械输出。另外，横向磁通机和/或换向磁通机可以期望地用于小发动机应用中，例如，便携式发电机、动力工具、和其它电气设备。横向磁通机和/或换向磁通机可以期望地用于为例如船、飞机、和/或类似装置的推进器驱动装置提供机械输出。横向磁通机和/或换向磁通机还可以期望地用于各种机床，例如，旋转主轴、构造为移动大块物体的工作台、和/或类似工具。通常，横向磁通机和/或换向磁通机可以用于提供来自任何适合的装置电电气和/或机械输入和/或向任何适合的装置提供电气和/或机械输出。
在各个示例性实施例中，换向磁通机可以包括具有多路径构造的转子。通常，用于换向磁通机的多路径转子可以包括被构造为在多个第一磁通集中定子部分和多个第二磁通集中定子部分之间提供多个磁通路径的任何结构、组件、和/或机构或装置。换言之，多路径转子能够为换向磁通机提供“多对多”磁通开关构造。
在示例性实施例中，并且现在参考图5A，多路径转子550包括大致环形结构，所述大致环形结构在多路径转子550的第一侧上具有第一组“弯管”552。多路径转子550进一步包括在多路径转子550的第二侧上的第二组弯管554。在换向磁通机中，多路径转子550的至少一部分被构造为用作定子的磁通开关。例如，第一组弯管552中的一个或多个弯管或者第一组弯管552的部分可以各自用作磁通开关。类似地，第二组弯管554中的一个或多个弯管或者第二组弯管554的部分可以各自用作磁通开关。因此，磁通可以横过定子中的第一组弯管552中的一个或多个与第二组弯管554中的一个或多个之间的气隙被传导。
在另一个示例性实施例中，多路径转子550包括大致环形结构，所述大致环形结构具有刻在环的第一侧上的第一组沟槽562。所述环的保留在第一组沟槽之间的部分包括第一组磁通开关。多路径转子550进一步包括刻在所述环的第二侧上的第二组沟槽564。所述环的保留在第二组沟槽之间的部分包括第二组磁通开关。根据一个示例性实施例，对于具有径向间隙构造的多路径转子550，所述第一侧还可看作所述环的外侧，并且所述第二侧还可看作所述环的内侧。
根据各个示例性实施例，沟槽562和/或564可以包括各种形状。例如，沟槽可以包括圆柱形形状、椭圆形形状、三角形形状、矩形形状、梯形形状、和/或任何适当的形状。
根据各个示例性实施例，弯管可以通过从大致环形材料块重复地去除局部圆柱形的部分来形成。通过这种方式，弯管可形成为使得所述弯管包括两个弓形侧边，并且所述弯管可向外成锥形。
在另一实例中，弯管可以通过从大致环形的材料块重复地去除大致V形的部分来形成。通过这种方式，弯管可形成为使得所述弯管包括两个大致平面的侧边。而且，可以改变大致V形切口的深度、角度、和/或其它参数。通过这种方式，可以改变所述弯管的厚度。
在又一实例中，多路径转子550可以通过从粉末金属或其它适当的材料成型期望的形状来形成。多路径转子550还可以通过将例如带状钢板的平面材料的层切割成具有各种弯管和/或沟槽形状的构造来形成。然后，带状材料可以绕着芯轴卷绕，所述芯轴例如为由用于控制带状材料对准的引导特征件构造成的芯轴。通过这种方式，可在形成多路径转子550的过程中控制位置、尺寸、和/或其它公差。
此外，在各个沟槽和/或v形去除部分之间，多路径转子550的一部分可以保留其原始形状。因此，在各个示例性实施例中，弯管552和/或554可以代表未切除部分。相邻弯管之间的中心至中心距离可以为任何适当的距离。在各个示例性实施例中，所述中心至中心距离可以为换向磁通机中的极距的函数。弯管之间的中心间距间隔可以类似地变化，以便于例如使特定弯管之间的中心间距间隔与特定定子中的磁通集中定子部分之间的中心间距间隔对准。
另外，任意一个弯管的边缘至边缘距离可以为任何适当的距离。在特定的示例性实施例中，任意一个弯管的所述边缘至边缘距离可以看作开关厚度。
可以选择多路径转子550的开关面积，以便于特定的定子使用多路径转子550。短暂地参考图1B，在腔接合构造中，“开关面积”指的是开关厚度(例如，ST)和接合深度(例如，ED)的乘积。在腔接合构造中，接合深度ED可以看作沿着开关的开关延伸到腔(例如，至少部分地由定子110B限定的腔)中的长度(例如，沿着定子150B的一部分的长度)。
短暂地参考图3C，在面接合构造中，“开关面积”指的是开关厚度(例如，ST)和接合深度(例如，ED)的乘积。在面接合构造中，接合深度ED可以看作沿着开关的开关紧密靠近转子和/或定子(例如，转子350)的对应部分的长度(例如，沿着定子310的一部分的长度)。
在示例性实施例中，一个或多个弯管可以形成在多路径转子550上，以便在每个弯管的表面上，例如在每个弯管的端处，形成期望的开关面积。
通常，一个或多个弯管和/或多路径转子550的其它部分可以按照需要经由任何适当的过程、技术或方法来形成，以便形成在弯管的表面处具有期望开关面积的磁通开关。另外，本领域技术人员可以理解的是，可以应用类似的过程、技术、和/或方法来形成其它电气部件，例如换向磁通机的单路径转子、定子、磁通开关、和/或其它磁通传导部分。
而且，多路径转子550可以包括任何适当的弯管、延伸件、挤压件、突出件、沟槽、间隙、凸缘、几何形状、和/或被构造为提供在多个第一磁通集中定子部分和多个第二磁通集中定子部分之间的多个磁通路径的结构。例如，多路径转子550可以被构造为具有锯齿样式、之字形样式、互锁菱形样式、方波样式、和/或等、或这些样式的组合。
在各个示例性实施例中，多路径转子550的至少一部分可以被构造为具有弯管之间可变中心间距。例如，多路径转子550的第一部分可以被构造为在相邻弯管之间具有第一中心间距D1。另外，多路径转子550的第二部分可以被构造为在相邻弯管之间具有第二中心间距D2。D1和D2可以相同或者可以不同。例如，D2可以为距离D1的两倍。D2还可以为距离D1的三倍。而且，D1和D2可以为任何适当的距离并且可以具有任何适当的关系。
可变中心间距可以是有利的。例如，在示例性实施例中，当多路径转子550耦合换向磁通机中的局部定子和/或有间隙定子时，多路径转子550可以被构造为使得：当多路径转子550的所述第一部分接合定子时，换向磁通机产生第一转矩。类似地，多路径转子550可以被构造为使得：当多路径转子550的所述第二部分接合定子时，换向磁通机产生第二转矩。例如由于如下事实所述第二转矩可以与所述第一转矩不同：随着多路径转子550上的弯管之间的距离增大，由多路径转子550接合的磁通集中定子部分的数量减少。
在各个示例性实施例中，当换向磁通机作为发电机运行时，多路径转子550可以被构造为：当机械输入比较强时(例如，在4冲程发动机的动力冲程期间)，将多路径转子550的“较高转矩”部分(即，多路径转子550的在相邻弯管之间具有较小中心间距的部分)与定子对准。类似地，多路径转子550可以被构造为：当机械输入不太强时(例如，在4冲程发动机的排气、吸气、和/或压缩冲程期间)，将多路径转子550的“较低转矩”部分(即，多路径转子550的在相邻弯管之间具有较大中心间距的部分)与定子对准。通过这种方式，换向磁通机可以被构造为将例如由4冲程活塞发动机所产生的机械输出的可变机械输入更加有效地转换成电能。
根据各个示例性实施例，多路径转子550可以任何适当的方式形成以提供在多个第一磁通集中定子部分和多个第二磁通集中定子部分之间的多个磁通路径。例如，多路径转子550可以通过如之前所讨论的从环形整体式材料块(例如，硅钢)去除材料来形成。而且，多路径转子550经由任何适当的方法铸造、压制、烧结、冲切、机器制造、印模、粘合、层压、抛光、平滑、弯曲、成型、镀层、涂层、和/或塑形和/或形成。例如，多路径转子550可经由构造为沿着大致环形结构的相对侧边形成第一组弯管和第二组弯管的方法来形成。
在一个示例性实施例中，并且现在参考图5C，多路径转子550通过层压和/或粘合多层材料来形成。例如，想要用于径向间隙换向磁通机的特定多路径转子550可以由多层层压平面材料形成。然后，多路径转子550可被切割或者以其它方式由多层材料形成，例如通过水喷切割、激光切割、和/或任何其它适当的技术或处理。可选择地，可以首先切割平面材料的单个层，并且然后堆置、层叠、压制、和/或粘合或对准，从而形成多路径转子550。得到的多路径转子550可看作是由一“堆”类似的多路径转子550构成，每个堆置的多路径转子550为比较薄的平面材料。
当想要用于径向间隙换向磁通机时，转子堆的每层的平面大致平行于转子的旋转平面。因此，当与例如至少部分地包围线圈520的定子510的径向间隙定子进行腔接合时，转子堆的每层的平面横向于得到的气隙。换言之，多路径转子550内的磁通可以基本保留在转子堆的层内，而不是横穿转子堆内的层。由于转子堆中平面材料的层倾向于大致在层内传导磁通，更加有效地传导磁通。由于电阻横向于层较高，因此减少了磁通漏泄、涡流、和其它不期望效应。
根据另一个示例性实施例，并且再次参考图5A，想要用于轴向间隙换向磁通机的特定多路径转子550可以由绕线平面材料形成。例如，平面材料可以绕着芯轴缠绕。然后，多路径转子550可以被切割或以其它方式由绕线平面材料形成，例如通过水喷切割、激光切割、和/或任何其它适当的技术或处理。当这样形成的多路径转子550与轴向间隙定子进行腔接合时，转子的每个绕线层的平面横向于得到的气隙。如之前所述，由于绕线平面材料的层倾向于基本在层内传导磁通，并且由于电阻横向于层较高，减少了磁通漏泄、涡流、和其它不期望的效应。
在各个示例性实施例中，多路径转子550由多种类型堆置、缠绕、或接合的材料形成。例如，特定的多路径转子550可以由交替层的平面材料形成。所述层可以具有不同的特性。在示例性实施例中，多路径转子550由无定形金属(例如，Metglas2605SA1)和纳米结晶性复合物的交替层形成。在另一个示例性实施例中，多路径转子550由硅钢和纳米结晶性复合物的交替层形成。在其它各个示例性实施例中，多路径转子550由绕着芯轴缠绕到一起的一层无定形金属和一层纳米结晶性复合物形成。在又一个示例性实施例中，多路径转子550由三种或多种材料的交替层形成。而且，多路径转子550可以由通过任何适当处理接合的层和/或材料的任何适当组合形成，例如，两层第一材料，然后一层第二材料，然后再是两层第一材料，然后一层第二材料，等等。
通过以这种方式使用多种材料的层，多路径转子550可以具有改进的机械、磁性、和/或其它特性。例如，多路径转子550可以具有改进的可加工性，同时保持期望的磁性、热、电气、或其它特性。在示例性实施例中，由多层材料形成的多路径转子550被构造为具有超过1.0特斯拉的体饱和感应度。在另一个示例性实施例中，由多层材料形成的多路径转子550被构造为具有超过1,000μ的体磁导率。
而且，除了多路径转子550之外，其它电气部件，包括定子、磁通开关、线圈、磁通集中器、成型转子等，可以至少部分地由如上所讨论的多层材料、成型材料、和/或多种材料形成、包含和/或包括层材料、成型材料、和/或多种材料。所有这些部件和方法看作在本公开的范围之内。
在各个示例性实施例中，多路径转子550可与径向间隙换向磁通机结合使用。而且，在其它各个示例性实施例中，多路径转子550可与轴向间隙换向磁通机结合使用，例如，被构造为具有局部定子的换向磁通机(例如，参见图5B)。通常，多路径转子550可按照需要用于任何适当的换向磁通机和/或横向磁通机中。
而且，在各个示例性实施例中，可以改变多路径转子550进入定子的接合深度。还可以通过例如经由引导轮、保险杠、和/或等将多路径转子550耦合定子来控制和/或调节多路径转子550和定子之间的气隙。通过改变多路径转子550进入到至少部分地由定子限定的腔中的接合深度，可以按照期望控制、改变、和/或修改换向磁通机的各种特性。
例如，缩短接合深度可以导致减小电压常数。类似地，缩短接合深度可导致减小转矩常数。而且，缩短接合深度可提高换向磁通机的效率。缩短接合深度还可以容许通过相同的驱动电子器件进行较高的RPM运行。因此可通过以适当的方式改变接合深度来获得期望性能特性，例如在特定效率水平的运行。
另外，当换向磁通机作为发电机运行时，改变接合深度能够为变化的负荷提供适当的响应。例如，在特定负荷处，第一接合深度可足以产生期望输出。在较大负荷处，第二接合深度可足以产生期望输出。因此，接合深度可响应于发电机上的变化负荷状况而变化。
现在参考图5B，在各个示例性实施例中，多路径转子550可操作地耦合局部定子。进一步参考图5D，多路径转子550可被构造为使得第一组弯管552的特定弯管A1与具有第一极性的第一磁通集中定子部分对准。第一组弯管552的相邻弯管A2与具有与所述第一极性相同的极性的第二磁通集中定子部分对准。同时，第二组弯管554的特定弯管B1与具有与所述第一极性相反的极性的第三磁通集中定子部分对准。类似地，第二组弯管554的相邻弯管B2与也具有与所述第一极性相反的极性的第四磁通集中定子部分对准，等等。
通过这种方式，磁通可以通过多路径转子550从A1或A2中的任一个传导到B1或B2中的任一个(或者反之亦然)，如图示的箭头所示。而且，由于与第一组弯管552相关的每个磁通开关磁耦合第一组弯管552的其它每个磁通开关并且耦合与第二组弯管554相关的每个磁通开关，磁通可以通过多路径转子550从接合第一极性的磁通集中定子部分的任一磁通开关传导到接合具有与所述第一极性相反的极性的磁通集中定子部分的任一磁通开关。另外，短暂参考图5E，来自任一特定磁通开关(例如，开关B1)的磁通可传导到其它多个磁通开关(例如，开关A1、A2、和A3)。
因此，通常，在示例性实施例中，多路径转子550被构造为使得磁通可在“多对多”布置中在换向磁通机内传导。换言之，磁通可以从多个磁通“源”(即，具有第一极性的磁通集中定子部分)中的任一个流入多个磁通“汇点”(即，具有与所述第一极性相反的极性的磁通集中定子部分)中的任一个。换句话说，磁通可以在第一组弯管552中的任一个处进入多路径转子550，并且在第二组弯管554中的任一个处离开转子，或者反之亦然。
另外，在“一对一”磁通开关构造中，有时可不使用位于局部定子的边缘处或附近的磁通集中定子部分。这是由于与该磁通集中定子部分相关的磁通开关延伸出来而越过局部定子的端，并且因此有时不与具有相反极性的对应磁通集中定子部分接合。通过使用提供“多对多”磁通开关构造的多路径转子550，位于局部定子的边缘处或附近的磁通集中定子部分设置有当多路径转子550上的磁通开关被间隔开和/或以适当的方式对准时通往相反极性的磁通集中定子部分的磁通路径。因此，可更加完全地利用和/或更加有效地切换局部定子中各个磁通集中定子部分中可用的磁通，导致改进的转矩密度、改进的输出功率等。
而且，除了适用于局部定子之外，在各个示例性实施例中，多路径转子550可期望地与有间隙定子、完全环状定子、和/或用于换向磁通机的其它任何定子和/或这些定子的组合相结合地使用。
通常，多路径转子550可按照需要设计、塑形、和/或构造以用于发电机，例如换向磁通机和/或横向磁通机。在各个示例性实施例中，短暂参考图5A，多路径转子550可被构造为具有开关面积SA，此处SA为开关厚度和接合深度的乘积。类似地，对应的定子可以被构造为具有磁通集中器面积CA，其中CA为磁通集中器厚度和接合深度的乘积。
在各个示例性实施例中，并且参考图5E，多路径转子550被构造为用于腔接合换向磁通机。在这些实施例中，多路径转子550被构造成至少部分地接合在由定子限定的腔内，从而传导磁通，如图5E中所示。在其它的示例性实施例中，多路径转子550被构造为用于面接合换向磁通机。在这些实施例中，多路径转子550被构造成紧密地靠近定子，从而传导磁通。另外，成型转子主体可具有安装在成型转子主体的面上的以多路径模式构造的磁通开关。
而且，提供“多对多”磁通开关构造的适当转子，例如多路径转子550，可以按照需要用于各种横向和/或换向磁通机中。
本领域技术人员易于理解的是，上文中相对于多路径转子所阐释的本公开的各种原理，例如构造和使用的原理，同等适应于结合各种横向和/或换向磁通机的单路径转子、磁通开关、磁通集中器、定子、和/或其它磁通传导部件的使用。
除了上文中所公开的多路径型转子和带绕转子之外，本公开的原理构思了用于横向和/或换向磁通机的“成型”转子。根据各个示例性实施例，用于换向磁通机的成型转子可以包括被构造为在第一磁通集中定子部分和第二磁通集中定子部分之间提供磁通路径的任何结构、组件、和/或机构或装置。而且，在特定的示例性实施例中，成型转子可以用作多路径转子。
在示例性实施例中，现在参考图6A至图6C，成型转子650包括转子主体656和多个磁通开关658。磁通开关658耦合转子主体656。成型转子650被构造为与具有一个或多个磁通集中定子部分的定子接口。
成型转子主体656可以包括被构造为支撑、引导、对准、和/或以其它方式与磁通开关658接口的任何材料或材料的组合。在各个示例性实施例中，成型转子主体656包括具有期望低磁导率的材料，例如，仅稍大于空气或稍小于空气的磁导率(即，小于约2μ)的磁导率。成型转子主体656还可以包括非铁材料。成型转子主体656还可以包括具有高导热率的材料。成型转子主体656还可以包括具有高体电阻率的材料。在各个示例性实施例中，成型转子主体656包括陶瓷、塑料、陶瓷填充塑料、玻璃填充塑料、液晶聚合物、和/或这些材料的组合中的一种或多种。
成型转子主体656可通过任何适当的方法和/或过程形成。例如，在各个示例性实施例中，成型转子主体656可以通过喷塑成型、压缩成型、压制、烧结、切割、磨削、研磨、抛光、和/或等中的一种或多种来形成。
在示例性实施例中，成型转子主体656为整体式块。在各个示例性实施例中，成型转子主体656接合、紧固、焊接、和/或卡合以便形成成型转子主体656的多个部件。在其它的示例性实施例中，成型转子主体656包括多种材料。而且，成型转子主体656可以按照需要包括各种非铁材料，例如铝。成型转子主体656还可包括被构造为至少部分地接受磁通开关658、与磁通开关658粘合、包含磁通开关658、和/或耦合磁通开关658的各种腔、沟槽、挤压件、凸块、插槽、和/或等。
磁通开关658可以包括被构造为在例如磁通集中定子部分之间传导磁通的任何材料、形状、和/或结构。在各个示例性实施例中，磁通开关658包括粉末金属、硅钢、钴钢、镍钢、无定形金属(例如，Metglas2605SA1)、或纳米结晶性复合物中的一种或多种。而且，磁通开关658可以包括整体式材料。磁通开关659还可以包括分层材料。此外，磁通开关658可以包括能用于传导磁通的任何适当的一种或多种材料。例如，磁通开关658可以被构造为具有适当的体饱和感应度，例如超过1.0特斯拉的体饱和感应度。磁通开关658还可以被构造为具有适当的体磁导率，例如超过1,000μ的磁导率。而且，磁通开关658还可以包括具有高电阻率的材料。
在特定的示例性实施例中，参考图6B，磁通开关658可以被构造为：当耦合成型转子主体656，完全包含在成型转子主体656内。在这些构造中，成型转子650非常适用于具有面接合定子构造的换向磁通机。在其它的示例性实施例中，磁通开关658被构造为：当耦合成型转子主体656时，至少部分地延伸越过成型转子主体656。在这些构造中，成型转子650非常适用于具有腔接合定子构造的换向磁通机。然而，本领域技术人员将易于理解的是，部分延伸的磁通开关658还可适用于面接合构造，并且完全包含的磁通开关658还可以适用于腔接合定子构造。
在各个示例性实施例中，磁通开关658可以进行尺寸设计、对准、成角度、间隔、放置、和/或构造为提供磁通集中定子部分之间的“一对一”连接。换言之，特定的磁通开关658可以被构造为同时接合具有第一极性的第一磁通集中定子部分和具有相反极性的第二磁通集中定子部分。通过这种方式，经由特定磁通开关658，磁通路径设置为在一个磁通“源”和一个磁通“汇点”之间横向于定子中的气隙。
在其它示例性实施例中，一个或多个磁通开关658可以链接、接合、连接、对准、放置、和/或构造在成型转子650内，以在磁通集中定子部分之间提供“多对多”的连接。换言之，在这些实施例中，磁通可以流过成型转子650，从而多个磁通“源”(即，具有第一极性的磁通集中定子部分)中的任一个横过定子中的气隙进入多个磁通“汇点”(即，具有与所述第一极性相反的极性的磁通集中定子部分)中的任一个。
通过提供“多对多”磁通开关布置，成型转子650可以提高包括使用局部和/或有间隙定子的换向磁通机的各种发电机的性能。例如，在“一对一”磁通开关构造中，有时可不使用位于局部定子的边缘处或附近的磁通集中定子部分。这是由于与磁通集中定子部分相关的磁通开关延伸过局部定子的端，并且因此有时不与具有相反极性的对应磁通集中定子部分接合。通过使用提供“多对多”磁通开关构造的成型转子650，位于局部定子的边缘处或附加的磁通集中定子部分设置有当成型转子650上的磁通开关658以适当的方式间隔开和/或对准时通往相反极性的磁通集中定子部分的磁通路径。因此，可以更加完全地使用局部定子中的每个磁通集中定子部分，导致改进的转矩密度、改进的输出功率、等等。
通过将成型转子主体656耦合一个或多个磁通开关658，得到的成型转子650可以具有期望的机械、热、磁、和/或其它特性。例如，成型转子主体656可以包括比磁通开关658内的材料显著不稠密的材料。因此可以减小成型转子650的质量，这是期望的以便于减小电动机中的总旋转质量。此外，成型转子主体656可以包括具有与磁通开关658内的材料相比低的磁导率的材料。因此，可期望地减少成型转子650内的磁通漏泄。
而且，成型转子主体656可以包括比磁通开关658内的材料较廉价的材料。因此，可以更加成本效益的方式来制造成型转子650。成型转子主体656还可以包括比磁通开关658内的材料更易于加工的材料。因此，可以获得成型转子650的制造的较高尺寸精度、改进的强度、和/或降低难度。成型转子主体656还可以包括构造为偏转空气的扇状部分或其它部件，以便于例如响应于成型转子主体656的旋转而引导气流横过定子部分。通过这种方式，可以实现改进换向磁通机的冷却性能。
而且，在各个示例性实施例中，特定的成型转子主体656还可以按照需要被构造为接收特定多路径转子550、包含特定多路径转子550、和/或与特定多路径转子550耦合。通过这种方式，成型转子主体656可以为多路径转子550提供结构性支撑，允许修改多路径转子550的部件，例如使多路径转子的部件较薄和/或较小。通过这种方式，由于成型转子主体656可为多路径转子550提供机械、热、和/或结构性支撑，还可以主要基于磁性考量来选择多路径转子550的部件。
除了上文所讨论的转子之外，本公开的原理构思了“折叠式”转子。如这里所使用的，“折叠式”转子为包括至少部分折叠、弯曲、和/或塑形以形成磁通开关的材料的转子。根据各个示例性实施例，用于横向磁通机和/或换向磁通机的折叠式转子可以包括被构造为提供第一磁通集中定子部分和第二磁通集中定子部分之间的磁通路径的任何结构、组件、材料、和/或机构或装置。而且，在特定的示例性实施例中，折叠式转子可以用作多路径转子。
在示例性实施例中，现在参考图7A-7F，折叠式转子750包括转子主体756和磁通传导材料758。磁通传导材料758耦合转子主体756。成型转子750被构造为具有一个或多个磁通集中定子部分的定子接口。在各个示例性实施例中，磁通传导材料758包括分层材料，例如，多层无定形金属。
在各个示例性实施例中，磁通传导材料758的部分可以形成为用作磁通开关。例如，磁通传导材料758的连续部分可以至少部分地放置在转子主体756上的一个或多个沟槽、凹槽、和/或其它通路和/或特征件之内。例如，短暂地参考图7F，磁通传导材料758可以例如迂回方式、前后方式、和/或等“螺纹接合”和/或交错和/或穿过交替的沟槽。
在各个示例性实施例中，可以使用磁通传导材料758的多个分段。例如，磁通传导材料的第一分段758A可以通过转子主体756的第一部分螺纹接合。磁通传导材料的第二分段758B可通过转子主体756的第二部分螺纹接合。再次参考图7F，分段758A和758B的端可以在例如接合点J1处相邻、邻接、和/或紧密地对准。另外的磁通传导分段，例如分段758C，可以类似的方式来构造，并且可以在例如接合点J2处与磁通传导材料758的其它部分连接和/或相邻和/或邻接。通过这种方式，磁通传导材料758，例如有限长度可用的磁通传导材料758，可以绕着转子主体756完全螺纹接合(参见，例如图7E)。而且，磁通传导材料758可以按照需要适当地通过转子主体756的任何适当部分螺纹接合和/或耦合转子主体756的任何适当部分。
一旦磁通传导材料758耦合转子主体756，磁通传导材料758和/或转子主体756可按照需要进行处理、成型、塑形、和/或构造，以便例如形成一个或多个磁通开关。在示例性实施例中，磁通传导材料758的延伸越过转子主体756中的沟槽的部分被磨掉以形成大致平滑的表面。而且，磁通传导材料758的部分可以被切割、磨削、研磨、切片、抛光、和/或进行机械和/或化学处理，以便形成一个或多个磁通开关。
现在参考图7B和图7C，例如，当耦合局部定子710时，磁通传导材料758的保留在转子主体756内的部分可以用作磁通开关。在各个示例性实施例中，折叠式转子750可以提供与多路径转子550的布置类似的“多对多”磁通开关布置。而且，折叠式转子750还可按照需要提供“一对一”磁通开关布置。
另外，在各个示例性实施例中，折叠式转子750可以如上文相对于多路径转子550所讨论的在磁通开关之间具有可变间隔，以便于例如当与换向磁通机接合时产生可变转矩。
而且，应用于成型转子和/或折叠式转子的各种原理可以应用于横向和/或换向磁通机的定子和/或其它部件。例如，定子可以通过折叠材料来形成，从而形成磁通开关。
本公开的原理可以与横向磁通机和换向磁通机中的定子的原理相结合，这些原理在与本申请具有相同提交日期的标题为“横向和/或换向磁通系统定子构想”的未决美国专利申请中公开，该申请的全部内容通过引用并入本文。
本公开的原理还可适当地与多相横向磁通机和多相换向磁通机的原理相结合，这些原理在与本申请具有相同提交日期的标题为“多相横向和/或换向磁通系统”的未决美国专利申请中公开，该申请的全部内容通过引用并入本文。
而且，本公开的原理可以适当地与通过引用并入本文中的任一和/或全部未决美国专利申请中所公开的任何数量的原理相结合。因此，例如，特定的横向和/或换向磁通机可以合并多路径转子的使用、局部定子的数量、多相设计的使用、和/或等。所有这些组合、变动、和/或其它相互关系被看作是在本公开的范围之内。
尽管已在各个实施例中示出了本公开的原理，在不偏离本公开的原理和范围的情况下，可以使用特别适合于具体环境和运行要求的实际上使用的结构、布置、比例、元件、材料和部件的许多变型例。这些和其它的改变或变型例意在包括在本公开的范围之内并且可以在下面的权利要求中来表达。
在前面的说明书中，已经参考各个实施例对本发明进行了说明。然而，本领域普通技术人员应当理解的是，可在不偏离本公开的范围的情况下进行各种变型和改变。因此，说明书被看作是示例性的，而不是为了限制，并且所有这些变型例意在包括在本公开的范围之内。同样，上面已经相对于各个实施例说明了益处、其它优点以及问题的解决方案。然而，可使得任何益处、优点或解决方案出现或者变得更加肯定的益处、优点、问题的解决方案以及任何元件不应解释为任一或全部权利要求的关键的、必需的或主要的特征件或元件。如这里所使用的，术语“包括”或者“包括”的任何其它变型意在覆盖非排他性包含，以使包括一列元件的过程、方法、物品、或装置不仅仅包括那些元件，而是可以包括未明确列出的或这些过程、方法、物品、或装置所固有的其他元件。而且，如这里所使用的，术语“耦合的”或者“耦合”的任何其它变型意在覆盖物理连接、电连接、磁连接、光连接、通信连接、功能连接、和/或任何其它连接。当在权利要求中使用类似于“A、B或C中的至少一个”的语言时，该短语意在表示下列任一项：(1)A中的至少一个；(2)B中的至少一个；(3)C中的至少一个；(4)A中的至少一个和B中的至少一个；(5)B中的至少一个和C中的至少一个；(6)A中的至少一个和C中的至少一个；或者(7)A中的至少一个、B中的至少一个、和C中的至少一个。
发明陈述：
一种发电机，包括多路径转子，所述多路径转子包括在所述转子的第一侧上的第一组弯管和在所述转子的第二侧上的第二组弯管，其中，所述第一组弯管位于所述转子之上，以与具有第一极性的第一组磁通集中定子部分中的至少一个对准，其中，所述第二组弯管位于所述转子之上，以与具有与所述第一极性不同的第二极性的第二组磁通集中定子部分中的至少一个对准，其中，所述发电机为横向磁通机或换向磁通机中的至少一种。所述转子可以提供从第一组磁通集中定子部分中的一个到第二组磁通集中定子部分中的每一个的磁通路径。所述转子可以包括具有超过1.0特斯拉的体饱和感应度的材料。所述转子可以包括具有超过1,000μ的体磁导率的材料。所述转子可以包括交替的多层第一材料和第二材料。所述第一材料和所述第二材料可以不同。可以选择所述第一材料来提高多路径转子的可加工性。所述第一材料可以为硅钢，并且所述第二材料可以为纳米结晶性复合物。所述转子可以具有超过1,000μ的体磁导率。所述转子可以具有超过1.0特斯拉的体饱和感应度。所述转子可以为整体式的。所述转子可以引导气流横过定子的一部分。所述转子可以与定子腔接合。所述转子可以与定子面接合。所述发电机可以为轴向间隙机器。所述发电机可以为径向间隙机器。所述转子可以包括卷绕以形成转子的一部分的压模平面材料。可无源冷却所述发电机。
一种发电机，包括多路径转子，所述多路径转子包括在所述转子的第一侧上的第一组弯管和在所述转子的第二侧上的第二组弯管，其中，所述多路径转子包括具有超过1,000μ的体磁导率的材料，并且其中，所述发电机为横向磁通机或换向磁通机中的至少一种。所述多路径转子可以具有超过1.0特斯拉的体饱和感应度。
一种制造用于发电机的多路径转子的方法，所述方法包括：切割平面材料以形成一条平面材料，所述一条平面材料包括在平面材料的第一侧上的第一组弯管和在平面材料的第二侧上的第二组弯管，其中，所述一条平面材料中的相邻弯管沿相反的方向取向；将多条平面材料对准，以使在所述多条平面材料上的弯管对准；以及粘合所述多条平面材料以形成在第一组弯管上具有第一组磁通开关且在第二组弯管上具有第二组磁通开关的多路径转子，其中，所述发电机为横向磁通机或换向磁通机中的至少一种。每个切割条平面材料与多路径转子中的其它切割条平面材料类似地形成图案，并且切割条可以平行于多路径转子的旋转平面分层布置。切割条可以绕着芯轴缠绕，并且每个连续的切割条可以绕着上一个缠绕。切割条可缠绕为连续大直径的圆筒。切割条可以绕着芯轴缠绕以形成多层。多路径转子可以包括被构造为大致在层内传导磁通的多层平面材料。多路径转子可以具有超过1,000μ的体磁导率。多路径转子可以超过1.0特斯拉的体饱和感应度。多路径转子可以耦合换向磁通机中的定子。平面材料可以包括下述材料中的至少一种：硅钢、无定形金属、或纳米结晶性复合物。多个层中的一个可以包括第一材料，并且多层中的另一个可以包括与所述第一材料不同的第二材料。
一种制造用于发电机的转子的方法，所述方法包括：形成转子框架，其中，所述转子框架包括具有小于2μ的磁导率的第一材料；以及将磁通开关耦合所述转子框架以形成用于所述发电机的转子，其中，所述磁通开关包括具有超过1.0特斯拉的饱和感应度的第二材料，并且其中，所述磁通开关的第一表面与发电机的第一磁极对准，并且所述磁通开关的第二表面与发电机的第二磁极对准，从而传导磁通。凹槽可以形成在所述转子框架中以接受所述磁通开关。所述转子框架可以包括被构造为接受所述磁通开关的凹槽，并且所述凹槽可被构造为以相对于所述转子的旋转平面的一角度对准所述磁通开关。所述角度可以选择为发电机的气隙的宽度和发电机中的磁极之间的距离的函数。所述角度可以在5度和70度之间。所述磁通开关可以在所述凹槽内成型。
一种发电机，包括：机械形成的转子，所述转子包括各自具有第一表面和第二表面的多个磁通开关，其中，所述多个磁通开关中的一个的所述第一表面与发电机的第一定子磁极对准，并且所述多个磁通开关中的相同一个的所述第二表面与发电机的第二定子磁极对准，并且其中，所述发电机为横向磁通机或换向磁通机中的至少一种。机械形成的转子可以为多路径转子。磁通开关可以包括具有超过1.0特斯拉的体饱和感应度的材料。磁通开关可以包括超过1,000μ的体磁导率的材料。第一表面和第二表面的对准可以被构造为使得多个磁通开关中的每个磁通开关接近发电机中的磁路。转子可以经由下述方法中的至少一种来形成：烧结、CNC加工、带绕、激光切割、压模、冲切、或水喷切割。磁通开关可以相对于转子的旋转平面成角度。多个磁通开关中的每个磁通开关的几何构造可以被构造为使得多个磁通开关中的每一个接近发电机中的磁路。几何构造可以为下述变量中至少一个的函数：开关角度、接合深度、开关高度、开关厚度、开关面积、集中器厚度、或磁体厚度。磁通开关角度可以相对于转子的旋转平面在约5度和约70度之间。转子可以与发电机中的气隙基本一样宽地由平面材料机械形成。磁通开关角度可以为发电机的气隙的宽度和发电机中磁极之间的中心间距的函数。多个磁通开关可以相对于转子的旋转平面以约90度成角度，并且发电机的磁通集中定子部分可以为非平面状。转子可以包括下述材料中的至少一种：硅钢、无定形金属、粉末金属、镀层粉末金属、或纳米结晶性复合物。转子可以被构造为支持发电机中超过1000Hz的切换频率。
一种发电机，包括：转子，所述转子包括成型转子框架和磁通开关，其中所述成型转子框架包括具有小于2μ的磁导率的第一材料，其中所述磁通开关包括具有超过1.0特斯拉的饱和感应度，其中，所述磁通开关耦合所述成型转子框架，其中所述磁通开关的第一表面与发电机的第一磁极对准，其中所述磁通开关的第二表面与发电机的第二磁极对准，从而传导磁通，并且其中所述发电机为横向磁通机或换向磁通机中的至少一种。所述成型转子可以提供从第一组磁通集中定子部分中的一个到第二组磁通集中定子部分中的每一个的磁通路径。所述成型转子可与定子腔接合。所述成型转子可与定子面接合。所述发电机可以为轴向间隙发电机。所述发电机可以为径向间隙发电机。第一材料可包括聚合物。第二材料可为无定形金属、硅钢、或纳米结晶性复合物中的至少一个。磁通开关可以设定为与成型转子框架的表面平齐。磁通开关的一部分可以向外延伸越过所述成型转子框架的表面。
一种用于发电机的多路径转子，其中所述转子包括：在所述多路径转子的第一侧上的第一组弯管；在所述多路径转子的与所述第一侧相对的第二侧上的第二组弯管；其中，所述多路径转子包括大致环形形状；其中，所述多路径转子被构造为：通过将磁通从所述第一组弯管中的一个或多个转移到所述第二组弯管中的一个或多个，用作所述发电机中的磁通开关，并且其中所述发电机为横向磁通机或换向磁通机中的至少一种。

Claims (27)

1.一种发电机，包括：
多路径转子，所述多路径转子包括在所述转子的第一侧上的第一组弯管和在所述转子的第二侧上的第二组弯管，
其中，所述第一组弯管位于所述转子之上，以与具有第一极性的第一组磁通集中定子部分中的至少一个对准，
其中，所述第二组弯管位于所述转子之上，以与具有与所述第一极性不同的第二极性的第二组磁通集中定子部分中的至少一个对准，并且
其中，所述发电机为横向磁通机或换向磁通机中的至少一种。
2.如权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述转子提供从所述第一组磁通集中定子部分中的任一个到所述第二组磁通集中定子部分中的任一个的磁通路径。
3.如权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述转子包括平面材料层。
4.如权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述第一组弯管的第一弯管与第一定子的磁通集中部分对准，并且其中所述第一组弯管的第二弯管与第二定子的磁通集中部分对准，所述第一弯管和所述第二弯管在所述第一组弯管内相邻。
5.如权利要求1所述的发电机，其特征在于，进一步包括可操作地耦合于所述转子的多个定子。
6.如权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述转子耦合于下述中的至少一个：汽车轮、自行车轮、踏板车轮、推进器、机床或洗衣机的滚筒。
7.如权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述转子与定子的接合深度是可变的，以便于改变下述中的至少一个：电压常数、转矩常数、效率水平或RPM。
8.如权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述发电机具有超过每千克50牛顿-米的连续的、热稳定的转矩密度。
9.如权利要求8所述的发电机，其特征在于，所述发电机具有小于14英寸的直径。
10.如权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述第一组弯管中的弯管的第一子集被构造为在弯管之间具有第一中心间距，其中所述第一组弯管的第二子集被构造为在弯管之间具有第二中心间距，并且其中所述第一中心间距和所述第二中心间距不同。
11.如权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述转子被构造为支持所述发电机中超过1000Hz的切换频率。
12.一种发电机，包括：
转子，所述转子包括成型转子框架和磁通开关，
其中，所述成型转子框架包括具有小于2μ的磁导率的第一材料，
其中，所述磁通开关包括具有超过1.0特斯拉的饱和感应度的第二材料，
其中，所述磁通开关耦合于所述成型转子框架，
其中，所述磁通开关的第一表面与所述发电机的第一磁极对准，
其中，所述磁通开关的第二表面与所述发电机的第二磁极对准，从而传导磁通，并且
其中，所述发电机为横向磁通机或换向磁通机中的至少一种。
13.如权利要求12所述的发电机，其特征在于，所述成型转子框架包括被构造为减少来自所述磁通开关的磁通漏泄的材料。
14.如权利要求12所述的发电机，其特征在于，所述转子提供从具有第一极性的第一组磁通集中定子部分中的任一个到具有相反极性的第二组磁通集中定子部分中的任一个的磁通路径。
15.如权利要求12所述的发电机，其特征在于，进一步包括可操作地耦合于所述转子的多个定子。
16.如权利要求12所述的发电机，其特征在于，所述转子耦合于下述中的至少一个：汽车轮、自行车轮、踏板车轮、推进器、机床或洗衣机的滚筒。
17.如权利要求12所述的发电机，其特征在于，所述转子与定子的接合深度是可变的，从而改变下述中的至少一个：电压常数、转矩常数、效率水平或RPM。
18.如权利要求12所述的发电机，其特征在于，所述发电机具有超过每千克50牛顿-米的连续的、热稳定的转矩密度。
19.如权利要求18所述的发电机，其特征在于，所述发电机具有小于14英寸的直径。
20.如权利要求12所述的发电机，其特征在于，所述转子包括多个磁通开关，并且其中，所述多个磁通开关绕着所述转子不均匀地分布。
21.如权利要求12所述的发电机，其特征在于，所述转子被构造为支持所述发电机中超过1000Hz的切换频率。
22.一种形成用于发电机的转子的方法，所述方法包括：
形成其中具有多个沟槽的转子框架；
将连续的材料段放置在所述多个沟槽中的至少两个内，以使所述连续的材料段具有至少一个弯曲部；以及
去除所述材料的至少一部分以形成磁通开关，
其中，所述发电机为横向磁通机或换向磁通机中的至少一种。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述转子为多路径转子。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述材料包括分层的平面材料。
25.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述材料包括无定形金属。
26.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述去除通过磨削来完成。
27.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述去除包括使所述转子的表面平滑。
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