具有磁绝缘定子和转子组的电机.pdf

一种旋转直流电机，其中每个转子和定子构件为彼此绕旋转轴线同心的环形圆环。转子或定子构件由多组电磁体磁极对形成，所述组沿所述环形圆环的角度范围基本等距分布，每个组包含与其它组磁绝缘和隔离的磁性材料。其它构件包含多个沿所述构件间形成的径向气隙角度范围基本等距分布且交替磁极的永磁体磁极，所述永磁体磁极具有不连续的磁回路，从而将所述构件分成磁绝缘多组永磁体磁极。

1.  一种旋转电机，包含：
以电磁磁极组的环形圆环形成构成的定子，所述组沿所述环形圆环的角度范围基本等距分布，每个所述组包含与其它组隔离并磁绝缘的磁性材料；和
环形转子，其与旋转轴同心并与所述环形定子同心以在其间形成径向气隙，该环形转子包含多个永磁体磁极组，所述转子组沿气隙的角度范围基本等距分布，每组所述永磁体磁极具有与相邻永磁体磁极组的磁回路绝缘的共有的磁回路；
其中，每组定子电磁体磁极包含可转换激励用来驱动所述定子和所述转子间的电动感应的绕组。

2.  如权利要求1所述的旋转电机，其中，每个转子永磁体磁极组包含偶数个磁极性交替的磁体。

3.  如权利要求2所述的旋转电机，其中，所述转子包含偶数个永磁体组，并且所述定子包含奇数个电磁体组。

4.  如权利要求3所述的旋转电机，其中，所有所述转子组包含相同的磁极数，并且所有所述定子组包含相同的磁极数。

5.  如权利要求4所述的旋转电机，其中，每个转子组里的磁极的数量与每个定子组里的磁极的数量相同。

6.  如权利要求5所述的旋转电机，其中，每个转子组和定子组的磁极的数量为2。

7.  如权利要求5所述的旋转电机，其中，每个转子组和定子组的磁极的数量为2的倍数。

8.  如权利要求5所述的旋转电机，其中，每个转子组和定子组的磁极的数量为2的奇数倍。

9.  如权利要求1所述的旋转电机，还包含一个转子位置传感器，其中响应于所述传感器产生转换所述绕组激励的信号。

10.  如权利要求9所述的旋转电机，其中，所述位置传感器包含一个分解器；并且
所述电机还包含用于产生所述信号的编码器。

11.  如权利要求2所述的旋转电机，其中，所述转子组中的所述转子磁极具有由对于所有组基本均匀的间隙隔离的磁极面，所述间隙基本等于相邻组的磁极面间的间隙。

12.  如权利要求1所述的旋转电机，其中，每个定子组的磁极间的所述角距离在整个所述定子的圆周基本均匀，并且与相邻组的定子磁极间的角距离不同。

13.  如权利要求12所述的旋转电机，其中，每个定子组内的磁极间的所述角距离与所述转子的相邻永磁体磁极间的所述角距离无关。

14.  如权利要求13所述的旋转电机，其中，每个定子组内的磁极间的所述角距离与所述转子的相邻永磁体磁极间的所述角距离不同。

15.  如权利要求1所述的旋转电机，其中，所述定子磁极具有沿所述气隙基本相等的角距离延伸的磁极面，并且所述转子永磁体磁极具有沿所述气隙基本相等的角距离延伸的磁极面，所述定子磁极面的角度范围与所述转子磁极面的角度范围不同。

16.  如权利要求15所述的旋转电机，其中，所述定子磁极面由间隙隔离，每个组内的相邻定子磁极面间的间隙基本相等并且与相邻定子组间的间隙不同。

17.  如权利要求16所述的旋转电机，其中，所述转子磁极面由在所述电机的整个角度范围基本均匀的间隙隔离，相邻转子磁极面间的所述间隙与定子组内相邻定子磁极面间的间隙不同。

18.  如权利要求1所述的旋转电机，其中，所述转子包围所述定子。

19.  如权利要求1所述的旋转电机，其中，每个定子组单独固定在所述定子环形圆环结构内，因而方便独立地移走和更换单个定子组。

20.  如权利要求19所述的旋转电机，其中，所述电机还包含：
平板构件；和
位于旋转轴线的轴构件；
其中，每个所述定子组距离所述旋转轴线一定径向间隔距离固定到所述平板构件；和
所述平板构件装于所述轴构件。

21.  如权利要求20所述的旋转电机，其中，所述径向间隔距离大于所述定子环形圆环的内和外边界直径间的径向距离。

22.  如权利要求19所述的旋转电机，其中，所述转子还包括一个非磁性材料的环形圆环，并且所述转子组固定到非磁性材料的所述圆环的内表面。

23.  如权利要求22所述的旋转电机，其中，所述转子还包括一个转子外壳，所述环形转子距离所述旋转轴线一定间隔径向距离固定在外壳内，并且所述转子外壳为绕穿够轴承的所述轴旋转的轴颈。

24.  如权利要求20所述的旋转电机，其中，所述环形定子包含距离所述旋转轴线第一径向距离的内边界和距离所述旋转轴线第二径向距离的外边界，并且所述内边界和外边界间的径向距离小于所述第一径向距离。

25.  具有定子和转子的旋转电机，所述转子包含：
第一和第二环形圆环构件，围绕旋转轴线同时地设置并由轴向气隙彼此隔离；其中
所述第一构件包含电磁体磁极组，所述组沿它的环形圆环基本等距分布，每组包含磁绝缘和电绝缘并和其它组隔离的磁性材料；
所述第二构件包含多个永磁体磁极组，该永磁体磁极在每组内基本灯具分布且交替磁极性，每个永磁体磁极组具有与相邻永磁体组的磁回路绝缘和隔离的共有的磁回路；和
其中，每个电磁体磁极组包含绕组，依据连续、非连续或随机扰动方案可转换地激励该绕组用于驱动所述第一和第二构件间的电动感应。

26.  如权利要求25所述的旋转电机，其中，所述转子包围所述定子。

27.  如权利要求26所述的旋转电机，其中，所述定子包含所述第一环形圆环构件并且所述转子包含所述第二环形圆环构件。

28.  如权利要求27所述的旋转电机，其中，所述环形定子包含距离所述旋转轴线第一径向距离的内周边和距离所述旋转轴线第二径向距离的外边界，并且所述内边界和外边界间的径向距离小于所述第一径向距离。

29.  如权利要求26所述的旋转电机，其中，所述定子包含所述第二环形圆环构件并且所述转子包含所述第一环形圆环构件。

30.  如权利要求25所述的旋转电机，其中，所述电磁体磁极组彼此间隔一定的角距离，该角距离与相邻永磁体组间的间隔不同。

31.  如权利要求26所述的旋转电机，其中，永磁体组的数量为偶数并且电磁体组的数量为奇数。

32.  如权利要求31所述的旋转电机，其中，所有组包含相同数量的磁极。

具有磁绝缘定子和转子组的电机
技术领域
本发明涉及旋转电机，更具体地，涉及具有绕旋转轴线同心设置并由轴向气隙彼此隔离的第一和第二环形圆环构件的电机，其中这两个构件都包含磁绝缘结构组，一个所述构件的组具有固定到其上的永磁体，并且其它的所述构件包含缠绕电磁体磁极。
背景技术
直流电机在广泛的应用中具有通用性。装配直流电机的设备的电池电源的通用性在利于轻便性方面是交流电机很难得到。例如基于微控制器和微处理器的系统的多种功能应用的电子控制已经变成平常。随着电池发展已经进步，并且电子控制的实用性的扩张，为车辆提供有效的直流电机驱动作为燃烧引擎的可行的替代的挑战已经变得更加紧迫。Shkondin的美国专利5,164,623是建议实施的一个例子，其中将电机装配到车辆的车轮上用于直接驱动车辆。该专利建议该装置能够应用于电车、自行车、轮椅等。
直流电机的绕组的电子控制激励提供了电机特性更灵活的管理前景。永磁体结合该绕组的使用在限制电流消耗上有利。Heidelberg等的美国专利4,754,207描述了具有由多个极性连续交替的永磁体的连续圆环组成转子的直流电机。包含多个可电子地转换电磁体磁极的定子由径向气隙圆周地与转子磁体隔离。几个相邻的定子电磁体形成一个相组。每组中相邻电磁体的内基座部分表面区域相互接触形成连续的磁通量通路。电磁路在相邻电磁体组的过渡点断开。传感器检测转子和定子元件间的相对旋转位置以控制单独电磁体绕组的电子转换。每组一个共同的电子转换装置同时转换属于一个共同的组的电磁体。相邻组中的电磁体的绕组不同相，并且转换不同次数。
在实行定子绕组转换激励中要关注的是避免诸如旋转不规则的不利结果。例如，同时转换所有电机相绕组能引起脉动输出扭矩。通过适当将所有相转换不同次数或者同时转换在定子周边对称分布并与转子的永磁体磁极承担某种位置关系的一定的绕组组合能够获得一定程度上上述影响的缓解。但是，如果将绕组与连续磁路通路相连，当因为一磁极的绕组的变化的激励影响相邻磁极的通量，通量改变时，相邻绕组转换不同次数导致不良影响。相邻组间磁路通路的不连续性影响磁通量的绝缘，因而简化像组间磁通量干扰的变压器。但是，在将一组的所有磁极缠绕并同时转换的地方，仍然能存在扭矩波动效应。
Heidelberg等通过将多个定子磁极以分开的磁路通路分组一定程度地缓解了这个问题。Heidelberg等提供了修改，其中不将一组的一些磁极缠绕和/或一组内的所有磁极的磁极结构不是相同构造，因此阻止扭矩波动的效应和相邻磁极间的通量干扰。这样的修改牺牲了扭矩特性和功率能力。如果缠绕更少的磁极，将减小通量产生能力。围缠绕的磁极无助于扭矩，并且能够有害地影响转子永磁体。在Heidelberg等中的非相同的磁极构造修改与非相同的磁极绕组耦合。这种构造使制造过程复杂并且妥协了电机效率。
上述待审相关美国专利申请(Atty.Docket 57357-015)验证并阐述了服从简化制造和能有效灵活地操作特性地改进的电机的需要。在特殊车辆驱动环境中，非常期望在宽的速度范围上获得平稳的操作，同时以最小的功耗保持高的扭矩输出能力。该车辆电机驱动应该有利地提供各种结构零件的迅速的可达性用于以最少的不便更换部件。待审相关美国专利申请包括设在薄环形圆环内以提供有益效果的作为绝缘磁结构的电磁体磁极。利用该装置，能够集中通量，与现有技术实施例相比没有实质损失或在电磁体核心中没有有害的变压器干涉效应。虽然利用上面指出的待审申请的结构可以获得扭矩特性和效率上的改进，更进一步的改进仍是一个目标。
发明内容
本发明实现了上述需求并提供了另外的优点。旋转电机包含转子和定子构件，每个构件设为环形圆环并绕旋转轴线彼此同心。转子或定子构件由电磁体磁极对组形成，所述组沿环形圆环的角度范围基本等距分布，每个组包含磁绝缘的材料并与其它组隔离。另一个构件包含多个永磁体磁极组，这些组磁极交替地沿形成在构件之间的径向气隙的角度范围基本等距分布。每个永磁体磁极组包含一个共同的磁回复通路，其与相邻永磁体磁极组隔离并磁绝缘。将每组电磁体磁极对的磁极的绕组缠绕在一起，可转换地激励该绕组用来驱动定子与转子间的电动感应。因此，为每个电磁体组设有偶数个磁极，每对两个磁极。将每个磁极对的磁极相反地缠绕以提供相反的北/南极。
如相关待审申请所述，电磁体组的绝缘允许通量单独集中在所述组的磁核中，并且没有实质地通量损失或与其他电磁体构件没有有害的变压器干涉效应。通过将单个磁极对设为绝缘电磁体组可以得到运行优势。单个磁极对与其它磁极组的磁通路绝缘消除了当转换磁极对绕组的激励时在相邻组上的通量变压器效应。在所述组内缺乏额外磁极消除了组内任何上述效应。
通过适当地安排每个磁极对组的转换绕组激励的时间，在整个电机内获得平稳的电动力的发展。用于具体磁极对组的时控转换的精确的最佳的相和序基于电磁体磁极、永磁体磁极的具体的结构构造、各磁极间的间隔和其它的机构上的相互关系。在为特定的电机构造确定最佳的时控转换顺序的基础上，基于转子和定子间的相对位置能够制定转换方案的执行。可以通过机械换向器或响应位置传感器产生的信号的电子致动器实现转换。现有技术里已知的多种合适的传感器包括，仅以例子的形式，簧片转换传感器、电容传感器、霍耳效应传感器、光学传感器和脉冲电线传感器。在轻量结构中微处理器控制电子转换提供精确地可调速度。虽然在现有技术中已知不同的位置传感装置，可以采用任何一种来产生该信号，优选地使用分解器。然后编码器能够利用分解器输出来编码信号应用于基于控制电路的微控制器或微处理器。
本发明的实施体还提供了另外的优点。作为主要要素推进系统包含，电磁体子系统、永磁体簇和永磁体簇的封装后铁环部分。永磁体和圆环部分形成电机的转子部件，将永磁体置于后铁环部分内。
转子中的重要性参数为：磁体的等级、能量密度和磁等级的总体磁特性，当磁体是转子的一部分时，能够调整磁体的持久性和总体运行条件的磁体的尺寸和维数，磁体的温度稳定性，为预定用途制造磁体中采用的结束、涂覆和后处理步骤，磁体曲面上的磁化强度的稳定性，磁体的径向极化的均匀性，两隔离磁体间的相邻间隙，磁体边缘的机械特征，当设有后铁环部分时磁体的回复通量通道。后铁环部分大多数为软磁介质。它们能够利用各种技术由铸造、压塑的、烧结的或成粉的材料以及铁磁性的软磁分层硅钢制造。对于最佳运行，后铁应该具有高透磁性和优选地在2.5T附近的饱和通量密度水平。
在将永磁体固定到连续后铁环的构造中，例如如上述待审申请(Atty.Docket No.57357-015)，没有励磁施加到任何电磁体相位上，存在一个平衡。连续铁环在存在两磁体间相邻间隙的区域后的区域经历全磁通量饱和。如果仔细研究该圆环，这种通量饱和方式在圆环体内重复。饱和通量密度能够在2.0到2.3T之内。为减少饱和度能够修改铁环的尺寸和材料等级。在没有电磁体励磁的情况下，后铁环中的通量分布方式是稳定的(为调整)，尽管因为位于组件中的每个磁体的能量密度值存在一些可忽略的变化所以可能存在微细的名义变化。但是，在给定相位的电机的励磁循环期间，电磁体的磁极与相应耦合永磁体间的磁位差趋向增大。该位差趋向改变永磁体的相应回复通路部分中的通量方式。因为这种效应为局部化的，仅后铁通路的相应部分在通量饱和度中经历微小的减少。既然在特定的脉宽调制(PWM)方式下调整励磁电流，饱和度中的减少将经历如励磁相同的方式。但是，该变化取决于频率并且与几个关键因素成比例：1.每个相位转换的频率2.脉宽调制(PWM)方式的基频和3.变化电占空比每相位。所有这些影响有助于铁通路中的强涡电流的发展、传播和调整，并且因此导致铁环体内的表面效应。该涡电流趋向绕后铁的通路传播并因此扰乱其它部分的平衡并因此引起其它相位的励磁电流中不必要的延迟。最显著的效应是铁通路的体中引起的涡电流损失。增加固有的电阻率(或减少材料的电导率)，或改变后铁通路的等级和几何或布置方式，或给涡电流的流动引入阻碍能够减轻该涡电流损失的强度。如果损失显著，减少涡电流的一个方式是使用分成薄成的钢结构。但是，因为铁环为所有磁体共享，仅仅这个方法不能完全解决问题。
本发明的解决方法是将每个后铁分成段(与磁体簇的节距成比例)，以便两相邻磁体簇的后体段间有一物理气隙。尽管这可能减少不同簇(并且因而在整个后铁环中)的两相邻磁体间的有效的通量连接，它隔离了涡电流沿其传播通路的影响。将后铁中的这些间隙的方位设为用来实现该设计所期望的操作。
利用永磁体的另外的绝缘，将定子和转子部件的通量场集中并聚焦在气隙处用于最佳的电动感应。当每个电磁体和永磁体中的磁极数相同时，这种感应特别有效。在每组中采用两个磁极能够实现最大数量的组。对于沿气隙的所有组的电磁体和永磁体的单个绝缘磁极对间的感应有助于有效运转的高扭矩能力。这种有效性结合轻量电子转换绕组激励显著地延伸了电池寿命。
虽然本发明在各种电机驱动应用中具有有益的适用性，其有利地适合于将转子构造为围绕定子，且将转子固定到外壳用于直接装配到车轮上的车辆驱动。因此环形转子离旋转轴线相当大的径向距离。转子外壳绕旋转轴线处的穿过轴承的固定轴承作为轴颈旋转。在转子包含永磁体的事实例中，许多永磁体组能够基本均匀地沿环形圆环分布，固定到例如铝的非磁性材料的圆环。因为可编程微处理器具有产生非常高的转换信号的速度，不需要传动齿轮转换可以获得大的速度和扭矩范围。隔离的电磁体组形成相对薄环形定子圆环，其距离旋转轴线一定的径向距离，该距离优选地基本大于定子圆环的内和外边界间的径向尺寸。隔离的电磁体组按可移除的方式固定到同样被固定到固定轴的平板构件上。已经发现本发明的构造可已提供另外的有益效果，其中，电磁体磁极形成形成在薄环形圆环中的绝缘磁结构。利用该装置，能够集中通量在径向气隙用于与永磁体转子的最佳感应，而没有实质损失或有害地变压器干涉效应。因此，可高效地获得非常大的扭矩，从而显著地延长电池寿命。
本发明的定子结构提供了另外的优点，即方便接近并更换单个定子组。因而，即使一个特定的电子绕组组损坏了，例如由于磁极结构或绕组错误，能够更换单个定子组而不移走或更换整个定子单元。作为一个相关优点，即使一个特定的电磁体组激励失效，使用大量的单个磁极对定子组和转子组允许电机继续以满意的方式运转。
在很大程度上，本发明的另一优点是定子和转子磁极面尺寸和磁极间间距彼此相对独立。能够将时控转换激励方案编程以对特定的结构构造优化该方案。在优选的车辆驱动实施例中，如上所述，利用奇数个定子组。定子磁极具有在基本均匀角度范围的气隙的磁极面。永磁体转子磁极面在气隙处为基本相等角度尺寸范围，并与定子磁极面尺寸不同。每个定子组内的磁极面中心间的角距离在整个定子周边上基本均匀并与相邻组的定子磁极面中心间的角距离不同。每个定子组内的磁极面中心间的角距离也与相邻的转子永磁体磁极的中心间的角距离不同。对于所有组每组内的定子磁极面间的间隙基本相等并且与相邻定子组间的间隙不同。间隙将转子磁极面在组内和组间基本均匀地分开，相邻转子磁极面间的间隙优选地与相邻的定子组内的定子磁极面间的距离不同。
从下面的详述中本发明另外的优点对于本领域一般技术人员将是明显的，其中，仅以描述实施本发明最好的方式的方式仅显示和描述本发明的优选实施例。如将要了解到的，本发明能有其它的和不同的实施例，并且其几个细节能够在不同方面修改，所有的不能背离本发明。相应地，附图和描述视作解释本质，而不是限制。
附图说明
利用附图的图中的例子而不是限定解释本发明，其中相同的参考数字指的是相似元件，并且，其中：
图1是本发明的电机的优选实施例的定子和转子的布局的平面图。
图2是图1的实施例的定子和转子磁极结构的三维透视图。
图3是局部详细剖视图，显示本发明的电机结构，尤其是适合用在驱动车辆的轮子中的电机结构。
图4是图3中局部剖视示出的电机结构的分解图。
图5是已组装的轮子轮毂支架密封依据本发明的电机的外观透视图。
图6是说明驱动本发明的电机的控制系统的框图。
图7是本发明的电机的另一实施例的定子和转子的布局的平面图。和
图8是本发明的可选实施例的示意图，其中，电机包括通过径向气隙包围永磁定子的分离的电磁磁极对。
具体实施方式
图1是本发明的电机的优选实施例的定子和转子的布局的平面图。转子构件10为具有基本均匀分布的16个永磁体12的环形圆环结构。将永磁体分成8组北/南极对，每组永磁体由用作相邻永磁体磁极12间的磁回复通路的透磁材料14连接。每个永磁体组形成一个与相邻组绝缘的磁回路。不透磁材料的圆筒形后板16例如铝连接永磁体组形成环形圆环。永磁体为转子磁极，其沿环形圆环内圆周面磁性交变。转子包围定子构件20，转子和定子由径向气隙隔离。定子20包括7个元件或沿气隙均匀分布的相同构造的磁极组22。每个定子组在气隙处包括一般为u形的具有两个磁极表面26的磁结构24。每个定子组与相邻组分离且磁绝缘。极腿缠绕有绕组28。将每个定子组的绕组连接在一起，使得当将它们连接到直流激励源时同时激活。绕组为每个磁极组的磁极提供相反的北/南极性，因而形成电磁体。激励极性反向导致磁极组的磁极形反向。适当的定时转换沿径向气隙的定子绕组激励导致由于定子和转子间穿过气隙的磁力相互作用产生电动势。
转子永磁体磁极沿气隙都具有均匀角度范围，并彼此隔离均匀角度范围。因此，相邻永磁体组的磁极间的间隙与组内永磁体磁极间的间隙尺寸相同。以这些均匀关系为依据，转子磁极面和间隙其间的实际尺寸是可变的，并且能够依据应用环境将其优化。可以理解的是，可以采用任何偶数个转子磁极和组，图1中示出的设置仅用于说明的目的。定子磁极面均为均匀角度范围，优选地与转子角度磁极面尺寸不同。
下文更详细描述的方式将定子元件24固定到不透磁的支撑结构，由此定子元件形成一个环形圆环构造。每个定子组内的磁极由对于所有定子组均匀的径向间隙隔离。这些间隙的范围与相邻定子组的磁极间的间距不同。定子磁极间隙和组间距每个都与转子角度磁极间隙不同。定子环形结构的径向范围，即，内直径和外直径间的距离，基本小于旋转中心轴与定子内直径间的距离。相对狭窄的径向定子尺寸提供了每个定子元件结构内集中在气隙的有利的通量集中。由于这种构造和相邻定子磁极组没有寄生变压器通量效应(stray transformerflux effects)，能够有效地获得高扭矩输出。
定子磁极和转子磁极间相对独立的尺寸关系允许灵活设定磁极数和尺寸。虽然奇数个定子磁极组优选地能有优化性能，这个数字绝不限于7，如用于说明目的所示出。同样地，每个定子磁极组可以包括多个共享一个共同的单个透磁结构的磁极组，优选地每个组内具有偶数个磁极。在期望在宽的速度范围上获得良好控制的操作环境中，能够实现很多定子磁极和转子磁极。这种实现能够与使用的控制系统的控制能力配合，也相应地设定分离的定子组的数量。尽管电机能够支持多种特定的用途，本发明特别有益于驱动车辆，其中电机结构覆盖在轮子里面。将该环境中的同心转子和定子构件放在离旋转轴线相当大距离的轮缘处的位置。大缘直径提供了足够的空间以容纳许多单个转子和定子磁极，因而促进控制的灵活性。
图2是图1的电机实施例的转子和定子装配的透视图。将包括有支撑永磁体组的圆筒形后板16的环形转子用圆环外壳构件30围住，该圆环外壳构件30可以由铝或其他不透磁材料制成。在该圆筒形转子结构内，定子组由两块板32刚性地固定，两块板中仅一块在图中显示。每块板32为刚性圆形构造，具有外直径和在其中心形成内直径的切口部分。将内直径的尺寸定为与固定轴34配合并固定到轴构件上。沿板的圆周，该板设有适当隔开以与定子元件中的通孔紧密配合的孔。将每个板固定到轴34，并彼此适当地隔开以通过装配孔在其每个轴侧将其固定到定子元件的磁极机构24并将定子元件的磁极机构24夹在中间。板能够可选择地移动，以方便接近并更换可能被损坏或需要修理的单个定子元件，而不需要更换整个单元。既然能够每个定子元件能够制成互换的，定子的维护就是相对简单将备用的定子元件插到板间适当的装配位置和连接绕组末端的事情而已。
图3为更详细的剖面图，显示本发明的实施例的电机结构，特别适合用在驱动汽车、摩托车和自行车等的车轮。将固定轴34、盘32、定子结构24和绕组24包含在外壳40内，将环形电机后板14和永磁体12装配到外壳40。通过轴衬36和轴承38外壳40以板32的每侧上的轴为轴颈。因此，当通过电机驱动车轮时，外壳40形成了包围轴34旋转的车轮的侧部。将圆环外壳构件30刚性地装配到外壳40和电机，并用作用于装配车胎的轮缘。图4为图3的电机结构的分解示意图，而图5为已组装的轮子轮毂部分的外观透视图。设置连接器42以说明在能够将每个连接器部分42固定到自行车叉架的各自部分的自行车型环境中电机的使用。图也举例说明了用于组装各种元件的各种标准垫圈、螺母和螺钉元件。需要注意的是，能够使用任何现有技术已知的合适的装置来组装各种元件。
图6是显示驱动图1的实施例的本发明的电机的控制系统的框图。电池供给源50为单个定子电磁绕组20提供激励电流。尽管使用已知的机械换向器装置能够实现定子绕组的转换激励，但是电子转换电路已经变得普通并且有出众的控制优势。因此，优选的通过转换电路52将定子绕组20与电池50连接。转换电路52可以包含能够提供电池激励的任何已知的受控双向电子电路，在控制器54的控制下相对于电机绕组可单独地转换极性。控制器54优选地包含能够写入程序来依据响应定子和转子间的相对运动产生的反馈信号提供适当同步控制信号的微控制器、微处理器等。现有技术已知的各种位置传感器能够产生控制器使用的电机反馈信号。连接有分解器56与转子10一起旋转并产生指示转子角度位置的信号。编码器58适当地将该信号编码用于控制器使用。基于定子元件特定的尺寸构造，控制器能够写入程序以输出最佳的同步控制信号，来与接受到的编码器信号相匹配。因而编程能够考虑定子和转子磁极的数量、定子组的数量、定子和转子磁极的尺寸和电机结构中各种间隙的尺寸。已经发现上述结构操作再最佳编程受控电子转换模式下获得的较高的电机扭矩和速度特性允许满意的操作，即使一个或多个独立的定子元件不能运行。因此在该条件下的车辆能够继续使用，直到方便更换电子元件部件。
图7是本发明的电机的另一实施例的定子和转子布局的平面图。4个定子组22每个各自由绝缘的透磁材料24制作，以形成4个凸出磁极26，该凸出磁极其上具有绕组，当激励绕组时形成交变极性的磁极。转子包含4组永磁体。每组包含4个永磁体，将其以连续交变极性的方式固定到透磁材料14。每个转子组的磁通路与相邻转子组绝缘。在该实施例中，转子和定子都包含4组磁极，共16个磁极。这种布置与图1的实施例形成对比，其中设有奇数个定子组和偶数个转子组。另外，图7中相邻定子组的磁极间的间距与图1中相比更类似于定子组内相邻磁极间的间距。该差别是变量，可依据电机应用的特殊环境的预期要求调整。可以将图7的电机以图2-5所示的方式结构地合并在车轮内。
图8是实施例示意性的平面图，其中转子包含分离的电磁磁极对组，其通过径向气隙包围具有不连续磁通路的永磁体定子以形成绝缘磁极组。另外本实施例与图1的实施例在结构上和功能上相同，并且在车轮环境中可以按图2-5中所示的方式在结构上实施。
本公开中仅显示和描述了本发明的优选实施例和仅仅其多功能性的几个例子。应理解，本发明能够在各种其它组合和环境中使用，并且能够在如此处描述的发明概念的范围内变化或修改。例如，能够理解的是，除了车辆驱动器外本发明的电机能够用在广泛的应用范围中。虽然在车辆驱动器的实现中优选地转子包围定子，但是其它应用可以发现定子包围转子有利的效用。因此，在本发明的预期内，每个内和外环形构件可以包含定子或转子，并且可以包含电磁组或永磁体组。同样，已经解释了缠绕凸磁极，代替地可以在非凸有槽的结构中设置绕组。应理解，由于这样的设置在技术人员的知识内，没有解释任一装置中的单个绕组和转换控制单元间的实际连接。
应注意，依据不同的考虑能够变化特定的电磁激励顺序。可以沿气隙周边以顺序地方式转换电磁体的激励或以不同的顺序。尽管以单独编程时间激励电磁体组，但是可以全时地激励电磁体组。相反地，可以以按顺序地诱导、随机诱导或非按顺序地诱导时间间隔激励或断开单个电磁体。
尽管在这里在直流电机的范围内举例说明了本发明，本领域普通技术人员应注意，上述的原理可应用于同步交流电机和具有可被多种波形激励的绕组元件的电机。因此，驱动电机的电动力源不限于电池，而是可以包括，例如交流源。能够将该交流源转化成直流或脉冲波形供给，或者能够使用它且没有转化，用于驱动如交流同步电机的电机。