CN102365810B

CN102365810B - 电机模块

Info

Publication number: CN102365810B
Application number: CN201080014711.4A
Authority: CN
Inventors: 尼古拉斯·卡彭特; 西蒙·道森; 蒂姆·沃尔梅尔; 梁杰尧; 威廉·特雷哈内; 马尔科姆·麦卡洛克
Original assignee: Oxford University Innovation Ltd
Current assignee: Yasa Ltd
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2030-02-12
Also published as: BRPI1008430B1; GB2468017B; EP2396873B1; BRPI1008430A2; EP2396873A1; US20110309726A1; US9318938B2; GB2468017A; WO2010092402A1; JP2012518377A; CN102365810A; GB0902393D0; KR101654392B1; KR20110129888A; JP5705746B2; GB201002405D0

Abstract

一种电机(100)，包括定子(112)和安装为绕转子轴线(120)相对于定子旋转的转子(114a，b)。永磁体(124a，b)由转子承载。转子具有输出(190)。定子具有缠绕在定子线棒(116)上用于与磁体相互作用的线圈(122)。转子具有两个级(114a，b)，所述两个级布置在定子线棒的两端，在线棒的端部和转子级之间具有两个气隙(126a，b)。环形壳体(102，142a，b，146)保持并安装定子。轴承(164a，b)设于转子与定子之间，转子围绕所述转子轴线是中空的。具有电动机的两个重要的磁通路径(30、30′)。第一个磁通路径在相对于轴线(120)基本上周向的平面上的回路中的相邻线圈之间穿过。第二个路径30′在轴向平面中，绕过轴承。定子线圈围绕转子轴线间隔设置，并且接近转子轴线且到转子轴线的距离不小于定子的第一定子半径(R₁)。轴承包括在转子的表面上滚动的滚动元件，该滚动元件到转子轴线的距离不小于第二转子半径(r)，该转子半径在定子半径的60％与90％之间。

Description

电机模块

本发明涉及永磁电机，包括定子和被转动支承（journal）以在定子中旋转的转子。定子设有缠绕在定子线棒上的线圈，转子设有永磁体以与横穿转子与定子之间的气隙的线圈配合操作。电机可以为电动机或发电机，且在很多实施方式中为轴向磁通电机。本发明特别涉及无轭铁分段电枢机（以下简称为Y型机）。

背景技术

Woolmer和McCulloch[1]描述了Y型机的拓扑结构，讨论了定子中的还原铁能够使转矩密度提高的优点。该Y型机包括一系列缠绕在线棒上的线圈，所述线棒围绕定子沿周向间隔开，理想地轴向设置，（即与转子的旋转轴线平行）。转子具有包括这样的盘的两个级，所述盘设置有面对定子的每个线圈的任一端的永磁体。任一级的操作的磁路为：穿过第一线圈进入转子的第一级上的第一磁体；横穿转子的背铁到达第一级上的相邻第二磁体；穿过定子的与第一线圈相邻的第二线圈；进入转子的第二级上与第一级上的第二磁体对准的第一磁体；横穿第二级的背铁到达第二级上的与第一级上的第一磁体对准的第二磁体；以及穿过第一线圈完成回路。

电机的一个困难一般是提供足够的冷却。至少对于延长的期间，这是具有高转矩密度的Y型机的一个特定问题，高扭矩下的线圈中产生大量热量，且这些热量经常是可采用的扭矩的限制因素。

电机的另一个困难一般是由嵌齿（cogging）引起的转矩波动。这又是Y型机的一个特定问题，因为离散线圈不重叠且事实上依靠磁分离，不仅依靠定子上的相邻线圈之间的磁分离，而且依靠转子上的相邻磁体之间的磁分离。显然，通过在转子上提供不同数量的永磁体并相对地在定子上提供不同数量的线圈，可在一定程度上减少这个问题，但是因为磁体由于相邻磁体之间的“嵌齿”与相邻线圈之间的对应“嵌齿”啮合而相互对准，所以必然会有转矩波动。

线圈与永磁体之间的磁性连接取决于通过线圈形成（在发电机的情况下通过磁体形成或在电动机的情况下通过线圈本身形成）的强磁场，且磁路的磁导率应尽可能低，以允许最大磁通密度通过线圈。为此目的，提供了高磁导率的铁芯或线棒，线圈缠绕在该铁芯或线棒周围。然而，优选地线棒是层压的或布置为减少线棒中涡流的发生。此外，优选地，线棒设有极靴，所述极靴将磁通量散布到气隙中并降低气隙中的磁通密度，气隙为高磁阻的并增加它的面积来减少该磁阻，这意味着可使用较少的永磁体材料。期望的是将此材料的量减少到最小。

WO-A-2006/066740公开了一种Y型机，其包括具有内部安装定子线圈的圆柱形套筒的壳体，所述套筒是空心的，冷却介质由此流通。然而，线圈嵌在导热材料中，以将热量带到定子壳体。转子可旋转地转动支承在壳体里。定子线棒呈现为层压的，如也公开了Y型机的GB-A-2379093和WO-A-03/094327中所述的。

US-A-6720688公开了一种Y型机，其中转子作为叶片泵以使流体在由定子壳体限定的腔室内流通，支撑在壳体的轴承上并承载转子的转子轴通过所述定子壳体延伸。流体冷却定子线圈。US-A-2005/0035676公开了另一种Y型机，其特别适用于车轮的无齿轮驱动。

US-A-2007/0046124公开了一种Y型机，其中转子具有两行沿周向排列的永磁体和铁磁性极片的交替区段。

发明内容

根据本发明，提供了一种无轴电机，其包括定子、安装为围绕转子轴线相对于定子旋转的转子、由转子承载的永磁体、转子上的输出，定子包括缠绕在定子线棒上用于与转子的磁体相互作用的线圈，转子具有布置在定子线棒的两端处的两个级，在线棒的端部与转子级之间具有两个气隙，环形壳体保持并安装定子；处于转子与定子之间的轴承，转子是中空的且围绕所述转子轴线，所述输出包括可连接到转子以用于传输的凸缘。因此，转子没有支撑在壳体中或壳体上。所谓无轴是指通过电机旋转驱动（或提供旋转驱动至电机）的任何部件都可连接到凸缘。该部件可包括轴，但是其优选地包括可设置在转子的范围内以节省空间的部件。可替换地，该部件可包括用于提供角度可变驱动给轴或提供来自轴的角度可变驱动的万向接头壳体或十字接头壳体。该部件可包括另一个电机的凸缘以用于使可用的输出功率加倍。

在一个示例性实施方式中，电动机具有至少两个重要的磁通路径：第一路径，穿过第一定子线棒，横穿气隙中的第一气隙，穿过转子的第一级上的第一磁体进入第一级的背铁，进入相邻的第二磁体，横穿第一气隙进入与第一定子线棒相邻的第二定子线棒，横穿第二气隙，穿过转子的第二级上的第三磁体进入第二级的背铁，进入相邻的第四磁体，横穿第二气隙并返回到第一定子线棒中；以及第二路径，经过第一定子线棒，横穿第一气隙并穿过第一级上的第一磁体进而进入第一级的背铁，穿过第一级进入转子的第二级，并绕过所述轴承进入第二级的背铁，进入第四磁体，横穿第二气隙并返回到第一定子线棒中。

如果转子通过所述轴承直接安装在定子内且具有足够大的直径以使第二磁通路径足够短，则该磁通路径是可能的，从而使整个磁路对于线圈和磁体的磁阻减少。以这种方式安装转子还缩短了定位转子的轴承与通过其与定子线圈的相互作用（或着，在发电机的情况下通过定子线圈作出反应）来驱动转子的磁体之间的悬臂的长度。

但是，在另一个实施方式中：

定子线圈围绕转子轴线间隔设置，且所述定子级到转子轴线的距离不小于定子的第一定子半径（R₁）；以及

轴承包括在转子的表面上滚动的滚动元件，该滚动元件到转子轴线的距离不小于第二转子半径（r），其中转子半径在定子半径的60%与90%之间。

通过转子轴承的这种大直径以及空心转子，从转子相对刚硬的性能产生了几个优点，由此可使气隙变小且没有接触风险。替换地，可以减少转子的质量，以节约效率和成本。

优选地，滚动元件在其上滚动的转子表面为转子凸缘的一体表面。优选地，转子凸缘的所述一体表面被硬化且可以为截头圆锥形，从而所述滚动元件为针状物。在这种情况下，转子半径为针状物与所述转子轴线间的最小间隔。

定子线圈可具有径向延度(C₁)，使得包围定子线圈的最小圆具有线圈半径(R₂)，其中定子半径（R₁）在线圈半径（R₂）的50%与80%之间。线圈可具有在径向延度（C₁=R₂-R₁）的50%与150%之间的周向延度(C₂)。

优选地，通过定子与转子之间的轴承传递输出与环形壳体之间的整体负载，由此，没有安装其他转子或其相对于定子壳体的输出。这具有以下优点：在不干扰转子、定子和定子壳体的基本布置的情况下，输出形式可以在***间发生改变。然而本文所使用的术语“输出”适合于电动机，其中输出用于驱动负载，其不适用于发电机且在此背景下应被理解为输入。

优选地，线棒与转子的旋转轴线对准，轴承处于与所述气隙相交的两个径向平面之间。优选地，所述相交为径向的。

优选地，轴承处于与定子的线圈、线棒或极靴相交的两个径向平面之间。

优选地，线棒和其上的线圈由定子壳体封闭，所述定子壳体在气隙之间延伸并限定包含用于冷却线圈的冷却介质的腔室。

所述定子壳体可包括两个环形板和两个圆柱形壁，环形板包括用于将线棒定位在腔室内的凹槽。优选地，定子壳体的材料是非磁性且非传导性的。然而，在环形板和圆柱形壁分离的情况下，所述圆柱形壁优选地为铝的，所述环形板为塑料材料的。优选地，所述环形板在线棒的端部变薄，以最小化线棒与转子上的磁体之间的间隙。优选地，所述圆柱形壁为内壁和外壁，所述外壁具有用以安装电机和安装所述轴承的所述内壁的装置。

优选地，每个转子级包括环形盘，所述环形盘的外缘安装所述永磁体，且所述环形盘的内缘连接在一起以包围所述轴承。转子级为盘形以增加其在径向平面（即与转子的旋转轴线垂直、且优选地与定子线棒垂直的平面）中的刚性。

优选地，线棒和其上的线圈由一定子壳体包围，所述定子壳体在气隙之间延伸并限定包含用于冷却线圈的冷却介质的腔室。定子壳体可包括用于供应并排放所述冷却介质的端口。优选地，定子壳体包括两个环形板和两个圆柱形壁，所述环形板包括用于将线棒定位在腔室内的凹槽。

定子壳体的材料可为非磁性且不导电的。事实上，其可以为热绝缘的，在这种情况下，定子壳体优选地使磁体与所述线圈中产生的热量隔离。

然而，优选地，定子壳体在线棒的端部变薄以最小化线棒与转子上的磁体之间的间隙。

所述圆柱形壁可为铝的，且所述环形板为塑料材料的。圆柱形壁可为内壁和外壁，所述外壁包括所述环形壳体并具有用以安装电机和安装所述轴承的所述内壁的装置。

优选地，所述定子壳体包括用于供应和排放所述冷却介质的端口。冷却液可以泵送通过电机，通过电机底部附近的入口并从电机顶部附近的出口排出。然而，入口和出口也可以彼此相邻。流体可围绕线圈的外半径和内半径流动，一些流体也会在线圈之间流动。优选地，在很多场合，由于线圈与定子壳体之间设置了挡块，所以冷却流体会在外半径与内半径之间来回流动，由此流体被限制在线圈之间。线圈之间的流体流动可具有两个与八个之间的过渡。替换地，冷却流可被分开，其中一些冷却流自入口围绕线圈的内径流动，其余的冷却流沿相反的方向在外径处流动，一些流体还在线圈之间流动。当然可以布置不同的流动路径。

优选地，每个转子级包括环形盘，所述环形盘的外缘安装所述永磁体，且所述环形盘的内缘连接在一起来包围所述轴承。每个所述内缘可以包括具有用于相互间接合的界面的圆柱形凸缘。在圆柱形凸缘之间可以设置隔片以调节轴承上的预载荷。

圆柱形凸缘可包括平行所述转子轴线设置的凸台以接收用于将所述转子级夹紧在一起的紧固件。

电机的输出可包括盘和轮毂。所述轮毂可包括任何方便的驱动形式（诸如等速轮毂，或仅为一个花键轴）。对于一些应用，可提供三脚杯。方便地，所述盘可通过所述紧固件连接到转子的所述凸台。优选地，轴承包括两个轴承，每个轴承位于定子上的凸缘的任一侧上，由此可确定转子级相对定子的轴向位置。

所述环形壳体可具有能够使至少两个这样的电机连接到一起的共享一个共同的转子轴线的轴向界面。连接的电机的转子本身可通过穿过相邻转子的凸台的紧固件相互连接，转子之间设置有隔片。这使得能提供更大扭矩能力的电机。

优选地，通过装配在环形壳体上的盖来封闭电机的暴露端，至少一个暴露端具有中心孔，所述输出适于延伸通过所述中心孔。

在电机为电动机的情况下，优选地，电动机中的至少两个并排相连，电动机中的至少两个具有独立的转子，每个转子具有其自己的输出。在这种情况下，每个盖设有所述中心孔，两个输出延伸通过所述中心孔。事实上，本发明的一方面提供了一种车辆，其包括上述的电动机，具有从每个输出至车辆的不同侧上的车轮的驱动轴。在这种情况下，如果转子独立，则不需要差速。

在另一个实施方式中，提供了一种电机，其包括定子和具有永磁体的转子，所述定子具有缠绕在定子线棒上用于与横穿定子线棒之间限定的气隙的磁体相互作用的线圈，其中转子具有布置在线棒的两端处的两个级，且其中线棒具有在每个线棒各自的端部处的极靴，所述极靴将通过线棒的磁通量与每个级上的所述磁体相联接，且其中面对转子的同一个级的相邻极靴具有位于其间的高磁阻极靴间隙，且转子的每个级上的相邻磁体具有位于其间的高磁阻磁体间隙，其中极靴和磁体间隙相对彼此形成角度，以使得它们随着转子旋转逐渐接合。

优选地，每个线圈面对所述两个级中的第一个的一侧上的极靴相对于相应线圈面对所述两个级中的第二个的另一侧上的极靴而倾斜，且位于承载极靴的线棒的两端处的相邻极靴之间的所述极靴间隙与转子相对于定子的不同旋转位置处的磁体间隙交叉。

因此，虽然给定的线棒上的线圈与转子级上的磁体对是对准的，但是一个端部处的线圈先开始与磁体对中的第一磁体接合，然后与另一个磁体接合。优选地，倾斜是这样的，每个线棒各自的端部处的高磁阻间隙的磁通量的方向上没有对准。

优选地，当在相对于转子的旋转轴线的轴向方向上观察时，所述极靴为四面的，其中内侧和外侧为中心在所述旋转轴线上的圆的弧线或切线，所述其他面为极靴的前缘和后缘，其中所述前缘和后缘为所述圆的其中一个的弦，该圆的每个半径与每个弦相交，且该圆与各个弦形成同样的角度。

在另一个实施方式中，提供了一种轴向磁通电机，其包括：转子，其具有在转子的第一级和第二级上沿周向间隔开的永磁体；和定子，其设置在所述级之间，并具有缠绕在定子的定子线棒上用于与横穿限定在转子与定子之间的气隙的磁体进行磁性相交作用的线圈，其中线棒具有在每个线棒各自的端部上的极靴，所述极靴将通过线棒的磁通量与每个级上的所述磁体相联接，且其中定子为至少两个环形部件的铸件，每个环形部件包括一圈连接的极靴，且一个环形部件包括线棒中的一些或全部或线棒的部分，另一环形部件包括任何剩余的线棒或线棒的任何剩余部分，在将环形部件连接在一起以完成所述定子的构造之前，将所述线圈设置在线棒上。

优选地，环形部件都相同。优选地，每个环形部件包括每个线棒的一半，并设有适于方便连接的界面。

优选地，所述界面包括柱螺栓（stud）和插座，其中，一个部件的每个线棒上的柱螺栓与另一部件上面对的线棒的插座接合。

优选地，在每个部件的每个极靴之间提供高磁阻间隙，所述间隙包括环形部件的厚度在所述线棒之间的减薄。

在另一个实施方式中，提供了一种电机，其包括定子和具有永磁体的转子，所述定子具有缠绕在定子线棒上用于与横穿限定在定子线棒之间的气隙的磁体相互作用的线圈，其中线棒具有极靴，所述极靴将通过线棒的磁通量与所述磁体相联接，且其中线棒和极靴彼此分离地形成，每个线棒和极靴的至少一部分通过软铁颗粒模制而成，因此颗粒具有布置为横切磁阻平面的短尺寸，且将线棒和极靴组装，以使线棒的所述磁阻平面与线棒的纵向轴线平行，且极靴的所述磁阻平面与所述纵向轴线横切。

横切所述磁阻平面的颗粒的短尺寸的对准可使每个磁阻平面具有最小磁阻。优选地，至少线棒的所述颗粒具有单一纵向尺寸，且还将所述颗粒对准，以使其纵向尺寸与所述磁阻平面中的磁阻方向平行，线棒的所述磁阻方向与线棒的所述纵向轴线平行。如果极靴的颗粒具有单一纵向尺寸，优选地，当将线棒和极靴组装的时候，所述磁阻方向相对与所述纵向轴线为径向的。

可通过在横切所述磁阻平面的方向上按压圆形软铁颗粒来进行所述软铁颗粒的所述模制，据此，将颗粒平整化以形成所述短尺寸。替换地，所述模制可为已经平整化的颗粒或细长的颗粒。在利用磁场进行模制之前，可以对准细长颗粒。模制包括整形。

优选地，转子具有各有一个布置在线棒的两端的两个级，且将极靴提供在每个线棒的每端。优选地，电机为轴向磁通电机，且将线棒设置为与转子旋转轴线平行。

线棒可包括铁磁材料的卷状轧制板，轧制板的卷的轴线设置为与所述纵向轴线平行。在生产中，轧制板本身优选地在生产中沿着与其在线棒中卷绕相平行的方向卷起，因此，材料的晶粒本身在磁通量的最终方向上定向，即平行于所述纵向轴线。所述卷可以围绕成形软铁压制颗粒铁芯设置，据此，线棒的与所述纵向轴线垂直的横截面基本上为梯形。替换地，所述卷可以为压制软铁颗粒的成形环状物的铁芯，据此，线棒的与所述纵向轴线垂直的横截面基本上为梯形。

根据本发明的其他方面，提供了包括前述的一些方面或所有方面（其中它们互相不排斥）的电机，这样的组合对于技术人员是显而易见的。然而，以下特定实施方式的描述将包括或不包括上述的不同方面，不应将此理解为重要的。

附图说明

在下文通过参考附图进一步描述本发明的实施方式，附图中：

图1为本发明主要（但不限于）涉及的无轭铁分段电枢机的示意侧视图；

图2为图1的布置的透视图；

图3为电机的定子壳体和定子的透视分解图；

图4为电机的定子的透视分解图；

图5a、图5b和图5c分别为电机的定子的端视图、图5a中的线B-B上的截面图以及电机的定子的透视图；

图6a、图6b、图6c和图6d分别为电机的实施方式的定子线棒和极靴的分解透视图、线棒的另一实施方式的端视图、线棒的又一实施方式的端视图、电机的实施方式的并且为复合定子线棒和磁通路径的透视图；

图7、图8和图9分别为根据本发明的一方面的电机的切割透视图、剖面图和横截面图（后面两个视图都在图7的切割面中）；

图10和图11a分别为图9中的线10-10上的截面图和线11-11上的剖面图；

图11b为与图11a对应的示意图，但是具有不同的冷却剂流动布置；以及

图12和图13分别为图9中的箭头Ⅻ和XIII的方向上的侧视图和端视图。

具体实施方式

图1中示意性示出了无轭铁分段电枢机10。电机10包括定子12和两个转子14a、14b。定子12为绕转子14a、14b的旋转轴线20沿周向间隔开的分离定子线棒16的集合。每个线棒16具有其自己的轴线16a，所述轴线设置为与旋转轴线20平行。但是，这不是绝对必须的。在轴向磁通电机中，轴线16a实际与旋转轴线20平行。但是，轴线16a可以任何角度设置，甚至可相对于旋转轴线20径向地设置。以下讨论是关于轴向磁通电机，但是不应理解为具有任何限制意思，并且其中本文允许本发明等同地适用于定子线棒16的其他倾角。

每个定子线棒的每个端部都设有极靴18a、18b，其用于限定线圈叠层22的物理目的，该线圈叠层22优选为方形截面（或可能为矩形截面）的绝缘导线，从而可实现高填充因子。线圈22连接到电路（未显示），该电路（在有电动机的情况下）激励线圈，以使由线圈中的电流所产生的合成磁场的磁极在相邻的定子线圈22中是相反的。

两个转子14a、14b承载彼此面对的永磁体24a、24b，定子线圈22位于所述永磁体24a、24b之间。事实上，在轴向磁通电机中，转子和其磁体径向设置，但是当定子线棒倾斜时，随后它们也发生倾斜。两个气隙26a、26b设置在各个极靴和磁体对18a/24a、18b/24b之间。具有围绕旋转轴线20间隔设置的偶数个线圈和磁体，优选地，具有不同数量的线圈和磁体，以使每个线圈不会全部同时在转子相对于定子的相同旋转位置处与对应的磁体对配准。这有助于降低嵌齿效应。

在电动机（其为本发明主要涉及的）中，将上述电路设置为激励线圈22，以使其极***替，用于使线圈在不同的时间与不同的磁体对对准，从而致使扭矩施加在转子与定子之间。一般将转子14a、14b连接在一起（例如通过轴连接，未显示），且使转子14a、14b一起围绕轴线20相对定子12旋转，定子一般是固定的（例如，固定在壳体中，未显示）。图1示出这样的布置的一个优点：磁路30通过两个相邻的定子线棒16和两个磁体对24a、24b提供。因此，定子12不需要轭铁，但是背铁32a、32b对于每个转子是需要的，以便联接每个磁体24a、24b的背离各个线圈22的背面之间的磁通。

因此，在电动机的情况下，通过线圈22的适当激励，可促使转子14围绕轴线20旋转。当然，在发电机的情况下，根据转子14a、14,b旋转时在定子线棒16中引起的变化磁通量，转子14a、14b的旋转可在定子线圈12中引起电流。

然而，在这两种情况中的任一种情况下，线圈22中产生热量且电机的效率降低，并且，如果不除去这些热量，则电机的性能会被限制。因此，本发明建议将定子线圈16封闭在延伸通过气隙26a、26b且被供以冷却介质的壳体内。

转向图3，其中示出了一实施方式中的定子12a，其中定子线圈位于塑料材料蛤壳42a、42b之间。这些蛤壳具有外圆柱形壁44、内圆柱形壁46、和径向设置的环形壁48。环形壁48包括内凹部50，以接收定子线棒16的极靴18a、18b并用来在定子12a的两个蛤壳壳体42a、42b组装到一起时定位定子线圈组16、22、18a、18b。定子壳体42a、42b在内侧限定线圈22的空间52，并且还在54处在外侧限定围绕线圈22外侧的空间。此外，在线圈之间具有空间56。虽然没有在图3中示出，但是在组装时，定子壳体42a、42b设有端口，所述端口可使冷却介质（优选为不导电的液体）被泵送到空间52、54、56中，以在围绕线圈循环并冷却线圈。事实上，优选地，由于壳体由塑料材料（如[聚碳酸酯]或其他低导热材料）制成，因此由线圈产生并传导至极靴18a、18b中的热量保留在壳体内，并且不会传输到特别容易受到热影响的磁体24a、24b。蛤壳42a、42b所采用的材料的选择在一定程度上取决于设计的工作温度，如果该温度低，则许多材料都适合，但是，如果该温度高，则耐热材料（比如玻璃纤维增强塑料）是理想的。通过参考图7至图13，以下还进一步描述了本发明的冷却布置。

优选的布置涉及如上所述的电机的构造，在构造完成后，用可置位的液态树脂或清漆来填充空间52、54、56（包括线圈22），所述液态树脂或清漆润湿这些空间的所有内表面。一旦树脂有机会渗透到每个空间，则随即将树脂从电机中排出，仅留下由空间52、54、56限定的腔室内部的涂覆有树脂的表面。在排出之前，可将腔室排空，以使液体清漆渗透到小的空间、尤其是渗透到线圈22的导线之间。在消除真空时，大气压的恢复驱动清漆进入任何剩余的空置空间。事实上，清漆优选地为低粘度的，以使其可容易地渗透到狭小空间。在排出之后，树脂固化（或被固化）形成将空间52、54、56与线圈22隔离的电绝缘层。通过这种方法，可以采用水作为冷却介质。合适的清漆是在本领域的技术人员的知识范围内。

再次参考图1和图2，即使磁体24a、24b和线圈22的数量不同，但是布置的内在问题在于相邻磁体之间的高磁阻间隙25经过定子线圈极靴18a、18b之间的相应间隙27时发生的嵌齿效应。

众所周知的是，电机的线圈铁芯通常是由钢叠片制成。钢是优良的磁场导体。它可提供低磁阻路径，因此具有低磁滞损耗。然而，大多数铁磁材料的问题在于它们一般也是电导体。因此，通过电导体的变化磁通量会产生涡流电流。通过采用通过绝缘体隔开的叠片使涡流电流最小化，其中使绝缘体与所需的磁通方向平行，以使横向电流最小化。然而，一项新型技术获得了一些成功，其采用涂有绝缘物的并模制为所需的形状软铁颗粒（软磁复合材料-SMC），所述软铁颗粒通过树脂绝缘物粘合在一起。高压压实过程用于将组成部分模制成复杂的形状，能够产生具有极佳形状因数的三维磁通图案，并使得能够采用高填充因子绕组，其直接缠绕到SMC齿上。

转向图4，示出了电机的实施方式的定子12b。这是定子的特别适合于低成本布置中的布置。该定子具有由两个（优选为同样的）部分75a、75b形成的整体式的定子线棒16'。每个部件为具有直立的线棒部分78的环形物76。线棒部分可以具有在面对的界面81上的交替的立柱80和凹部82，因此，在彼此面对地定向的时，两个同样的部件75a、75b可配合在一起，其中立柱80进入其他部件的凹部82中。两个部件可粘合在一起。但是，在进行组装之前，预先缠绕的线圈22（图4中示意性示出为实心圈）位于一个部件75a、75b的线棒部分78上，因此，当部件75a、75b和线圈22连接在一起的时候，其完成了定子12b的磁性部件的组件。

图4中所示的布置的优点为：定子的每侧上的面对环状物76的磁体永远不会存在有相邻定子线圈22之间的气隙。因此，可消除或至少可减少上述固有的嵌齿问题—磁体出现连续的磁阻，该磁阻作为转子位置的函数几乎是恒定的。然而，相邻线圈之间的磁性连接将被阻碍，因此使得磁通路径短路且降低了电动机的效率。因此环状物76在每个线棒部分78之间的84处变薄，由此减少磁性短路的机会。但是通过在每个定子线圈之间提供高磁阻间隙84，可减轻完整的金属面76的抗嵌齿效应。因此，实现了电动机的平稳运行与其效率之间的平衡。然而，存在一最佳位置，在此位置处，嵌齿效应最小化到基本不会对电动机效率产生重大损害的程度。本实施方式的优点在于其潜在的低制造成本。

部件75a、75b有利地由SMC材料构造，每个部件在单个模具中压制。然而，部件75a、75b形状的简单性也允许它们可通过缠绕叠片（具有在旋转轴线20上的缠绕轴线）的单个环状物来制造，其中用剪钳在相邻线棒部分78之间切出插槽83。最后，可以采用参考图2和图3的上述布置来实现本发明的优点，其中没有将极靴18和线棒16构造在单个环状物中，而是各自独立地构造。在这种情况下，可将极靴的大小构造为使得它们在设置在电动机中时互相接触，从而减少嵌齿效应。

在图5a和图5b中，示出了定子的替代布置12c，这样的布置也减少了嵌齿效应，但不影响电机的效率。在此，每个定子线棒16设有其自己的极靴18，以使得由此在其间具有气隙27a。通常情况下，这会导致上述嵌齿效应。但是，在此，气隙27a相对于径向方向倾斜了角度α₁，极靴的至少一个侧面18j倾斜这个角度，所讨论的半径穿过极靴的底角18g。极靴的另一侧18h倾斜与角度α₁不同的角度α₂，差异取决于气隙27a的宽度。尽管如此，α₁和α₂的平均值在1°～45°之间，便利地，对于所示数量的磁极，为约10°。如上所述的实施方式中那样，定子线棒16为梯形，带有圆角，且线圈22同样也为梯形，其围绕线棒16形成的铁芯成形。它们相对于旋转轴线20对称设置。这意味着，在对角18d、18f处，线圈22延伸超出极靴18的末端。然而，至少在外缘18e处，极靴与相邻极靴的线圈22有小程度的重叠。尾角18g至少与其自身的定子线棒16的线圈22重叠。

图5的右边以虚线示出气隙27'a，其位于定子12C的相对侧，其极靴的底角18'g完全可见。因此，可以看出，两个气隙27a、27'a沿着轴向方向仅在很小的菱形区域27b内重叠。假设转子上的磁体之间的高磁阻间隙25为径向的，则极靴倾斜的效果为：与两个间隙都为径向的情况相比，从特定的定子线圈的角度来看，从一个磁体到另一个磁体的过渡会延展经过转子相对于定子旋转一圈的较宽的弧度。

当然，同样可行的是倾斜磁体间隙25，且可以获得同样的效果。即，极靴间隙27可为径向，如它们在参考图1至图3的上述实施方式中所描述的那样，其中磁体间隙相对于每个转子14a、14b相对地发生倾斜。替换地，可以布置定子极靴和转子磁体这两者的倾斜的组合。然而，磁体成形很昂贵，而定子极靴优选地为容易成形的压制部分。所以在任何情况下，期望的是，示出为角度β（为两个极靴间隙27a、27'a的圆周界限之间相对界定的角度）的过渡弧度等于约α₁和α₂的总和。当然，需要达到一个平衡，因为从一个磁体到另一个磁体的过渡代表扭矩降低的区域，因此延展该区域具有将扭矩集中在过渡之间的必然结果。

还需注意的是，围绕极靴18的整个***并在18k处，极靴向外倒角。这有助于将来自极靴18的平面外的磁通量朝向磁体24a,b集中。

事实上，在本发明的一方面中，图6a至图6d中的布置解决了使定子线棒和极靴的材料沿磁通量方向的磁阻最小化的问题。因此，虽然SMC材料是非常合适的，如上面参考图4讨论的，但是应注意的是，尽管所涂覆的软铁颗粒具有减少涡流电流以及一般在所有方向上具有低磁阻的能力，但是没有最好的，也就是说，最小磁阻是可能的，但其仍然处在叠片区域中，至少处在叠片平面或叠片方向中。

在这方面，本发明建议在定子线棒16和极靴18的构造中采用这样的颗粒，但是布置这些颗粒以使其具有低磁阻的优先方向或至少低磁阻的优先平面，该低磁阻优选地低于这样的颗粒通常所提供的磁阻。对于线棒16而言，该优先方向在与轴线16a平行的平面中。对于极靴18而言，希望将最小磁阻布置在与纵向轴线16a垂直的平面中。这可以通过若干种方式提供，但是基本原理是线棒16和极靴18的分开构造（如图6a所示），以及其随后的组装。

因此，图6a的线棒16由涂有绝缘物的圆的软铁颗粒制成。首先将这些颗粒整平成盘状部件，然后将其放置到模具中，最后将其压在一起。将模具设置为使得颗粒的压制方向以及其在压制之前的初始分布是这样的：颗粒的主要尺寸位于与轴线16a平行的平面中。虽然仅仅是部分地，但这可能是最容易实现的，即通过从模具中基本上为圆形的颗粒开始，并且在与轴线16a垂直的方向上将颗粒压制在一起来实现。例如，在箭头A的方向上向上压制颗粒不仅将这些颗粒在与方向A正交的平面中整平，而且也易于将颗粒在箭头B的方向上延展。

但是，理想的是将颗粒拉长，并以其长轴与轴线16a平行的方式将颗粒布置在模具中。这可通过采用磁场来对准颗粒而实现。在这种情况下，部件的最小磁通量的线不是刚好位于与轴线16a平行的平面中，而事实上是位于该特定的方向上。

另一方面，优选地通过这样的方式制造极靴18：在与轴线16a平行的方向上压制圆形颗粒，使得在压实过程中，这些颗粒在与轴线16a垂直的平面中横向延展。当极靴18和线棒16组装到一起的时候，磁通量因此可在纵向轴线16a的方向上以最小磁阻穿过线棒16，并且不仅在轴线16的方向上从线棒的端部16d离开线棒16以直接进入气隙26a,b，而且还正交地进入极靴***18c，如图6d中指示的磁通箭头所示。

在优选的布置中，定子线棒16还包括层压卷，其可以改进最小磁阻的方向偏差。因此，在图6b中，绝缘物涂覆钢材的卷90布置在模具（未显示）中，其中所述卷的轴线与待形成的线棒16b的（最终）轴线16a平行。然后以在层压卷周围压制且压实的颗粒填充模具，以使颗粒的最小磁阻平面与轴线16a平行。这些颗粒环绕卷90，并为线棒提供其所需的梯形截面。

替换的构造为形成压制软铁颗粒的梯形铁芯92，使至少最小磁阻平面与轴线16a平行。然后将层压卷94缠绕在铁芯92周围，并使定子线棒16c具有所需的外截面形状。

图6b和图6c中的两个线棒16b、16c都具有与轴线16a平行的最小磁阻的优先方向。通过压制软铁颗粒形成的颈圈18c具有与轴线16a垂直的最小磁阻平面。在组装时，线棒和颈圈使定子铁芯具有极低磁阻并定向优化。

参考示出电动机100的特定构造的图7至图13进一步描述本发明。此外，虽然描述了电动机，但是应理解，所述原理也直接适用于发电机。事实上，电动机100螺接在一起的两个电动机分段100a,b。每个电动机分段100a、100b具有管状壳体102a、102b，所述管状壳体具有径向平面端面104a、104b，据此，可通过穿过设置在壳体102a、102b周围的凸台108的螺栓和螺母106将几个壳体102首尾相连地螺接在一起。事实上，可例如使用如安装凸缘那样的凸台108将电动机100安装在车辆中。虽然螺接在一起并成为复合电动机100，但是每个电动机分段100a、100b是彼此独立的，如以下进一步描述的，且每个电动机分段可以其本身的速度和扭矩进行驱动，如电动机管理***所要求的，这在本文中没有做进一步描述。然而，也如以下的进一步说明，电动机分段102a、102b会连接至单一输出驱动，因此，使可用的输出扭矩加倍。事实上，对于可堆叠在一起的电动机分段的数量没有限制。

因此，每个电动机分段100a、100b均包括具有多个定子线圈122的定子112，其中定子线圈122安装在具有极靴118a、118b的定子线棒116上。如图10所示，线圈122围绕转子轴线120沿周向间隔开，且在图10中的电动机中具有18个线圈。每个定子线圈极靴118a、118b被接收在环形非导电无磁性的蛤壳142a、142b的凹部150中。蛤壳在其周界143a、143b的周围固定至电动机壳体102a、102b的内凸缘144a、144b。

环形蛤壳142a,b的内边缘145a、145b安装在基本上为管状的内定子壳体146的凸缘147a、147b上。应注意，内定子壳体部件146与蛤壳142a、142b和电动机壳体102一起完整构成了环形腔室152，定子线圈设置在该环形腔室中。

转向图11，电动机壳体102设有端口凸台154，并设有冷却介质入口156。在腔室152内，屏障158设置在第一线圈与壳体102、146之间，以将腔室152分为两个平行的环形通道152a、152b。每个环形通道都配有其各自的入口端口156的相应分支156a、156b。通过线圈122将平行的通道152a、152b分开，在线圈之间具有间隙155。因此，在通道152a、152b内循环的冷却介质可穿越线圈122的整个周界，并在其周围循环。在完成围绕电动机的回路之后（沿相反的流动方向，应注意，这将促进流过间隙155之间的湍流），冷却介质通过出口160a、160b从端口凸台154流出。所述出口160a、160b连接端口160（见图9）并将冷却介质从其流出的地方返回到泵和热交换器（都未示出）。以下为非常可行的替代方法：

1）将冷却流体直接泵送通过电机，其中入口在机器底部附近，出口靠近顶部。流体可围绕线圈的内半径和外半径流动，一些流体还在线圈之间流动。这是可以实现的最简单的冷却路径，但效果可能是最差的；

2）迫使冷却流体围绕电动机Z字形地前进，并在内半径与外半径之间移动2次至8次（通过设置在线圈与定子壳体102、146之间的挡块），以迫使冷却流体进入线圈（其一般为电机的最热部件）之间；

3）冷却流可被分开（如上所述），其中一些冷却流围绕线圈的内径流动，其余的冷却流沿相反的方向在外径处流动。一些冷却流也将在线圈之间流动；以及

4）在特别优选的布置中，冷却流如图11b中所示，其中提供了一个入口156'和一个出口160'，挡块158a设置在入口与出口之间的线圈122a的两侧上。挡块158b周期地围绕电机设置在线圈122b,c的外侧上，第一个挡块为158b1且最后一个挡块为158b2，并且之间存在设置在线圈122d内侧上的至少一个挡块158c。通过这样的布置，冷却流进入入口156并开始围绕电机外侧流动，但是其被第一挡块158b1引导以迁移到居间线圈122d中不同线圈之间的腔室152的内部。从那里，冷却流继续围绕电机循环，但被挡块158c强制迁移回到腔室的外部。还是在电机周围，挡块158b2迫使迁移回到内部，并且最终，为了使冷却流通过出口160离开电机，挡块158a最后一次迫使迁移回到外部。在图11b中，有四次迁移。然而任何偶数次的迁移都是可能的，或着，在入口和出口中的一个设置在电机的外侧（如所示的），且另一个设置在电机的内侧（未示出）的情况下，奇数次的迁移也是可能的。

转向图8和图9，内定子壳体146具有中央内凸缘162，在该凸缘的两侧上设有轴承164a、164b。轴承164a、164b用于安装转子114a,b。转子穿过内凸缘166a、、166b连接在一起。这些内凸缘166a、106b为管状并设有间隔开的凸台168以接收将两个转子114a、114b连接在一起的螺母和螺栓170。因此，实际上，转子114a、114b为单一的整体结构。盘形翼172a、172b从圆柱形凸缘166a、166b延伸，其终止于环形部174a、174b中，所述环形部174a、174b上安装磁体124a、124b。事实上，延伸部174a、174b优选地设有用以接收磁体并牢固地定位磁体的凹部176。

在磁体124a、124b与蛤壳142a、142b之间的为气隙126a、126b。如在电动机技术中很好地理解的，气隙应尽可能小以减少磁路的磁阻。然而，参考图7至图13所描述的电动机的布置允许凭借较小的制造公差来设计非常狭窄的气隙，所述制造公差是在组装电动机100a、100b时要去适应的。由于轴承164a、164b代表空转的重要来源，所以转子适合将预应力施加至轴承，该预应力通过设置在转子之间的隔片180来限制。当然，可打磨该隔片的轴向尺寸以确保紧密配合。然而，在远离轴承处，具有相对较少的其他部件，这些部件的公差加起来从而需要较大气隙。当然，一个这样的部件为定子112本身，对此，内定子壳体146的凸缘147a、147b及相关凸缘144a、144b的尺寸以及蛤壳142a、142b的尺寸对于确保最小可能气隙126a、126b是很重要的，即使由蛤壳形成的壁的存在包括在上述尺寸中。此外，显而易见的是，转子中的任何应力都将导致扭转（即，围绕与旋转轴线120垂直的轴线，或在沿该方向的线性应力中），定子112必须来应该扭转。然而，跨越腔室152的一系列定子线棒和极靴在腔室152内提供显著的对角加固，以使内壳体146在轴向方向上非常牢固。

此外，直接将转子114安装在定子112中的构想有两个有利影响。第一个有利影响与电动机设计的一般原理有关，所述一般原理要求磁体124和线圈122设置为尽可能远离旋转轴线120，以使作用于线圈和磁体之间的磁致伸缩力转换成绕旋转轴线的最大扭矩。然而，这意味着，如果转子相对于定子固定在不比磁体/线圈的半径小很多的距离处，则在该距离范围内转子必须非常刚硬。通过将转子直接安装在定子上，减少了该距离，因此转子不需要如此刚硬。替换地，气隙可以更小。第二个有利影响：通过使用变换成管状体166的盘形环状物172连接转子，创建了磁通量的另一返回路径30'（见图8）。至少，在转子由铁磁材料制成的情况下是这样的。这种额外的磁通路径是有利的，因为它降低了对磁通量将其自身限制在磁体之间的凸缘174中的周向方向的要求，而且允许针对每个磁体-线圈-磁体回路替代的返回路径。从而减少磁路的整体磁阻。

应理解，由于磁体而施加至每个转子的轴向力是重要的，且该轴向力随着气隙的减小而增加，并且可达每个转子7500N的等级。因此，转子的轴向支撑是非常重要的，所以定子与转子之间的轴承需要为该轴向力提供强大且稳定的反作用。如果转子优选地位于定子的两侧上，则具有为零的净轴向力，但是要实现这一目标，需要紧凑的构造公差和结实的轴承组件。然而，如本文所述的将转子直接安装到定子内部，能以合理的成本实现该准确度。轴承在其上轴向地安置且定位的凸缘162在这方面是很重要的。

事实上，通过参考图8和图11，根据本发明的一方面的电机的实施方式具有一些几何特征。如上所述，线圈112具有外半径R₂。对此，这表示包围所有线圈的最小圆的半径。同样，线圈112具有内半径R₁，其对应地是配合在所有线圈的边界内的最大圆的半径。线圈明显地设置在围绕转子轴线120的圆中，但这并非绝对需要。然而，轴承164a、164b的半径r（在这里为刚好与轴承的滚动元件的最里面部分接触的圆的半径）设置为尽可能大，并优选通过以下表达式与定子半径R₁相关：

r=k₁*R₁

其中k₁的值在0.5与0.9之间。

事实上，线圈具有径向延度(C₁)和周向延度（C₂），其中

C₁=R₂-R₁.

虽然周向延度可以是任何延伸区域，但是将其定义为相邻线圈之间的中心在转子轴线120上的中心距（centre-to-centre）弧。然而，一个便利电动机具有以下关系：

R₁=k₂*R₂；且

C₁=K₃*C₂

其中，k₂在0.5与0.8之间，且k₃在0.75与2.0之间。

事实上，也可采用以下关系：

R=k*R₂，其中

k=k₁*k₂。

k的值优选地在0.3与0.6之间，且在一个适当的布置中可以为约0.45。

虽然轴承164a、164b示为具有其自己的轴承圈的球轴承，但是设计允许轴承表面在内定子壳体146和圆柱形凸缘166的各自截头圆锥形或圆柱形表面上形成，且对于圆锥滚柱轴承而言，其受限于保持架，以被设置在所述截头圆锥形或圆柱形表面之间。这可使得实现更紧凑的公差。如前所述，转子部件可由铁磁材料（如钢）构造，且可根据需要进行铸造或锻造并机加工。然而，内定子壳体146（以及，甚至电动机壳体102）可方便地由非磁性材料（如铝（合金））铸造。不过，铝甚至可具有硬化的轴承表面。在这种情况下，不采用凸缘162。在任何情况下，目前的设计允许以最低制造成本保持1.0mm（±0.1mm）等级的气隙。

如上所述，两个电动机100a、100b是独立的。转子114互相不连接。然而，通过在转子之间设置适当的隔片，并延伸螺栓170以使其穿过两个转子，这些显然是可能的。事实上，没有什么防止将其他电动机添加在系列中，从而可串联地采用三个或更多个电动机。如附图中可以看到的，通过压配合在电动机壳体102的内圆柱形延伸物102c、102d内部的盖178来封闭复合电动机的侧面。所述盖为碟形压制件并压配合在延伸部102c、102d内部，但是其他固定方法是可能的。这些盖具有电动机输出190延伸穿过的中央开口。

输出190包括任何适合的部件，并可以为轴。在此，该部件示为标准驱动轮毂，其具有用于接收具有三叶轭铁的轴（未示出）的三脚架杯192。通常在盖子178和轮毂190之间设置密封（未示出）以隔离电动机100的内部环境。轮毂190通过环形盘194连接到转子114。环形盘194通过螺栓和螺母170固定至转子114，并通过轮毂190中的孔196中的螺栓固定至轮毂190。事实上，直接将转子安装到定子上的一个方面为：在不干扰的电动机设计的情况下的输出配置是可能的。因此，无轴的布局允许多种输出配置，包括：

·汽车“等速”（CV）联合壳体；

·花键轴（公轴或母轴）；以及

·具有任何孔模式的平驱动盘。

在一个应用中，其中特别设计图7至图13所示的电动机100，电动机设置成驱动两个车轮。在多轴车辆中，可设置另一电动机以驱动其他车轮对。电动机会布置在车轮之间的基本中央位置处，其中驱动轴从两个驱动轮毂190a、190b中的每一个延伸。这对任何差速都没有要求，因为每个电动机分段以恒定扭矩被独立地驱动。该布置中的电机可以既作为电动机又作为发电机来运行，特别是在混合动力汽车中，当然至少是在采用再生制动的情况下。

通过以上的描述显而易见的是，盖178仅用作防尘器并保护电机100的内部部件。所述盖具有很少的结构作用，如果存在这种作用的话。固定装置（如电机设置在其中的车辆）与输出之间的结构连接如下。固定装置连接至电动机壳体。电动机壳体结构地安装定子。定子结构上地（但是也旋转地）安装转子。转子结构上地安装输出，所述输出不通过电动机壳体进行结构上地支撑。在此，术语“结构上地”用于这样的意义：安装主要用于所讨论的部件或者安装仅用于所讨论的部件。在许多已知的情况下，例如，壳体安装定子，并且也（旋转地）安装转子。因此应建议用定子安装转子。然而，这样的安装是不是必然的，在本文中不意味着通过所讨论的部件的基本独有的机构进行的结构安装。当然，在这方面，设置在盖178与轮毂190之间的密封既没有将轮毂“安装”在盖上（不管是否为结构上地安装），也不会干扰通过转子和定子机构实现的轮毂在壳体中的基础结构安装。

可以看出，通过在距旋转轴线一定距离处将转子直接安装在定子上，在转子中建立基本上中空的空间。根据应用，提供了将齿轮箱，尤其是行星齿轮箱，设置在电动机内的可能性。在某种程度上，在具有现有设计电机的许多情况下，不需要齿轮箱，因为管理线圈所需的电子器件可以使电机能够在宽的速度范围上以基本恒定的最大扭矩（基本仅受冷却限度的限制）工作，例如每个电动机片段500Nm的扭矩，超过3000rpm的转速是可行的。不过，此选项显然是可用的。

该布置也具有有助于串联电机的互相连接的优点，因为不需要如转子支撑在固定在壳体中的轴承中的通常情况那样，去干扰转子在壳体中的轴颈布置。显然，有些方面是需要讨论的，关于定子在什么地方开始，以及定子固定其中的壳体在哪里结束。事实上，在电动机方面，本发明提供了下列非排他性的选项：

(a)具有花键输出的单个500Nm的分段；

(b)两个独立控制的500Nm的分段，每个分段都具有自己的用于汽车应用的CV型输出；

(c)作为两对联合的四个分段（每对1000Nm），每对都具有也可能用于（高性能）汽车应用的CV型输出；

(d)刚性地固定在一起的四个分段，提供2000Nm；

参考图8，附图的下半部分与上半部分不同，其中转子114a,b通过延伸穿过对准的凸台的螺栓170a相互连接，但是通过间隔套筒169间隔开。实际上，假如无需差速，则没有理由不应该有两个输出，如前面所述的，但在图8的下半部分，左手侧盖178’是完全封闭的，而左手侧转子114a没有盘194和连接到其上的轮毂190。相反，驱动输送至（或来自）连接至右手侧转子114b的单一轮毂190和盘194。事实上，通过连续在图8的左侧添加转子114即可简单地实现四分段电动机（未示出）。替换地，通过对图8的下半部分的布置进行镜像，移除连续的盖178’，并将每对环形壳体102连接到一起，可简单地实现双驱动四分段电动机。

另一个需要注意的方面：分段不一定必须为另一个电动机分段100a、100b—其可以为分离的齿轮箱分段以提供替代的扭矩-速度平衡。因此，在以上的实例（a）中，可以将分段附加至行星齿轮箱，所述行星齿轮箱以例如4：1的因数逐步降低旋转速度。这将降低最大输出速度，但相反会从重量非常轻的组件产生2000Nm的扭矩（500Nm×4）。当然，这些数字适用于图7至图13所示的布局，其中每个转子采用18个定子磁极和20个磁体。然而，其他选项当然都可用，在任一方向上，扭矩低至300Nm且高达1000Nm。

尽管图7至图13的电动机100显示出不具有参考图4至图6描述的上述实施方式的特征，但是可根据需要将这些特征有利地并入。当然，参考图4和图5所描述的实施方式是各自专有的。

在本说明的说明书和权利要求中，术语“包括”和“包含”以及它们的变形意指“包括但不限于”，且它们不旨在（也不会）排除其他组成部分、添加、部件、整体或步骤。在本说明的说明书和权利要求中，除非文中另有所指，否则单数将包括复数。特别是，当使用不定冠词时，除非文中另有所指，否则应将本说明理解为包含复数个以及单数个。

结合本发明的特定方面、实施方式或实例而描述的特征、整体、特点、化合物、化学组成部分或组应理解为可应用于本文所描述的任何其他方面、实施方式或实例，除非它们彼此不相容。本说明（包括任何所附的权利要求、摘要和附图）中公开的所有特征、和/或所公开的任何方法或过程的所有步骤，可以以任何组合方式相结合，除了这样的特征和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合之外。本发明并不限于任何前述实施方式的详细说明。本发明的范围扩展至本说明（包括任何所附的权利要求、摘要和附图）公开的任何新特征或特征的任何新组合，或扩展至所公开的任何方法或过程的任何新步骤或步骤的任何新组合。

读者的注意力应指向与本申请的相关说明一起提交或之前提交的所有文件和文档，其与本说明一起公开让公众查阅，且所有这些文件和文档的内容以引证方式结合于此。

参考文献

[1]TJ Woolmer and MD McCulloch"Analysis of the Yokeless andSegmented Armature Machine",International Electric Machines and DrivesConference(IEMDC),3-5May2007.

Claims

1.一种无轴电机，包括定子和安装为相对于所述定子绕转子轴线旋转的转子、由所述转子承载的永磁体、所述转子上的输出；所述定子包括缠绕在定子线棒上以用于与所述转子的永磁体相互作用的线圈，所述转子具有两个级，所述两个级以所述定子线棒的一端一个级的方式布置，所述定子线棒的端部与所述转子级之间具有气隙，环形壳体保持并安装所述定子；轴承设于所述转子与所述定子之间，所述转子绕所述转子轴线为中空的，所述输出包括凸缘连接装置，凸缘通过所述凸缘连接装置能连接至所述转子以将旋转动力传输至所述转子或传输来自所述转子的旋转动力，其中，通过所述定子与所述转子之间的轴承传输所述输出与所述环形壳体之间的全部载荷，由此没有提供所述转子或其输出相对于定子壳体的其他安装，并且其中，所述转子级各自均包括环形盘，所述环形盘的外缘安装所述永磁体，且所述环形盘的内缘连接在一起以包围所述轴承。

2. 根据权利要求1所述的电机，其中，具有所述电机的至少两个重要的磁通路径：第一路径穿过第一定子线棒，横穿所述气隙中的第一气隙，穿过所述转子的第一级上的第一永磁体进入所述第一级的背铁，进入相邻的第二永磁体，横穿所述第一气隙进入与所述第一定子线棒相邻的第二定子线棒，横穿第二气隙，穿过所述转子的第二级上的第三永磁体进入所述第二级的背铁，进入相邻的第四永磁体，横穿所述第二气隙并返回到所述第一定子线棒中；以及，第二路径穿过所述第一定子线棒，横穿所述第一气隙并穿过所述第一级上的第一永磁体进而进入所述第一级的背铁，穿过所述第一级进入所述转子的第二级，绕过所述轴承进入所述第二级的背铁，进入第四永磁体，横穿所述第二气隙并返回到所述第一定子线棒中。

3. 根据权利要求1所述的电机，其中，

定子线圈围绕所述转子轴线间隔设置，并且所述定子线圈接近所述转子轴线且到所述转子轴线的距离不小于所述定子的第一定子半径（R₁）；以及

所述轴承包括在所述转子的表面上滚动的滚动元件，所述滚动元件到所述转子轴线的距离不小于第二转子半径（r），该转子半径在所述定子半径的60 %与90 %之间。

4. 根据权利要求3所述的电机，其中，所述滚动元件在其上滚动的所述转子的表面为转子凸缘的整体表面。

5. 根据权利要求4所述的电机，其中，将所述转子凸缘的所述整体表面经硬化。

6. 根据权利要求4所述的电机，其中，所述表面为截头圆锥形，所述滚动元件为针状物。

7. 根据权利要求6所述的电机，其中，所述第二转子半径为所述针状物与所述转子轴线的最小间隔。

8. 根据权利要求3所述的电机，其中，所述定子线圈具有径向延度（C₁），以使包围所述定子线圈的最小圆具有线圈半径（R₂），其中所述第一定子半径（R₁）在所述线圈半径（R₂）的50 %与80 %之间。

9. 根据权利要求8所述的电机，其中，所述线圈具有周向延度（C₂），所述周向延度在所述径向延度的50 %与150 %之间。

10. 根据权利要求1所述的电机，其中，所述定子线棒与所述转子的转动轴线对准，所述轴承处在与所述气隙相交的两个径向平面之间。

11. 根据权利要求10所述的电机，其中，所述气隙为径向的。

12. 根据权利要求1所述的电机，其中，所述轴承处在与所述定子的线圈或定子线棒相交的两个径向平面之间。

13. 根据权利要求1所述的电机，其中，所述轴承处在与所述定子的线圈相交的两个径向平面之间。

14. 根据权利要求1所述的电机，其中，所述定子线棒和其上的线圈由定子壳体包围，所述定子壳体在所述气隙之间延伸并限定容纳冷却介质以冷却所述线圈的腔室。

15. 根据权利要求14所述的电机，其中，所述定子壳体包括两个环形板和两个圆柱形壁，所述环形板包括用于将所述定子线棒定位在所述腔室内的凹槽。

16. 根据权利要求14所述的电机，其中，所述定子壳体的材料为非磁性且非导电性的。

17. 根据权利要求14所述的电机，其中，位于所述气隙中的所述定子壳体的材料是隔热的。

18. 根据权利要求14所述的电机，其中，所述定子壳体在所述定子线棒的端部变薄，以使所述定子线棒与所述转子上的永磁体之间的间隙最小化。

19. 根据权利要求15所述的电机，其中，所述圆柱形壁的材料为铝，所述环形板的材料为塑料。

20. 根据权利要求15所述的电机，其中，所述圆柱形壁为内壁和外壁，所述外壁包括所述环形壳体并具有安装所述电机的装置，且所述内壁安装所述轴承。

21. 根据权利要求1所述的电机，其中，每个所述内缘包括具有用于相互间接合的界面的圆柱形凸缘。

22. 根据权利要求21所述的电机，还包括所述圆柱形凸缘之间的隔片以调节所述轴承上的预载荷。

23. 根据权利要求21所述的电机，其中，所述圆柱形凸缘包括平行所述转子轴线布置以接收用于将所述转子级夹紧在一起的紧固件的凸台。

24. 根据权利要求1所述的电机，其中，所述凸缘连接装置包括所述转子的环形径向面，所述环形径向面包括用于连接所述凸缘的紧固件。

25. 根据权利要求24所述的电机，其中，所述凸缘包括盘和轮毂。

26. 根据权利要求25所述的电机，其中，所述盘通过所述紧固件能连接到所述转子的凸台。

27. 根据权利要求23所述的电机，其中，所述轴承包括两个轴承，所述定子上的凸缘的两侧上各具有一个轴承，由此确定所述转子级相对于所述定子的轴向位置。

28. 根据权利要求23所述的电机，其中，所述环形壳体具有轴向界面，使得至少两个这样的电机能够连接在一起从而共享一个共同的转子轴线。

29. 根据权利要求27所述的电机，其中，连接的电机的转子通过穿过相邻转子的凸台的紧固件相互连接，一隔片设置在相邻转子之间。

30. 根据权利要求27或28所述的电机，其中，所述电机的暴露端通过装配在所述环形壳体上的盖来封闭，至少一个盖具有适于所述输出延伸通过的中心孔。

31. 根据权利要求30所述的电机，其中所述电机为电动机。

32. 根据权利要求31所述的电机，其中，所述电动机中的至少两个并排相连，所述电动机中的至少两个具有独立的转子，每个转子设有其自己的输出。

33. 根据权利要求31所述的电机，其中，每个盖设有两个输出延伸通过的中心孔。

34. 一种车辆，包括根据权利要求32所述的电机以及从每个输出至所述车辆的不同侧上的车轮的驱动轴。