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用于电动自行车的横向和/或换向通量系统

阅读：910发布：2021-08-03

专利汇可以提供用于电动自行车的横向和/或换向通量系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种电动机器，例如横向通量机器和/或换向通量机器，所述电动机器可被配置为耦合至电动自行车或其它轻型电动车辆。某些示例性的电动机器可被配置为具有高转矩密度和/或较低运转损耗，从而为电动自行车提供改善的运转特性。此外，某些示例性的电动机器可取代自行车上的齿轮箱，从而允许自行车从人力操作转换成电动操作。，下面是用于电动自行车的横向和/或换向通量系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种电动机器，包括：
转子、定子以及线圈，其中，该转子或定子中的至少一个耦合至电动自行车的车轮，并且
其中，该电动机器为横向通量机器或换向通量机器中的至少一种。
2.如权利要求1所述的电动机器，其中，电动机器被配置为具有超过50的极数。
3.如权利要求2所述的电动机器，其中，电动机器被配置为具有小于6英寸的外径。
4.如权利要求3所述的电动机器，其中，电动机器被配置为具有每千克有效电和磁性材料超过10牛顿－米的持续、热稳定转矩密度。
5.如权利要求1所述的电动机器，其中，电动机器为多相装置。
6.如权利要求1所述的电动机器，所述电动机器还包括突出的转子。
7.如权利要求1所述的电动机器，其中，该电动机器中至少两个磁铁在远离线圈的方向上延伸一段距离，所述距离比所述至少两个磁铁之间设置的通量集中器在远离线圈的方向上延伸的距离大。
8.如权利要求1所述的电动机器，其中，电动机器被配置为具有重叠的定子齿。
9.如权利要求8所述的电动机器，其中，定子齿由硅钢制成。
10.如权利要求1所述的电动机器，其中，所述转子或定子中的至少一个采用六分之一相偏移来配置。
11.如权利要求1所述的电动机器，其中，该电动机器被配置为不对电动自行车的盘刹卡钳产生妨碍。
12.如权利要求1所述的电动机器，其中，该电动机器耦合至电动自行车的齿轮箱。
13.如权利要求1所述的电动机器，其中，转子包括多个磁铁，所述多个磁铁与多个通量集中器交错，并且其中所述多个磁铁具有交替的磁取向，从而使得所述多个通量集中器具有交替的磁极。
14.如权利要求1所述的电动机器，其中，所述多个磁铁被配置为具有小于2毫米的宽度，并且其中所述多个通量集中器被配置为具有小于4毫米的宽度。
15.如权利要求1所述的电动机器，其中，所述电动机器以直接驱动的配置耦合至所述电动自行车的车轮。
16.如权利要求1所述的电动机器，其中，在电动机器的物理性的每分钟转数小于250转/每分的情况下，所述电动机器中的通量以超过125Hz的速率切换。
17.如权利要求1所述的电动机器，其中，所述电动机器被配置为具有小于1.5牛顿－米的峰值齿槽效应转矩。
18.如权利要求1所述的电动机器，其中，电动机器被配置为具有超出峰值齿槽效应转矩十倍的输出转矩。
19.如权利要求1所述的电动机器，其中，将所述线圈耦合至马达控制器的电线在一轴承的内表面和所述电动机器的旋转轴之间穿过。
20.一种用于电动自行车的轮毂马达，所述轮毂马达包括：
线圈；
至少部分地围绕所述线圈的定子，其中所述定子包括多个通量开关；和转子，所述转子包括与一组通量集中器交错的一组磁铁，
其中，该组磁铁中的至少其中一个磁铁在远离所述线圈的方向上延伸一段距离，该段距离比该组通量集中器中与所述磁铁相邻的通量集中器在远离所述线圈的方向上的延伸距离更大，以及
其中，所述轮毂马达为横向通量机器或换向通量机器中的至少一种。
21.如权利要求20所述的轮毂马达，其中，所述转子的至少一部分在与所述转子的旋转轴平行的方向上突出所述定子。
22.如权利要求20所述的轮毂马达，其中，在所述转子的第一位置，通量从该组通量集中器中的一通量集中器，在与所述转子的旋转轴平行的方向上沿着所述通量集中器的整个长度，传递至所述多个通量开关中的第一通量开关，以及
其中，在所述转子的第二位置，通量从该组通量集中器中的一通量集中器，在与所述转子的旋转轴平行的方向上沿着所述通量集中器的整个长度，传递至邻近第一通量开关的第二通量开关，以及
其中，在所述转子的第一位置的所述通量集中器中的通量流的方向与在所述转子的第二位置的所述通量集中器中的通量流的方向相同。
23.一种制造用于电动机器的转子组件的方法，该方法包括：由粉末状金属形成其上具有齿的齿轮；
在所述齿轮的齿之间的空间内，用交替方式将多个磁铁耦合至所述齿轮；
通过从所述齿轮上去除构成该齿轮的粉末状金属的至少一部分而将齿轮的齿彼此分开，从而形成转子环；和
将所述转子环耦合至结构部件，以便形成转子组件。
24.如权利要求23所述的方法，其中，所述多个磁铁包括数量等于所述齿轮的齿的数量的磁铁。
25.如权利要求24所述的方法，其中，所述齿轮被配置为具有至少100个齿，并且其中所述齿轮被配置为具有小于6英寸的外径。
26.如权利要求23所述的方法，其中，在所述齿轮的外周方向上，所述齿轮的齿具有小于4毫米的厚度。
27.一种用于电动自行车的箱式马达，所述箱式马达包括：
线圈；
至少部分地围绕所述线圈的定子，其中所述定子包括多个通量开关；和转子，所述转子包括与一组通量集中器交错的一组磁铁，
其中，所述箱式马达能与齿轮箱互换，并且
其中，所述箱式马达为横向通量机器或换向通量机器中的至少一种。
28.如权利要求27所述的箱式马达，其中，所述箱式马达被配置为借助于后轮毂上的凹槽耦合至该电动自行车的后轮毂。
29.如权利要求27所述的箱式马达，其中，所述箱式马达被配置为借助于螺纹耦合件耦合至所述电动自行车的后轮毂。
30.一种使自行车转换至电动操作的方法，所述方法包括：
借助于箱式工具，从自行车卸下齿轮箱；
将箱式马达耦合至该自行车，取代所述齿轮箱；以及
将所述箱式马达耦合至马达控制器。
31.如权利要求30所述的方法，其中，箱式马达经由自行车轮毂上的凹槽耦合至自行车。
32.如权利要求30所述的方法，其中，箱式马达的定子固定至自行车的框架。

说明书全文

用于电动自行车的横向和/或换向通量系统

技术领域

[0001] 本发明涉及电动系统，尤其是涉及横向通量机器和换向通量机器。

背景技术

[0002] 电动自行车(“e-bike”)以及其它轻型电动车(“LEV”)，例如电动小型摩托车、摩托车、高尔夫球车和/或类似电动车，日渐普及。这种装置尤其在拥挤的市区使运输便利。先前已经尝试过在电动自行车内装入电动马达和/或发电机的许多方案。不过这种马达、发电机和/或车辆的性能通常受到限制。因此，电动自行车的续航力、动力以及效率都可能低于所期望的。因此仍然需要在电动自行车中提供改进的电动马达，例如被配置为横向通量机器和/或换向通量机器的电动马达。

发明内容

[0003] 本发明涉及用于轻型电动车辆（例如电动自行车）中的电动马达的系统和方法。在一个示例性实施例中披露了一种电动机器，包括：转子、定子以及线圈，其中该转子或定子中的至少一个耦合至电动自行车的车轮。该电动机器为横向通量机器或换向通量机器中的至少一种。

[0004] 在另一个示例性实施例中披露了一种用于电动自行车的轮毂马达，包括：线圈；至少部分地围绕该线圈的定子，其中该定子包括多个通量开关；和转子，所述转子包括与一组通量集中器交错的一组磁铁。该组磁铁中的至少其中一个磁铁在远离该线圈的方向上延伸一段距离，所述距离比该组通量集中器的与所述磁铁相邻的通量集中器在远离该线圈的方向上延伸的距离更大。该轮毂马达为横向通量机器或换向通量机器中的至少一种。

[0005] 在另一个示例性实施例中披露了一种用于电动机器的转子组件的制造方法，所述制造方法包括：由粉末状金属形成其上具有齿的齿轮；在该齿轮的齿之间的空间内，以交替方式将多个磁铁耦合至该齿轮；通过从该齿轮上去除构成该齿轮的粉末状金属的至少一部分以将齿轮的齿彼此分开，从而形成转子环；和将该转子环耦合至结构部件，以便形成转子组件。

[0006] 在另一个示例性实施例中披露了一种用于电动自行车的箱式马达，包括：线圈；至少部分地围绕该线圈的定子，其中该定子包括多个通量开关；和转子，所述转子包括与一组通量集中器交错的一组磁铁。该箱式马达能与齿轮箱互换。该箱式马达为横向通量机器或换向通量机器中的至少一种。

[0007] 在另一个示例性实施例中披露了一种使自行车转换为电动操作的方法，包括：借助于箱式工具，从自行车上卸下齿轮箱，将箱式马达耦合至该自行车以替代该齿轮箱，以及将该箱式马达耦合至马达控制器。

[0008] 该发明内容部分的内容仅作为本发明的简介，并不用于限制所附权利要求的范围。附图说明

[0009] 请参阅下列说明书、所附权利要求书和附图：

[0010] 图1A示出了依照示例性实施例的示例性横向通量机器；

[0011] 图1B示出了依照示例性实施例的示例性换向通量机器；

[0012] 图2A示出了依照示例性实施例的示例性轴向间隙配置；

[0013] 图2B示出了依照示例性实施例的示例性径向间隙配置；

[0014] 图3A示出了依照示例性实施例的示例性空腔接合配置；

[0015] 图3B示出了依照示例性实施例的示例性表面接合配置；

[0016] 图3C示出了依照示例性实施例的示例性表面接合横向通量配置；

[0017] 图4A示出了依照示例性实施例的示例性转子组件；

[0018] 图4B示出了依照示例性实施例的示例性转子组件的一部分的特写图；

[0019] 图4C示出了依照示例性实施例的在转子组件内耦合磁铁和通量集中器的方案；

[0020] 图5A示出了依照示例性实施例的示例性多相定子组件；

[0021] 图5B示出了依照示例性实施例的示例性定子部分；

[0022] 图5C示出了依照示例性实施例的耦合至线圈的图5B的定子部分；

[0023] 图5D示出了依照示例性实施例的经耦合而形成示例性单相定子组件的两个示例性定子部分；

[0024] 图5E示出了依照示例性实施例的耦合至定子轮毂的图5D的示例性单相定子组件；

[0025] 图5F示出了依照示例性实施例的图5A中示例性多相定子组件的另一视图；

[0026] 图6A示出了依照示例性实施例的耦合至刹车盘和齿轮箱的示例性横向通量机器；

[0027] 图6B示出了依照示例性实施例的耦合至示例性横向通量机器定子轮毂的传感器；

[0028] 图6C用剖视图示出了依照示例性实施例的耦合至刹车盘和齿轮箱的示例性横向通量机器；

[0029] 图6D用剖视图示出了依照示例性实施例的耦合至刹车盘和齿轮箱的示例性横向通量机器的特写图；

[0030] 图6E示出了依照示例性实施例的示例性轴配置；

[0031] 图7A示出了依照示例性实施例的箱式马达和齿轮箱；

[0032] 图7B示出了依照示例性实施例的箱式马达和自行车轮毂；

[0033] 图7C示出了依照示例性实施例的耦合至自行车轮毂的箱式马达；和[0034] 图7D和7E用剖视图示出了依照示例性实施例的箱式马达。

具体实施方式

[0035] 以下只说明各种示例性实施例，并非以任何方式用于限制本发明的范围、应用或配置。更确切地说，下列描述用于提供适当的示例，以用于实施包括最佳方式的各种实施例。显而易见的是，在不背离所附权利要求范围的情况下，可以对这些实施例中所描述的元件的功能和布置进行各种改变。

[0036] 为了简洁起见，本说明书并不会详细说明电动系统构造、管理、操作、测量、优化和/或控制的传统技术以及电动自行车构造、配置与运用的传统技术以及磁通量的运用、集中、控制和/或管理。此外，这里包含的各附图中显示的连接线旨在表示各个元件之间的示例性功能关系和/或物理耦合。应该注意，在实际的电动系统（例如电动自行车中的电动马达）中，可能有许多替代或另外的功能关系或物理连接。

[0037] 先前的电动自行车马达，例如无刷直流（DC）马达、同步交流(AC)马达和/或类似马达，都受各种缺陷的困扰。例如,许多先前的电动马达及相关的马达控制器的组合效率最高只达大约80%。另外，随着转矩输出和/或每分钟转数（RPM）的提高，效率会急剧下降。由于动力损耗造成系统效率低，因此相关电动自行车的续航力减少。另外，为了维持效率，这种马达通常提供有限的动力输出，从而导致在诸如爬坡这类要求较高的负载情形下性能降低。

[0038] 此外，许多先前的电动自行车马达的齿槽效应转矩波形很差，其峰值幅度超过2牛顿－米。另外，许多先前的电动自行车马达的齿槽效应转矩波形很差，其峰值幅度超过电动自行车马达输出转矩的十分之一(1/10)。这样的配置常常造成不希望的运转噪音、振动和/或磨损。

[0039] 此外，许多先前的电动机马达提供有限的转矩密度（torquedensity）。在此所使用的“转矩密度”表示马达中每千克有效电和磁性材料所产生转矩的牛顿－米数。例如，许多先前的电动机被配置为具有介于每千克大约0.5牛顿－米至每千克大约3牛顿－米之间的转矩密度。因此，例如当能产生足够转矩的马达尺寸太大而无法装入有限的空间内时，具有足够用于特定应用的转矩和/或动力的马达难以或甚至不可能安装在可用区域中。对于电动自行车的情况，相关的空间限制(例如自行车轮毂内可用的空间有限)，通常造成包括了动力相对不足和/或相对过重的马达，例如具有最大动力输出大约500瓦至大约900瓦的马达。

[0040] 相反，运用根据本发明原理配置的横向通量机器和/或换向通量机器，可实现适用于电动自行车及其它轻型电动车的高效、紧凑和/或高强度转矩的电动马达。在此所使用的“横向通量机器”和/或“换向通量机器”可以是其中磁通量路径具有通量大体上横向于机器的旋转面的部分的任何电动机器。在一个示例性实施例中，当磁铁和/或通量集中部件位于转子上和/或随电动机器的操作而运动时，该电动机器可以是纯“横向”通量机器。在另一个示例性实施例中，当磁铁和/或通量集中部件位于定子上和/或随电动机器操作而保持不动时，该电动机器可以是纯“换向”通量机器。显然，在某些配置中，“横向通量机器”可通过使转子固定并使定子运动而成为“换向通量机器”，反之亦然。此外，线圈可固定至定子；作为选择，线圈可固定至转子。

[0041] 此外，还存在填补了换向通量机器与横向通量机器之间的空白的一系列功能和装置设计。某些设计正好落在这两类之间，或被认为同时属于两者。所以，对本领域技术人员来说显而易见的是，本发明中“横向通量机器”所涉及的同样适用于“换向通量机器”，反之亦然。

[0042] 依照一示例性实施例，并且参阅图1A，诸如横向通量机器（TFM）100A的电动机器通常包括转子150A、定子110A和线圈120A。转子150A包括多个交错的磁铁154和通量集中器152。转子150A被配置为与定子110A相互作用，以便促使磁通量的切换。定子110A被配置为磁耦合至转子150A，并且被配置为通过与转子150A的相互作用而促使磁通量的流动。定子110A至少部分包围线圈120A。线圈120A被配置为产生响应于通量切换的电流输出和/或接受被配置为用于驱动转子150A的电流输入。横向通量机器100A也可包括各种结构部件，例如被配置为有利于横向通量机器100A操作的部件。此外，横向通量机器100A还可包括被配置为支持、引导、改变和/或管理和/或控制横向通量机器100A和/或其部件的操作的任何合适的部件。

[0043] 依照一示例性实施例，并且参阅图1B，诸如换向通量机器（CFM）100B的电动机器通常包括定子110B、转子150B和线圈120B。定子110B包括多个交错的磁铁114和通量集中器112。定子110B至少部分地包围线圈120B。定子110B被配置为与转子150B相互作用，以便于促使磁通量的切换。定子110B被配置为磁耦合至转子150B，并且被配置为通过与转子150B的相互作用而促使磁通量的流动。线圈120B被配置为产生响应于通量切换的电流输出和/或接受被配置为用于驱动转子150B的电流输入。换向通量机器100B也可包括各种结构部件，例如被配置为有利于换向通量机器100B操作的部件。此外，换向通量机器100B还可包括被配置为支持、引导、改变和/或管理和/或控制换向通量机器100B和/或其部件的操作的任何合适的部件。

[0044] 此外，横向通量机器和/或换向通量机器可用多种方式配置。例如，参阅图2A，换向通量机器可被配置为具有至少部分围绕线圈220并且与转子250的旋转平面大体对齐的定子210。这样的配置在此被称为“轴向间隙”。在另一配置中，参阅图2B，换向通量机器被配置为具有定子210，所述定子相对于转子250的旋转平面旋转大约90度。这样的配置在此被称为“径向间隙”。

[0045] 现在参阅图3A，换向通量机器中的通量开关352通过至少部分地延伸进入由定子310所限定的空腔内而可接合至少部分围绕线圈320的定子310。这样的配置在此被称为“空腔接合”。现在转到图3B，换向通量机器中的通量开关352通过紧密接近定子310的两终端表面而可接合定子310。这样的配置在此被称为“表面接合”。类似的接合方案可用于横向通量机器，并且以类似方式参照。一般而言，应当指出，特定的电动机器可表面接合或空腔接合，以及可以是轴向间隙或径向间隙配置，例如，在一个示例性实施例中，参阅图3C，横向通量机器300包括至少部分由定子310围绕的线圈320。在轴向间隙配置中，定子310表面接合转子350。

[0046] 依照各种示例性实施例，现在参阅图4A和4B，用于横向通量机器的转子组件450包括大体上环形形状的转子本体456。在一个示例性实施例中，转子本体456包括其中的轮辐孔459。转子组件450还包括多个磁铁454和通量集中器452。磁铁454可包括稀土永久磁铁(例如钕铁棚(NIB)材料)和/或任何其它合适的磁性材料。通量集中器452可由硅钢、粉末状金属、电镀粉末状金属、软磁复合材料、非晶态金属、纳米结晶组成物、铁钴合金和/或类似物和/或这些的组合制成。

[0047] 磁铁454和通量集中器452可以以交替的方式设置。在一个示例性实施例中，磁铁454以交替方向磁性定向同时与通量集中器452交错。换言之，磁铁454可设置成使得特定磁铁454的北极朝向另一磁铁454的北极，而通量集中器452位于其间。同样地，一南极可朝向另一个南极，并由通量集中器452分开。因而，在一个示例性实施例中，磁铁454朝向通量集中器452并与通量集中器组合，使得每一通量集中器452都有一净磁极。此外，磁铁454可用任何合适的方式和/或方法安装、连接、联接、排列、耦合和/或配置，例如采用表面安装和/或类似方式。

[0048] 参阅图4B，在各示例性实施例中，磁铁454可以至少部分“延伸”一段距离Y而超出通量集中器452的相应表面。这样，由于磁铁454的延伸部分至少部分地使相邻的通量集中器452彼此“屏蔽”，因此可减少相邻通量集中器452之间的通量磁漏。磁铁454可根据需要在任何合适的方向上延伸任何合适的距离。在各示例性实施例中，磁铁454延伸超过通量集中器452一段介于大约1mm与大约4mm之间的距离。有关延伸磁铁的额外详细信息披露于本申请的同一申请人于相同的申请日所申请的、标题为“被配置为提供减少的磁漏、减少的磁滞损失且相位匹配的横向和/或换向通量系统”(TRANSVERSEAND/OR COMMUTATED FLUX SYSTEMS CONFIGURED TOPROVIDE REDUCED FLUX LEAKAGE,HYSTERESIS LOSSREDUCTION,AND PHASE MATCHING)的共同未决美国专利申请中，其全部内容在此引入作为参考。

[0049] 在一个示例性实施例中，参阅图4A和4B，磁铁454和通量集中器452沿着转子组件450的内周放置。在另一个示例性实施例中，磁铁454和通量集中器452沿着转子组件450的外周放置。转子组件450可以被配置成具有任何合适数量的磁铁454和/或通量集中器452。转子本体456至少部分包含、围绕多个磁铁454和通量集中器452和/或为多个磁铁与通量集中器提供结构支撑和/或组装的容易度。

[0050] 在各种示例性实施例中，转子组件450被配置为具备高极数(例如磁北极和磁南极的总数)，例如转子组件的外径大约为5英寸时，就具有超过50的极数。在一个示例性实施例中，转子组件450被配置为具有50个磁铁454和50个通量集中器452。在另一个示例性实施例中，转子组件450被配置为具有100个磁铁454和100个通量集中器452。在另一个示例性实施例中，转子组件450被配置为具有200个磁铁454和200个通量集中器452。在又一另外的示例性实施例中，转子组件450被配置为具有超过250个的磁铁454和超过
250个的通量集中器452。此外，转子组件450可被配置为具有任何合适的极数，并且可被配置为具有任何合适数量的磁铁454和/或通量集中器452。

[0051] 在各种示例性实施例中，转子本体456由铝制成。在其它示例性实施例中，转子本体456由聚合复合物制成。此外，转子本体456可由被配置为为转子组件450提供结构强度的任何合适的材料制成。任何合适数量的轮辐孔459或其它固定部件可位于转子本体456之上和/或之内，或在转子组件450之内的其它位置，例如以便使转子组件450通过多个金属轮辐耦合至电动自行车车轮。

[0052] 转子组件450的大小、形状和/或配置可设计成耦合至电动自行车或其它纯电动车（PEV）。在各种示例性实施例中，转子组件450大体上为圆柱形。在某些示例性实施例中，转子组件450被配置为作为电动自行车的轮毂和/或位于电动自行车的轮毂内。在一个示例性实施例中，转子组件450具有大约5英寸的外径、大约4英寸的内径以及大约2英寸的宽度。在其它示例性实施例中，转子组件450具有介于大约3英寸与大约12英寸之间的外径、介于大约2英寸与大约11英寸之间的内径以及介于大约1英寸与大约6英寸之间的宽度。此外，转子组件450可被配置为具有合适的较小和/或较大的内径、外径、宽度和/或其它尺寸。

[0053] 在各种示例性实施例中，转子组件450被配置为不对电动自行车的刹车卡钳产生干涉。换言之，转子组件45的大小和/或形状被设计为使得现有的电动自行车刹车盘和卡钳可以被用于与转子组件450的连接。例如，转子组件450可被配置为从旋转轴线延伸一段径向距离，该距离小于刹车卡钳的最近径向距离。在一个示例性实施例中，转子组件450被配置为耦合至180mm刹车盘并与其兼容，而不妨碍相应刹车卡钳的操作。

[0054] 继续参阅图4B，在各种示例性实施例中，除了配置高极数以外(例如超过50的极数)，转子组件450可被配置为具有极小的磁极距。例如，在一个示例性实施例中，磁铁454被配置为具有大约0.031"(0.787毫米)的宽度WM，并且通量集中器452被配置为具有大约0.035"(0.889毫米)的宽度WC。在其它示例性实施例中，磁铁454被配置为具有介于大约
0.031"(0.787毫米)与大约0.080"(2.03毫米)之间的宽度WM，并且通量集中器452设置成具有介于大约0.0315"(0.8毫米)与大约0.315"(8.0毫米)之间的宽度WC。因而，尽管转子组件450的直径很小，例如小于6英寸，但转子组件450可被配置为具有极小的磁极距，例如小于7.2度的磁极距。

[0055] 一般而言，转子组件450可被配置为：随着转子组件450的直径增加和/或随着磁铁454和/或通量集中器452的厚度减少，而具有更高的极数和/或更小的磁极距。在一个例子中，具有4英寸内径的转子组件450被配置为具有100个磁铁454和100个通量集中器，从而产生100的极数以及(360/100)=3.6度的磁极距。在另一例子中，具有4英寸内径的转子组件450被配置为具有200个磁铁454和200个通量集中器452，从而产生数量为200的极数以及(360/200)=1.8度的磁极距。在各种示例性实施例中，转子组件450被配置为：在转子组件450的直径小于6英寸时，具有小于7.2度的磁极距。

[0056] 部分地由于转子组件450在具有特定直径情况下的高极数和/或极小的磁极距，横向通量机器400可被配置为具有高转矩密度，例如每千克有效电磁材料超过30牛顿－米的转矩密度。在各种示例性实施例中，横向通量机器400被配置为具有介于每千克大约5牛顿－米至每千克大约50牛顿－米之间的持续、热稳定转矩密度。在某些示例性实施例中，横向通量机器400被配置为具有介于每千克大约10牛顿－米至每千克大约20牛顿－米之间的持续、热稳定转矩密度。在一个示例性实施例中，横向通量机器400被配置为具有每千克大约18牛顿－米的持续、热稳定转矩密度。

[0057] 在各种示例性实施例中，横向通量机器400被配置为在从大约0转/每分至大约300转/每分的每分钟转数范围内运转。在某些示例性实施例中，横向通量机器400被配置为在从大约0转/每分至大约1000转/每分的每分钟转数范围内运转。在其它示例性实施例中，横向通量机器400被配置为在从大约0转/每分至大约2000转/每分的每分钟转数范围内运转。

[0058] 现在转到图4C，依照各种示例性实施例，描述转子组件450的构造方法。在一个示例性实施例中，用合适的材料（例如粉末状金属）制作“齿轮”401。粉末状金属是理想的，这是因为它能够精确成形并且能够处理极小的容差，例如小至大约1/1000(0.001)英寸的容差。但是，可使用任何合适的材料和/或容差。齿轮401可由本领域中已知的粉末状金属，通过模制、冲压、烧结和/或粘结、成形和/或塑形所形成。

[0059] 在各种示例性实施例中，齿轮401被配置为具有N个外齿轮“齿”的大体上圆形的形状。一般来说，齿轮齿的数量N应是转子组件450内通量集中器452的数量，齿轮齿的宽度应为通量集中器452的宽度，并且齿轮齿的高度应大于或等于通量集中器452的高度。齿轮401的部分“齿”最终将成为通量集中器452。根据需要，齿轮401的齿可为锥形、倾斜、弯曲和/或其它形状。齿轮401被配置为具有合适的内径、外径、厚度、齿间距和/或其它尺寸与配置。

[0060] 一旦制备好齿轮401，就以交替方式将磁铁454插入齿轮401的齿间的沟槽内。因此，齿轮401的每个齿都被配置为具有净磁极。所形成的组件可以浸泡在环氧树脂或其它合适的黏着剂和/或结构材料中，以便使磁铁454固定就位。此外，磁铁454可用任何合适的方式耦合至齿轮401的齿和/或相对于齿轮的齿固定就位。

[0061] 一旦磁铁454已经固定就位，就可去除部分齿轮401，以便只留下其间具有齿轮401“齿”(现在为通量集中器452)的磁铁454。例如，在一个示例性实施例中，运用车床或其它合适的旋转工具，加工去掉齿轮401和/或磁铁454的内部分、外部分、顶部分和/或底部分中的一个或更多个。可去除合适的材料量，以便产生所需的内径、外径和/或其它配置和/或几何形状。在一个示例性实施例中，齿轮401的内部分被去除，最远至磁铁454的内边缘。在另一个示例性实施例中，稍微超过磁铁454的内边缘地(例如超过大约0.01英寸到大约0.1英寸之间)去除齿轮401的内部分，从而使得每个磁铁454的至少一小部分被去除。在另一个示例性实施例中，去除了磁铁454和齿轮401的顶部分以及磁铁454和齿轮401的内部分。这样，通量集中器452与磁铁454都根据需要进行配置，例如根据与定子之间所需的气隙、所要的表面接合配置、所要的径向间隙配置和/或所要的轴向间隙配置等。

[0062] 一旦已经去除齿轮401和/或磁铁454的合适部分，就例如通过压缩空气从剩余的磁铁454和/或通量集中器452去除碎屑。由此形成的大体上环形的一系列交替的磁铁454与通量集中器452可耦合至支撑结构，所述支撑结构例如是转子的一部分、定子的一部分和/或类似部分。在各种示例性实施例中，支撑结构（例如转子本体456）的形状可成形为能实现转子组件450的所需配置。

[0063] 在某些示例性实施例中，磁铁454与通量集中器452都插入转子本体456中相应的圆柱形空腔内(在定子基本上位于转子本体456内的配置中)。在其它示例性实施例中，磁铁454与通量集中器452都放置在转子本体456的相应的大体上圆柱形的延伸部之上(在定子基本上位于转子本体456外的配置中)。在其它示例性实施例中，磁铁454和通量集中器452可以耦合至转子本体456，并且在与转子本体456的旋转轴线平行的方向上至少部分地延伸超过转子本体456(例如以便支撑径向间隙配置)。

[0064] 磁铁454与通量集中器452可根据需要固定至转子本体456，以便形成转子组件450。磁铁454与通量集中器452可用任何合适的方式粘结、焊接、螺旋连接、螺栓连接、压配合、冲压和/或固定至转子本体456，以便形成转子组件450。在各种示例性实施例中，转子组件450耦合至定子组件410，以便提供可操作的横向通量机器400。

[0065] 现在转到图5A，依照一示例性实施例，定子组件510包括其上耦合了一个或更多个定子相部分511的定子本体516。定子本体516可由铝、复合物和/或被配置为为定子组件510提供结构稳定性的任何其它合适的材料制成。定子相部分511至少部分围绕一个或更多个线圈。在一个示例性实施例中，三个线圈的端部521、522(显示为521A、522A、521B、522B、521C和522C)至少部分延伸穿过定子本体516，以便于电连接至相应线圈。这样，可以为线圈提供通电电流和/或可以从线圈接收感应电流。现在参阅图5A和5B，依照一示例性实施例，定子相部分511包括大体上环状的结构，该结构具有一组定子“齿”512。在横向通量机器中，至少部分定子相部分511被配置成作为转子的通量开关。例如，该组定子齿的一个或多个齿512或其一部分，每一个都可作为通量开关。有关转子和/或定子齿及其配置的额外详细信息披露于本申请的同一申请人于相同的申请日所申请的、标题为“被配置为提供减少的磁漏、减少的磁滞损失且相位匹配的横向和/或换向通量系统”和“相位偏移的横向和/或换向通量系统”(TRANSVERSE AND/ORCOMMUTATED FLUX SYSTEMS PHASE OFFSET)的共同未决美国专利申请中，其全部内容在此引入作为参考。

[0066] 现在参阅图5C，在各种示例性实施例中，定子相部分511可被配置为至少部分围绕线圈520。例如，定子相部分511可被配置为具有其中可以放置部分线圈520的沟道、空隙或空腔。另外，定子相部分511可被配置为具有一个或更多个进入孔518，由此可使线圈520的电接头(和/或线圈520本身)穿入定子相部分511和/或从定子相部分穿出，或耦合至外部电气部件。

[0067] 现在参阅图5D，依照各种示例性实施例，两个类似的定子相部分511可放在一起，以便至少部分围绕或包围线圈520。在一个示例性实施例中，除了位于定子相部分511其中之一上的定子齿512与位于另一定子相部分511上的定子齿512相比有偏移之外，各定子相部分511大体上彼此成镜像。这样，在围绕线圈520放置在一起时，定子相部分511形成围绕线圈520的一组通量路径。例如，位于定子相部分511其中之一上的定子齿512与位于另一个定子相部分511上的定子齿512交错。这样，定子相部分511联合提供由交错的定子齿512形成的一组交替通量开关。

[0068] 现在转到图5E-5F，依照各种示例性实施例，多个定子相部分511可耦合至定子本体516，以便形成定子组件510。另外，定子本体516可根据需要，被配置为具有各种安装和/或引导特征。例如，在一个示例性实施例中，定子本体516被配置为具有通过其中的沟槽519，以便让部分线圈耦合至其它电气部件。在各种示例性实施例中，定子本体516包括一个或更多个沟道515，所述沟道被配置为与定子相部分511上相应的凸缘514对齐。这样，定子相部分511可以在定子本体516上被引导和/或“滑动”或以其他方式与定子本体耦合。沟道515与凸缘514的接合确保定子相部分511相对于定子本体516位于阻止旋转位置。这样，通过选择凸缘514在特定定子相部分511上的布置，可控制和/或改变相邻定子相部分511的排列。在其它示例性实施例中，一个或更多个定子相部分511通过粘结和/或焊接耦合至定子本体516。此外，定子相部分511可用任何合适的永久和/或非永久方式固定和/或可调整地附接和/或耦合至定子本体516。

[0069] 例如，在一个示例性实施例中，继续参阅图5E和5F，总共六个定子相部分511耦合至定子本体516以便形成三个定子相510A、510B和510C。基于一个或更多个凸缘514的位置、一个或多个定子相部分511的旋转位置、各定子齿512的配置、各定子齿512的间距(例如根据六分之一相偏移（sixth-phase offset）的间距)和/或其它合适调整，定子相510A、510B和510C可被配置为具有相位差。例如，定子相510A、510B和510C可被配置为相位彼此相对偏移大约120度。此外，两个或更多个定子相510A、510B和510C可被配置为彼此同相。一般来说，任何定子相510A、510B和510C之间的相位关系可根据需要进行选择、变化、控制和/或调整，以便产生定子组件510的一个或更多个操作特性。

[0070] 有关六分之一相偏移的额外详细信息披露于本申请的同一申请人于相同的申请日所申请的、标题为“相偏移的横向和/或换向通量系统”的共同未决美国专利申请中，其全部内容在此引入作为参考。有关多相横向通量和/或换向通量机器及其原理的额外详细信息披露于2009年11月3日提交并且与本申请为同一申请人所申请的、标题为“多相横向通量和/或换向通量系统”（POLYPHASE TRANSVERSEAND/OR COMMUTATED FLUX SYSTEMS）、申请号为No.12/611,737的共同未决美国专利申请中，其全部内容在此引入作为参考。

[0071] 在各种示例性实施例中，马达控制器和/或其它电子部件(传感器等)可放置在定子本体516内，例如放置在定子本体516的内壁之间的大体上圆柱形空间中。电子部件可被配置成不妨碍同样放置在定子本体516内的轴、轴承和/或其它部件。

[0072] 现在转到图6A-6D，在各种示例性实施例中，转子组件（例如转子组件450)和定子组件（例如定子组件510)可耦合形成横向通量机器和/或换向通量机器，例如横向通量机器600。横向通量机器600可根据需要被配置为具有合适数量的相，例如单相、双相、三相和/或其他数量的相。参阅图6A，在一个示例性实施例中，横向通量机器600通常被配置为具有至少部分由转子本体656限定的外型要素。横向通量机器600可通过多个轮辐孔659耦合至车轮（例如自行车车轮）。横向通量机器600也可耦合至刹车盘670和/或齿轮箱680，以便让横向通量机器与自行车或其它轻型电动车的各传动系统和/或控制部件(例如刹车卡钳、脚踏板、链条、皮带和/或类似物)接合。

[0073] 在各种示例性实施例中，横向通量机器600被配置为位于与车轮轮毂相同的位置和/或取代车轮轮毂，所述车轮轮毂例如是电动自行车车轮的轮毂。换言之，在某些示例性实施例中，横向通量机器600在车轮内沿着旋转轴线的宽度不会比可用距离宽，所述可用距离例如是齿轮箱680与刹车盘670之间的距离。此外，在许多示例性实施例中，横向通量机器600可被配置为轻量型的，例如包含所有结构、机械部件、电气与磁性部件在内的总质量少于3千克。另外，横向通量机器600可被配置为紧凑型，例如具有小于2000立方厘米（cc）、小于1000立方厘米（cc）和/或小于750立方厘米（cc）的体积。在各种示例性实施例中，横向通量机器600可提供大约5牛顿－米到大约30牛顿－米的持续、热稳定输出转矩，以及大约10牛顿－米至大约60牛顿－米的峰值输出转矩。此外，横向通量机器600可以以高效率（例如超过90%的效率）在特定输出转矩范围内（例如介于大约15牛顿－米到大约45牛顿－米之间的输出转矩）、和/或在特定每分钟转数范围内（例如介于大约25转/每分与大约300转/每分之间）操作。一般而言，横向通量机器600可比许多先前的电动机器(特别是具有类似尺寸和/或质量的电动机器)更紧凑、转矩密度更大、更有效率和/或功率更大。

[0074] 在各种示例性实施例中，现在参阅图6B，横向通量机器600可被配置为具有一个或更多个传感器组件690。传感器组件690可包括任何合适的传感器和/或关联的电子部件与相关部件，例如温度传感器、电流传感器、电压传感器、霍尔效应传感器和/或被配置为用来测量与横向通量机器600的操作和/或控制有关的数值的任何其它合适的传感器或装置。在一个示例性实施例中，传感器组件690还包括霍尔效应传感器691。霍尔效应传感器691可安装、定位和/或被配置为测量横向通量机器600的一个或更多个特性。例如，在一个示例性实施例中，霍尔效应传感器691沿着构成转子组件650的交替的磁铁与通量集中器的边缘延伸。这样，例如通过有利于转子组件650相对于定子组件610的旋转位置的测量，霍尔效应传感器691有助于横向通量机器600操作的控制和/或表征。传感器组件690可位于横向通量机器600上的任何合适位置处。传感器组件690也可耦合至横向通量机器600的任何合适位置，例如定子本体616。

[0075] 现在转到图6C和6D，在各种示例性实施例中，横向通量机器600被配置为多相装置。定子部分611A和线圈620A构成第一相，定子部分611B和线圈620B构成第二相，定子部分611C和线圈620C构成第三相。此外，横向通量机器600可根据需要构成额外相和/或更少相。

[0076] 继续参阅图6D，在各种示例性实施例中，磁铁654和/或通量集中器652在大体上与其间的气隙平行的方向上至少部分“突出”（overhung）并超过定子相部分611的边缘。例如，磁铁654和/或通量集中器652可突出距离XL。这样，与每一定子相600A、600B和
600C相关联的反电动势（EMF）波形的峰值幅度可更接近彼此匹配。例如，通过使用突出的转子(例如磁铁654和通量集中器652)，在一个示例性实施例中，横向通量机器600可被配置为具有三个相600A、600B和600C，其中相应的反电动势（EMF）波形的峰值幅度差异不超过百分之5。

[0077] 换言之，通过使用突出的转子，可以使每一定子相600A、600B和600C的性能更类似。在一个示例性实施例中，磁铁654和通量集中器652经过定子相600A和600C的边缘突出一段大约2.75mm的距离XL。在各种示例性实施例中，距离XL介于大约0.5mm与大约4mm之间。有关突出的转子和/或定子的额外详细信息披露于本申请的同一申请人于相同的申请日所申请的、标题为“被配置为提供减少的磁漏、减少的磁滞损失且相位匹配的横向和/或换向通量系统”的共同未决美国专利申请中。

[0078] 在各种示例性实施例中，响应于提供给一个或更多个线圈620A、620B和620C的通电电流，转子组件650受驱动而转动。转子组件650绕轴旋转地由一个或更多个轴承692支撑。一个或更多个车轮轮辐耦合至轮辐孔659，从而将转矩从横向通量机器600传输至车轮，以便推进电动自行车或其它轻型电动车。

[0079] 在各种示例性实施例中，横向通量机器600以“直接驱动”方式连接至电动自行车的车轮。在这些实施例中，可减少和/或消除与齿轮箱或其它外部机械部件相关的低效率和/或损耗，从而让电动自行车用类似电池达到更长的续航力。此外，去除齿轮箱可允许增加用于横向通量机器600的空间，从而允许横向通量机器的尺寸增加并因而提高动力。因此去除齿轮箱可能还有助于提高电动自行车的加速度、最高速度以及爬坡能力。

[0080] 在其它示例性实施例中，横向通量机器600可通过齿轮箱或其它合适的方式耦合至车轮，以便使电动自行车具备扩展的运转速度和/或转矩分布，具备改善的爬坡性能和/或类似性能。

[0081] 在各种示例性实施例中，由操作人员踩下自行车踏板，所述踏板通过链条682耦合至齿轮箱680，从而将转矩传递至电动自行车车轮。因而，可用人力、横向通量机器600的操作和/或这两者结合来推进电动自行车。

[0082] 在某些示例性实施例中，横向通量机器600可以响应于机械力（例如响应于借助于链条682的齿轮箱680的旋转）而被驱动至旋转。在这些实施例中，横向通量机器600可被配置为起到发电机的作用，即在一个或更多个线圈620A、620B和620C中感应输出电流。该输出电流可以根据需要进行使用，例如用于对电池充电和/或操作灯光等。

[0083] 在一个示例性实施例中，横向通量机器600包括大约800克的有效磁性和电材料。在这个实施例中，横向通量机器600总质量大约2.9千克，并包括电气、磁性、机械与结构材料。在各种示例性实施例中，横向通量机器600包括介于大约750克与大约1500克之间的有效磁和电材料，并且具有介于大约2.5千克与大约4.5千克之间的总质量。

[0084] 在某些示例性实施例中，横向通量机器600被配置为具有每千克大约30牛顿－米的持续、热稳定转矩密度。在这些实施例中，横向通量机器600被配置为具有每千克大约60牛顿－米的峰值转矩密度。在其它示例性实施例中，横向通量机器600被配置为具有介于每千克大约5牛顿－米至每千克大约50牛顿－米之间的持续、热稳定转矩密度。

[0085] 在各种示例性实施例中，横向通量机器600与合适的马达控制器(图中未显示)具有大于85%的组合运转效率。在某些示例性实施例中，横向通量机器600与合适的马达控制器具有大于90%的组合运转效率。在一个示例性实施例中，横向通量机器600与合适的马达控制器具有大约92%的组合运转效率。

[0086] 在此所使用的“持续、热稳定的转矩密度”表示在一小时或超过一个小时的连续操作期间，在无有效冷却的情况下，可由马达维持的转矩密度。此外，一般来说，持续、热稳定的转矩密度可认为是可由马达维持长时间（例如一小时或超过一小时）连续操作，而无显著热性能衰退和/或损坏的转矩密度。

[0087] 在各种示例性实施例中，横向通量机器600被配置为每一线圈620A、620B和620C都具有低线圈阻抗，例如低于0.1欧姆的阻抗。在一个示例性实施例中，横向通量机器600被配置为每一线圈620A、620B和620C都具有低于0.05欧姆的线圈阻抗。因而，与线圈阻抗可能大约为0.375欧姆或更高的典型电动自行车马达相比，横向通量机器600实现了降低的阻抗损耗。例如，在20安培的电流下，横向通量机器600可以以大约20瓦的阻抗损耗运转，而典型电动自行车马达可能以150瓦或更高的阻抗损耗运转。在30安培的电流下，横向通量机器600可以以大约35瓦的阻抗损耗运转，而典型电动自行车马达可能以325瓦或更高的阻抗损耗运转。因而，在某些示例性实施例中，与具有较高线圈阻抗的电动马达相比，横向通量机器600被配置为在高电流下以显著较小的阻抗损耗运转。另外，在某些示例性实施例中，与具有类似线圈阻抗的电动马达相比，横向通量机器600被配置为以更高输出转矩水平(例如五倍、十倍和/或更多倍的输出转矩)运转。

[0088] 在各种示例性实施例中，横向通量机器600被配置为在所需的每分钟转数范围内运转。在一个示例性实施例中，横向通量机器600被配置为在介于大约0转/每分至大约300转/每分之间的每分钟转数范围内运转。在另一个示例性实施例中，横向通量机器600被配置为在介于大约0转/每分至大约500转/每分之间的每分钟转数范围内运转。一般而言，横向通量机器600可被配置为在任何合适的每分钟转数范围运转，以便操作电动自行车或其它纯电动车。

[0089] 进一步地，在各种示例性实施例中，横向通量机器600被配置为以较低的物理性的每分钟转数来达到高通量开关频率。一般而言，通量开关频率(“基频”)等于每分钟转数乘上极数，然后除以120。因而，由于横向通量机器600可被配置为具备大量马达极(例如50极、100极、200极和/或更多极)，横向通量机器600可以比各种先前的电动自行车马达、先前的横向通量机器和/或先前的换向通量机器具有更高的基频。例如，在一个示例性实施例中，横向通量机器600被配置为在物理性的每分钟转数不超过300转/每分时，实现通量开关频率超过250Hz。在另一个示例性实施例中，横向通量机器600被配置为在物理性的每分钟转数不超过300转/每分时，实现通量开关频率超过500Hz。在其它的示例性实施例中，横向通量机器600被配置为在物理性的每分钟转数不超过600转/每分时，实现通量开关频率超过1000Hz。

[0090] 在一个示例性实施例中，现在参阅图6E，横向通量机器600被配置为具有轴690。轴690的至少部分被配置为一定形状的轴部分691。根据需要，所述一定形状的轴部分691可以是六边形、正方形、五角形、星形和/或任何其它适合的形状。

[0091] 横向通量机器600产生的转矩可通过轴690传递给电动自行车的其它部分，例如通过机械耦合传递给所述一定形状的轴部分691。另外，轴690的终端部分可设置成与标准快拆耦合部件兼容。例如，轴690可为至少部分中空。另外，轴690可具有足够的长度，以延伸进入自行车框架中的空间(dropout)中，但不完全延伸至所述空间的端部。

[0092] 在各种示例性实施例中，继续参阅图6E，轴承支撑表面693沿着轴承692(图6E未显示)的内径来支撑轴承692。多个孔694位于轴承支撑表面693“下方”(例如在轴承支撑表面693与横向通量机器600的旋转轴之间)。电耦合件（例如电线）可穿过孔694从而进入一个或更多个线圈620(图6E未显示)。该“轴承下方”电线布线方式能实现用于横向通量机器600的简化的和/或更紧凑的电线布线。另外，轴承下方电线布线方式可使横向通量机器600兼容于标准盘刹和标准快拆部件这两者。例如，轴承下方电线布线方式避免了穿过轴进行电线布线，从而允许在轴端进行快拆耦合。

[0093] 在各种示例性实施例中，横向通量机器600可被配置为具有轴向间隙配置或径向间隙配置。横向通量机器600也可包括表面接合配置或空腔接合配置。类似地，根据本发明原理所配置的换向通量机器可被配置为具有轴向间隙配置或径向间隙配置、以及表面接合配置或空腔接合配置。另外，虽然已经结合电动自行车的电动马达概括性地讨论了本发明原理，但是根据本发明原理所配置的横向通量机器和/或换向通量机器可广泛地适用于各种应用，例如汽车应用、加工工具、设备和/或类似物。

[0094] 在各种示例性实施例中，横向通量机器和/或换向通量机器可被配置为取代自行车的齿轮箱、与自行车的齿轮箱互换和/或大体上放置在与自行车齿轮箱类似的空间内(例如被配置为“箱式马达”)。在各种先前的电动自行车及其它轻型电动车辆中，例如，马达典型配置在后车轮的轮毂中。后车轮通常定制设计，以便容纳轮毂马达。这会提高车轮的费用，并且限制部件选择，因为车轮和轮毂马达通常都是匹配成对配置的。因而，特殊定制的车轮一般只能与对应的定制轮毂马达配对，反之亦然，而非车轮与轮毂马达大体上兼容和/或可互换。相反，箱式马达能够翻新成与标准齿轮箱兼容的标准后轮。因而，现有自行车可更容易转换成电动操作，例如通过用标准箱式工具拆除现有齿轮箱，并安装箱式马达取代齿轮箱来实现。此外，通过用标准齿轮箱取代箱式马达，电动自行车就可转换成人力操作。

[0095] 在各种示例性实施例中，现在参阅图7A，箱式马达，例如箱式马达700，可被配置为具有与诸如齿轮箱799这样的齿轮箱大致相同的外部尺寸。箱式马达700也可被配置为与齿轮箱799占据大致相同的空间。例如，箱式马达700的外部尺寸(例如直径、宽度等)可类似于SRAM PG970箱、SRAM PG1070箱、SRAM Red OG-1090箱、Shimano CS-5600箱、Shimano CS-7900箱、Shimano CS-M970箱和/或类似物中的一种或更多种。在各种示例性实施例中，箱式马达700被配置为具有介于大约80毫米与大约140毫米之间的外径。在一个示例性实施例中，箱式马达700被配置为具有大约130毫米的外径。在各种示例性实施例中，箱式马达700被配置为沿着箱式马达700的旋转轴具有介于大约15毫米与大约40毫米之间的厚度。在一个示例性实施例中，箱式马达700被配置为沿着箱式马达700的旋转轴具有大约30毫米的厚度。此外，箱式马达700可根据需要被配置为具有任何合适尺寸以耦合至自行车。

[0096] 在一个示例性实施例中，现在参阅图7B和7C，箱式马达700可被配置为与标准箱式轮毂（例如轮毂798）匹配。例如，箱式马达700可以与轮毂798上的凹槽797接合。在另一个示例性实施例中，箱式马达700可被配置为与标准飞轮式轮毂匹配。例如，箱式马达700可以与轮毂上的螺纹接合。此外，箱式马达700可用任何合适的方式与车轮轮毂匹配和/或接合。一般而言，箱式马达700可被配置为以与标准齿轮箱类似的方式与轮毂接合和/或连接。这样，箱式马达700可被配置为标准齿轮箱的简易替代装置。

[0097] 箱式马达700可用各种方式和/或在各种位置耦合至自行车。在一个示例性实施例中，箱式马达700耦合至位于自行车上的现有支架或“焊接点”（braze on）上，所述“焊接点”例如是通常用于安装后变速器的焊接点。此外，箱式马达700可通过任何合适的紧固件、转矩臂、支架、沟槽、安装件和/或类似物耦合至自行车，以便将箱式马达700固定至自行车。

[0098] 在一个示例性实施例中，箱式马达700与标准直驱轮毂耦合。在其它示例性实施例中，箱式马达700耦合至带内齿的后轮毂（例如SRAM“DUALDRIVE II”系统或其它类似的带内齿的后轮毂）。如果需要，箱式马达700也可被配置为具有内行星齿轮或其它减速齿轮，以便进一步增加输出转矩。此外，可通过任何合适的部件和/或其组合来提供箱式马达700与车轮之间的传动。

[0099] 现在转到图7D和图7E，在一个示例性实施例中，箱式马达700包括转子750、一个或更多个线圈720和多个通量开关712。转子750包括多个磁铁754，所述多个磁铁与多个通量集中器752交错。通量开关712、线圈720、转子750、通量集中器752和/或磁铁754可用与上述类似部件相似的方式来运行。

[0100] 在一个示例性实施例中，箱式马达700还包括多个结构部件706。结构部件706可被配置为支撑、保护、引导和/或耦合至和/或容纳箱式马达700的有效磁性和/或电气部件。箱式马达700的一部分可被配置为相对于彼此能够旋转，并且可由一个或更多个轴承792旋转支撑。

[0101] 在各种示例性实施例中，箱式马达700被配置为具有外部链轮760，所述外部链轮被配置为与自行车的链条接合。在一个示例性实施例中，链轮760为固定齿轮。在另一个示例性实施例中，链轮760为飞轮。链轮760可被配置为具有与齿轮箱上的链轮类似的齿数。此外，链轮760可被配置为使得：在箱式马达700耦合至自行车时，链轮760相对于自行车的位置，与齿轮箱耦合至自行车时该齿轮箱上的链轮相对于自行车的位置类似。一般来说，链轮760被配置为允许箱式马达700成为自行车齿轮箱的“简易（drop in）”替代装置。换句话说，箱式马达700被配置为与自行车的各种现有传动系部件兼容。此外，在各种示例性实施例中，箱式马达700可被配置为具有多个链轮760。

[0102] 在一个示例性实施例中，箱式马达700被配置为在从大约0转/每分至大约200转/每分的每分钟转数范围内运转。在各种示例性实施例中，箱式马达700被配置为在与骑乘者人工操作自行车踏板相兼容的每分钟转数范围内运转。一般而言，横向通量机器600可被配置为在任何合适的每分钟转数范围运转，以便操作电动自行车或其它纯电动车。此外，在某些示例性实施例中，箱式马达700被配置为在介于大约50转/每分与大约250转/每分之间的每分钟转数内达到峰值运转效率。在一个示例性实施例中，箱式马达700被配置为在大约150转/每分时达到峰值运转效率。

[0103] 在某些示例性实施例中，因为箱式马达700可被配置为在箱式马达700与车轮之间(和/或在链条和链轮与箱式马达700之间)具有飞轮作用，所以箱式马达700可适应转矩传感器的使用。这样，箱式马达700的转矩输出可例如响应于自行车骑乘者踩踏力量的变化而进行调整、调节和/或改变。箱式马达700的转矩输出可通过任何合适的方式改变。例如，通过由马达控制器改变提供给箱式马达700的输入电压和/或输入电流、通过改变箱式马达700中的气隙和/或通过类似方式，可改变箱式马达700的转矩输出。

[0104] 进一步地，在一个示例性实施例中，箱式马达700可通过轮辐接合而耦合至自行车车轮，从而使自行车车轮能转动箱式马达700并允许该箱式马达作为发电机运行。这样，通过箱式马达700可实现发电操作和/或电池充电。

[0105] 在一个示例性实施例中，箱式马达700被配置为横向通量机器。在其它示例性实施例中，箱式马达700被配置为换向通量机器。在各种示例性实施例中，箱式马达700被配置为具有轴向间隙配置或径向间隙配置。箱式马达700也可被配置为具有表面接合配置或空腔接合配置。

[0106] 本发明原理可适合与横向通量机器和/或换向通量机器相关的各种其它原理相结合。例如，本发明原理可适合与用于横向通量机器和换向通量机器中的定子的原理相结合，例如与用于部分定子和/或间隙定子的原理相结合，如与本申请相同的申请人于2009年11月3日提出的、申请号为No.12/611,728的、标题为“横向和/或换向通量系统定子构思”（TRANSVERSE AND/OR COMMUTATED FLUXSYSTEM STATOR CONCEPTS）的共同未决美国专利申请中所描述的那样，其全部内容在此引入作为参考。

[0107] 本发明原理还可适合与横向通量机器和换向通量机器中的转子的原理相结合，例如与用带缠绕的转子和/或多路转子的原理相结合，如与本申请相同的申请人于2009年11月3日提出的、申请号为No.12/611,733的、标题为“横向和/或换向通量系统转子构思”（TRANSVERSE AND/OR COMMUTATED FLUX SYSTEMROTOR CONCEPTS）的共同未决美国专利申请所描述的那样，其全部内容在此引入作为参考。

[0108] 本发明原理还可适合与多相横向通量机器和/或多相换向通量机器的原理相结合，如与本申请相同的申请人于2009年11月3日提出的、申请号为No.12/611,737、标题为“多相横向和/或换向通量系统”（POLYPHASE TRANSVERSE AND/OR COMMUTATED FLUXSYSTEMS）的共同未决美国专利申请所描述的那样，其全部内容在此引入作为参考。

[0109] 本发明原理还可适合与横向通量机器和/或换向通量机器中延伸磁铁、突出的转子和/或重叠的定子齿的原理相结合，如本申请的同一申请人于相同的申请日所申请的、标题为“被配置为提供减少的磁漏、减少的磁滞损失且相位匹配的横向和/或换向通量系统”的共同未决美国专利申请中所描述的那样，其全部内容在此引入作为参考。

[0110] 本发明原理还可适合与横向通量机器和/或换向通量机器中相位偏移的原理相结合，如与本申请相同的申请人于相同申请日提出的、标题为“相位偏移的横向和/或换向通量系统”的共同未决美国专利申请中所描述的那样，其全部内容在此引入作为参考。

[0111] 此外，本发明原理还可适合与在此引入作为参考的任一和/或所有共同未决美国专利申请中所描述的任意数量原理结合。因而，例如，特定横向通量机器和/或换向通量机器(例如轮毂马达、箱式马达和/或类似物)可合并使用六分之一相偏移、使用延伸磁铁、使用突出的转子、使用重叠的定子齿、使用用带缠绕的转子、使用多路转子、使用部分定子、使用多相设计和/或类似物。所有这些组合、替换和/或其它相互关系都考虑在本发明的范围内。

[0112] 虽然许多具体实施例中已经显示了本发明原理，但是，在不背离本发明原理和范围的情况下，可运用尤其适合于特定环境与操作需求而在实践中使用的结构、排列、比例、元件、材料和部件的多种变更。这些及其它改变或变更皆包括在本发明的范围内，并且表述于权利要求中。

[0113] 已经参考许多实施例描述了本发明。但是，本领域普通技术人员应当理解的是，在没有脱离本发明范围的情况下，可以进行各种各样的改变和修改。因此，本说明书仅供说明之用并无限制之意，并且本发明的范围旨在包含所有这类修改。同样，上文对各个实施例描述了益处、其它优点以及问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案、以及会导致任何益处、优点或解决方案发生或变得更加显著的任何元素都不能构成任一项或全部权利要求关键、必需或必要的特征或元素。在此所使用的术语“包括”、“由……制成”或它们的其它任何变形都旨在涵盖非排斥的包括，这样，包括一列元素的工艺、方法、产品或设备不只包含这些元素，而是还包括未明确列入或隐含于这种工艺、方法、产品或设备内的其它元素。另外，在此所使用的术语“被耦合”、“耦合”或它们的任何其它变形旨在涵盖物理连接、电连接、磁性连接、光连接、通讯连接、功能连接和/或任何其它连接。权利要求中使用类似于“至少A、B或C中之一”的用语时，其含意在于下列任一：(1)至少A中之一；(2)至少B中之一；(3)至少C中之一；(4)至少A中之一和至少B中之一；(5)至少B中之一和至少C中之一；(6)至少A中之一和至少C中之一；或(7)至少A中之一、至少B中之一和至少C中之一。

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用于电动自行车的横向和/或换向通量系统

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