CN106411000B - 多维分相的电机和电机的多维分相方法及电动车辆 - Google Patents

Abstract

一种多维分相的电机，在均匀分布于电机转子上的每一转子磁极的轴向、径向及周向的多维立体空间分设三相定子磁极，如转子磁极102周围设置三相定子磁极103、104、105，转子磁极102与其径向外侧的定子磁极104正对时，另两相定子磁极103和105分列转子磁极102的轴向两侧，且在轴向看来，定子磁极103到轴心连线512与定子磁极104到轴心连线511的夹角为+α(向左)时，定子磁极105到轴心连线513与连线511的夹角为‑α(向右)，由电子系统分相控制定子的三相绕组，通过增设定子磁极，高效利用转子周围空间，减小了转矩波动，提高了转子受力密度、电机功率、响应性和加速及制动能力，也可作发电机使用。

Description

多维分相的电机和电机的多维分相方法及电动车辆

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及多维分相的电机和电机的多维分相方法及电动车辆。

背景技术

电机，是机械能与电能转换的装置，包括电动机和发电机，广泛应用于工业、农业、航天、交通、通信、计算机、科研、办公设备、家用电器、医疗设备、环保机械等多个领域，特别是应对于燃料资源的短缺和汽车尾气排放对大自然环境的破坏，世界多国都在积极努力研发各种新能源汽车；而作为新能源无污染的零排放的汽车，电机成为了核心的动力驱动部件，并且在车辆倒拖行驶时还可以作为发电机使用用以回收能量。

基于电动汽车的特点，对所采用的电机也有较高的要求，为了提升最高时速，电机应有较高的瞬时功率和功率密度(W/kg)；为了增加充电行驶距离，电机应有较高的效率；而且电动汽车是变速工作的，所以电机应有较高的高低速综合效率；此外有很强的过载能力、大的启动转矩、转矩响应要快。电动车起动和爬坡时速度较低，但要求力矩较大；正常运行时需要的力矩较小，而速度很高。

目前电动汽车电机主要有三种类型：

一是交流电机，其效率较低、体积和重量较大、速度响应性较差。

二是永磁电机，永磁同步电机也有自身的缺点，转子上的永磁材料在高温、震动和过流的条件下，会产生磁性衰退的现象，所以在相对复杂的工作条件下，电机容易发生损坏；而且永磁材料价格较高，因此整个电机及其控制系统成本较高。永磁同步电机在电动车辆应用较广泛。

三是开关磁阻电机，目前，从现已成熟的电机技术来看，开关磁阻电机在各个技术特性方面似乎更符合电动车的使用需要，但其振动和噪音问题是其电动车辆尤其是小型乘用车辆所不能承受的，因而尚未得到普及，仅在货物运输车辆上处于测试阶段。

纵观现有技术的汽车驱动电机来说，存在以下问题：其功率密度较为有限，这很大程度上限制了电动汽车行业的发展，交流电机虽说技术成熟可靠性强，但其体积和重量均较大，相比之下其功率密度仍然受限；综合现有电机应用于电动汽车方面的诸多问题，亟需有针对性地研发具有下述特点的高可靠汽车驱动电机：

1、功率方面：电机具有较高的功率密度，满足车辆动力需求；

2、转速方面：电机具有适应车辆多变的转速工况特性，满足驾驶需要；

3、转矩方面：电机高速、低速均具有较大转矩，适应车辆快速启动和爬坡及加速性能需求；

4、耐震方面：电机能够承受车辆颠婆耐震的工作环境；

5、温度方面：电机能够承受车辆使用时较大的环境温度变化范围，特别满足是高温环境要求；

6、抗过载方面：电机要经受多转速工况下的电流过载、驱动转矩过载、阻力转矩过载以及转矩多变冲击；

7、可靠性方面：电机具有较高的可靠性、耐久性、稳定性，经受车辆长期行驶过程的多工况耐久性检验；

8、重量方面：电机体积相对较小、重量相对较轻；

9、成本方面：电机材料成本相对较低，易于推广及大规模量产；

10、节能方面：电机在车辆倒拖行驶时还可以作为发电机使用用以回收能量。

11、电池匹配方面：电机电流消耗适应于电池的放电特性，特别是在起步工况、过载工况、长期过载运行时要减少或消除对电池的破坏性消耗。

发明内容

本发明目的是研发设计功率密度较大、转子结构相对较为简单的多相电机，使其较为适宜电动车辆的驱动，以解决上述问题中的至少一个问题。

本发明在总结原有电机的技术基础上，创造性地提出新的技术方案，在总结既有电机的技术特点时，发明人对电机的分相方法作了如下分类：现有技术的电机分相方法包括：①第一种分相方法是在转子旋转圆周方向进行分相，即“周向分相”，为“圆周维度”的分相，这种方法应用较为广泛，这种方法在用于开关磁阻电机时，其相位空间相互独立，使转子受力密度降低；②第二种方法是在轴向方向上同轴布置多相位定子绕组，即“轴向分相”，为“轴向维度”的分相，这种方法使电机的轴向加长；③第三种方法是在转子旋转圆盘的不同半径的圆周上布置不同相位的定子绕组，即“径向分相”，为“径向维度”的分相，这种方法使转子盘的结构较为复杂。

本发明的总体思路是：充分地利用了电机转子磁极周围的立体空间，创造性地在单转子盘的磁极周围的“周向”、“轴向”及“径向”多个维度的不同位置设置不同相位的定子磁极，随着转子的运转，在不同的时间点转子所处的不同的空间位置受到不同相位的磁场驱动，即：设置多维分相的定子磁极，使电机功率密度提高，同时转子的结构较为简单；同样作为发电机也可以提高发电功率密度。本发明的技术方案是：

依据本发明的第一方面，提供了一种多维分相的电机，包括转子、定子以及所述转子、定子的支撑元件和电子控制系统，其特殊之处是，

所述转子、定子、所述支撑元件和所述电子控制系统构成开关磁阻方式工作的电机，

所述转子包括其圆周上分布有软磁材料制成的转子磁极，

所述定子包括定子磁芯和定子绕组，

所述定子磁芯包括具有三个或三个以上相位的软磁磁极或软磁磁极对，不同相位的软磁磁极或软磁磁极对按一定相序分布于所述转子上转子磁极周围的多个维度的空间位置，所述多个维度的空间位置包括位于所述转子磁极周围的所述转子轴向、所述转子径向、所述转子旋转切向的三维立体空间的多个不同位置，

所述定子磁芯上绕有所述定子绕组，用于在所述定子绕组依相序通电时，使所述定子磁芯产生电磁力矩使所述转子旋转，或用于使所述定子绕组依相序产生感应电动势。

依据本发明的第二方面，提供了一种多维分相的电机，包括转子、定子以及所述转子、定子的支撑元件和电子控制系统，其特殊之处是，

所述转子、定子以及所述支撑元件和所述电子控制系统构成永磁电机，

所述转子包括其圆周上分布的永磁材料制成的转子磁极，

所述定子包括定子磁芯和定子绕组，

所述定子磁芯包括具有三个或三个以上相位的软磁磁极或软磁磁极对，不同相位的软磁磁极或软磁磁极对按一定相序分布于所述转子上转子磁极周围的多个维度的空间位置，所述多个维度的空间位置包括位于所述转子磁极周围的所述转子轴向、所述转子径向、所述转子旋转切向的三维立体空间的多个不同位置，

所述定子磁芯上绕有所述定子绕组，用于在所述定子绕组依相序通电时，使所述定子磁芯产生电磁力矩使所述转子旋转，或用于使所述定子绕组依相序产生感应电动势。

依据本发明的第三方面，提供了一种多维分相的电机，包括转子、定子以及所述转子、定子的支撑元件和电子控制系统，其特殊之处是，

所述转子、定子以及所述支撑元件和所述电子控制系统构成激磁电机，

所述转子圆周上分布有软磁材料制成的转子磁极以及激磁绕组，

所述定子包括定子磁芯和定子绕组，

所述定子磁芯包括具有三个或三个以上相位的软磁磁极或软磁磁极对，不同相位的软磁磁极或软磁磁极对按一定相序分布于所述转子上转子磁极周围的多个维度的空间位置，所述多个维度的空间位置包括位于所述转子磁极周围的所述转子轴向、所述转子径向、所述转子旋转切向的三维立体空间的多个不同位置，

所述定子磁芯上绕有所述定子绕组，用于在所述定子绕组依相序通电时，使所述定子磁芯产生电磁力矩使所述转子旋转，或用于使所述定子绕组依相序产生感应电动势。

依据本发明的第四方面，提供了一种多维分相的电机，包括转子、定子以及所述转子、定子的支撑元件和电子控制系统，其特殊之处是，

所述转子、定子以及所述支撑元件和所述电子控制系统构成永磁与激磁混合电机，

所述转子圆周上分布有软磁材料制成的转子磁极，

所述定子包括定子磁芯和定子绕组，

所述定子磁芯包括具有三个或三个以上相位的软磁磁极或软磁磁极对，不同相位的软磁磁极或软磁磁极对按一定相序分布于所述转子上转子磁极周围的多个维度的空间位置，所述多个维度的空间位置包括位于所述转子磁极周围的所述转子轴向、所述转子径向、所述转子旋转切向的三维立体空间的多个不同位置，

所述定子磁芯上绕有所述定子绕组，用于在所述定子绕组依相序通电时，使所述定子磁芯产生电磁力矩使所述转子旋转，或用于使所述定子绕组依相序产生感应电动势；

其中，所述转子和所述定子这二者之中至少之一在其磁回路上设有永磁体，用于增强所述磁回路的磁场。

依据本发明第一、第二、第三、第四这四个方面中任一方面所述的多维分相的电机，

进一步地，本发明还提供了一种多维分相的电机，其特殊之处在于，所述电机为内定子电机或外定子电机或内外定子电机或内外转子电机。

进一步地，本发明还提供了一种多维分相的电机，其特殊之处在于，

所述电机为周向绕组的多维分相的电机，

所述电机转子上均匀分布转子磁极，

所述定子磁芯与电机转子同轴心，所述定子磁芯在朝向转子侧的圆周上开有周向槽，所述周向槽是与所述电机轴向和径向分别垂直的圆周结构的槽，槽的开口指向转子一侧，所述槽的槽口两侧圆周上均匀分布有定子磁极，在所述转子磁极的多个维度上按照一定角度分相设置所述定子磁极，所述槽内嵌置周向绕组，所述周向绕组为单线绕制或多线并绕的圆型线圈结构，每相定子磁芯的槽内嵌置一相周向绕组，用于在所述周向绕组的激励下使所述定子磁极产生磁场驱动所述转子旋转或用于通过所述定子与转子磁场变化时使所述周向绕组产生感生电动势。

进一步地，本发明还提供了一种多维分相的电机，其特殊之处在于，

所述转子上的转子磁极和所述转子的轭部之为分体结构设置。

进一步地，本发明还提供了一种多维分相的电机，其特殊之处在于，

所述定子上的定子磁极和所述定子的轭部为分体结构设置。

依据本发明的第五方面，提供了一种电机的多维分相方法，其殊之处在于，

①在所述电机的转子圆周上均匀布设转子磁极，

②设置三相或三相以上的定子磁极数目，使每一相定子磁极数目与所数转子磁极数目均等，

③设置所述三相或三相以上的定子磁极位置：不同相位定子磁极按相序分布于所述转子上转子磁极周围的多个维度的空间位置，所述多个维度的空间位置包括位于所述转子磁极周围的所述转子轴向、所述转子径向、所述转子旋转圆周切向的三维立体空间的多个不同位置。

依据本发明第六方面还提供了一种电动车辆，其特殊之处在于，包括第一、第二、第三、第四这四个方面中任一方面所述的多维分相的电机，用于驱动所述车辆行驶。

本发明的有益效果是：

1、本发明第一方面所提供的多维分相的电机，属于开关磁阻电机，具有开关磁阻电机的优点，并且增加了功率密度，减小了振动和噪音，降低了能耗；应用于电动车辆时，延长了行驶里程，不仅适用于物流载货车辆，也适用于各种乘用车辆以及多种专用车辆，还适应于其他工矿设备。

2、本发明第二方面所提供的多维分相的电机，属于永磁电机，具有永磁电机的优点，并且增加了功率密度，降低了能耗，用于电动车辆时延长了行驶里程。

3、本发明第三方面所提供的多维分相的电机，属于激磁电机，具有激磁电机的优点，并且增加了功率密度，可靠性较高，用于电动车辆时延长了行驶里程。

4、本发明第三方面所提供的多维分相的电机，属于永磁与激磁混合电机，增加了功率密度，并且降低了能耗，应用于电动车辆时，延长了行驶里程。

5、本发明第五方面所提供的一种采用多维分相电机的电动车辆，具有较高的功率密度和效率，从而更加节能、车辆综合行驶性能得到提高，特别是起步性能、加速性能、耐久性能；对于采用第一方面开关磁阻方式的多维分相的电机的车辆，其耐久性、可靠性、耐温性、高速性能、耐震性能、低速扭矩特性均较好，对电池的耗损亦较小。

附图说明

图1是本实施方式提供的第一种多维分相的开关磁阻电机的转子轴向剖面示意图；

图2是第一种多维分相的开关磁阻电机的定子及转子的侧剖面结构示意图；

图3是第一种多维分相的开关磁阻电机的定子及转子的轴向剖面结构示意图；

图4是本实施方式提供的第二种多维分相的开关磁阻电机的侧剖面结构示意图；

图5是本实施方式提供的第三种多维分相的开关磁阻电机的侧剖面结构示意图；

图6是第三种多维分相的开关磁阻电机的另一种结构形式的侧剖面结构示意图；

图7是本实施方式提供的第一种多维分相的永磁电机的侧剖面结构示意图；

图8是第一种多维分相的永磁电机的轴向剖面结构示意图；

图9是本实施方式提供的第二种多维分相的永磁电机的侧剖面结构示意图；

图10是本实施方式提供的第三种多维分相的永磁电机的侧剖面结构示意图；

图11是本实施方式提供的第一种多维分相的激磁电机的侧剖面结构示意图；

图12是本实施方式提供的外定子式多维分相的电机的侧剖面结构示意图；

图13是本实施方式提供的内定子式多维分相的电机的侧剖面结构示意图；

图14是本实施方式提供的内外转子式多维分相的电机的侧剖面结构示意图；

图15是本实施方式提供的内外定子式多维分相的电机的侧剖面结构示意图；

图16是本实施方式提供的周向绕组的多维分相的电机的侧剖面结构示意图；

图17是本实施方式提供的周向绕组的多维分相电机转子轴向剖面结构示意图；

图18是周向绕组的多维分相电机的三相定子相位对比的轴向剖面结构示意图；

图19是本实施方式提供的外转子式周向绕组的多维分相电机侧剖面结构示意图；

图20是本实施方式提供的包括多维分相的电机的电动车辆结构示意图；

具体实施方式

为了实现本发明的目的，本发明实施方式提供了多维分相的电机及电动车辆。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式做以进一步详细描述，实施例仅用于说明本发明，并不用来限制本发明，本发明的权利范围由权利要求限定。

第一方面，本发明实施方式提供了一种多维分相的电机，

包括转子、定子以及所述转子、定子的支撑元件和电子控制系统，其结构特点是，

所述转子、定子、所述支撑元件和所述电子控制系统构成开关磁阻方式工作的电机，

所述转子包括其圆周上分布有软磁材料制成的转子磁极，

用于在所述转子磁极的多侧向分布的定子磁极产生的电磁力矩作用下使所述转子旋转，

或

用于在所述转子旋转时通过磁场的变化使在所述转子磁极的多侧向分布的定子磁极上的绕组产生感应电动势；

所述定子包括定子磁芯和定子绕组，

所述定子磁芯包括具有三个或三个以上相位的软磁磁极或软磁磁极对，不同相位的软磁磁极或软磁磁极对按一定相序分布于所述转子上转子磁极周围的多个维度的空间位置，所述多个维度的空间位置包括位于所述转子磁极周围的所述转子轴向、所述转子径向、所述转子旋转切向的三维立体空间的多个不同位置，

所述定子磁芯上绕有所述定子绕组，用于在所述定子绕组依相序通电时，使所述定子磁芯产生电磁力矩使所述转子旋转，或用于使所述定子绕组依相序产生感应电动势。

具体地，由下面实施例1至实施例3的进一步阐述。

实施例1

如图1所示，是本实施方式提供的第一种多维分相的开关磁阻电机的转子轴向剖面示意图；该转子采用凸极式结构，与转子轴100相连接的转子圆周上均匀分布有凸极形式的转子磁极，如转子磁极102，磁极之间的空缺位置如109为磁极距；可以用同种导磁材料将转子盘101和一周的转子磁极做成一体式结构，也可以将转子轴100和一周分布的转子磁极之间的圆盘连接体101做成分体式结构，因为本种电机的每一个转子磁极即可与相应的定子磁极以短磁路形式构成磁回路，所以其中圆盘连接体101可以采用非导磁材料。

图2是第一种多维分相的开关磁阻电机定子及转子的侧剖面结构示意图；转子轴100连接转子盘101，转子盘圆周上均匀分布有软磁材料制成的转子磁极如102等，在转子磁极多个侧向，也就是在该转子磁极在转子的轴向、径向、旋转切向这三维立体范围内的三个不同位置，设置有三个相位的定子磁极：其中第一相位的定子磁极103位于所述转子磁极轴向一侧的一定位置，第三相位的定子磁极105位于所述转子磁极轴向另一侧的一定位置，第二相位的定子磁极105位于所述转子磁极径向外侧的一定位置，且又如图3所示的三个定子磁极还具备旋转切向(方向或“周向”)一定角度位置：

图3是第一种多维分相的开关磁阻电机的定子及转子的轴向剖面结构示意图；在本图中，为便于理解，先仅就一个转子磁极102和三个相位的定子磁极103、104、105来描述其(在转子旋转方向上即“周向”)相对位置特征，所以，仅就当电机转子和定子磁极处于如图所示的相对位置时，仅画出其中一个转子磁极102和此时与其相关的三个相位的定子磁极103、104、105的位置关系图：

这是从电机的轴向进行观察，如图所示，在设定所述定子磁极104处于设定的0位置时，即设定定子磁极104的中心点与转子轴心连线为垂向中心线511，则定子磁极104在旋转切向上的角度为0，定子磁极103的中心点到转子轴心的连线512与中心线511在旋转切向上的角度为向左的-α，定子磁极105的中心点到转子轴心的连线512与中心线511在旋转切向上的角度为向右的+α，因此，若转子磁极102正处于图示位置即磁极102与第二相定子磁极104位于正对位置(称之为“对中”位置)，可以理解为：此时第一相定子磁极103的位置为处于转子磁极102的左前方，此时第三相定子磁极105的位置为处于转子磁极102的右后方，第一相定子磁极103可以在转子磁极102的前方施加作用力，第二相定子磁极104可以在转子磁极102的径向外侧施加作用力，第三相定子磁极105可以在转子磁极102的后方施加作用力；或者可以理解为：此时第一相定子磁极103的位置为处于转子磁极102的左后方，此时第三相定子磁极105的位置为处于转子磁极102的右前方。

第一相定子磁极103上绕有第一相定子绕组106、第二相定子磁极104上绕有第一相定子绕组107、第三相定子磁极105上绕有第一相定子绕组108，电机上所有定子磁极按其所属相序进行连接，使三相绕组在电机的电子控制系统控制下，根据检测到的转子相对位置控制三相定子绕组的电流，作为开关磁阻电动机或开关磁阻发电机使用，其电子控制系统可与通常的开关磁阻电机的电控单元采取同样的控制方式。

需要说明的是，众所周知，作为电机还需要定子壳体、轴承、基座等支撑部件，附图中针对性地显示了本发明所突出的与主题相关的技术特征，对于一些公知的重复性技术内容如定子壳体、轴承、基座等支撑部件以及电子控制系统的电路结构，图中未予示出(以下同)。

在如图1所示的转子圆周上的每一个转子磁极周围的多维位置上，均和上述的转子磁极102一样合理地设有多维分相的三相定子磁极，需要说明的是，在设置多维分相的三相磁极分布时，众所周知应该合理布置三相磁极之间的周向相对角度位置，以合理划分三相定子磁极对转子磁极的磁力作用角度范围，即每相磁极作用角度范围应该大致相等且定子磁极与转子磁极宽度相当，避免相间或极间产生有害的磁力抵消或磁力干涉。

这样，充分地利用了电机转子磁极周围的立体空间，创造性地在单转子盘的磁极周围的“周向”、“轴向”及“径向”多个维度的不同位置设置不同相位的定子磁极，随着转子的运转，在不同的时间点转子所处的不同的空间位置可以受到不同相位的磁场驱动，即：设置多维分相的定子磁极，使电机功率密度提高，同时转子的结构较为简单；同样作为发电机也可以提高发电功率密度。

实施例2

图4是本实施方式提供的第二种多维分相的开关磁阻电机的侧剖面结构示意图；在图示的开关磁阻电机电机中，转子轴120连接转子盘121，转子盘外圆周均匀布置转子磁极，每一转子磁极包括向三个方向伸出的分相磁极，其中第一分相磁极122位于图示的左侧，第二分相磁极123位于图示的上侧，第三分相磁极124位于图示的右侧，三个分相磁极的几何中心与转子轴心线均位于同一径向切面上；转子的每一分相磁极外配置有相应的C型定子磁极，每一C型定子磁极具有两个磁极围绕在转子分相磁极两侧构成定子磁极对，每一C型定子磁极上绕有定子绕组，其中，

第一相定子磁极125设有第一相定子绕组128，其定子磁极对位于转子分相磁极122两侧，

第二相定子磁极126设有第二相定子绕组129，其定子磁极对位于转子分相磁极123两侧，

第三相定子磁极127设有第三相定子绕组130，其定子磁极对位于转子分相磁极124两侧，

每一定子磁极与转子分相磁极之间留有适宜间隙，这样，每一定子磁极与转子分相磁极为短磁路结构，减少了漏磁及涡流损耗。

与前一实施例类似地，定子磁极126处于与转子分相磁极123“对中”时，虽然转子分相磁极122、123也在这一平面上，但定子磁极125和定子磁极127的中心线不会同时在这切面上，故定子磁极125、127以虚线的方式表示其相位与定子磁极126不同；也就是，在轴向上看来，定子磁极125、126、127分别为不同的周向角度，期间的夹角换算为磁极之间的电角度可设为120°，即为邻相定子磁极极间的相位差；这与图3所示的定子磁极分布规律相同，故该电机的轴向剖面结构未在附图中示出。

实施例3

图5是本实施方式提供的第三种多维分相的开关磁阻电机的侧剖面结构示意图；该电机采用多维分相的5相定子，共同作用于仅具有单周磁极分布的单一转子的结构形式，如图中所示，转子圆周上均匀分布转子磁极，如133，在每一转子磁极的多维位置上分布有5个相位的定子磁极，如5相定子磁极134、135、136、137、138，每一相定子磁极数目与转子磁极数目均等，每一转子磁极对应5个定子磁极的方向呈平面，且与定子磁极间留有适宜间隙，转子磁极133通过转子连接体132与转子轴131固定。

易于理解且图中未予示出的是，在轴向上看来，定子磁极134、135、136、137、138分别为不同的周向角度，其间的夹角换算为磁极之间的电角度，即为定子磁极极间的相位差，如5相定子的相邻极间相位差为72°电角度。

5相绕组在电机的电子控制系统控制下，根据检测到的转子相对位置控制5相定子绕组的电流，作为开关磁阻电动机或开关磁阻发电机使用。

图6是第三种多维分相的开关磁阻电机的另一种结构形式的侧剖面结构示意图；该电机采用多维分相的5相定子，共同作用于单周分布磁极的单一转子的结构形式，如图中5相定子磁极142、143、144、145、146，转子圆周上均匀分布转子磁极，如141，每一转子磁极对应5个定子磁极的方向呈近圆弧形，且与定子磁极间留有适宜间隙，转子磁极141通过转子连接体与转子轴140固定。

第一相定子磁极142的几何中心与转子磁极141几何中心连线147、

第二相定子磁极143的几何中心与转子磁极141几何中心连线148、

第三相定子磁极144的几何中心与转子磁极141几何中心连线149、

第四相定子磁极145的几何中心与转子磁极141几何中心连线150、

第五相定子磁极146的几何中心与转子磁极141几何中心连线151，

相邻(相位定子与转子中心)连线夹角可采取相等的方式，来布置多相定子磁极。

易于理解且图中未予示出的是，在轴向上看来，定子磁极142、143、144、145、146分别为不同的周向角度，其间的夹角换算为磁极之间的电角度，即为定子磁极极间的相位差，如5相定子的相邻极间相位差为72°电角度。

5相绕组在电机的电子控制系统控制下，根据检测到的转子相对位置控制5相定子绕组的电流，作为开关磁阻电动机或开关磁阻发电机使用。

第二方面，本发明实施方式提供了一种多维分相的电机，

包括转子、定子以及所述转子、定子的支撑元件和电子控制系统，其结构特点是，

所述转子、定子以及所述支撑元件和所述电子控制系统构成永磁电机，

所述转子包括其圆周上分布的永磁材料制成的转子磁极，

用于在所述转子磁极的多侧向分布的定子磁极产生的电磁力矩作用下使所述转子旋转，

或

用于在所述转子旋转时通过磁场的变化使在所述转子磁极的多侧向分布的定子磁极上的绕组产生感应电动势；

所述定子包括定子磁芯和定子绕组，

所述定子磁芯包括具有三个或三个以上相位的软磁磁极或软磁磁极对，不同相位的软磁磁极或软磁磁极对按一定相序分布于所述转子上转子磁极周围的多个维度的空间位置，所述多个维度的空间位置包括位于所述转子磁极周围的所述转子轴向、所述转子径向、所述转子旋转切向的三维立体空间的多个不同位置，

所述定子磁芯上绕有所述定子绕组，用于在所述定子绕组依相序通电时，使所述定子磁芯产生电磁力矩使所述转子旋转，或用于使所述定子绕组依相序产生感应电动势。

具体地，如下面实施例4至实施例6的阐述。

实施例4

图7是本实施方式提供的第一种多维分相的永磁电机的侧剖面结构示意图；图7所示的电机结构特点是，转子轴160通过连接体161连接转子圆周上的均匀分布的转子磁极，如162，在转子磁极162对应三个定子磁极的方向上装有三个永磁磁极163、164、165，与上述开关磁阻电机类似地，转子磁极162的周围具有多维方向设置的定子磁极166、167、168，三相定子磁极上的定子绕组169、170、171分别受到电子控制系统控制，与前述开关磁阻电机不同的是：前述的开关磁阻电机定、转子极间只能是磁拉力，而本实施例定子磁极与转子磁极之间可以产生磁推力，使电机控制方式更为多样化，在电子控制系统控制下，该多维分相的三相永磁电机可以作为电动机或者发电机使用。

图8是第一种多维分相的永磁电机的轴向剖面结构示意图；在本图中，为便于理解，先仅就一个转子磁极162和三个相位的定子磁极166、167、168来描述其相对位置特征(故图中仅画出一个转子磁极162和三个相位的定子磁极166、167、168)：

从电机的轴向观察，如图所示，在设定定子磁极167处于设定的0位置时，即设定定子磁极167的中心点与转子轴心连线为垂向中心线515，则定子磁极167的旋转切向上的角度为0，定子磁极166的中心点到转子轴心的连线516与中心线515在旋转切向上的角度为向左的-α，定子磁极168的中心点到转子轴心连线517与中心线515在旋转切向上的角度为向右的+α；

因此，若转子磁极167正处于图示位置即磁极162与第二相定子磁极167为“对中”位置时，可以理解为：此时第一相定子磁极166处于转子磁极162的左前方，此时第三相定子磁极168处于转子磁极162的右后方，第一相定子磁极166可以在转子磁极162的前方施加作用力，第二相定子磁极167可以在转子磁极162的径向外侧施加作用力，第三相定子磁极168可以在转子磁极162的后方施加作用力；或者可以理解为：此时第一相定子磁极166的位置处于转子磁极162的左后方，此时第三相定子磁极168的位置处于转子磁极162的右前方。

实施例5

图9是本实施方式提供的第二种多维分相的永磁电机的侧剖面结构示意图；图中转子轴180通过连接体181连接转子圆周上均匀分布的转子磁极如182，每一转子磁极向外伸出分相的三对永磁磁极，在分相三个永磁磁极的有效磁力作用区分别设有多维分相的三相定子磁极；以转子磁极182为例：其向外伸出分相的三对永磁磁极183、184、185，在分相的永磁磁极183、184、185的有效磁力作用区分别设有多维分相的三相定子磁极187、189、190，每一相定子磁极上具有定子绕组，三相定子磁极在轴向的分相设置规律与上述图8中所述相同，此处不再赘述。三相定子绕组186、188、191在电子控制系统控制下，该多维分相的三相永磁电机可以作为电动机或者发电机使用。

实施例6

图10是本实施方式提供的第三种多维分相的永磁电机的侧剖面结构示意图；图中转子轴200通过连接体连接转子圆周上均匀分布的转子磁极如201，，每一转子磁极沿三个方向设置分相的三个永磁磁极，在分相永磁磁极的有效磁力作用区分别设有多维分相的三相定子磁极，以图中位置的转子磁极201为例：

转子磁极201沿三个方向设置分相永磁磁极202、203、204，在分相永磁磁极202、203、204的有效磁力作用区分别设有多维分相的三相定子磁极205、206、207，并相应地设有定子绕组，多维分相的三相定子磁极在轴向方向的分相设置规律与上述图8中所述相同，三相定子绕组在电子控制系统控制下，该多维分相的三相永磁电机可以作为电动机或者发电机使用。

第三方面，本发明实施方式提供了一种多维分相的电机，包括转子、定子以及所述转子、定子的支撑元件和电子控制系统，其结构特点是，

所述转子、定子以及所述支撑元件和所述电子控制系统构成激磁电机，

所述转子圆周上分布有软磁材料制成的转子磁极以及激磁绕组，

用于在所述转子磁极多侧向分布的定子磁极产生的电磁力矩作用下使所述转子旋转，

或

用于在所述转子旋转时通过磁场的变化使在所述转子磁极多侧向分布的定子磁极上的绕组产生感应电动势；

所述定子包括定子磁芯和定子绕组，

所述定子磁芯包括具有三个或三个以上相位的软磁磁极或软磁磁极对，不同相位的软磁磁极或软磁磁极对按一定相序分布于所述转子上转子磁极周围的多个维度的空间位置，所述多个维度的空间位置包括位于所述转子磁极周围的所述转子轴向、所述转子径向、所述转子旋转切向的三维立体空间的多个不同位置，

所述定子磁芯上绕有所述定子绕组，用于在所述定子绕组依相序通电时，使所述定子磁芯产生电磁力矩使所述转子旋转，或用于使所述定子绕组依相序产生感应电动势。

具体地，如下面实施例7的阐述。

实施例7

图11是本实施方式提供的第一种多维分相的激磁电机的侧剖面结构示意图；图中，转子轴210通过连接体连接转子圆周上均匀分布的激磁式转子磁极，如图所示的转子磁极上包括转子磁极对211、212，转子磁极对214、213转子磁极对224、225等，转子磁极对所在的转子磁极绕有相应的转子激磁绕组，转子激磁绕组通过端线220连接激磁电源，其可以采取碳刷、滑环等方式连接激磁电源，也可以采取无刷方式获取激磁能量。

在所示定子磁极周围的多维空间设置有多维分相的三相定子磁极贴近转子磁极对，每一定子磁极对如(215、216)，(217、218)，219等具有其定子绕组221，222，223；定子磁极的轴向上的分相设置规律与上述图8中所述相同，三相定子绕组在电子控制系统控制下，该多维分相的三相永磁电机可以作为电动机或者发电机使用。

第四方面，本发明实施方式提供了一种多维分相的电机，

包括转子、定子以及所述转子、定子的支撑元件和电子控制系统，其结构特点是，

所述转子、定子以及所述支撑元件和所述电子控制系统构成永磁与激磁混合电机，

所述转子圆周上分布有软磁材料制成的转子磁极，

用于在所述转子磁极多侧向分布的定子磁极产生的电磁力矩作用下使所述转子旋转，

或

用于在所述转子旋转时通过磁场的变化使在所述转子磁极多侧向分布的定子磁极上的绕组产生感应电动势；

所述定子包括定子磁芯和定子绕组，

所述定子磁芯包括具有三个或三个以上相位的软磁磁极或软磁磁极对，不同相位的软磁磁极或软磁磁极对按一定相序分布于所述转子上转子磁极周围的多个维度的空间位置，所述多个维度的空间位置包括位于所述转子磁极周围的所述转子轴向、所述转子径向、所述转子旋转切向的三维立体空间的多个不同位置，

所述定子磁芯上绕有所述定子绕组，用于在所述定子绕组依相序通电时，使所述定子磁芯产生电磁力矩使所述转子旋转，或用于使所述定子绕组依相序产生感应电动势；

其中，所述转子和所述定子这二者之中至少之一在其磁回路上设有永磁体，用于增强所述磁回路的磁场。

容易理解的是，对于多维分相的永磁与激磁混合电机，其结构是在前述多维分相的激磁电机基础上，转子磁极或定子磁极上附加有永磁磁体，用于增强磁回路的磁场，增大定、转子之间的磁拉力或磁推力，其工作过程与前述的永磁电机基本一致，这里不再赘述，附图中未予示出。同样可以理解的是，为了便于电机的生产装配，可以将转子上的转子磁极和转子的轭部设计为分体结构形式，也可以将定子上的定子磁极和定子的轭部设计为为分体结构形式。

上述四个方面的实施方式分别从结构特点上阐述了的多维分相的电机，对于符合于上述四个方面多维分相电机技术方案的一些优选的其他实施例，下面将作以进一步详细阐述。

首先，本发明实施方式还进一步提供了具有下述结构特点的外定子式多维分相的三相电机，具体地如下面实施例8的阐述。

实施例8

图12是本发明实施方式提供的外定子式多维分相的电机的侧剖面结构示意图；图中，转子轴230连接转子盘，转子盘圆周上均匀分布转子磁极，如转子磁极233，定子231与转子轴之间装有轴承，如轴承232；定子231内部固定有多维分相的三相定子磁极，如定子磁极234、235、236分属不同的相位，与前述多维分相的三相电机的同样的，定子磁极234、235、236在轴向看来其周向角度不同，三相定子磁极以圆周方向(即“周向”)相互间隔120电角度的位置作用于转子磁极。本图显示了如上所述的四个方面的多维分相的三相电机的共同具有的结构特点，可作为多维分相的三相开关磁阻电机、多维分相的三相永磁电机、多维分相的激磁电机以及多维分相的永磁与激磁混合电机的侧向剖面结构示意图；因此本图可以进一步较直观的说明本技术方案的发明思路，使本发明技术方案更加清楚明了。

其次，本发明实施方式还进一步提供了具有下述结构特点的内定子式多维分相的三相电机，具体地如下面实施例9的阐述。

实施例9

图13是本实施方式提供的内定子式多维分相的电机的侧剖面结构示意图；其结构特点是，电机的外转子242与内定子之间装有轴承，如241；外转子242的圆周内部均匀分布有朝向内侧的转子磁极，如转子磁极245；按照多维分相的三相绕组的相位差电角度，在每一转子磁极的轴向两侧及所述转子磁极旋转圆周内侧，设置有的多维分相的三相定子磁极，这三相定子磁极都固定于内定子上，再通过内定子轴固定于电机外部基座上；如图位置所示的转子磁极245周围的多维分相的定子磁极244、243、246，这三相定子磁极在轴向方向看来分属不同的“周向”角度位置，确保三相定子磁极之间间隔一定的相间电角度，三相定子磁极上具有相应的三相绕组，在电机的电子控制系统控制下，完成电机的分相控制，作为电动机或发电机使用。

本图显示了如上所述的四个方面的多维分相的内定子式三相电机的结构特点，可作为多维分相的内定子式三相开关磁阻电机、多维分相的内定子式三相永磁电机、多维分相的内定子式三相激磁电机以及多维分相的内定子式三相永磁与激磁混合电机的侧向剖面结构示意图。

再次，本发明实施方式还进一步提供了具有下述结构特点的内外转子式多维分相的三相电机，具体地如下面实施例10的阐述。

实施例10

图14是本实施方式提供的内外转子式多维分相的电机的侧剖面结构示意图；如图所示，阴影部分253为电机定子，定子轴和内转子轴250之间装配有轴承如251，定子轴和外转子263之间装配有轴承252/254；

内转子圆周上均匀分布有伸向外侧的内转子磁极，如内转子磁极255，外转子圆周上均匀分布有伸向内侧的外转子磁极，如外转子磁极259，作用于内转子磁极255的多维分相的三相定子磁极如256、258、257，作用于外转子磁极259的多维分相的三相定子磁极如260、264、261，内转子磁极数目、外转子磁极数目和作用于内转子磁极的每一相定子磁极数目、作用于外转子磁极的每一相定子磁极数目均相等；每相定子磁极上具有定子绕组，作用于内转子磁极的三相定子绕组和作用于外转子磁极的三相定子绕组可以由电子控制系统实施同步控制或异步控制，可分别控制内转子和外转子的转向、转速及转矩，可以应用于一些特殊需求的自动控制技术当中。当然也可以作为三相发电机使用。

本图显示了如上所述的四个方面的多维分相的内外转子式三相电机的结构特点，可作为多维分相的内外转子式三相开关磁阻电机、多维分相的内外转子式三相永磁电机、多维分相的内外转子式激磁电机以及多维分相的内外转子式永磁与激磁混合电机的侧向剖面结构示意图。

其后，本发明实施方式还进一步提供了具有下述结构特点的内外定子式多维分相的三相电机，具体地如下面实施例11的阐述。

实施例11

图15是本实施方式提供的内外定子式多维分相的电机的侧剖面结构示意图；如图所示，阴影部分270为电机转子，转子轴套和内定子轴273之间装配有轴承如272，转子轴套和外定子275之间装配有轴承如274；

转子圆周上均匀分布有伸向外侧的转子的外磁极，如转子的外磁极281，转子圆周上还均匀分布有伸向内侧的转子的内磁极，如转子的内磁极279，内定子圆周上均匀分布有作用于所述转子的内磁极279的多维分相的三相内定子磁极如278、276、280，外定子圆周上均匀分布有作用于转子的外磁极281的多维分相的三相外定子磁极如282、283、284；转子的内磁极数目、转子的外磁极数目和作用于转子的内磁极的每一相内定子磁极数目、作用于转子的外磁极的每一相外定子磁极数目均等。

每相定子磁极上具有定子绕组，作用于转子的内磁极的三相内定子绕组和作用于转子的外磁极的三相外定子绕组可以由电子控制系统实施内外双三相控制，可分别控制内定子三相绕组和外定子三相绕组，从而增加电机输出功率，提高电机转子转速响应性，本实施例阐述的内外定子的电机结构，可以应用于一些特殊需求的电驱动控制技术当中，当然也可以作为三相发电机使用。

本图显示了如上所述的四个方面的多维分相的内外定子式三相电机的结构特点，可作为多维分相的内外定子式开关磁阻电机、多维分相的内外定子式永磁电机、多维分相的内外定子式激磁电机以及多维分相的内外定子式永磁与激磁混合电机的侧向剖面结构示意图。

另外，符合于上述四个方面多维分相的电机的技术方案，为了克服传统电机绕组端部带来的漏磁及损耗的弊端，本发明实施方式还进一步提供了具有下述结构特点的采用周向绕组的多维分相的电机。

所述电机转子上均匀分布转子磁极，

所述定子磁芯与电机转子同轴心，所述定子磁芯朝向转子的圆周方向开有周向槽，所述周向槽是与所述电机轴向和径向分别垂直的圆周结构的槽，槽的开口指向转子一侧，所述槽的槽口两侧圆周上均匀分布有定子磁极，在所述转子磁极的多个维度上按照一定角度分相规律设置所述定子磁极，所述槽内嵌置周向绕组，所示周向绕组为单线绕制或多线并绕的圆型线圈结构，定子磁芯的每个槽内嵌置一相周向绕组，用于在所述周向绕组的激励下使所述定子磁极产生磁场驱动所述转子旋转，或用于在所述定子与转子磁场变化时使所述周向绕组产生感生电动势。具体地，以三相电机为例，如下面实施例12的阐述。

实施例12

图16是本实施方式提供的周向绕组的多维分相的电机的侧剖面结构示意图。

如图16、图17及图18所示：所述电机转子400上均匀分布转子磁极如404、420等，所示转子磁极为凸极式磁极，磁极之间的空缺位置如462为磁极距。

所述定子磁芯402与电机转子同轴心，所述定子磁芯朝向转子的3个圆周方向开有3个周向槽，所述周向槽是与所述电机轴向和径向分别垂直的圆周结构的槽，槽的开口指向转子一侧，如图中位于转子磁极404一侧的槽405、位于转子磁极404圆周外侧的槽406、位于转子磁极404另一侧的槽407；这三个槽中每一槽口两侧圆周上均匀分布有定子磁极；定子磁极与转子磁极之间留有适宜间隙。

定子磁芯的每个槽内嵌置一相周向绕组，所示周向绕组为单线绕制或多线并绕的圆型线圈结构，槽405内有周向绕组575，槽406内有周向绕组576，槽407内有周向绕组577，用于在所述周向绕组的激励下使同一槽口两侧对应的两个定子磁极磁性相异构成磁极对，并与转子磁极如404发生磁力作用，按照定子磁极分相相序位置分别驱动所述转子旋转或用于在所述定子与转子磁场变化时使所述周向绕组产生感生电动势。

其中，槽405的槽口两侧圆周(如图中槽405上的虚线)均匀分布有定子磁极如421和422构成磁极对，槽406的槽口两侧圆周(如图中槽406上的虚线)均匀分布有定子磁极如423和424构成磁极对，槽407的槽口两侧圆周(如图中槽407上的虚线)均匀分布有定子磁极如425和426构成磁极对，其中：

槽405上的磁极对属于第一相定子磁极对，

槽406上的磁极对属于第二相定子磁极对，

槽407上的磁极对属于第三相定子磁极对，每一相磁极对数目和转子磁极数目均等。

在所述转子磁极的多个维度上按照一定角度分相规律设置分为三相的所述定子磁极，按照三相电机分相规律，相间相差120°电角度，因此位于三个槽上的三相磁极对在轴向看来相互错开120°电角度的位置，例如第一相定子磁极如421/422的中心线位于与转子磁极404“对中”位置设为0°电角度，则第二相定子磁极如423/424的中心线位于与转子磁极404向右的+120°电角度位置，第三相定子磁极如425/426的中心线位于与转子磁极404向右的+240°电角度位置，也就是三相定子磁极(对)分布于所示转子磁极404的轴向、径向、旋转圆周方向(即周向)的三维空间的不同位置，即为“多维分相”。

采取该多维分相的方法，提高了转子磁极的受力密度，提高了电机的单位质量的功率输出能力即功率密度；采用周向绕组避免了原有技术的绕组端部带来的较大的漏磁损耗和热功损耗，从而提高电机的效率。

图17是本实施方式提供的周向绕组的多维分相电机转子轴向剖面结构示意图；图中转子圆周均匀分布转子磁极，如转子磁极404等，极间空缺位置如462为转子磁极距，图中403为转子圆盘部分连接体，400为转子轴。

图18是周向绕组的多维分相电机的三相定子相位对比的轴向剖面结构示意图；较为明晰地显示了三相定子磁极的相位关系，将三相定子按照其相位相对位置，将三相剖面图移放在同一平面、同一角度参考基准线500上进行比较。

图18中左侧的槽体405中间开有圆周槽路452，槽口两侧圆周上均匀分布有第一相转子磁极如421/422构成磁极对，427/428构成磁极对，磁极间距(极间空缺位置)450/451为磁极距，当转子磁极404与第一相定子磁极对421/422“对中”时，即磁极421/422与转子轴心的连线501、与转子磁极404和转子轴心的连线501相重合为同一位置，两连线夹角δ＝0°电角度；

图18中中间的槽体406的中间开有圆周槽路456，槽口两侧圆周上均匀分布有第二相转子磁极如423/424构成磁极对，429/430构成磁极对，磁极间距(极间空缺位置)457/458为磁极距(轴向切面图仅能显示一侧的磁极及“极间空缺位置”)，当转子磁极404与第一相定子磁极对的421/422对中时，第二相定子磁极的423/424与转子轴心的连线504、与转子磁极404和转子轴心的连线502(502与前述501及后述的503均为垂直于水平基准线500的垂直线)夹角为β，设置：两连线夹角β＝15°几何角度；

以如图所示的电机定子、转子极数为例计算磁极之间的几何角度与电角度的关系：

转子极数：8极，单相定子磁极(对)数目＝8，

按每相定子磁极宽度＝磁极距宽度计算，每相定子磁极所占几何角度＝每相定子磁极距所占几何角度＝360/16＝22.5°，而每相1定子磁极+1磁极距＝360度电角度，

因此每相定子磁极电角度＝22.5°x8＝180°，

相距120°电角度换算成几何角度为：120/8＝15°，因此，磁极423/424比磁极421/422向右超前+120°电角度；

图中右侧的槽体407中间开有圆周槽路461，槽口两侧圆周上均匀分布有第三相转子磁极如425/426构成磁极对，431/432构成磁极对，磁极间距(极间空缺位置)459/460为磁极距，当转子磁极404与第一相定子磁极对421/422对中时，第三相定子磁极的425/426和转子轴心的连线505、与转子磁极404和转子轴心的连线503的夹角为γ，设置夹角γ＝30°几何角度；与上述同理可以计算出，磁极425/426比磁极423/424向右超前+120°电角度。

图17中的转子外圆周463和图18中的第二相磁极所在槽体(即第二相定子磁芯)的内圆周之间留有间隙。

由此可见，相邻定子磁极相差电角度为120°，符合三相电机分相规律要求，在相应的电子控制系统控制下，按照三相电动机或三相发电机工作。

另外，较为容易理解的是，也可以将周向绕组的多维分相电机设计为外转子式电机(即内定子式)，其结构与前述外转子电机仅仅是在定子绕组形式上有所区别，其工作过程不再赘述，其结构示意图如图19所示；其中：

700为定子，

701为转子，

702、703为转子圆周上均匀分布的转子磁极其中的两个磁极，

704为第一相定子磁极，

705为第二相定子磁极，

706为第三相定子磁极，

707为第一相定子的周向绕组，

708为第二相定子的周向绕组，

709为第三相定子的周向绕组。

第五方面，本发明实施方式还提供了一种电机的多维分相方法，

①在所述电机的转子圆周上均匀布设转子磁极，

②设置三相或三相以上的定子磁极数目，使每一相定子磁极数目与所数转子磁极数目均等，

③设置所述三相或三相以上的定子磁极位置：不同相位定子磁极按相序分布于所述转子上转子磁极周围的多个维度的空间位置，所述多个维度的空间位置包括位于所述转子磁极周围的所述转子轴向、所述转子径向、所述转子旋转圆周切向的三维立体空间的多个不同位置。

由于电机在结构设计上充分地利用了电机转子磁极周围的立体空间，创造性地在单转子盘的磁极周围的“周向”、“轴向”及“径向”多个维度的不同位置设置不同相位的定子磁极，随着转子的运转，在不同的时间点转子所处的不同的空间位置受到不同相位的磁场驱动，即：设置多维分相的定子磁极，以提高电机功率密度，降低能耗。

以外定子式三相电机为例，传统三相电机定子仅仅按照周向分相排列，转子磁极仅仅在其径向外侧方向上受到驱动力，由于相位间隔所限这种传统电机转子磁极受到的驱动力差拍较大、受力密度较低，使电机功率密度受限；而本发明技术方案的多维分相的三相电机和传统三相电机相比，在转子结构基本不改变的条件下，相当于在传统转子磁极两侧各增加了一套定子磁极，电机的体积和重量增加不多，而输出功率增加较多，理论上：同等转子盘的条件下，多维分相的电机其输出功率为传统外定子式电机输出功率的三倍，驱动力差拍减小、受力密度大幅提高，不必增加转子重量即实现电机功率密度的提高，转子的结构较为简单；同时还可以减小转矩波动、提高速度操控性能、提高加速特性、提高制动特性、提高电机响应性；同样的，作为发电机也可以提高发电功率密度。

第六方面，本发明还提供了一种电动车辆，其殊之处在于，包括第一、第二、第三、第四这四个方面中任一方面所述的多维分相的电机，用于驱动所述车辆行驶。

实施例13

图20是本实施方式提供的包括多维分相的电机的电动车辆结构示意图；图示电动车辆包括310、304等车轮、转向机302、电池303、多维分相的电机总成300以及差速器305等组成，其中，多维分相的电机总成300包含有如前所示的多维分相的电机，用于在车辆电子控制系统的控制下驱动车辆行驶。

采用新型高功率密度的多维分相的电机，满足车辆在下述几个方面的技术要求：

1、功率方面：电机实现了具有较高的功率密度，满足车辆动力需求；

2、转速方面：上述高功率密度的多维分相的电机具有适应车辆多变的转速工况特性，满足驾驶需要；

3、转矩方面：电机在高速、低速运行时均具有较大转矩，适应车辆快速启动和爬坡及加速性能需求；

4、耐震方面：上述多维分相的电机中，特别是多维分相的开关磁阻电机能够承受车辆颠婆耐震的工作环境；

5、温度方面：尤其是多维分相的开关磁阻电机能够承受车辆使用时较大的环境温度变化范围，特别满足是高温环境要求；

6、抗过载方面：多维分相电机可以经受多转速工况下的电流过载、驱动转矩过载、阻力转矩过载以及转矩多变冲击；

7、可靠性方面：其中多维分相的开关磁阻电机具有较高的可靠性、耐久性、稳定性，经受车辆长期行驶过程的多工况耐久性检验；

8、重量方面：电机体积相对较小、重量相对较轻；

9、成本方面：电机材料成本相对较低，易于推广及大规模量产；

10、节能方面：电机在车辆倒拖行驶时还可以作为发电机使用用以回收能量。

11、电池匹配方面：开关磁阻电机电流消耗适应于电池的放电特性，特别是在起步工况、过载工况、长期过载运行时要减少或消除对电池的破坏性消耗。

对本领域的普通技术人员而言，对于上述实施方式所述实施类型可以很容易联想到其他优点和变形，因此，本发明不局限于所述实施例，实施例仅作为示例对本发明进行详细、示范性的说明，在不脱离本发明思路的范围内，本领域普通技术人员根据上述实施例通过简单组合及各种形式的等同代换所得到的等同的技术方案，均包含在本发明的权利要求限定范围及其等同范围之内。

Claims (10)

1.一种多维分相的电机，包括转子、定子以及所述转子、定子的支撑元件和电子控制系统，其特征在于，

所述转子、定子、所述支撑元件和所述电子控制系统构成开关磁阻方式工作的电机，

所述转子包括一单转子盘，所述单转子盘的圆周上均匀分布有软磁材料制成的转子磁极，

所述定子包括定子磁芯和定子绕组，所述定子磁芯包括由三个或三个以上相位的软磁磁极或软磁磁极对构成的定子磁极，不同相位的定子磁极按一定相序分布于所述转子盘上每一转子磁极周围的多个维度的空间位置，所述多个维度的空间位置为所述转子磁极周围的所述转子轴向、径向、旋转切向上的三维立体空间位置，即：在每一个转子磁极所在转子盘的轴向、径向、旋转切向这三维立体范围内的三个不同位置，分别设置至少三个相位的定子磁极：包括其中第一相位的定子磁极位于所述转子磁极轴向一侧的一定位置，第二相位的定子磁极位于所述转子磁极轴向另一侧的一定位置，第三相位的定子磁极位于所述转子磁极径向外侧的一定位置，且使不同相位的定子磁极满足旋转切向一定电角度相位差；

所述定子磁芯上绕有所述定子绕组，用于在所述定子绕组在所述电子控制系统控制下依相序通电时，通过分别在单转子盘的磁极周围的“周向”、“轴向”及“径向”多个维度所分别分设的不同相位的定子磁极，使所述定子磁芯产生电磁力矩驱动所述转子旋转，或用于使所述定子绕组产生感应电动势。

2.一种多维分相的电机，包括转子、定子以及所述转子、定子的支撑元件和电子控制系统，其特征在于，

所述转子、定子、所述支撑元件和所述电子控制系统构成永磁电机，

所述转子包括一单转子盘，所述单转子盘的圆周上均匀分布有永磁材料制成的转子磁极，

所述定子包括定子磁芯和定子绕组，所述定子磁芯包括由三个或三个以上相位的软磁磁极或软磁磁极对构成的定子磁极，不同相位的定子磁极按一定相序分布于所述转子盘上每一转子磁极周围的多个维度的空间位置，所述多个维度的空间位置为所述转子磁极周围的所述转子轴向、径向、旋转切向的三维立体空间位置，即：在每一个转子磁极所在转子盘的轴向、径向、旋转切向这三维立体范围内的三个不同位置，分别设置至少三个相位的定子磁极：包括其中第一相位的定子磁极位于所述转子磁极轴向一侧的一定位置，第二相位的定子磁极位于所述转子磁极轴向另一侧的一定位置，第三相位的定子磁极位于所述转子磁极径向外侧的一定位置，且使不同相位的定子磁极满足旋转切向一定电角度相位差；

所述定子磁芯上绕有所述定子绕组，用于在所述电子控制系统控制下所述定子绕组依相序通电时，通过分别在单转子盘的磁极周围的“周向”、“轴向”及“径向”多个维度所分别分设的不同相位的定子磁极，使所述定子磁芯产生电磁力矩驱动所述转子旋转，或用于使所述定子绕组产生感应电动势。

3.一种多维分相的电机，包括转子、定子以及所述转子、定子的支撑元件和电子控制系统，其特征在于，

所述转子、定子、所述支撑元件和所述电子控制系统构成激磁电机，

所述转子包括一单转子盘，所述单转子盘的圆周上均匀分布有软磁材料制成的转子磁极和激磁绕组，

所述定子包括定子磁芯和定子绕组，所述定子磁芯包括由三个或三个以上相位的软磁磁极或软磁磁极对构成的定子磁极，不同相位的定子磁极按一定相序分布于所述转子盘上每一转子磁极周围的多个维度的空间位置，所述多个维度的空间位置为所述转子磁极周围的所述转子轴向、径向、旋转切向的三维立体空间位置，即：在每一个转子磁极所在转子盘的轴向、径向、旋转切向这三维立体范围内的三个不同位置，分别设置至少三个相位的定子磁极：包括其中第一相位的定子磁极位于所述转子磁极轴向一侧的一定位置，第二相位的定子磁极位于所述转子磁极轴向另一侧的一定位置，第三相位的定子磁极位于所述转子磁极径向外侧的一定位置，且使不同相位的定子磁极满足旋转切向一定电角度相位差；

所述定子磁芯上绕有所述定子绕组，用于在所述电子控制系统控制下所述定子绕组依相序通电时，通过分别在单转子盘的磁极周围的“周向”、“轴向”及“径向”多个维度的不同位置所分别分设的不同相位的定子磁极，使所述定子磁芯产生电磁力矩驱动所述转子旋转，或用于使所述定子绕组产生感应电动势。

4.一种多维分相的电机，包括转子、定子以及所述转子、定子的支撑元件和电子控制系统，其特征在于，

所述转子、定子、所述支撑元件和所述电子控制系统构成永磁与激磁混合电机，所述转子和所述定子这二者之中至少之一在其磁回路上设有永磁体，用于增强所述磁回路的磁场；

所述转子包括一单转子盘，所述单转子盘的圆周上均匀分布有软磁材料制成的转子磁极，

所述定子包括定子磁芯和定子绕组，所述定子磁芯包括由三个或三个以上相位的软磁磁极或软磁磁极对构成的定子磁极，不同相位的定子磁极按一定相序分布于所述转子盘上每一转子磁极周围的多个维度的空间位置，所述多个维度的空间位置为所述转子磁极周围的所述转子轴向、径向、旋转切向的三维立体空间位置，即：在每一个转子磁极所在转子盘的轴向、径向、旋转切向这三维立体范围内的三个不同位置，分别设置至少三个相位的定子磁极：包括其中第一相位的定子磁极位于所述转子磁极轴向一侧的一定位置，第二相位的定子磁极位于所述转子磁极轴向另一侧的一定位置，第三相位的定子磁极位于所述转子磁极径向外侧的一定位置，且使不同相位的定子磁极满足旋转切向一定电角度相位差；

所述定子磁芯上绕有所述定子绕组，用于在所述电子控制系统控制下所述定子绕组依相序通电时，通过分别在单转子盘的磁极周围的“周向”、“轴向”及“径向”多个维度的不同位置所分别分设的不同相位的定子磁极，使所述定子磁芯产生电磁力矩驱动所述转子旋转，或用于使所述定子绕组产生感应电动势。

5.根据权利要求1、2、3、4中任一项所述的多维分相的电机，其特征在于，所述电机为内定子电机或外定子电机或内外定子电机或内外转子电机。

6.根据权利要求1、2、3、4中任一项所述的多维分相的电机，其特征在于，

所述电机为周向绕组的多维分相的电机，

所述电机转子上均匀分布转子磁极，

所述定子磁芯与电机转子同轴心，所述定子磁芯在朝向转子侧的圆周上开有周向槽，所述周向槽是与所述电机轴向和径向分别垂直的圆周结构的槽，槽的开口指向转子一侧，所述槽的槽口两侧圆周上均匀分布有定子磁极，在所述转子磁极的多个维度上按照一定角度分相设置所述定子磁极，所述槽内嵌置周向绕组，所述周向绕组为单线绕制或多线并绕的圆型线圈结构，每相定子磁芯的槽内嵌置一相周向绕组，用于在所述周向绕组的激励下使所述定子磁极产生磁场驱动所述转子旋转或用于通过所述定子与转子磁场变化时使所述周向绕组产生感生电动势。

7.根据权利要求1、2、3、4中任一项所述的多维分相的电机，其特征在于，所述转子上的转子磁极和所述转子的轭部之为分体结构设置。

8.根据权利要求1、2、3、4中任一项所述的多维分相的电机，其特征在于，所述定子上的定子磁极和所述定子的轭部为分体结构设置。

9.一种电机的多维分相方法，所述电机包括转子、定子以及所述转子、定子的支撑元件和电子控制系统，其特征在于，

①将所述电机的转子设置为一盘式转子即单转子盘，在所述单转子盘的圆周上均匀布设转子磁极，

②所述定子包括定子磁芯和定子绕组，所述定子磁芯包括由软磁磁极或软磁磁极对构成的定子磁极，设置三相或三相以上的定子磁极数目，使每一相定子磁极数目与所数转子磁极数目均等，所述定子磁芯上绕有所述定子绕组，

③设置所述定子磁极的位置：不同相位的定子磁极按一定相序分布于所述单转子盘上每一转子磁极周围的多个维度的空间位置，所述多个维度的空间位置为所述转子磁极周围的所述转子轴向、径向、旋转切向的三维立体空间位置，即：在每一个转子磁极所在转子盘的轴向、径向、旋转切向这三维立体范围内的三个不同位置，设置有至少三个相位的定子磁极：包括其中第一相位的定子磁极位于所述转子磁极轴向一侧的一定位置，第二相位的定子磁极位于所述转子磁极轴向另一侧的一定位置，第三相位的定子磁极位于所述转子磁极径向外侧的一定位置，且使不同相位的定子磁极满足旋转切向一定电角度相位差；

在电子控制系统控制下所述定子绕组依相序通电时，通过分别在单转子盘的磁极周围的“周向”、“轴向”及“径向”多个维度的不同位置所分别分设的不同相位的定子磁极，使所述定子磁芯产生电磁力矩驱动所述转子旋转，随着转子的运转，每一个转子磁极在不同的时间点转子所处的不同的空间位置分别受到不同相位的定子磁场的驱动，或用于使所述定子绕组依相序产生感应电动势。

10.一种电动车辆，其特征在于，包括权利要求1、2、3、4中任一项所述的多维分相的电机，用于驱动所述车辆行驶。