CN106655556B - 周向绕组的功率电机及新能源电动车辆 - Google Patents

Abstract

一种周向绕组的功率电机，其特征在于，包括定子、转子及电子控制系统组成开关磁阻式无刷电机，转子包括120°相差的三相转子磁极如436、437、438，定子包括定子磁芯和圆型周向绕组，定子磁芯具有与轴向及径向分别垂直的三相圆周槽，槽内分别放置三相周向绕组311、312、313，槽口两侧均匀分布且对齐的三相定子磁极对如284、285、286，相邻磁极间为磁极距如287、288、289，采用定子时序分相、转子空间分相，在电子控制系统控制下作为开关磁阻电动机或发电机，克服了传统绕组端部的漏磁和损耗，使电机极数不受绕组制约、相数易于调整、节省耗材、降低温升、提高功率和效率，以及对供电电池损耗小、可靠性强。

Description

周向绕组的功率电机及新能源电动车辆

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及周向绕组的功率电机及新能源电动车辆。

背景技术

电机是依据电磁感应定律实现电能和机械能的转换，包括电动机和发电机，一般电机由定子、转子和支撑部件组成，一些电机还包括对电机绕组进行电流及相序控制的电子控制单元(通常称为控制器)以及传感器等构成的电子控制系统。

电机的定子包括定子磁芯和定子绕组，依据一般电机的磁路设计，定子磁芯多为具有轴向槽结构的磁芯，在槽内放置定子绕组的直导体部分，定子绕组的弧形的端部外侧并无磁芯，这种结构使绕组端部导体的磁场利用率降低，一般定子绕组端部损耗占到绕组总损耗的1/4～1/2，减少端部的长度可以提高电机的效率，实验表明，端部长度减少20％，损耗下降10％。

由于采用具有端部的绕组，现有技术的电机具有以下技术问题：

1、端部漏磁较多，磁场利用率降低，电机功率和效率受到影响。

2、端部漏磁导致端部附近的金属部件产生较大的涡流损耗，金属器件温升较高，一些特定电机上只得采取相应的降温措施，增加了成本和故障率，降低了电机的可靠性。

3、端部同时产生阻性功率消耗而发热，使绕组铜损增加、温度升高，而且浪费能量。

4、端部的存在使得绕组的长度较长、电磁导线用量较大，增加了铜材和成本需求。

5、端部的存在还使电机体积增大、重量增加。

6、现有技术的磁芯槽部结构使得绕组嵌线较为困难、绕线和嵌线工艺较为复杂、有些电机两端空间较为狭小端部整形较为困难、嵌线专用设备耗资较大、使生产成本上升。

7、为了提高槽满率，磁芯与绕组之间、或绕组与绕组之间所采用的绝缘纸或涂有的绝缘漆层较薄，有些电机绕组端部与壳体或端盖距离较近，这些地方都容易出现挤压、破损等导致绝缘层击穿、搭铁漏电等问题。

8、一般绕组多为近似椭圆型结构，其最有效的直导体部分在嵌入槽内以后往往由于装配工艺问题产生弯曲、错位或错层挤压问题，同样，端部也容易出现错层挤压现象，使绝缘可靠性降低，较容易出现匝间、相间短路或漏电，增加了电机的故障率；直导体部分在槽内题产生弯曲、错位或错层挤压问题还会使磁场波形畸变，影响电机的性能。

9、传统的轴向槽嵌线的电机一旦确定设计方案其相数便固定，无法调整。

较为重要的另一方面是，目前新能源电动汽车采用的电机包括有：交流电机、永磁电机、开关磁阻电机等，这些电机一般仍采用具有端部绕组的传统电机结构，由于该类电机所具有的上述不足，使电动汽车的发展较大程度上受现有电机技术的制约；在车载动力电池的现有技术条件下，面对日益严格的节能和环保技术指标，如何提高电机的效率以及提高电机可靠性方面的问题成为制约电动汽车发展的一个关键技术瓶颈，因此，丞待研发高效节能的高可靠性的新型电机。

发明内容

本发明的目的在于，设计一种电机，能够减少或克服绕组端部带来的弊端，提高电机的效率、增加动力输出或电能输出同时节省铜材、减低成本、降低温升、提高电机可靠性；以期解决上述技术问题中的至少一个问题。

为实现上述目的，依据本发明的第一方面，提供了一种周向绕组的功率电机，包括定子、转子、所述定子和转子的支撑元件以及电子控制系统，其特殊之处在于，

所述定子、转子、所述支撑元件以及电子控制系统组成开关磁阻方式工作的无刷电机，

所述转子包括由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，所述定子磁芯上具有沿所述定子磁芯圆周方向所开的槽，所述槽的走向是与所述转子的轴向及径向分别垂直的圆周方向，所述槽的槽口两侧圆周连接有定子磁极且所述定子磁极与所述转子磁极之间留有气隙，

所述槽用于放置定子绕组，所述定子绕组为单线绕制或多线并绕的圆型线圈结构的周向绕组，

用于在所述定子绕组通电时使所述定子磁芯被磁化，所述槽的槽口两侧圆周被磁化为异名磁极并通过所述定子磁极引导磁场，使磁场在转子磁极上产生电磁力矩驱动所述转子旋转，

或用于在所述转子旋转时通过磁场的变化使所述定子绕组产生感应电动势。

依据本发明的第二方面，提供了一种周向绕组的功率电机，包括定子、转子、所述定子和转子的支撑元件以及电子控制系统，其特殊之处在于，

所述定子、转子、所述支撑元件以及电子控制系统组成永磁电机，

所述转子包括由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，所述定子磁芯上具有沿所述定子磁芯圆周方向所开的槽，所述槽的走向是与所述转子的轴向及径向分别垂直的圆周方向，所述槽的槽口两侧圆周连接有定子磁极且所述定子磁极与所述转子磁极之间留有气隙，

所述槽用于放置定子绕组，所述定子绕组为单线绕制或多线并绕的圆型线圈结构的周向绕组，

用于在所述定子绕组通电时使所述定子磁芯被磁化，所述槽的槽口两侧圆周被磁化为异名磁极并通过所述定子磁极引导磁场，使磁场在转子磁极上产生电磁力矩驱动所述转子旋转，

或用于在所述转子旋转时通过磁场的变化使所述定子绕组产生感应电动势。

依据本发明的第三方面，提供了一种周向绕组的功率电机，包括定子、转子、所述的支撑元件以及电子控制系统，其特殊之处在于，

所述定子、转子、所述支撑元件以及电子控制系统组成激磁电机，

所述转子包括由软磁材料制成的转子磁极，所述转子还包括转子绕组，用于在所述转子绕组的激磁电流作用下激活所述转子磁极的磁场；

所述定子包括定子磁芯和定子绕组，所述定子磁芯上具有沿所述定子磁芯圆周方向所开的槽，所述槽的走向是与所述转子的轴向及径向分别垂直的圆周方向，所述槽的槽口两侧圆周连接有定子磁极且所述定子磁极与所述转子磁极之间留有气隙，

所述槽用于放置定子绕组，所述定子绕组为单线绕制或多线并绕的圆型线圈结构的周向绕组，

用于在所述定子绕组通电时使所述定子磁芯被磁化，所述槽的槽口两侧圆周被磁化为异名磁极并通过所述定子磁极引导磁场，使磁场在转子磁极上产生电磁力矩驱动所述转子旋转，

或用于在所述转子旋转时通过磁场的变化使所述定子绕组产生感应电动势。

依据本发明的第四方面，提供了一种周向绕组的功率电机，包括定子、转子、所述的支撑元件以及电子控制系统，其特殊之处在于，

所述定子、转子、所述定子和转子的支撑元件以及电子控制系统组成永磁与激磁混合电机，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附加有永磁体，用于增强所述磁回路的磁场；

所述转子包括具有软磁材料制成的磁极，所述转子还包括转子绕组，用于在所述转子绕组通电时产生磁场或与所述永磁体磁场共同形成合成磁场；

所述定子包括定子磁芯和定子绕组，所述定子磁芯上具有沿所述定子磁芯圆周方向所开的槽，所述槽的走向是与所述转子的轴向及径向分别垂直的圆周方向，所述槽的槽口两侧圆周连接有定子磁极且所述定子磁极与所述转子磁极之间留有气隙，

所述槽用于放置定子绕组，所述定子绕组为单线绕制或多线并绕的圆型线圈结构的周向绕组，

用于在所述定子绕组通电时使所述定子磁芯被磁化，所述槽的槽口两侧圆周被磁化为异名磁极并通过所述定子磁极引导磁场，使所述磁场或与所述定子附加的永磁体产生合成磁场在所述转子磁极上产生电磁力矩驱动所述转子旋转，

或用于在所述转子旋转时通过磁场的变化使所述定子绕组产生感应电动势。

依据上述第一至第四方面任一方面所提供的周向绕组的功率电机，进一步的，还提供了一种外定子式和/或内定子式和/或侧定子式的周向绕组的功率电机，其特殊之处在于，

①当所述定子为外定子时，所述定子磁芯所开槽的槽口朝向所述定子圆周内侧，形成内环槽结构的磁芯；

②当所述定子为内定子时，所述定子磁芯所开槽的槽口朝向所述定子圆周外侧，形成外环槽结构的磁芯；

③当所述定子为侧定子时，所述定子磁芯所开槽的槽口朝向转子一侧，形成侧环槽结构的磁芯；

④当所述定子为所述①②③三者中至少两者的复合结构时，所述定子磁芯开槽于所述定子圆周的相应侧，相应形成内环槽、外环槽、侧环槽三者中至少两者复合结构的定子磁芯。

进一步的，本发明还提供了一种径向分相的两相定子和单转子式的周向绕组功率电机，其特殊之处是，

所述电机包括径向分相的两相定子和径向分相工作的单转子，

所述单转子具有转子磁极，

所述两相定子包括同轴心布置的径向分相的2个相位的定子磁芯，其中，

一个相位的定子磁芯具有位于所述转子磁极旋转圆周外侧的定子磁极，另一相位的定子磁芯具有位于所述转子磁极旋转圆周内侧的定子磁极，

所述外侧的定子磁极或所述内侧的定子磁极与所述转子磁极之间留有气隙；

所述两个相位的定子磁芯槽内各具有一相所述周向绕组，使2个所述定子磁芯及相应的周向绕组按照径向分相排列构成所述两相定子；

所述转子磁极为所述定子相适应的单相磁极，所述单相磁极在所述单转子的同一圆周上排列，所述单相磁极位于所述外定子磁极和所述内定子磁极围成的圆环范围内，所述单相磁极为所述2个相位的定子磁芯上的定子磁极所共用，用于在不同位置时按照定子分相时序分别接收所述两相定子的电磁转矩，使所述单转子在所述内侧的定子磁极和外侧的定子磁极的两相电磁转矩作用下旋转；或用于在所述单转子旋转时通过磁场的变化使所述2相定子上的2个周向绕组产生2相感生电动势。

进一步的，依据所述第一至第四方面任一方面所提供的周向绕组的功率电机，本发明还提供了一种轴向分相的多相式周向绕组的功率电机，其特殊之处是，所述电机包括轴向分相的多相定子和转子，

所述多相定子包括轴向分相排列的2个或两个以上的所述定子磁芯，还包括位于所述定子磁芯槽内的定子绕组，其中，每一个所述定子磁芯槽内具有一相所述定子绕组，使所述定子磁芯及相应的定子绕组构成轴向分相排列的所述多相定子；

所述转子具有与所述定子相适应的磁极，所述转子的磁极与所述定子磁极之间留有间隙。

进一步的，依据所述第三或第四方面提供的周向绕组的功率电机，本发明还提供了一种转子上具有周向绕组的功率电机，其特殊之处在于，所述转子的磁芯为与所述电机同轴心的周向开槽的圆周结构，槽的走向是与所述转子的轴向及径向分别垂直的圆周方向，所述槽在朝向定子方向开有槽口，所述槽口两侧圆周连接有转子磁极，且所述转子磁极与所述电机的定子磁极之间留有气隙，所述槽用于放置转子绕组，所述转子绕组为单线绕制或多线并绕的圆型线圈结构的周向绕组，

用于在所述转子绕组通电时使所述转子磁芯被磁化，所述槽的槽口两侧圆周被磁化为异名磁极并通过所述磁极引导磁场，使所述磁场与所述电机定子磁极相互作用，并在所述转子磁极上产生的电磁力矩驱动所述转子旋转；或用于在所述转子旋转时通过磁场的变化使所述定子绕组产生感应电动势。

依据本发明的第五方面，提供了一种新能源电动车辆，其特殊之处是，包括采用如上述任一方面所提供的周向绕组的功率电机，用于驱动所述车辆行驶。

本发明的有益效果是，采用周向绕组，使电机具有下述优点：

1、周向绕组结构，不存在原有技术的绕组端部，彻底消除了端部带来的漏磁问题，磁场利用率明显提高，使电机的功率和效率得以提高。

2、减小电机端盖涡流损耗。

3、采用周向绕组技术方案彻底摈除端部的发热问题。

4、周向绕组紧凑、结构简单、节省铜材和成本。

5、减小电机的体积和重量。

6、整体的周向绕组绕制工艺较为简单，生产成本降低。

7、周向绕组绕制好以后，其装配到定子槽内的工序比传统绕组嵌线简单，绕组还可以先浸漆烘干定型，绕组内每条导线规则度和一致性好，使绕组间磁场干预大幅度减小，磁场规则度较好，还可以将绕组预先装配到适宜的绝缘支架内再连同绝缘支架一切转配到定子槽内，还提高了绝缘性能。

8、在多相周向绕组的功率电机中，不同相位的绕组安装在不同定子的槽内，不同相位的绕组之间不直接接触、相互间隔离着环型定子磁芯和定子绕组环型绝缘支架，不会出现相间短路极相间漏电现象，使电机可靠性和寿命提高。

9、采用本发明技术方案的周向绕组的电机，在采用灵活方式设计的电机中，可以在转配时根据不同场合的需求，通过增减转子磁芯组合数目和定子磁芯数目及定子绕组组合数目来调整为不同相数的电机，使电机的应用更为灵活、广泛，节省设计与生产成本。

10、定子和转子可以分为较多的极数，减小了电机转矩波动同时不会像轴向槽绕线的的电机那样工艺复杂，节省加工工时成本和绕组耗材。

11、所述周向绕组的应用前景较好，可以应用在多种电机中。

12、由于周向绕组的功率电机具有上述较为优秀的技术效果，克服了现有技术的电机的一些技术弊端，尤其适合于作为新能源电动车辆的动力驱动装置，从而提高电动车辆的能量转化效率以及具有所述的一些其他优点，进一步推动了交通运输业的发展，降低污染，使人类的现代文明生活更加美好。

附图说明

图1是周向绕组电机的单相定子的立体结构示意图；

图2是周向绕组的示意图；

图3是单相定子磁极对应角度示意图；

图4是凸极式转子的轴向剖面示意图；

图5是凸极式转子的立体结构示意图；

图6是单相周向绕组的电机的定子示例展开图和转子示例展开图；

图7是一种单相周向绕组的径向磁场电机的侧剖面结构示意图；

图8是一种单相周向绕组的轴向磁场电机的侧剖面结构示意图；

图9是一种单相周向绕组的侧定子式轴向磁场电机的侧剖面结构示意图；

图10一种单相周向绕组的侧定子式径向磁场电机的侧剖面结构示意图；

图11一种三相周向绕组的外定子式径向磁场电机电机的三相定子轴向剖面示意图；

图12是图11所示电机的三相转子轴向剖面示意图；

图13是图11所示电机每相定子的立体结构的轮廓示意图；

图14是图11所示电机每一相周向绕组结构示意图；

图15是图11所示电机三相定子透视示意图及三相转子侧视示意图；

图16是图11所示电机三相定子展开图及三相转子展开图；

图17是另一种形式三相周向绕组电机的三相定子展开图及三相转子展开图；

图18是单相内定子轴向侧视图和径向侧视图；

图19是单相内定子式周向绕组的开关磁阻电机侧剖面示意图；

图20是径向分相的两相周向绕组的开关磁阻电机的轴向剖视示意图；

图21是图21所示开关磁阻电机的内定子结构示意图；

图22是图21所示开关磁阻电机的转子示意图；

图23是图21所示开关磁阻电机的外定子示意图；

图24是图21所示开关磁阻电机的侧向剖视图简图；

图25是轴向分相的两相周向绕组单转子式开关磁阻电机侧向剖视图；

图26是轴向分相的两相周向绕组单转子式开关磁阻电机侧向剖视图简图；

图27是内环槽与侧环槽构成2相复合结构的环槽定子的电机侧向剖视图简图；

图28是2内环槽与1外环槽构成3相复合环槽结构定子的开关磁阻电机侧向剖视图简图；

图29是2内环槽与2外环槽构成4相复合环槽结构定子的开关磁阻电机侧向剖视图简图；

图30是三相外定子式定子磁极同角度/转子磁极按角度分相周向绕组永磁电机示意图；

图32是图31所示电机的定子及转子展开图；

图33是三相外定子式-转子磁极同角度/定子磁极按角度分相的周向绕组永磁电机的定子透视图及转子侧视图；

图34是图33所示三相电机的展开图；

图35是侧定子的周向绕组的永磁电机的单相定子及转子的示意图；

图36是周向绕组激磁电机的单相定子及单相转子的结构示意图；

图37是三相外定子式激磁电机-定子磁极同角度/转子磁极角度分相的定、转子示意图；

图38是图37所示电机的展开图；

图39是三相外定子式-转子磁极同角度/定子磁极按角度分相的激磁电机展开图；

图40是单相周向绕组的永磁与激磁混合电机的定子和转子的结构示意图；

图41是周向绕组和附加磁极的结构示意图；

图42是单相周向绕组的永磁与激磁混合电机的转子的结构示意图；

图43是包括周向绕组电机的新能源电动车辆示意图。

具体实施方式

本发明实施方式提供了周向绕组结构的功率电机，其中包括周向绕组的功率型电动机和周向绕组的功率型发电机。下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案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周向绕组的功率电机，包括定子、转子、所述定子和转子的支撑元件以及电子控制系统，且所述定子、转子、所述支撑元件以及电子控制系统组成开关磁阻方式工作的无刷电机；

其转子包括由软磁材料制成的转子磁极，

定子包括定子磁芯和定子绕组，定子磁芯为与电机同轴心的沿圆周方向(即周向)开槽的磁芯，

①当所述定子为外定子时，所述定子磁芯所开槽的槽口朝向所述定子圆周内侧，形成内环槽结构的磁芯；

②当所述定子为内定子时，所述定子磁芯所开槽的槽口朝向所述定子圆周外侧，形成外环槽结构的磁芯；

③当所述定子为侧定子时，所述定子磁芯所开槽的槽口朝向转子一侧，形成侧环槽结构的磁芯；

④当所述定子为所述①②③三者中至少两者的复合结构时，所述定子磁芯所开槽于所述定子圆周的相应侧，并相应形成内环槽、外环槽和侧环槽三者中至少两者的复合结构。

当然，也可以通过在定子上设计出折弯的导磁部将不同方向的槽口两侧的磁场引导至转子磁极，这样使得定子的环型槽的开口方向与不同位置的转子磁极得以多种多样的灵活配置，便于满足不同的电机设计需求。

需要说明的是，对于外定子式定子磁芯，其朝向转子的内圆开有圆周方向的槽，而其背向转子的一侧(即所述定子的外侧)可以是圆型或多边形或其它形状，对于下述的其他方面的周向绕组电机亦同。

槽的走向是与转子的轴向及径向分别垂直的圆周方向，圆周槽的槽口可以朝向转子侧，也可以朝向非转子侧再通过磁极或槽口两侧圆周或圆周的垂向延伸部分的磁极引导磁场到转子磁极，且定子磁极与转子磁极之间留有气隙，定子磁极或转子磁极可以是凸极式磁极。

槽用于放置定子绕组，定子绕组可以为单线绕制或多线并绕的圆型线圈结构的周向绕组，圆型线圈结构的周向绕组是指仅有单把线圈绕制而成的绕组，其绕制方向为圆周方向，可以采用双线或多跟导线并绕的方式进行绕制，这样有便于提高槽满率或改善线圈的特性，这样的圆周型线圈即为“周向绕组”(以下同)。

该周向绕组作为定子绕组的用途是，在周向绕组通电时使定子磁芯被磁化，槽的槽口两侧圆周被磁化为异名磁极并通过磁极引导磁场或通过圆周的垂向延伸部分和磁极引导定子磁芯的磁场，使定子磁场在转子磁极上产生电磁力矩驱动电机的转子旋转，此为电动机工作模式；这样的周向绕组或可以用于在转子旋转时通过磁场的变化使定子绕组产生感应电动势，此为发电机工作模式。

实施例1

本实施例所述用于说明：周向绕组电机的定子结构、周向绕组和转子结构。

如图1所示，是周向绕组电机的单相定子的立体结构示意图，在定子磁芯200圆周内设有8对磁极，该磁极可以为凸极式磁极，在轴向方向上正对的每对凸极即为1“磁极对”，如磁极209和磁极210为1磁极对，所述磁极对即为该电机定子的“齿”(如图中的左侧磁极201、右侧磁极202等)、沿定子圆周方向的相邻两个磁极之间有轴向的槽相隔，所述“轴向的槽”即为“齿距”亦即磁极间距，称之为“磁极距”(以下同)，如图中的208等即为磁极距；其中，齿宽和齿距可以设计为相等或不等。

图中定子磁芯上每个磁极对的两个磁极中间有周向的环型槽相隔，即左侧的8个磁极与右侧的8个磁极的中间部分具有环型的槽204，图中槽底部的左边线206、槽底部的的右边线207之间即为槽的宽度，槽底到定子磁芯圆周外壁的厚度如211所示，该厚度范围亦为导磁材料，整体磁芯包括齿部(如201、202)、轭部(如212)可以为同种导磁材料制成，其203为定子磁芯的左、右边线，虚线205为槽底在磁芯左端面上的垂直投影。

所述环型的槽用于嵌放绕制成圆周形状的定子绕组，由于槽位于定子圆周中间的内侧，槽的外壁和槽的两侧都是磁性材料制成，这样使槽内周向绕组周围的磁场得到较为高效的利用，一般周向绕组所在环槽的底部直径大于磁极距底部的直径、周向绕组的内径不小于磁极距底部的内径，这样可以使周向绕组导体被环槽状磁芯包围的范围接近最大化，使磁场转化率得以提高，从而提高电机效率，周向绕组的通过环槽的热导系数页明显高于传统电机绕组的端部外侧的的空气热导系数，使周向绕组易于散热，使绕组耐温性能及电机可靠性提高。

如图2所示，是周向绕组的示意图：在周向绕组300中，具有单把线圈，单把线圈是将具有绝缘漆皮的导体按一个旋绕方向绕制而成圆周形状的圆线圈结构，也可以双线并绕或多线并绕，其引出线303可以在槽的底部磁芯钻孔引出，也可以在磁极之间的磁极距底部等部位引出端线，周向绕组线圈可以绕制成型即进行浸漆固化成型，装配在定子磁芯的槽路之中，也可以在槽路中垫以绝缘材料，或者将线圈绕制在适宜槽路内部的绝缘支架内，根据电机设计的不同需求，可采取相应等级的绝缘措施。一般线圈的内缘301的直径不小于如208等磁极距的底部直径，以实现更高的线圈磁场利用率。线圈外缘302可以贴在周向的槽路的底部。如线圈采取框架作为绝缘支架，框架的开口与否及开口朝向不做限定，可根据生产需要灵活设计。

如图3所示，是单相定子磁极对应角度示意图：其中左图为图1的周向槽路左侧部分的轴向视图，右图为图1的周向槽路右侧部分的轴向视图，图3中的磁极209与磁极210分别对应于图1中的磁极209与磁极210，磁极209与磁极210构成1磁极对，磁极209的中心线与观察者所设定的水平线213的夹角与磁极210的中心线与水平线213的夹角相等，如图所示为α，其他磁极对的两个磁极同样地与水平线213夹角相等，如磁极214、磁极215与水平线213的夹角相等。由此，在位于左图磁芯与右图磁芯中间的周向绕组产生的磁场，将会正交极化每一磁极对的两个磁极，使周向绕组的电流与磁极磁场始终呈垂直关系，因此从结构上力趋实现其电磁转化效率的最大化。

对于采用周向绕组的电机来说，转配时，可以先安装周向绕组一侧的定子磁芯，再放置具有绝缘支架的周向绕组总成，然后安装周向绕组另一侧的定子磁芯，这比起传统电机的多槽结构的定子嵌线工艺简单许多；而所述的绝缘支架的结构形式及其开口方向可以灵活设计，有些特定场合可以取消绝缘支架，如可以在定子磁芯的安装周向绕组的槽路内喷涂绝缘漆等方式进行绝缘处理，以增大槽满率及简化生产工艺、降低成本，对于后述的其他方面其他形式的周向绕组的电机，这些方法同样适用。

如图4和图5所示，其中图4是凸极式转子的轴向剖面示意图，图5是凸极式转子的立体结构示意图，其转子400圆周上具有8个凸极式磁极(如401)，可以与定子圆周内的8个磁极对相对应，转子上这8个磁极可以同时受到定子的8对磁极的磁拉力，即转子圆周上所有的磁极可以同时受力，因此增大了磁力密度、提高开关磁阻电机的功率和功率密度，而且在定子的一相周向绕组两侧的磁极对数不像传统电机那样受绕组的限制，因此定子可以设计为更多的磁极或磁极对，相应地转子也具有相同的磁极数，这样可以提高单转内的磁拉力加载频率，提高电机运行的平顺性、降低噪音、增大功率和提高电机的效率；图中403为转子轴。以及，定子齿宽、定子磁极距、转子齿宽、转子磁极距402均可以灵活设计。

如图6所示，是单相周向绕组的电机的定子示例展开图和转子示例展开图，其中，204为定子磁芯的周向的槽，周向槽两侧为轴向对齐的磁极如201、202，定子磁极之间为磁极距如208，正对的两个磁极构成磁极对如209和210，槽204内嵌有周向绕组217，216为周向绕组的绝缘层。

转子400上均匀分布转子磁极如401、405，磁极间分布有磁极距如402，结合前述的周向绕组电机的定子及转子结构图，易于理解的是，在所述定子内环槽之中的周向绕组通电时，当定子磁极对(如209、210)与转子磁极(如405)对中时，定子磁极对与转子磁极之间形成径向磁力；当在非对中位置时，定子磁极对将会对转子磁极产生磁拉力，磁拉力在旋转圆周方向的切向分量将驱动转子向对中方向旋转；当外力驱动转子旋转时，转子磁极的磁场将会在定子磁极对上产生磁通交替变化，使周向绕组的导体周围产生垂直于导体的磁场变化，对于开关磁阻电动机工作模式来说，导体产生的垂直于导体自身的磁场高效率地极化排列导体周围磁芯的磁畴使定子磁芯得以高效“以电生磁”；对于开关磁阻发电机工作模式来说，在电感下降区形成周向绕组感生电流，转子轴产生负转矩，此时电机吸收机械能转换成电能输出，开关磁阻电机为发电机工作，其磁路路径为：(假定于某一时刻)定子磁极对的左侧定子磁极→内环槽外壁导磁材料→定子磁极对的右侧定子磁极→(根据前述假定得出)转子右侧磁极→(可以通过转子内部的磁芯到达)转子左侧磁极→定子磁极对的左侧定子磁极，该磁路的磁通在转子磁极与定子磁极对中时为最大值、在转子磁极与定子磁极之间的槽路对中时为最小值，随着所述转子的旋转，使所述磁路的磁通在最大值与最小值之间交替变化，且在周向绕组的环型导体任意一处的磁通方向始终是：磁通垂直于周向绕组导体，根据电磁感应定律E＝nBLVsinθ(其中E为感应电动势，3为导体周围磁感应强度，L为磁场中导体有效长度，V为导体与磁场相对运动速度，θ为导体与磁场夹角，此时为90°)，使在周向绕组上产生效率趋于最大化的感应电动势，这是相对于有端部绕组的传统绕组的重要区别；对于发电机工作模式来说，垂直于导体自身的磁场高效率地极化导体自身的载流子使所述周向绕组得以高效率的“以磁生电”，对于电动机模式来说同样地使周向绕组导体周围的磁场趋于最大化。

因为传统绕组的端部的外侧并无磁芯，使端部外侧的磁场浪费，还有可能产生有害的电磁干扰及涡流损耗，而且端部磁场分布较为复杂、不能做到磁力线处处与端部导体处处垂直。

因而无论是作为电动机还是作为发电机，端部绕组带来能量转化效率的降低，本发明方案的周向绕组从根本上克服了传统绕组端部带来的弊端，同时，由于周向绕组为简单的圆形结构，其绕制工艺相对于传统的具有端部的同心绕组或链式绕组乃至具有端部的单把绕组来说，都是较大地简化了绕线工艺与生产耗时，同时节省了端部耗材，周向绕组的圆型部分都被围在周向的环槽当中，比对传统具有端部的绕组仅仅直导体部分被包围在传统电机的轴向直槽中来说，本发明技术方案也是提高了磁场利用率，从而对周向绕组电动机来说是提高了电磁力矩，对周向绕组发电机来说提高了感应电动势及感生电流，这样，周向绕组提高了电机的能量转化效率，对于节能减排的电机技术上又是一个核心突破。

如图7所示，是一种单相周向绕组的径向磁场电机的侧剖面结构示意图，在定子222和转子400之间装配有轴承，圆型转子400外圆周上分布有凸极，图中以点划线表示磁极与磁极距相间(如磁极411、磁极距412)，定子内侧具有磁极对如221，每磁极对由轴向一致的两个磁极构成，各个磁极对都均匀分布在定子内圆侧，定子上的磁极对数与转子上的凸极数相同；定子上每磁极对的两个磁极中间有周向的槽204相隔，所述磁极对即为该电机定子的“齿”、沿定子圆周方向的相邻两个磁极之间有轴向的槽相隔，所述“轴向的槽”即为“齿距”。所述周向的槽的外壁和槽的两侧为与定子磁芯同种导磁材料所制成，周向绕组223线圈位于槽内，并与槽之间隔有绝缘材料，绝缘材料可以是塑料或尼龙支架，也可以是绝缘布、绝缘纸，或者在槽内涂有绝缘漆，用于防止周向绕组导体与磁芯之间漏电或短路。

在周向绕组通电时，圆型线圈产生的磁场将线圈外壁及线圈两侧的定子磁芯磁化，，其中：若周向绕组线圈一侧的磁极为N极，则线圈另一侧的磁极为S极，每个磁极对将对靠近的转子磁极产生磁拉力力趋使转子转动到磁通最大位置，即：转子凸极与定子磁极对正对的位置，也就是“对中”，此时转子凸极和定子磁极之间为径向磁力，这是作为电动机使用。

根据开关磁阻电机的特性，当转子凸极与定子磁极对之间的轴向槽即磁极距“对中”时，该相电感最小，当转子凸极与与相应定子磁极对对中时，该相电感最大。根据电磁场基本理论，伴随磁场的存在，电机转子的电磁转矩同时存在，若在电感下降区形成电流，产生负转矩，即电机吸收机械能，并可能把它转换成电能输出，故此时开关磁阻电机为发电机工作。

对于开关磁阻电机技术，本领域技术人员都易于理解，无论是作为电动机还是作为发电机，一般需要有转子位置传感器检测转子与定子的相对位置，然后由电子控制单元控制，从而使电机遵循开关磁阻电机的运行规律进行能量转换；其中的位置传感器、电子控制单元及控制所需的开关等构成电机的电子控制系统；而对于无位置传感器的多相电机来说，可以采用相电感检测、相电流检测、向定子绕组发送周期脉冲并检测回馈脉冲或续流时间等方法进行起动控制及运转控制。

实施例2

本实施例所述用于说明：一种单相周向绕组的轴向磁场电机。

如图8所示，是一种单相周向绕组的轴向磁场电机的侧剖面结构示意图，其中，定子磁芯230具有周向的内环槽235，槽口如236两侧的圆周部分234上均匀分布有定子磁极(如231、232)，轴向正对的两个磁极构成磁极对如231/232磁极对，内环槽235转配有周向的定子绕组223；定子磁芯230的主体部分包括定子磁芯轭部圆周233，定子磁极对231和232可以建立起轴向磁场；转子400上的转子磁极401伸入到定子磁极231和232在槽内的空间，并且转子磁极401与两侧的定子磁极231及232之间留有适当气隙，转子轴为403，237为周向绕组与槽之间的绝缘层。电机其余结构与图7所示的电机大体类似，由于转子磁极伸入到定子磁极中间的间隙之中，故每1定子磁极对的两个磁极之间的磁场方向为轴向，这样定子磁极与转子磁极之间对中时为轴向磁力，其特点是：伸入到定子磁极对中间的转子磁极缩短了磁路，可以进一步提高磁场利用率，从而提高效率，其控制方式可与图7所示的电机相同。

实施例3

本实施例所述用于说明：一种单相周向绕组的侧定子式轴向磁场电机。

如图9所示，是一种单相周向绕组的侧定子式轴向磁场电机的侧剖面结构示意图，该电机包括定子240，定子240包括定子磁芯轭部404、磁芯上开有朝向转子一侧的周向的槽，为侧环槽，槽内嵌有周向绕组245，周向绕组245与定子的侧环槽之间转配有绝缘支架243，周向绕组245的端部引线可以在定子磁芯钻孔等方式引出；侧环槽的槽口244朝向定子磁极方向(图示为向右的方向)，槽口内侧圆周246的一周上均匀分布有凸极式定子磁极(如定子磁极242)，槽口外侧圆周247的一周也均匀分布有凸极式磁极(如定子磁极241)，且内圆周246连接的磁极与外圆周247所连接的磁极呈正对方向，即相正对的两个磁极的中心连线延长线经过电机的轴心线，相邻定子磁极之间为磁极距。定子磁极如241、242位于转子磁极411的一侧，故称为“侧定子电机”，转子轴403与定子之间装有轴承；定子磁极241、242与转子磁极411之间对中时为轴向磁力，其控制方式可以与图7所示的电机相同。

此外，也可以将转子磁极设计为伸入到定子磁极之间的方式，这样定子磁极与转子磁极之间对中时为径向磁力，可以缩短磁路，进一步提高磁场利用率和电机效率，其控制方式可以与图7所示的电机相同。

实施例4

本实施例所述用于说明：一种单相周向绕组的侧定子式径向磁场电机。

如图10所示，是一种单相周向绕组的侧定子式径向磁场电机的侧剖面结构示意图。该种类型是将图8所示电机侧定子的槽口两侧的内圆周、外圆周通过圆周垂直方向(即垂向)的延伸部将磁极引导致的转子的凸极。电机的定子包括定子磁芯轭部404、侧环槽槽口内侧的内圆周246、外侧的外圆周247、以及通过定子磁极的延伸部248与内圆周246、外圆周247分别相连的外侧的定子磁极(如241)和内侧的定子磁极(如242)，且外侧的定子磁极和内侧的定子磁极在相应的圆周上呈均匀分布，相邻磁极间为磁极距；正对的外侧的定子磁极和内侧的定子磁极构成磁极对(如241和242)，还包括位于侧环槽槽内的定子的周向绕组243；转子包括转子轴403、转子本体及转子本体外圆周上均匀分布的转子磁极411，转子磁极数与定子磁极对数相等，转子轴与定子之间装有轴承；当定子磁极与转子磁极之间对中时为期间的磁力径向磁力，其控制方式可以与图7所示的电机相同。

实施例5

本实施例所述用于说明：一种三相周向绕组的外定子式径向磁场电机。

如图11所示，为一种三相周向绕组外定子式径向磁场电机的三相定子轴向剖面示意图；三相定子磁芯同轴向串联排列，因此三相定子的总长度包含每一相定子磁芯轴向长度之和，将该电机的三相定子磁芯轴向剖面图绘制在同一水平基准线的坐标系下，用于显示每一相位磁芯的8个定子磁极的相位关系，其中：251为A相定子磁芯轴向剖面示意图，252为B相定子磁芯轴向剖面示意图，253为C相定子磁芯轴向剖面示意图，为了便于说明不同相位磁极的位置关系，绘制了贯穿三个相位剖面图的参考线(虚线270)作为同一水平基准线。

定子磁芯的每一相的相邻磁极之间凹槽部分为磁极距，如261、262、263；图中圆型线254为定子磁芯的外部圆周线，255为A相定子磁芯中间位置的内环槽的槽底圆周线，255至254的厚度即为环型的周向环槽槽底磁芯的厚度，圆型线256为周向槽路内装配周向绕组后，对绕组内径的限制范围，为提高磁场利用率，一般建议周向绕组线圈径向的范围在256至255之间，其余B、C两相与此要求相同。

在三相定子依次同轴心串联连接的情况下，A相定子磁芯中的某一磁极如264磁极的中心和B相定子磁芯中的某一磁极如265磁极的中心和C相定子磁芯中的某一磁极如266磁极的中心在同一与电机轴线平行的直线上，即：三相定子中对应的264、265、266磁极在电机的轴向上同角度，其径向连线267、268、269与同一水平基准线270的夹角都是α。

如图12所示，为图11所示电机的三相转子轴向剖面示意图；三相转子磁芯同轴向串联分相排列，因此三相转子的总长度包含每一相定子磁芯轴向长度之和，将该电机的三相转子磁芯轴向剖面图绘制在同一水平基准线的坐标系下，用于对比显示每一相位磁芯的8个转子磁极的相位关系，即如图12所示，其中：421为A相转子磁芯轴向剖面示意图，422为B相转子磁芯轴向剖面示意图，423为C相转子磁芯轴向剖面示意图，420为同一水平基准线。

转子磁芯的三相磁极之间凹槽部分为磁极距；设转子磁极的周向宽度与磁极距的周向宽度相等，转子圆周上每一磁极或磁极距的周向所占的几何角度为360/16＝22.5°。

在三相转子正确装配时，以如图位置为例：A相转子磁芯中的磁极424的磁极中心的径向连线427与同一水平基准线420之间的几何夹角为(360°/8)-(22.5°/2)＝33.75°；此时B相转子磁芯中的磁极425磁极中心的径向连线430与420同一水平基准线420之间的几何夹角为18.75°(图中428线为427线的平行线，用于对比425磁极角度)；此时C相转子磁极426磁极中心的径向连线431与同一水平基准线420之间的几何夹角为3.75°(图中429线为427线的平行线，用于对比426磁极角度)；这样，既可以保持设定A相位0°电角度时，此时B相为(33.75-18.75)乘(极数8)＝120°(向右提前)，此时C相为(33.75-3.75)乘(极数8)＝240°(向右提前)，这样转子磁极在几何空间按照相差15°几何角度分相，也就实现了A、B、C三相转子磁极按照相差15X8＝120°的电角度分相，在上述三相定子磁极几何角度相同情况下，可通过电子控制系统根据转子与定子磁极相对位置对定子的周向绕组进行时序分相通电控制，使转子磁极按照角步距产生旋转，通过对三相周向绕组供电电压、通电频率及通电占空比的控制实现对电机输出功率、转矩、转向及转速的优化控制。

如图13所示，为图11所示电机每相定子的立体结构的轮廓示意图；280示出该定子磁芯轮廓线的关系，图中：279为定子的轴心线，272为定子磁芯左边圆周轮廓线，275为右边圆周轮廓线，277为该定子磁芯中间的用于嵌放周向绕组的内环槽的槽底左边线，278为槽底左边线277在定子磁芯外圆周壁上的径向投影线，274为槽底右边线在定子磁芯外圆周壁上的径向投影线，276为定子磁极内缘所在的圆周线。

如图14所示，为图11所示电机每一相周向绕组结构示意图；图中，线圈300可以采用铜漆包线环型绕制而成周向绕组，该绕组为可以为单把线圈，单把线圈的两个引线端子303可以通过定子圆周钻孔等方式引出；线圈300的外圆302可通过绝缘材料与定子磁芯的内环槽的槽底贴紧，线圈的内圆301的直径一般不小于定子磁芯的磁极距底部所在圆周直径。

如图15所示，为图11所示电机三相定子透视示意图(281)及三相转子侧视示意图(431)；在281示出的定子透视图中，虚线315用于表示电机的转子轴的相对位置，定子在轴向上分为三个部分，282和283为定子相间的磁场隔离区域，在282左侧为A相、282和283之间为B相、在283右边为C相，其中A、B、C相的每一相定子磁芯中间位置各具1内环槽，内环槽内分别嵌有周向绕组311、312、313，周向绕组311两侧分布有定子磁极X和Y，1个X和1个Y构成1磁极对，相邻定子磁极之间有轴向槽即磁极距相隔；在周向绕组通以适宜电流时，相应的周向绕组两侧的磁极的磁畴被极化，两侧磁极X和磁极Y产生相异磁性，三相定子绕组311、312、313按时分相通电时，相应的A、B、C三相的磁极对即“分时生磁”。

在431示出的转子侧视图中，435表示转子轴，转子在轴向上分为三个部分，432为A相、433为B相、434为C相，在相邻相间有磁场隔离区域，相位区域位置分别与上述281所示的定子相对应；在转子的每一相位区域中具有转子磁极(即具有斜线的横条部分，如273等)和转子磁极距，在周向绕组通电时，如A相周向绕组311通电，对应的A相定子磁极432的X和Y将对A相转子磁极273等产生磁拉力，使之趋于“对中”以趋磁阻最小；当接近对中的适宜时刻，可以切断绕组311电流并接通B相周向绕组312电流，对应的定子磁极X和Y将对B相转子磁极433产生磁拉力，使之趋于“对中”以达磁阻最小；当接近对中的适宜时刻，切断绕组312电流并接通C相周向绕组313电流，对应的定子磁极X和Y将对C相转子磁极434产生磁拉力，使之趋于“对中”以达磁阻最小；尔后切断绕组313电流，电机的电子控制单元根据转子与定子的位置关系控制上述三相周向绕组电流，再重复上述过程使开关磁阻电机转子连续运转，在上述过程中，定子的三相周向绕组是“几何角度不分相而时间分相通电”、定子磁极是“分时分相生磁”、转子的磁极是“几何角度分相，分时受力”；这是作为电动机使用时的过程。在一定条件下可以减小或省去相间的磁场隔离区域，以减小电机定子及转子的轴向尺寸，提高电机功率密度。当作为发电机时，相应的定子周向绕组产生感应电动势，这符合开关磁阻发电机的工作原理。

需要说明的是，本发明实施例采用的三相轴向分相的周向绕组开关磁阻电机，由于没有端部，故磁场利用率有较大的提高，且圆型绕组的导体排列可以更加整齐，有利于磁场的规则分布，有利于散热，减少匝间漏电短路等故障率。为了便于叙述和对附图磁极的分辨，本实施例是以每相定子具有8个磁极对、每相转子具有8个磁极为例来阐述本发明技术方案的，实际应用中可以根据需要设置各种数量的磁极如采用较多的磁极，可以使转子转矩波动进一步明显减小，减少噪音，减轻机械振动，使磁阻电机的噪音及振动方面得以明显改善。

如图16所示，为图11所示电机三相定子展开图及三相转子展开图；为了较为详细地阐述本发明的技术方案，再以展开图进行进一步地说明。该种电机具有三相定子，每相定子具有与图1基本一致的外定子结构，每相定子具有磁极对如A相磁极对284、B相磁极对285、C相磁极对286，相邻磁极之间有磁极距如287、288、289；三个相位的定子磁芯沿轴向串联连接，相邻相间有磁场隔离区域282、283；每个相位的定子磁芯中间均具有各自的周向绕组，构成三相绕组：A相周向绕组311、B相周向绕组312、C相周向绕组313，三相绕组的线圈位于不同的环槽内，绕组之间不同槽，克服了传统电机的容易出现相间漏电或击穿短路的问题。各相定子的磁极对均沿轴向一一对齐分布于三相定子的内圆上，如定子磁极对284、285、286对齐，即：定子磁极空间几何角度一致，而在各相定子周向绕组通电时间进行时序分相。

对于转子来说，不同相位的转子磁极之间沿圆周方向的角度不同(即空间角度及电角度不同)，如A相转子磁极436居于设定的0°位置时，B相转子磁极437居于+120°(电角度)的位置、C相转子磁极居于+240°(电角度)的位置，相邻转子的相邻磁极相距120°的电角度，也就是转子空间分相；图中439、440、441表示转子磁极距。

总结起来就是；定子时序分相、转子空间分相，这样，按照电机的电子控制系统的控制可以使电机作为开关磁阻电动机或者作为开关磁阻发电机，特别是作为开关磁阻电动机，其有独特的技术优势，如有很强的过载能力、较大的启动转矩、较小的启动电流，其耐震特性、抗过载特性、温度特性、转矩响应性、高速稳定性、对供电电池的损耗特性等都具有较优秀的性能特点。本实施例为三相电机，易于实现自启动。

实施例6

本实施例所述用于说明：另一种形式即转子磁极同角度/定子磁极空间分相及时序分相的三相周向绕组的开关磁阻电机。

如图17所示，为另一种形式三相周向绕组电机的三相定子展开图及三相转子展开图；三相的转子凸极可以轴向一一对齐，也可以如图所示将对齐的三相转子磁极连接为整体的条形凸极，如转子磁极442等(其长度涵盖了三相定子磁极的总长度)，相邻转子磁极间有转子磁极距如443等；而三相定子的每一相磁芯的磁极对在圆周方向的几何空间角度(及电角度)不同：如设定A相“磁极对”290左边沿对应电角度0度位置，则B相“磁极对”291对应电角度+120度(电角度)位置、C相“磁极对”292对应电角度+240度(电角度)位置，即相邻相位定子的磁极对在周向相距120°的电角度，也就是定子空间分相；同时该图还示出当转子运转到图示位置时：442左磁极的左边沿对应上述的0度位置时，其他磁极的对应位置。图中的295、296、297为定子磁极距，293、294为定子相间磁场隔离区域，316、317、318为三相周向绕组。上述分相方式总结起来就是：定子空间分相、转子时序分相(实际是转子外观上没有分相，只是在受力时间上的分时序受力)，同样可以在电子控制系统的控制下作为开关磁阻电动机或者作为开关磁阻发电机，也同样具有开关磁阻电机的上述优点。

实施例7

本实施例所述用于说明：单相内定子式周向绕组的开关磁阻电机。

如图18所示，为单相内定子轴向侧视图和径向侧视图，左图444为轴向侧视图，右图447为侧向剖视图；图中，446为内定子轴用于与外界固定，两个定子盘与定子轴连接，两个定子盘中间形成外环槽，槽内嵌放周向的定子绕组319，外环槽的槽口外的两个定子盘圆周上均匀分布有定子磁极，，两个定子盘圆周上的定子磁极数目相等且轴向一一对齐构成磁极对，如定子磁极对445，虚线448表示槽口外的圆周，定子磁极之间具有磁极距。当周向绕组通电时，槽口两侧磁极被磁化为异名磁极。

如图19所示，为单相内定子式周向绕组的开关磁阻电机侧剖面结构示意图：电机的内部为定子450，定子轴449与外界固定，而外部为转子。周向绕组320位于内定子的磁极中间的外环槽之内，外环槽的槽口圆周452向外均匀分布有定子磁极如453，外转子298具有向内伸入内定子中间的槽内的方块型凸极。当周向绕组320通电时，定子磁极(如453)对和转子凸极(如298)对中时的主要磁力方向为轴向，可以采用一般开关磁阻电机的控制模式，此图所示电机为单相结构，动力从外转子轴套299输出(电动机模式)或输入(发电机模式)。转子磁极也可以设计为在定子磁极圆周之外的磁极形式，即298下部凸出伸入槽口451处的方块磁极被取消，而只留存内定子磁极(如453)圆周外侧的298剩余的长方形部分，此种类型的磁极对中时，转子磁极与定子磁极形成径向磁场。

同样滴，本类型的内定子电机可以复合为周向绕组的多相结构的内定子式开关磁阻电机。

实施例8

本实施例所述用于说明：径向分相的两相周向绕组的开关磁阻电机。

如图20所示，为径向分相的两相周向绕组的开关磁阻电机的轴向剖视图，图中，459为转子轴，454和455及其所在圆周范围的其他弧形条块为转子磁极，456及其所在圆周范围的其他弧形条块为外侧的定子磁极，457和458及其所在圆周范围的其他弧形条块为内侧的定子磁极，同一侧的相邻定子磁极之间为定子磁极距；图示位置时电机正处于内侧的定子磁极和转子磁极对中位置，如内侧的定子磁极458的径向中心线与转子磁极455的径向中心线重合为虚线460，此时内侧的定子磁极与转子磁极形成的径向磁场达最大磁通，并且此时外侧的定子磁极距与转子磁极对中，外侧的定子磁极与转子磁极达最小磁通。

当随着电机的运转，如外侧的定子磁极的径向中心线与转子磁极455的径向中心线重合于461时，电机将处于外侧的定子磁极和转子磁极对中位置，如外侧的定子磁极456与转子磁极454对中，此时外侧的定子磁极与转子磁极形成的径向磁场达最大磁通，并且此时内定子的磁极距与转子磁极对中，内侧的定子磁极与转子磁极达最小磁通。

随着电机的运转，外侧定子磁极与转子磁极的磁通、内侧定子磁极与转子磁极的磁通大小交替变化，内侧定子磁极可采用一相周向绕组来激发定子磁场或者接受磁场产生感生电动势，外侧的定子磁极采用另一相周向绕组来激发定子磁场或者接受磁场产生感生电动势，这样形成单转子盘上的单周转子磁极可以与内外两圈定子磁极(对)的发生电磁作用，构成两相开关磁阻电机，从而简化了电机结构，提高了功率密度，降低了成本，提高电机可靠性。

上述内容中，仅是为了便于理解，以简化的图示和较为简单的说明来阐述内外侧的定子磁极与转子磁极的位置关系，在实际应用中，内侧的定子磁极或者外侧的定子磁极，如457、456等每一定子磁极也可为磁极对结构。

如图21所示，为径向分相的两相周向绕组开关磁阻电机的内定子立体结构示意图；图中，463为内定子轴，内定子轴463上固定有2个内定子盘：前面内定子盘464圆周上具有均匀分布的内定子磁极如466，后面内定子盘465圆周上具有均匀分布的内定子磁极如467，内定子盘464与内定子盘467之间为外环槽结构用于放置定子周向绕组；每一内定子盘上相邻磁极之间的空缺位置为磁极距如468，前内定子盘464和后内定子盘465每对应的两个磁极构成内定子磁极对如466与467，当内定子盘之间的周向绕组通电时，每磁极对被磁化为1对异名磁极如466为S极则467为N极；可以对位于定子磁极对磁力作用范围内的转子磁极产生力趋使其对“对中”的磁拉力，当在电子控制系统控制的适宜脉冲的作用下，随着定子与转子相对位置的变化，适宜脉冲将会对转子磁极产生相位适宜的磁拉力，驱动所述转子旋转；或者依据开关磁阻发电机原理将机械能转化为电能从周向绕组输出。

如图22所示，为图21所示开关磁阻电机的转子示意图；在图中，转子上具有转子轴套469，通过其轴套内孔474可将转子套装在电机的内定子轴(见图21的内定子轴463)上，并与内定子轴之间可采用轴承或轴套支撑方式；473为转子轴套端面，转子轴套469另端固定有转子盘470，转子盘470的另侧垂直于转子盘的方向的圆周上均匀分布有转子磁极，转子磁极可以为弧面形状以利于旋转时充分利用内侧的定子磁极与外侧的定子磁极之间的空间及其磁场，如472为转子磁极，471为转子磁极距。

如图23所示，为图21所示开关磁阻电机的外定子示意图；图中，外定子475上具有2个外定子盘：前面外定子盘476圆周上具有均匀分布的外定子磁极如478，后面外定子盘465圆周上具有均匀分布的外定子磁极如479，外定子盘477与外定子盘476之间为内环槽结构用于放置周向绕组；每一外定子盘上相邻磁极之间的空缺位置为磁极距，前外定子盘476和后外定子盘477每轴向正对的磁极构成外定子磁极对如478与479构成2磁极对，当内环槽里的周向绕组通电时，磁极对被磁化为异名磁极如478为N极则479为S极；可以对位于外定子磁极磁场作用范围内的转子磁极(如图22中的转子磁极472等)产生力趋使所述转子磁极与外侧的定子磁极对“对中”的磁拉力，当在电子控制系统控制的适宜脉冲的作用下，随着定子与转子相对位置的变化，适宜脉冲将会对转子磁极产生相位适宜的磁拉力，驱动所述转子旋转；或者依据开关磁阻发电机原理将机械能转化为电能从周向绕组输出。

前述附图20从轴向剖视图示意了内外两相定子分相的周向绕组开关磁阻电机，上述附图21、22、23所示的内定子、转子和外定子同轴线安装，附图21、22、23又以立体结构形式示意了所三者组成的具有内外两相定子和一个共用转子的开关磁阻电机，其特点是采用径向分相，内定子磁极对与外定子磁极对位置相差180°电角度，内定子与外定子共用单个圆周转子即单转子上的转子磁极，内外两相定子均采用周向绕组，可以在电子控制系统的控制下使转子磁极沿径向的内侧与外侧分相受力，这样简化了电机结构，有利于提高功率；也可以构成只有单转子盘的两相径向分相的周向绕组的开关磁阻发电机。

如图24所示，为图21所示开关磁阻电机的侧向剖视图简图；如图所示，电机转子轴482上连接有转子盘485，转子盘圆周左侧分布有转子磁极486，磁极之间具有磁极距，定子483与转子轴482之间装有轴承如487，定子483左侧的定子盘上具有位于转子磁极内外两侧的定子磁芯，内外两侧的定子磁芯圆周上均分布有定子磁极如484；外侧定子磁芯为朝向转子磁极的内环槽结构且分布有外侧的定子磁极，如槽口324朝向转子磁极486，槽内具有一相周向绕组321；内侧定子磁芯为朝向转子磁极的内环槽结构且分布有内侧的定子磁极，如槽口323朝向转子磁极486，槽内具有另一相周向绕组322；其工作原理可与前述两相周向绕组的径向分相的开关磁阻电机相同。

图20和图24均为径向分相的两相电机示意图，图20示出其轴向剖视图，转子圆周上具有均匀分布的转子磁极，转子磁极外侧定子圆周上均匀分布有第一相定子磁极，该第一相定子磁极的磁极对与所述转子磁极对中时，定子磁极对的每一磁极与转子磁极的磁力为向圆周外侧的径向磁力；转子磁极内侧定子圆周上均匀分布有第二相定子磁极，该第二相定子磁极的磁极对与所述转子磁极对中时，定子磁极对的每一磁极与转子磁极的磁力为向圆周内侧的径向磁力；所述的第一项定子磁极和第二相定子磁极相对子所述转子磁极相差180°电角度，因此该第一相定子磁极、第二相定子磁极和转子磁极构成具有两个相位的开关磁阻电机，两个相位共用仅一个圆周的转子磁极，该单圆周的转子磁极可以称之为“单转子磁极”，亦即：两个相位的定子磁极对分列于所述“单转子磁极”的两侧，且附图24还显示了该第一相定子磁极所在的定子磁芯和第二相定子磁极所在的定子磁芯为具有各自周向绕组的定子磁芯。

实施例9

本实施例所述用于说明：轴向分相的两相周向绕组开关磁阻电机。

如图25所示，为轴向分相的两相周向绕组单转子式开关磁阻电机侧向剖视图；其中，转子包括：转子轴488、转子盘490、均匀分布于转子盘圆周上的转子磁极如491；定子包括：位于转子盘两侧的定子盘，其与转子轴488之间配有轴承如489；左侧定子盘的圆周上具有朝向转子磁极开口的侧环槽结构磁芯如492，侧环槽内嵌放一相周向绕组326，绕组326和侧环槽内壁之间可以有绝缘材料325做以电气隔离，槽口497两侧的内外两圈的环型圆周上均匀分布有定子磁极如定子磁极499和定子磁极496，它们构成1磁极对，磁极对数与转子磁极数相同。当周向绕组326通电时绕组周围的磁芯(包括侧环槽槽底部分、槽的两侧、槽口外的磁极)被磁化，定子的每1磁极对的两个磁极被极化为异名磁极，如图所示周向绕组326的电流方向时(上部剖面图绕组326的“×”电流方向为垂直于页面向内、下部的“·”表示电流方向为垂直于页面钻出)，定子磁极496为S极、定子磁极499为N极，该磁场将会对转子磁极(上部的491磁极)产生磁拉力，磁拉力力趋转子磁极(上部的491磁极)移动至与496和499组成的定子磁极对对中的位置，对中时定子磁极与转子磁极之间为轴向磁场。

图中右侧的定子盘的圆周上具有朝向转子磁极开口的侧环槽结构磁芯如493，侧环槽内嵌放一相周向绕组327，绕组326和侧环槽内壁之间有绝缘材料隔离，槽口两侧的内外两圈的环型圆周上均匀分布有定子磁极构成磁极对，磁极对数与转子磁极数相同。当周向绕组327通电时绕组周围的磁芯(包括侧环槽槽底部分、槽的两侧、槽口外的磁极)被磁化，定子的每1磁极对的两个磁极被极化为异名磁极，如图所示周向绕组327的电流方向时的定子磁极498的磁场将会对转子磁极产生磁拉力，磁拉力力趋转子磁极(上部的491磁极)移动至与496和499组成的定子磁极对对中的位置，对中时定子磁极与转子磁极之间为轴向磁场。

需要说明的是，图中的定子磁极、转子磁极均用虚线表示，是因为：左侧定子磁极与右侧定子磁极的相位不同，左侧定子磁极与右侧定子磁极相差180°电角度，即左侧定子磁极与转子磁极对中位置时右侧定子磁极与转子磁极距对中；根据开关磁阻电机的特性，本实施例所示的开关磁阻电机可以为两相开关磁阻电动机，亦可为两相开关磁阻发电机。在电机的电子控制系统的控制下由转子输出转矩功率或两相周向绕组输出电功率。本图所示电机具有结构简单、效率高、转矩波动小、功率密度大、工艺较为简单、成本低等优点。

如图26所示，为轴向分相的两相周向绕组单转子式开关磁阻电机侧向剖视图简图，

图25示出其侧向剖视图简图，与转子轴500机械固定的转子盘503圆周上具有均匀分布的转子磁极，转子500和定子502之间装有轴承如501；定子502包含左侧定子盘和右侧定子盘，位于转子盘503左侧的定子盘圆周上均匀分布有第一相定子磁极如504、506，该第一相定子磁极的磁极对与所述转子磁极对中时，定子磁极对的每一磁极与转子磁极的磁力为向左的轴向磁力；右侧定子盘圆周上均匀分布有第二相定子磁极如505、507，该第二相定子磁极的磁极对与所述转子磁极对中时，定子磁极对的每一磁极与转子磁极的磁力为向右的轴向磁力；所述的第一项定子磁极和第二相定子磁极相对于所述转子磁极相差180°电角度，因此该第一相定子磁极、第二相定子磁极和转子磁极构成具有两个相位的开关磁阻电机，且两个相位共用仅一个圆周的转子磁极，该单圆周的转子磁极可以称之为“单转子磁极”，亦即：两个相位的定子磁极对分列于所述“单转子磁极”的两侧，且附图25和附图26还显示了该第一、二相定子磁极所在的定子磁芯均为具有周向绕组的定子磁芯。

实施例10

本实施例所述用于说明：复合环槽结构定子的周向绕组的开关磁阻电机。

如图27所示，为内环槽与侧环槽构成2相复合结构环槽定子的电机侧向剖视图简图，电机转子包括转子轴508、转子盘511，转子轴508与定子之间具有轴承如510；位于电机定子509外圆周的磁芯的侧环槽328的槽口(如515)朝向右侧的转子磁极513，电机转子的外圆周是转子磁极(如513)向左延伸至所述定子509的磁极对的两个磁极之间，这样，在所述槽内的周向绕组通电时，当所述磁芯的磁极对与转子磁极对中时其间形成径向磁力。定子509内圆周磁芯的内环槽的槽口(如514)朝向轴心方向，电机转子的内圆周的转子磁极(如512)向左延伸至所述定子内圆周的朝向轴心方向的磁芯的磁极之间，这样，在所述槽内的周向绕组329通电时，当所述磁芯的磁极对与转子磁极对中时其间形成轴向磁力；上述内圆周的定子周向绕组329两侧的内环槽定子磁芯磁极和外圆周的定子磁芯磁极磁极相差180°电角度，因此，本图所示的电机为具有内环槽与侧环槽构成2相复合结构的环槽定子开关磁阻电机，且两个相位分别应用转子上的内外两个圆周的转子磁极。根据开关磁阻电机的特性，本实施例所示的开关磁阻电机可以为两相开关磁阻电动机，亦可以为两相开关磁阻发电机。

如图28所示，为2内环槽与1外环槽构成3相复合环槽结构定子的开关磁阻电机侧向剖视图简图，本图示出的电机的定子524具有3个环槽，包括两个内环槽，519/522为左侧的内环槽，518/523为右侧的内环槽，所述内环槽及外环槽分居于定子中心盘的两侧的外侧圆周上，且其槽口沿径向朝向轴心，还包括一个居于定子中心盘内侧圆周上的槽520/521为内侧的外环槽，且其槽口沿径向朝向轴心的反方向。

在左侧内环槽519/522槽口两侧圆周上均匀分布有第一相定子磁极对、槽内嵌有第一相周向绕组331；在右侧内环槽518/523槽口两侧圆周上均匀分布有第二相定子磁极对、槽内嵌有第二相周向绕组330，在定子中心盘的左侧的外环槽520/521圆周上均匀分布有第三相定子磁极对、槽内嵌有第三相周向绕组331。

转子525包括转子轴516和位于定子中心盘左侧的左转子盘及位于定子中心盘右侧的右转子盘：左转子盘外端向右延伸有左转子磁极，左转子磁极在所述左转子盘外端圆周上均匀分布；右转子盘外端向左延伸有右转子磁极，右转子磁极在所述右转子盘外端圆周上均匀分布；转子轴516与定子524之间装有轴承，如转子轴516与定子中心盘之间的轴承517等。

所述的第一相定子磁极对、第三相定子磁极对共用位于第一相、第三相磁极之间的转子的左转子磁极，所述第二相定子磁极对使用所述的右转子磁极；且所述第一相、第二相、第三相定子磁极对的数目、所示左转子磁极数目、所述所述右转子磁极数目相等。

当然对于一些特殊要求的电机，可以将转子磁极或定子磁极对数目设计为不相等的其他倍数关系。亦可将内环槽518改为向右开口的侧环槽形式构成三相复合环槽结构的电机。

根据前述周向绕组电机的定子磁极与转子磁极的相位设置关系，不难理解的是：通过合理设置所述第一相定子磁极对、第二相定子磁极对、第三相定子磁极对和所述转子上的左转子磁极、右转子磁极的相位关系，可以构成具有三个相位的开关磁阻电机，如将所述第一相定子磁极对设计为0°、将第二相定子磁极对设置为有+120°电角度相位差的分相位置、将第三相定子磁极对设置为有+240°电角度相位差的分相位置，而将对应的转子磁极设计为相同的相位角，也就是仅采用定子时序及空间分相；即可构成三相周向绕组的复合环槽结构定子的开关磁阻电机，当然也可以采取满足开关磁阻电机合理运行的其他分相方法。

如图29所示，为具有2内环槽与2外环槽构成4相复合环槽结构定子的开关磁阻电机侧向剖视图简图；如图，电机定子529上具有4个环槽，包括两个内环槽530和531分居于定子中心盘的两侧的外侧圆周上，且其槽口沿径向朝向轴心；还包括两个分居于定子中心盘的两侧的内侧圆周上的两个外环槽335和336，且其槽口沿径向朝向轴心的反方向。

在内环槽530槽口圆周上均匀分布有第一相定子磁极对，槽内嵌设第一相周向绕组333，

在内环槽531槽口圆周上均匀分布有第二相定子磁极对，槽内嵌设第二相周向绕组334，

在外环槽532槽口圆周上均匀分布有第三相定子磁极对，槽内嵌设第三相周向绕组335，

在外环槽533槽口圆周上均匀分布有第四相定子磁极对，槽内嵌设第四相周向绕组336，

转子528包括转子轴和位于转子轴中心左转子盘及位于转子轴中心右侧的右转子盘：其左转子盘外端向右延伸有左转子磁极，且左转子磁极在所述左转子盘外端圆周上均匀分布；其右转子盘外端向左延伸有右转子磁极，且右转子磁极在所述右转子盘外端圆周上均匀分布；且第一相、第二相、第三相、第四相定子磁极对的数目与左、右转子磁极数目相同，当然对于一些特殊要求的电机，可以将转子磁极或定子磁极对数目设计为不相等的其他倍数关系。所述第一相定子磁极对、第三相定子磁极对共用位于第一相、第三相磁极对之间的左转子磁极，所述第二相、第四相定子磁极对共用位于第二相、第四相磁极对之间的右转子磁极。

根据前述周向绕组电机的定子磁极与转子磁极的相位设置关系，不难理解的是：通过合理设置所述第一相、第二相、第三相、第四相定子磁极对和所述转子上的左转子磁极、右转子磁极的相位关系，可以构成具有四个相位的开关磁阻电机，如将所述第一相定子磁极对设置为0°位置、第二相定子磁极对设置为+90°电角度相位差的分相位置、第三相定子磁极对设置为+180°电角度相位差的分相位置、第四相定子磁极对设置为+270°电角度相位差的分相位置，而所对应的转子磁极则为相同的相位角，也就是仅采用定子时序分相和空间分相；当然还可以采取定子磁极对和转子磁极均进行相对相位角满足开关磁阻电机合理运行的其他分相方法，本图所示电机具有结构简单、功率密度大、效率高等优点。

另外，根据设计需要，可以将一定数目的定子磁芯轴向串联，每个磁芯圆周上分布有定子磁极，相邻磁芯之间留有周向的槽，槽内嵌放周向绕组，这样整个定子磁芯具有多个周向绕组，可以将转子磁极设置为伸入相邻定子磁芯的磁极之间的形式，利用定子磁极与转子磁极之间的轴向磁场使电机运行；或可以将转子磁极置为不伸入相邻定子磁芯的磁极之间，而是旋转于定子磁极端部以外的形式，利用定子磁极与转子磁极之间的径向磁场来使电机运行；多个定子磁芯及转子磁芯亦可以采用分组分相、间隔分相以及不同周向绕组串联、并联、不同的励磁电流方向等的多种组合等方式构成多种形式的周向绕组的开关磁阻电机，即可以利用定子磁芯的磁极对、也可以利用定子磁芯的每一个单磁极和转子磁极之间的磁拉力来使电机运行，对于以下的周向绕组的永磁、激磁等类型的电机也同样地可采取上述方法。

第二方面，本发明实施方式还提供了一种周向绕组的功率电机，包括定子、转子、所述定子和转子的支撑元件以及电子控制系统，其定子、转子、所述支撑元件以及电子控制系统组成永磁电机，

其转子包括由永磁材料制成的转子磁极，

定子包括定子磁芯和定子绕组，定子磁芯为与电机同轴心的沿圆周方向(即周向)开槽的磁芯，

①当所述定子为外定子时，所述定子磁芯所开槽的槽口朝向所述定子圆周内侧，形成内环槽结构的磁芯；

②当所述定子为内定子时，所述定子磁芯所开槽的槽口朝向所述定子圆周外侧，形成外环槽结构的磁芯；

③当所述定子为侧定子时，所述定子磁芯所开槽的槽口朝向转子一侧，形成侧环槽结构的磁芯；

④当所述定子为所述①②③三者中至少两者的复合结构时，所述定子磁芯所开槽于所述定子圆周的相应侧，并相应形成内环槽、外环槽和侧环槽三者中至少两者的复合结构。

当然，也可以通过在定子上设计出折弯的导磁部将不同方向的槽口两侧的磁场引导至转子磁极，这样使得定子的环型槽的开口方向与不同位置的转子磁极得以多种多样的灵活配置，便于满足不同的电机设计需求。

需要说明的是，对于外定子式定子磁芯，其朝向转子的内圆开有圆周方向的槽，而其背向转子的一侧(即所述定子的外侧)可以是圆型或多边形或其它形状。

槽的走向是与转子的轴向及径向分别垂直的圆周方向，圆周槽的槽口可以朝向转子侧，也可以朝向非转子侧再通过磁极或槽口两侧圆周或圆周的垂向延伸部分的磁极引导磁场到转子磁极，且定子磁极与转子磁极之间留有气隙，定子磁极或转子磁极可以是凸极式磁极。

槽用于放置定子绕组，定子绕组可以为单线绕制或多线并绕的圆型线圈结构的周向绕组，圆型线圈结构的周向绕组是指仅有单把线圈绕制成的绕组，其方向为圆周方向，可以采用双线或多跟导线并绕的方式进行绕制，这样有便于提高槽满率或改善线圈的特性，这样的圆周型线圈即为“周向绕组”，该周向绕组作为定子绕组的用途是，在周向绕组通电时使定子磁芯被磁化，槽的槽口两侧圆周被磁化为异名磁极并通过磁极引导磁场或通过圆周的垂向延伸部分和磁极引导磁场，使定子磁场在转子磁极上产生电磁力矩驱动电机的转子旋转，此为电动机工作模式。

这样的周向绕组或可以用于在转子旋转时通过磁场的变化使定子绕组产生感应电动势，此为发电机工作模式。

实施例11

本实施例所述用于说明：周向绕组的永磁式功率电机。

如图30所示，为周向绕组永磁电机的单相定子和单相转子结构示意图；图中，左图为定子磁芯示意图，其结构与前述的开关磁阻电机的单相外定子基本一致，定子圆周中间位置内具有内环槽结构，虚线537和虚线538为该环槽底部的两个边线在定子磁芯圆周外壁上的投影线，内环槽用于嵌放周向绕组，周向绕组的两侧的定子圆周上均匀分布定子磁极如535，相邻定子磁极之间为磁极距如536，槽口圆周两侧定子磁极数目相等且一一对齐构成磁极对；一般周向绕组所在的内环槽底部直径大于磁极距底部的直径，周向绕组的内径不小于定子磁极内缘所在圆周的直径，故周向绕组导体包围在磁极距底部的环槽之内，可以使磁场转化率得以提高，从而提高电机效率，当周向绕组通电时，其一侧的定子磁极呈现S磁性，另一侧呈现N磁性，当周向绕组电流方向反向时，其两侧的磁极磁性对调。

右图为转子结构示意图，转子中间窄带区域539可以为无磁性区或弱磁性区，以利每个凸极在转子轴向上显化为磁性相异的两个磁极，539区域一侧的转子圆周均匀分布有外表为N级的永磁磁极，如541，另一侧的转子圆周均匀分布有外表为S级的永磁磁极，如542，转子圆周上N极永磁磁极数目与S极永磁磁极数目相同且一一轴向正对，正对的两个永磁磁极构成1永磁磁极对，且永磁磁极对的数目与定子磁极对的数目相等，如图所示的示例：转子左侧的磁极均为N极而右侧的磁极均为S极，相邻磁极之间为磁极距如540，转子轴为534。

转子与定子同轴心装配，这样，在所述定子内环槽之中的周向绕组通电时，当定子磁极对与转子磁极对中时，定、转子磁极之间形成径向磁力；当在非对中位置时，根据周向绕组电流方向不同，定、转子磁极产生磁拉力或磁推力，磁拉力或磁推力在旋转圆周方向的切向分量将驱动转子向对中方向旋转；当外力驱动转子旋转时，转子的永磁磁极的磁场将会在定子磁极对上产生磁通交替变化，使周向绕组的左侧与右侧交替呈现不同极性的磁场变化；可以通过电子控制系统检测转子相对位置对定子周向绕组电流进行相位控制，使电机运转。

如作为发电机，以如图的转子磁性为例：其磁路路径为：转子左侧磁极N极→定子磁极对的左侧定子磁极→内环槽外壁磁性材料→定子磁极对的右侧定子磁极→转子右侧磁极S极→(可以通过转子内部的磁芯到达)转子左侧磁极N极，该磁路的磁通在转子磁极与定子磁极“对中”时为最大值、在转子磁极与定子磁极距“对中”时为最小值，随着转子的旋转，定子与转子之间磁路的磁通在最大值与最小值之间交替变化，且在周向绕组的环型导体任意一处的磁通方向始终是：磁通垂直于周向绕组导体，根据电磁感应定律E=nBLVsinθ(θ恒为90°)使在周向绕组上产生效率最大化的感应电动势，这是相对于有端部绕组的传统绕组的重要区别。传统绕组的端部的外侧并无磁芯，且端部导体角度规则性差、磁场分布较为复杂、不能保证磁力线处处与端部导体垂直，使端部外侧的磁场很大程度上被浪费，还有可能产生有害的涡流损耗及电磁干扰。

因而无论是作为功率电动机还是作为功率发电机，绕组端部使功率电机损耗加大，而本发明技术方案的周向绕组从根本上克服了传统绕组端部带来的弊端，同时，由于周向绕组为简单的圆形结构，其绕制工艺相对于传统的具有端部的同心绕组或链式绕组乃至具有端部的单把绕组来说，都是较大地简化了绕线工艺与生产耗时，同时节省掉端部耗材，周向绕组的圆型部分都被围在周向的环槽当中，比对传统具有端部的绕组仅仅直导体部分被包围在轴向直槽中的嵌线方式来说，本发明技术方案也是提高了磁场利用率，从而对周向绕组电动机来说是提高了电磁力矩，对周向绕组发电机来说提高了感应电动势及感生电流，这样，周向绕组提高了电机的能量转化效率，对于节能减排的电机技术上又是一个创造性突破。

电子控制系统用于检测转子磁极与定子相对位置和完成周向绕组的电路控制过程，可以实现将电能转化为转子输出的机械能或者将机械能转化为电能通过周向绕组输出。具有结构简单、效率高、极数绕组互不干扰、功率密度大、缩短工艺流程、耗材少、成本低等优点。

实施例12

本实施例所述用于说明：定子磁极时序分相/转子磁极空间分相的三相周向绕组的永磁电机。根据前述多相电机的内容，可以理解的是，相应地，可以将多个单相结构的定子、转子组合起来，对多个单相转子组成的多相转子在旋转方向上进行角度分相组成多相周向绕组的永磁电机。以三相周向绕组的永磁电机为例，按照电机的分相设计，如其中第一相转子永磁磁极与定子磁极接近对中时，其他相的转子永磁磁极与定子磁极相差“相间电角度”处于未对中的位置，此时可以给第一相的定子周向绕组断电再给其他相位的“目的相”如第二相定子的周向绕组通以正向电流时，所述第二相的定子磁极与转子永磁磁极将产生较大磁拉力使其趋于对中而旋转，当然，可以在所述第二相的周向绕组通正向电流时可以给第一相绕组通以反向电流，则第一相定子磁极产生与对应转子永磁磁极中间为同极性的推斥磁场，即：第二相定、转子极间为“磁拉力”时第一相定、转子极间为“磁推力”，且其“磁推力”与前述的“磁拉力”正向叠加；在其后则是第三相定转子极间的“磁拉力”与第二相定转子极间为“磁推力”正向叠加；又其后是第一相极间的“磁拉力”与第三相极间为“磁推力”正向叠加；如此周而复始地循环往复，这样增大了转子所受的电磁转矩，从而以较大的磁通密度产生较大的动力功率输出，以下结合图31和图32阐述这一过程。对于作为电动车辆驱动电机来说，还可以在电子控制系统控制下，合理优化控制上述定转子极间的“磁拉力”和“磁推力”，优化控制动力模式以及电磁制动能量的回收，此时电机作为电动一发电一体机。

如图31所示，为三相外定子式一定子磁极同角度/转子磁极按角度分相的周向绕组永磁电机示意图，其中，上图为三相定子透视图，下图为三相转子侧视图，需要说明的是图31仅为描述该三相电机的定子或转子分相位置的示意图，并非是该种电机具有精确数据的的机械设计图，因而图中其各个磁极为示意性的位置并非其精确位置。

如图中的上图所示，三相定子包括三个部分，A相定子磁芯中间位置开有周向的内环槽，槽内嵌入周向绕组337，槽口两侧圆周均匀分布且一一正对的定子磁极X和Y，2个正对的定子磁极构成1磁极对，如544和546，同侧相邻磁极之间为磁极距如545；B相定子磁芯中间位置开有周向的内环槽，槽内嵌入周向绕组338，槽口两侧圆周具有均匀分布且一一正对的定子磁极X和Y，相正对的定子磁极构成1磁极对，同侧相邻磁极之间为磁极距；C相定子磁芯中间位置开有周向的内环槽，槽内嵌入周向绕组339，槽口两侧圆周具有均匀分布且一一正对的定子磁极X和Y，相正对的定子磁极构成1磁极对，同侧相邻磁极之间为磁极距。A、B、C三相的定子磁极在轴向上观察的几何角度相同彼此对齐，相邻两相定子磁芯之间设置有隔磁区547和548，在某些特定条件下可以取消隔磁区以缩短电机周线尺寸。图中虚线框543表示位于定子轴心的转子轴位置。

如图中的下图所示，549为转子轴，转子分三个相位的磁极区域，相位之间具有隔磁区553和555，隔磁区553左侧为A相转子磁极区域，其中部有与上述A相定子内环槽等宽的隔磁区或弱磁区552，552的左侧转子圆周上均匀分布有N极性转子磁极如550，右侧转子圆周上均匀分布有S极性转子磁极如551，每一侧的磁极数均和A相定子磁极对数相等，且转子磁极轴向一一正对构成转子磁极对如550和551，同侧相邻极间为磁极距如557。

隔磁区553右侧为B相转子磁极区域，其中间具有与上述B相定子内环槽等宽的隔磁区或弱磁区554，隔磁区或弱磁区554的左侧转子圆周上均匀分布有N极性转子磁极，右侧转子圆周上均匀分布有S极性转子磁极，每一侧的磁极数均和B相定子磁极对数相等，且转子磁极一一轴向正对构成转子磁极对，同侧相邻极间为磁极距。

隔磁区555右侧为C相转子磁极区域，其中间具有与上述C相定子内环槽等宽的隔磁区或弱磁区556，隔磁区或弱磁区556的左侧转子圆周上均匀分布有N极性转子磁极，右侧转子圆周上均匀分布有S极性转子磁极，每一侧的磁极数均和C相定子磁极对数相等，且转子磁极一一轴向正对构成转子磁极对，同侧相邻极间为磁极距。

上述三相位的转子磁极数目相等，如其中B相转子磁极位于超前于A相转子磁极+120°电角度位置，C相转子磁极位于超前于A相转子磁极+240°电角度位置，当其中某一相位周向绕组通电时，其两侧的磁极与同相位的转子磁极磁性相反时(即：X为N极、Y为S极)使转子磁极转动趋于与定子磁极对中位置，此期间可以在其它适宜相位的周向绕组适宜角度范围内通以适宜方向电流，使三相定转子极间磁力叠加增强，如用于驱动时增加输出功率，用于制动时增加感应电动势及感生电流。三个相位的周向绕组按照预设角度位置与磁极磁力关系在电子控制系统控制下使电机构成三相周向绕组的永磁电机。本图所示电机具有结构简单、功率密度大、效率高等优点。另外，相对于上述图示实施例的三相转子永磁磁极的轴向排列为NSNSNS，也可以将不同相位的转子永磁磁极按其他极性顺序排列：如NSSNNS等，此时定子周向绕组控制软件相应调整。

如图32所示，为图31所示电机的定子及转子展开图，上图586为定子展开图，下图587为转子展开图，如图所示的A相、B相、C相周向绕组346、347、348的两侧均匀分布有定子磁极对，如A相磁极对588、B相磁极对589、C相磁极对590，在每相定子相邻磁极间分布有磁极距如A相磁极距591、B相磁极距593、A相磁极距595，在定子的相邻相间具有“AB相间分隔592”和“BC相间分隔594”以避免或减少相间磁场干扰。不同相位之间磁极数目相等且一一轴向对齐，如磁极对588、589、590对齐。因此定子磁极在几何角度上不分相，只是对不同相位的周向绕组在通电时间上做以“时序分相”。

与上图对应的下图587示出了空间角度分相的转子磁极展开图，转子上分布有三相永磁磁极，如A相永磁磁极对596、B相永磁磁极对597、C相永磁磁极对598，同相位的磁极对的极间有隔磁或弱磁区，不同相位之间有相间磁场分隔区以避免或减少相间磁场干扰。

当所述转子处于图示位置时，如转子A相永磁磁极对596相对于A相定子磁极对588处于“对中”位置：其磁极左沿对准图示的0°电角度位置，转子B相永磁磁极对597相对于B相定子磁极对589为+120°位置：其磁极左沿对准图示的+120°电角度位置，转子C相永磁磁极对598相对于C相定子磁极对590为+240°位置：其磁极左沿对准图示的+240°电角度位置，因此可以使三相定子绕组在电子控制系统控制下按其相序进行电流控制，使三相转子按照预定方向旋转，通过控制占空比及频率、导通相位控制电机的转速、转矩及功率。当然，也可以作为周向绕组的发电机使用。

实施例13

本实施例所述用于说明：转子磁极同角度/定子磁极按角度分相的周向绕组永磁电机。

如图33所示，为三相外定子式-转子磁极同角度/定子磁极按角度分相的周向绕组永磁电机的定子透视图及转子侧视图，上图为定子透视图，下图为转子侧视图。

如图33中的上图所示，该图为说明电机工作的示意图并非是精确数据的机械设计图。图中A相、B相、C相周向绕组343、344、345的两侧均匀分布有定子磁极对，不同相的定子磁极对的几何空间角度不同使其相对相位角度不同，如设定A相的定子磁极处于0°位置，B相的定子磁极处于+120°位置，C相的定子磁极处于+240°位置；在每相定子相邻磁极间为磁极距，在定子的相邻相间具有相间分隔区579和580以避免或减少相间磁场干扰。因此定子磁极是空间分相，不同相位的周向绕组在通电时间上做以“时序分相”；图中340为周向绕组端子引线，端子340及其余绕组端子可从定子磁芯钻孔引出。虚线577示意电机转子轴位置。

与上图相对照的下图587示出转子永磁磁极同几何角度的磁极侧视图，转子轴为581，转子上具有三个相位的永磁磁极分布，如582，同相位的正对磁极的极间有隔磁区或弱磁区，转子上不同相位的磁极数目相等且一一轴向对齐，即：转子磁极同几何角度，不做空间分相只是不同相位永磁磁极分时受力；不同相位之间具有相间分隔区以避免或减少相间磁场干扰。

转子A相永磁磁极对相对于A相定子磁极对处于“对中”位置时，B相永磁磁极对相对于B相定子磁极对处于为+120°位置，C相永磁磁极对相对于C相定子磁极对处于+240°位置；因此可以使三相定子绕组在电子控制系统控制下按其相位时序进行通电电流控制，使三相转子按照预定方向旋转，通过控制占空比及频率、导通相位控制电机的转速、转矩及功率。当然，也可以作为周向绕组的发电机使用。

如图34所示，为图33所示三相电机的转子及定子展开图，上图为转子展开图，下图为定子展开图。上图中转子558具有三相转子永磁磁极对(如560、561、562)以及磁极距(如563、566、569)，相间也具有隔磁区565、568；图34的下图定子559具有三相定子磁极对(如571/572、573、574)，若以定子A相磁极为参考电角度0°时，B相磁极为+120°、C相磁极为+240°电角度；此为定子角度分相与时序分相，而转子永磁磁极同角度仅是分时受力；定子还包括周向绕组340、341和342，相间也具有隔磁区575、576；其结构是将实施例12的转子与定子的分相关系对换，其工作过程可参照上述原理，这里不再赘述。

另外，不难理解的是，对于永磁电机，也可像开关磁阻电机，相应地组成内定子外转子的周向绕组的电机，只是由永磁材料制成的转子位于电机的外圆周上，而定子位于内圆周上；还可以进行组合及分相以构成多相的周向绕组的永磁电机，通过电子控制系统经过定子绕组电流的相位控制乃至方向控制来控制永磁电机的运转，由于其附图类似于上述开关磁阻电机，只是相应地把转子磁极调换为永磁磁极，故这种永磁电机附图未予示出。

实施例14

本实施例所述为用于说明：单相周向绕组的侧定子式永磁功率电机。

如图35所示，为侧定子的周向绕组的永磁电机的单相定子及转子的示意图，该电机包括，与转子轴599连接的转子盘的外圆上均匀分布有转子永磁磁极如607和608(图示为外圆侧S极、内圆侧N极)，转子与定子之间装有轴承如600，定子包括定子磁芯601和周向绕组349，定子磁芯601圆周上开有侧环槽，槽口602朝向转子磁极方向，槽口内圆圆周603均匀分布有垂直于槽口的定子磁极如606、槽口外圆圆周604均匀分布有垂直于槽口的定子磁极如605、槽内壁有绝缘材料350用作周向绕组与槽壁之间的电气绝缘，当周向绕组通以图示方向的电流时，槽口外圆周的定子磁极如605为N极，606为S极，当转子磁极与定子磁极为非对中位置时，定子磁极与转子磁极间为磁拉力，该磁拉力力趋使转子磁极与定子磁极对中，当定子周向绕组通以反向电流时，定子磁极与转子永磁磁极之间为磁推力，因此在适宜的角度控制定子周向绕组的电流方向及电流通断电时机(相当于励磁电角度)即可控制转子的动力输出，这由电子控制系统控制完成。在转子接受外力驱动而旋转时，定子周向绕组将产生感应电动势，因此亦可为发电机工作模式。该种实施方式的周向绕组永磁电机具有结构简单、效率高、损耗小、工艺成本较为简单、耗材较少、功率密度较高等优点，当然可将此种电机多相耦合构成多相位的周向绕组永磁电机。

第三方面，本发明实施方式还提供了一种周向绕组的功率电机，包括定子、转子、所述定子和转子的支撑元件以及电子控制系统组成激磁电机：

其转子包括由软磁材料制成的转子磁极，转子还包括转子绕组，用于在转子绕组的激磁电流作用下激活转子磁极的磁场；

定子包括定子磁芯和定子绕组，定子磁芯为与电机同轴心的沿圆周方向(即周向)开槽的磁芯，

①当所述定子为外定子时，所述定子磁芯所开槽的槽口朝向所述定子圆周内侧，形成内环槽结构的磁芯；

②当所述定子为内定子时，所述定子磁芯所开槽的槽口朝向所述定子圆周外侧，形成外环槽结构的磁芯；

③当所述定子为侧定子时，所述定子磁芯所开槽的槽口朝向转子一侧，形成侧环槽结构的磁芯；

④当所述定子为所述①②③三者中至少两者的复合结构时，所述定子磁芯所开槽于所述定子圆周的相应侧，并相应形成内环槽、外环槽和侧环槽三者中至少两者的复合结构。

当然，也可以通过在定子上设计出折弯的导磁部将不同方向的槽口两侧的磁场引导至转子磁极，这样使得定子的环型槽的开口方向与不同位置的转子磁极得以多种多样的灵活配置，便于满足不同的电机设计需求。

需要说明的是，对于外定子式定子磁芯，其朝向转子的内圆开有圆周方向的槽，而其背向转子的一侧(即所述定子的外侧)可以是圆型或多边形或其它形状。

槽的走向是与转子的轴向及径向分别垂直的圆周方向，圆周槽的槽口可以朝向转子侧，也可以朝向非转子侧再通过磁极或槽口两侧圆周或圆周的垂向延伸部分的磁极引导磁场到转子磁极，且定子磁极与转子磁极之间留有气隙，定子磁极或转子磁极可以是凸极式磁极。

槽用于放置定子绕组，定子绕组可以为单线绕制或多线并绕的圆型线圈结构的周向绕组，圆型线圈结构的周向绕组是指仅有单把线圈绕制而成的绕组，其绕制方向为圆周方向，可以采用双线或多跟导线并绕的方式进行绕制，这样有便于提高槽满率或改善线圈的特性，这样的圆周型线圈即为“周向绕组”。该周向绕组作为定子绕组的用途是，在周向绕组通电时使定子磁芯被磁化，槽的槽口两侧圆周被磁化为异名磁极并通过磁极引导磁场或通过圆周的垂向延伸部分和磁极引导定子磁芯的磁场，使定子磁场在转子磁极上产生电磁力矩驱动电机的转子旋转，此为电动机工作模式；这样的周向绕组或可以用于在转子旋转时通过磁场的变化使定子绕组产生感应电动势，此为发电机工作模式。

实施例15

本实施例所述用于说明：外定子的单相周向绕组的激磁电机。

如图36所示，为周向绕组激磁电机的单相定子及单相转子的结构示意图，其中左图为单相定子的示意图，右图为单相转子的示意图。

图中，左图为定子磁芯609示意图，其结构与前述的开关磁阻电机的单相定子基本一致，定子圆周中间位置的圆周内具有内环槽结构(图示352的内部)，虚线612和虚线613为该环槽底部的两个边线在定子磁芯圆周外壁上的投影线，内环槽用于嵌放周向绕组，周向绕组的两侧的定子圆周上均匀分布定子磁极如611，相邻定子磁极之间为磁极距如610，槽口圆周两侧定子磁极数目相等且一一对齐构成磁极对；一般周向绕组所在的内环槽底部直径大于磁极距底部的直径，周向绕组的内径不小于定子磁极内缘所在圆周的直径，故周向绕组导体包围在磁极距底部的环槽之内，可以使磁场转化率得以提高，从而提高电机效率，当周向绕组通电时，其一侧的定子磁极呈现S磁性，另一侧呈现N磁性。

右图为转子结构示意图，转子中间具有外环槽353用于嵌放转子的周向绕组，槽的两侧均匀分布有软磁材料制成的转子磁极如615和618，磁极之间为磁极距如617，一般周向绕组的外径不超出磁极距617底部616所在圆周的直径；周向绕组两侧的磁极数目相等且一一轴向对齐构成转子磁极对，当转子的周向绕组通电时使转子磁极在转子轴向上显化为磁性相异的两个极性使转子614与定子609同轴心组装成电机，这样，在所述转子外环槽之中的周向绕组通电时，通过定子磁极对与转子磁极对之间的磁力作用驱动电机转子轴614旋转，或转子轴614接收外界动力旋转时通过转子与定子之间磁场变化使周向绕组产生感应电动势，该电机转子磁场为激磁获得，其余工作原理与前述的永磁电机类似，这里不再赘述。转子的周向绕组可以采用有刷方式连接外部激磁电源或者采用无刷电磁感应式获取外部激磁能量，如适宜要求下采用射频耦合等技术手段。该激磁电机具有结构简单、效率高、极数设计与周向绕组互不干扰、功率密度大、缩短工艺流程、耗材少、成本低等优点。

根据前述多相电机的内容，可以理解的是，相应地，可以将多个单相结构的定子、转子组合起来，对多相定子在旋转方向上进行角度分相组成多相周向绕组的激磁电机。

实施例16

本实施例所述为用于说明：三相周向绕组的外定子式激磁电机。

如图37所示，为三相外定子式一定子磁极同角度/转子磁极按角度分相的激磁电机定子及转子示意图，其上图为定子透视图，下图为转子侧视图。在其上图中，定子三相周向绕组353、354、355的端子分别为356、357、358，端子可以由定子磁芯钻孔引出，周向绕组两侧为各相的定子磁极p及q，相对应的p与q一一对齐构成磁极对，如磁极620和621构成1磁极对，相间有隔磁区622和623，虚线619表示所述定子中心的相当于转子轴的位置。

在其下图中，转子三相周向绕组359、360、361的端子分别为362、363、364，端子可以由碳刷与外界连接或者通过无线耦合励磁，转子周向绕组两侧为各相的转子磁极，如在某个方向电流作用下，转子磁极极性为如图所示，相对应的N极与S极一一对齐且构成磁极对，如磁极625和626构成1磁极对，相间有隔磁区627和628，624表示转子轴。

这样，在所述定子内环槽之中的周向绕组通电时，在电机电子控制系统的控制下，通过定子磁极对与转子磁极对之间的磁力驱动电机转子轴624旋转，或转子轴624接收外界动力旋转时通过转子与定子之间磁场变化使周向绕组产生感应电动势，该电机转子磁场为激磁获得，其余工作原理与前述的永磁电机类似，这里不再赘述。该永磁电机具有结构简单、效率高、极数设计与周向绕组互不干扰、功率密度大、缩短工艺流程、耗材少、成本低等优点。

如图38所示，为图37所示电机的展开图，上图为定子展开图，下图为转子展开图，在其上图中，定子三相周向绕组365、366、367的两侧分别为定子的A相、B相、C相的定子磁极对，如A相磁极对629、B相磁极对630、C相磁极对631，每一相位的相邻磁极之间具有磁极距相隔，如A相磁极距632、B相磁极距633、C相磁极距634；相间有隔磁区641和642，不同相位的定子磁极对数目相等且一一轴向对齐(即：同角度)，如磁极对629、630、63对齐，即：定子磁极在空间位置上不做分相而是在周向绕组的通电时间上做以“时序分相”。

在其下图中，转子三相周向绕组368、369、370的两侧分别为转子的A相、B相、C相定子磁极对，如A相磁极对635、B相磁极对636、C相磁极对637，相间有隔磁区643和644，不同相位的定子磁极对数目相等且相邻相位的定子磁极对相差120°电角度，如A相转子磁极对635与A相定子磁极对629对齐时(即对中位置)，B相转子磁极对636与B相定子磁极对630相差为+120°电角度，C相转子磁极对637与C相定子磁极对631相差为+240°电角度，即：转子磁极在空间位置上进行角度分相。其余工作原理这里不再赘述。

实施例17

本实施例用于说明：三相外定子式-转子磁极同角度/定子磁极按角度分相的激磁电机。

如图39所示，为三相外定子式-转子磁极同角度/定子磁极按角度分相的激磁电机展开图，上图为转子展开图，下图为定子展开图。其上图中，转子三相周向绕组371、372、373的两侧分别为A相、B相、C相的转子磁极对(如磁极对645、646、647)，在每一相周向绕组通电时，其两侧的转子磁极极性相异，在每相的相邻转子磁极之间有磁极距相隔如648、649、650，不同相位的转子磁极对数目相等且一一轴向对齐，如磁极对645、646、647对齐。转子的三相周向绕组可以通过碳刷与外界做摩擦连接或者通过电磁辐射进行无线耦合励磁。

如图39的下图所示，定子的三相周向绕组374、375、376的两侧分别为A相、B相、C相的定子磁极对，在每一相周向绕组的电流作用下，其两侧的定子磁极极性相异构成磁极对如磁极对653、654、655，在每相的相邻定子磁极之间有磁极距相隔如656、657、658，相间具有磁场隔离区657/658。不同相位的定子磁极对数目相等且定子磁极对数与转子磁极对数相等，相邻相位的定子磁极对的相位差为120°电角度，如A相磁极对653与转子磁极对645对齐时、B相磁极对654处于电角度+120°的位置、C相磁极对655处于电角度+240°的位置。

这样，在定子内环槽之中的周向绕组通电时，在电机电子控制系统的控制下，通过三相定子磁极对与转子磁极对之间的磁力作用驱动电机转子旋转，或转子接收外界动力旋转时通过转子与定子之间磁场变化使周向绕组产生感应出三相电动势，该电机转子磁场为激磁获得，其余工作原理与前述的永磁电机类似，这里不再赘述。该永磁电机同样具有结构简单、效率高、极数设计与周向绕组互不干扰、功率密度大、缩短工艺流程、耗材少、成本低等优点。

不难理解的是，对于激磁电机，也可以像开关磁阻电机，相应地组成周向绕组的内定子电机，还可以进行组合及分相成为多相的周向绕组的激磁电机，通过电子控制系统控制定子周向绕组电流来控制激磁电机的运转，与前述永磁电机比较，只是相应地把转子永磁磁极改为转子上周向绕组两侧的两个磁极，故这种激磁电机附图未予示出。

第四方面，本发明实施方式还提供了一种周向绕组的功率电机，包括定子、转子及其支撑元件和电子控制系统组成永磁与激磁混合电机，其中，转子和定子这二者之中至少之一在其磁回路上设有永磁体，用于增强磁回路磁场；

转子包括具有软磁材料制成的转子磁极，转子还包括转子绕组，用于在转子绕组通电时产生磁场或与永磁体磁场共同形成合成磁场；转子绕组可以是普通的传统式绕组，也可以是采用与定子同样思路的“周向绕组”，这既可以简化绕组结构、增强磁场、又可以提高效率以及具有与上述定子的周向绕组相似的技术特点。

定子包括定子磁芯和定子绕组，定子磁芯为与电机同轴心的沿圆周方向(即周向)开槽的磁芯，

①当所述定子为外定子时，所述定子磁芯所开槽的槽口朝向所述定子圆周内侧，形成内环槽结构的磁芯；

②当所述定子为内定子时，所述定子磁芯所开槽的槽口朝向所述定子圆周外侧，形成外环槽结构的磁芯；

③当所述定子为侧定子时，所述定子磁芯所开槽的槽口朝向转子一侧，形成侧环槽结构的磁芯；

④当所述定子为所述①②③三者中至少两者的复合结构时，所述定子磁芯所开槽于所述定子圆周的相应侧，并相应形成内环槽、外环槽和侧环槽三者中至少两者的复合结构。

当然，也可以通过在定子上设计出折弯的导磁部将不同方向的槽口两侧的磁场引导至转子磁极，这样使得定子的环型槽的开口方向与不同位置的转子磁极得以多种多样的灵活配置，便于满足不同的电机设计需求。

需要说明的是，对于外定子式定子磁芯，其朝向转子的内圆开有圆周方向的槽，而其背向转子的一侧(即所述定子的外侧)可以是圆型或多边形或其它形状。

槽的走向是与转子的轴向及径向分别垂直的圆周方向，圆周槽的槽口可以朝向转子侧，也可以朝向非转子侧再通过磁极或槽口两侧圆周或圆周的垂向延伸部分的磁极引导磁场到转子磁极，且定子磁极与转子磁极之间留有气隙，定子磁极或转子磁极可以是凸极式磁极。

槽内放置定子绕组，定子绕组可以为单线绕制或多线并绕的圆型线圈结构的周向绕组，圆型线圈结构的周向绕组为仅有单把线圈绕制成的绕组，绕制方向为圆周方向，可以采用双线或多线并绕的方式，这样有便于提高槽满率或改善线圈的特性，这样的圆周型线圈即为“周向绕组”，该周向绕组作为定子绕组的用途是，在周向绕组通电时使定子磁芯被磁化，槽的槽口两侧圆周被磁化为异名磁极并通过磁极引导磁场，使定子磁场或与永磁体的合成磁场在转子磁极上产生电磁力矩驱动电机的转子旋转，此为电动机工作模式；在转子旋转时通过磁场的变化使定子绕组产生感应电动势，此为发电机工作模式。

实施例18

本实施例所述用于说明：单相周向绕组的永磁与激磁混合电机。

如图40所示，为单相周向绕组的永磁与激磁混合电机的定子661和转子666的结构示意图，所示的定子661与前述外定子式周向绕组电机的单相定子基本一致。图中，左图的定子磁芯661的圆周中间位置的圆周内具有内环槽结构377，虚线664和虚线665为该环槽底部的两个边线在定子磁芯圆周外壁上的投影线，内环槽用于嵌放周向绕组，周向绕组的两侧的定子圆周上均匀分布定子磁极如663，相邻定子磁极之间为磁极距如662，槽口圆周两侧定子磁极数目相等且一一对齐构成磁极对；一般周向绕组所在的内环槽底部直径大于磁极距底部的直径，周向绕组的内径不小于定子磁极内缘所在圆周的直径，故周向绕组导体包围在磁极距底部的环槽之内，可以使磁场转化率得以提高，从而提高电机效率，当周向绕组通电时，其一侧的定子磁极呈现S磁性，另一侧呈现N磁性。

右图为转子结构示意图，转子666中间具有外环槽378用于嵌放转子的周向绕组及附加的转子永磁体(参见后图41)，外环槽378的左圆周边线为虚线669，外环槽的右圆周边线为虚线670；槽的两侧均匀分布有软磁材料制成的转子磁极如668，相邻磁极之间为磁极距，一般周向绕组的外径不超出磁极距底部的直径；周向绕组两侧的磁极数目相等且一一轴向对齐构成转子磁极对，当转子的周向绕组通电时使转子磁极在转子轴向上显化为磁性相异的两个极性，这样，在所述定子内环槽之中的周向绕组通电时，通过定子磁极对与转子磁极对之间的磁力作用驱动电机转子轴667旋转，或转子轴667接收外界动力旋转时通过转子与定子之间磁场变化使周向绕组产生感应电动势，该电机转子磁场为激磁和永磁合成获得，其余工作原理与前述的永磁电机类似，这里不再赘述。转子的周向绕组可以采用有刷方式连接激磁电源或采用无刷电磁感应式获取外部激磁能量。该电机具有结构简单、效率高、极数设计与周向绕组互不干扰、功率密度大、耗材少、成本低等优点。

根据前述多相电机的内容，可以理解的是，相应地，可以将多个单相结构的定子、转子组合起来，对多相定子在旋转方向上进行角度分相组成多相周向绕组的激磁电机。

如图41所示，为周向绕组和附加磁极的结构示意图，左图示出了周向绕组和附加磁极的位置关系，右图为转子的周向绕组379的轴向结构示意图，在左图中的圆周虚线674至675为周向绕组379的宽度范围，圆周虚线673至674为左侧附加环型永磁体671的宽度范围，圆周虚线675至676为右侧附加环型永磁体672的宽度范围，且圆周虚线673至676之间总的厚度范围不超过转子磁芯666的圆周虚线669至670的厚度范围，确保周向绕组及其两侧的附加环型永磁体适合于外环槽378内。附加永磁体的磁场与转子软磁磁极的磁场为同向叠加，使转子磁极磁场得以增强。右图还示意了周向绕组结构，其中周向绕组379为绝缘电磁线绕制的若干匝单把线圈，也可以同前述各种电机的周向绕组一样采用多线并绕方式，绕组可以绕制于绝缘支架内，该绝缘支架包括绕组内绝缘层382、绕组外绝缘层381以及绕组外防护层380，单把线圈的两端子383引出后可以通过碳刷与外界连接或者采用电磁感应耦合获得转子激磁电源。该转子周向绕组的结构与前述各种类型定子周向绕组结构基本一致。

如图42所示，为单相周向绕组的永磁与激磁混合电机的转子结构示意图，这是对附加永磁磁极转子的另一种附加方式：其转子磁芯主体结构与前述外定子式周向绕组激磁电机的转子结构基本相同，所不同的是在这转子软磁磁极(如677)外侧附加有永磁材料制成的永磁磁极(如678和679)，附加永磁磁极的磁场为径向磁场，图示的383为转子的周向绕组。

实际设计应用中，可根据技术要求灵活设计，如在定子磁芯、转子磁芯上附加轴向或径向磁场的附加磁极用以增强磁场强度，从而增加磁通密度、增大电机转矩、提高功率和效率。

根据前述多相电机的内容，可以理解的是，相应的，可以将多个单相结构的定子、转子组合起来，对多相定子在旋转方向上进行角度分相组成多相周向绕组的永磁与激磁混合电机，或对多相转子在旋转方向上进行角度分相组成多相周向绕组的激磁电机，附图未予示出。

不难理解的是，对于永磁与激磁混合电机来说，也可以像开关磁阻电机，相应地组成内定子外转子的周向绕组的电机，只是转子位于电机的外圆周上，而定子位于电机的内圆周上，电机的外圆部分即转子旋转，还可以进行组合及分相成为多相的周向绕组的永磁与激磁混合电机，通过电子控制系统经过定子绕组电流的相位控制乃至方向控制来控制永磁与激磁混合电机的运转，由于其附图类似于上述开关磁阻电机，只是相应地把转子磁极分割为转子上周向绕组两侧的两个磁极，其工作过程基本一致，这里不再赘述，附图未予示出。

对于上述四个方面的轴向分相周向绕组的电机，不仅可以设计为电动机或者发电机模式运行，而且还可以设计为将多个单相结构的定子、转子组合起来，对多个单相转子组成的多相转子、或对多个单相定子组成的多相定子在旋转方向上进行角度分相组成多相周向绕组的电机。还可将多相定子及转子的每一相设计成为单相分体式结构，在装配时可根据需要，调整相数，构成2相、3相、4相等多相电机，因为各相定子之间、各相转子之间磁芯可以相互独立、各相周向绕组相互独立，这为生产带来便利，可以自由组合，便于根据需要配合相应的电子控制单元调整电机的相数与功率，使其应用范围更为广泛，应用前景较好。而传统轴向槽嵌线的电机确定设计方案后其相数便固定，无法调整。

第五方面，本发明实施方式还提供了一种新能源电动车辆，其包括如前所述任一种周向绕组的功率电机，用于驱动所述车辆行驶。

实施例19

如图43所示，所述新能源电动车辆700包括：底盘、动力总成、车身及电器系统。动力总成701包括如前所述的任一种周向绕组的功率电机，依据电动汽车对驱动电机的技术要求，特别是功率、效率和应用可靠性方面的要求，本发明技术方案所提供的周向绕组的功率电机的技术性能满足电动车辆的需求条件，符合汽车在运转平顺性、低速大转矩、急变速、高速、较大的转速变化范围、耐冲击能力、温升、功率、效率以及可靠性等方面技术需求，解决了亟需解决的技术难关，加速了节能环保的新型交通工具-电动汽车方面技术前进步伐，进一步推动了交通运输业的发展，降低污染优化环境，使现代文明生活更加美好。

本发明的周向绕组的功率电机还可用于其他领域，如周向绕组的汽车发电机、周向绕组的工业发电机、涡轮发电机(组)、周向绕组的风力发电机；油田抽油功率电机以及航天科技、船舶、采矿、航海、医疗电器、家电电器、办公设备等领域应用；特别是周向绕组的开关磁阻电机，其应用范围较广、应用前景十分乐观。

以上实施方式仅用于说明本发明技术方案，本领域技术人员根据本发明技术方案发明思路得到的其他实施方式及等同代换或组合所得到的其他实施例均落入本发明权利保护范围。

Claims (4)

1.一种周向绕组的功率电机，包括定子、转子、所述定子和转子的支撑元件以及电子控制系统组成，其特征在于，

所述定子、转子、所述支撑元件以及电子控制系统组成开关磁阻方式工作的无刷电机，

所述转子为轴向分相工作的单转子，所述转子包括转子轴(488)、转子盘(490)和均匀分布于转子盘圆周上的由软磁材料制成的转子磁极(491)；

所述定子为轴向分相的两相定子，形成位于转子盘两侧的定子盘，其中一相定子磁芯位于所述单转子的转子盘一侧，另一相定子磁芯位于所述转子盘的另一侧，每一相定子均包括定子磁芯和定子绕组，

所述定子磁芯上具有沿所述定子磁芯圆周方向所开的槽，其中位于所述转子盘左侧的定子盘圆周上具有朝向转子磁极开口的侧环槽结构磁芯(492)，位于所述转子盘右侧的定子盘的圆周上具有朝向转子磁极开口的侧环槽结构磁芯(493)，所述槽的槽口两侧圆周连接有定子磁极，且所述定子磁极与所述转子磁极之间留有气隙；

所述槽用于放置定子绕组，所述定子绕组为单线绕制或多线并绕的圆型线圈结构的周向绕组，每一相定子磁芯的槽内各具有一相所述周向绕组，所述周向绕组落入所述槽里，使定子磁芯及相应的周向绕组按照轴向分相排列构成所述两相定子；

所述转子磁极为所述定子相适应的单相磁极，所述单相磁极在所述单转子的圆周上排列，所述单相磁极位于两个定子磁芯上的定子磁极围成的圆环范围内，所述单相磁极为所述2个相位的定子磁芯上的定子磁极所共用，每相定子磁极的数目与所述转子磁极的数目相等；在所述定子绕组通电时，所述定子磁芯被磁化，所述槽的槽口两侧圆周被磁化并通过所述定子磁极引导磁场，所述单相磁极在不同位置时按照定子分相时序分别接收所述两相定子的电磁转矩，使所述单转子在所述两相定子磁极的电磁转矩作用下旋转；或用于在所述转子旋转时通过磁场的变化使所述周向绕组产生感生电动势。

2.一种周向绕组的功率电机，包括定子、转子、所述定子和转子的支撑元件以及电子控制系统组成，其特征在于，

所述定子、转子、所述支撑元件以及电子控制系统组成永磁电机，

所述转子包括由永磁材料制成的转子磁极，转子中间设有无磁性区或弱磁性区的窄带区域，窄带区域轴向一侧的转子圆周均匀分布有外表为N级的永磁磁极，窄带区域的轴向另一侧的转子圆周均匀分布有外表为S级的永磁磁极，转子圆周上外表为N极永磁磁极数目与外表为S极永磁磁极数目相同且一一轴向正对，正对的两个永磁磁极构成1永磁磁极对，且永磁磁极对的数目与定子磁极对的数目相等；

所述定子包括定子磁芯和定子绕组，所述定子磁芯上具有沿所述定子磁芯圆周方向所开的槽，所述槽的槽口两侧圆周连接有定子磁极且所述定子磁极与所述转子磁极之间留有气隙；

①当所述定子为外定子时，所述定子磁芯所开槽的槽口朝向所述定子圆周内侧，形成内环槽结构的磁芯，

②当所述定子为内定子时，所述定子磁芯所开槽的槽口朝向所述定子圆周外侧，形成外环槽结构的磁芯，

③当所述定子为侧定子时，所述定子磁芯所开槽的槽口朝向转子一侧，形成侧环槽结构的磁芯；

所述槽用于放置所述定子绕组，所述定子绕组为单线绕制或多线并绕的圆型线圈结构的周向绕组，所述周向绕组落入所述槽里，所述定子绕组通电时使所述定子磁芯被磁化，所述槽的槽口两侧圆周被磁化并通过所述定子磁极引导磁场，使磁场在所述转子磁极上产生电磁力矩驱动所述转子旋转，或用于在所述转子旋转时通过磁场的变化使所述定子绕组产生感应电动势。

3.一种周向绕组的功率电机，包括定子、转子、所述定子和转子的支撑元件以及电子控制系统组成，其特征在于，

所述定子、转子、所述支撑元件以及电子控制系统组成激磁电机，

所述转子包括由软磁材料制成的转子磁极，所述转子中间具有沿磁芯圆周方向所开的环槽，所述环槽用于嵌放一圆周形状的周向绕组作为转子绕组，槽的两侧均匀分布有软磁材料制成的转子磁极，所述周向绕组落入环槽内部，周向绕组两侧的磁极数目相等且一一轴向对齐构成转子磁极对，当转子的周向绕组通电时使转子磁极在转子轴向上显化为磁性相异的不同极性；

所述定子包括定子磁芯和定子绕组，所述定子磁芯上具有沿所述定子磁芯圆周方向所开的槽，所述槽的槽口两侧圆周连接有定子磁极且所述定子磁极与所述转子磁极之间留有气隙，不同相位的定子磁极数目相等且与转子磁极数相等；

①当所述定子为外定子时，所述定子磁芯所开槽的槽口朝向所述定子圆周内侧，形成内环槽结构的磁芯，

②当所述定子为内定子时，所述定子磁芯所开槽的槽口朝向所述定子圆周外侧，形成外环槽结构的磁芯，

③当所述定子为侧定子时，所述定子磁芯所开槽的槽口朝向转子一侧，形成侧环槽结构的磁芯；

所述槽用于放置所述定子绕组，所述定子绕组为单线绕制或多线并绕的圆型线圈结构的周向绕组，所述周向绕组落入所述环槽里，在所述定子绕组通电时使所述定子磁芯被磁化，所述槽的槽口两侧圆周被磁化并通过所述定子磁极引导磁场，使磁场在所述转子磁极上产生电磁力矩驱动所述转子旋转，或用于在所述转子旋转时通过磁场的变化使所述定子绕组产生感应电动势。

4.一种新能源电动车辆，其特征在于，包括如权利要求1至3中任一项所述的周向绕组的功率电机，用于驱动所述车辆行驶。