本發(fā)明屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及多維分相的電機(jī)和電機(jī)的多維分相方法及電動車輛。

背景技術(shù)：

電機(jī)，是機(jī)械能與電能轉(zhuǎn)換的裝置，包括電動機(jī)和發(fā)電機(jī)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航天、交通、通信、計算機(jī)、科研、辦公設(shè)備、家用電器、醫(yī)療設(shè)備、環(huán)保機(jī)械等多個領(lǐng)域，特別是應(yīng)對于燃料資源的短缺和汽車尾氣排放對大自然環(huán)境的破壞，世界多國都在積極努力研發(fā)各種新能源汽車；而作為新能源無污染的零排放的汽車，電機(jī)成為了核心的動力驅(qū)動部件，并且在車輛倒拖行駛時還可以作為發(fā)電機(jī)使用用以回收能量。

基于電動汽車的特點，對所采用的電機(jī)也有較高的要求，為了提升最高時速，電機(jī)應(yīng)有較高的瞬時功率和功率密度(W/kg)；為了增加充電行駛距離，電機(jī)應(yīng)有較高的效率；而且電動汽車是變速工作的，所以電機(jī)應(yīng)有較高的高低速綜合效率；此外有很強(qiáng)的過載能力、大的啟動轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)要快。電動車起動和爬坡時速度較低，但要求力矩較大；正常運行時需要的力矩較小，而速度很高。

目前電動汽車電機(jī)主要有三種類型：

一是交流電機(jī)，其效率較低、體積和重量較大、速度響應(yīng)性較差。

二是永磁電機(jī)，永磁同步電機(jī)也有自身的缺點，轉(zhuǎn)子上的永磁材料在高溫、震動和過流的條件下，會產(chǎn)生磁性衰退的現(xiàn)象，所以在相對復(fù)雜的工作條件下，電機(jī)容易發(fā)生損壞；而且永磁材料價格較高，因此整個電機(jī)及其控制系統(tǒng)成本較高。永磁同步電機(jī)在電動車輛應(yīng)用較廣泛。

三是開關(guān)磁阻電機(jī)，目前，從現(xiàn)已成熟的電機(jī)技術(shù)來看，開關(guān)磁阻電機(jī)在各個技術(shù)特性方面似乎更符合電動車的使用需要，但其振動和噪音問題是其電動車輛尤其是小型乘用車輛所不能承受的，因而尚未得到普及，僅在貨物運輸車輛上處于測試階段。

縱觀現(xiàn)有技術(shù)的汽車驅(qū)動電機(jī)來說，存在以下問題：其功率密度較為有限，這很大程度上限制了電動汽車行業(yè)的發(fā)展，交流電機(jī)雖說技術(shù)成熟可靠性強(qiáng)，但其體積和重量均較大，相比之下其功率密度仍然受限；綜合現(xiàn)有電機(jī)應(yīng)用于電動汽車方面的諸多問題，亟需有針對性地研發(fā)具有下述特點的高可靠汽車驅(qū)動電機(jī)：

1、功率方面：電機(jī)具有較高的功率密度，滿足車輛動力需求；

2、轉(zhuǎn)速方面：電機(jī)具有適應(yīng)車輛多變的轉(zhuǎn)速工況特性，滿足駕駛需要；

3、轉(zhuǎn)矩方面：電機(jī)高速、低速均具有較大轉(zhuǎn)矩，適應(yīng)車輛快速啟動和爬坡及加速性能需求；

4、耐震方面：電機(jī)能夠承受車輛顛婆耐震的工作環(huán)境；

5、溫度方面：電機(jī)能夠承受車輛使用時較大的環(huán)境溫度變化范圍，特別滿足是高溫環(huán)境要求；

6、抗過載方面：電機(jī)要經(jīng)受多轉(zhuǎn)速工況下的電流過載、驅(qū)動轉(zhuǎn)矩過載、阻力轉(zhuǎn)矩過載以及轉(zhuǎn)矩多變沖擊；

7、可靠性方面：電機(jī)具有較高的可靠性、耐久性、穩(wěn)定性，經(jīng)受車輛長期行駛過程的多工況耐久性檢驗；

8、重量方面：電機(jī)體積相對較小、重量相對較輕；

9、成本方面：電機(jī)材料成本相對較低，易于推廣及大規(guī)模量產(chǎn)；

10、節(jié)能方面：電機(jī)在車輛倒拖行駛時還可以作為發(fā)電機(jī)使用用以回收能量。

11、電池匹配方面：電機(jī)電流消耗適應(yīng)于電池的放電特性，特別是在起步工況、過載工況、長期過載運行時要減少或消除對電池的破壞性消耗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是研發(fā)設(shè)計功率密度較大、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相對較為簡單的多相電機(jī)，使其較為適宜電動車輛的驅(qū)動，以解決上述問題中的至少一個問題。

本發(fā)明在總結(jié)原有電機(jī)的技術(shù)基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地提出新的技術(shù)方案，在總結(jié)既有電機(jī)的技術(shù)特點時，發(fā)明人對電機(jī)的分相方法作了如下分類：現(xiàn)有技術(shù)的電機(jī)分相方法包括：①第一種分相方法是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)圓周方向進(jìn)行分相，即“周向分相”，為“圓周維度”的分相，這種方法應(yīng)用較為廣泛，這種方法在用于開關(guān)磁阻電機(jī)時，其相位空間相互獨立，使轉(zhuǎn)子受力密度降低；②第二種方法是在軸向方向上同軸布置多相位定子繞組，即“軸向分相”，為“軸向維度”的分相，這種方法使電機(jī)的軸向加長；③第三種方法是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)圓盤的不同半徑的圓周上布置不同相位的定子繞組，即“徑向分相”，為“徑向維度”的分相，這種方法使轉(zhuǎn)子盤的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

本發(fā)明的總體思路是：充分地利用了電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極周圍的立體空間，創(chuàng)造性地在單轉(zhuǎn)子盤的磁極周圍的“周向”、“軸向”及“徑向”多個維度的不同位置設(shè)置不同相位的定子磁極，隨著轉(zhuǎn)子的運轉(zhuǎn)，在不同的時間點轉(zhuǎn)子所處的不同的空間位置受到不同相位的磁場驅(qū)動，即：設(shè)置多維分相的定子磁極，使電機(jī)功率密度提高，同時轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)較為簡單；同樣作為發(fā)電機(jī)也可以提高發(fā)電功率密度。本發(fā)明的技術(shù)方案是：

依據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種多維分相的電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子、定子以及所述轉(zhuǎn)子、定子的支撐元件和電子控制系統(tǒng)，其特殊之處是，

所述轉(zhuǎn)子、定子、所述支撐元件和所述電子控制系統(tǒng)構(gòu)成開關(guān)磁阻方式工作的電機(jī)，

所述轉(zhuǎn)子包括其圓周上分布有軟磁材料制成的轉(zhuǎn)子磁極，

所述定子包括定子磁芯和定子繞組，

所述定子磁芯包括具有三個或三個以上相位的軟磁磁極或軟磁磁極對，不同相位的軟磁磁極或軟磁磁極對按一定相序分布于所述轉(zhuǎn)子上轉(zhuǎn)子磁極周圍的多個維度的空間位置，所述多個維度的空間位置包括位于所述轉(zhuǎn)子磁極周圍的所述轉(zhuǎn)子軸向、所述轉(zhuǎn)子徑向、所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)切向的三維立體空間的多個不同位置，

所述定子磁芯上繞有所述定子繞組，用于在所述定子繞組依相序通電時，使所述定子磁芯產(chǎn)生電磁力矩使所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，或用于使所述定子繞組依相序產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。

依據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種多維分相的電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子、定子以及所述轉(zhuǎn)子、定子的支撐元件和電子控制系統(tǒng)，其特殊之處是，

所述轉(zhuǎn)子、定子以及所述支撐元件和所述電子控制系統(tǒng)構(gòu)成永磁電機(jī)，

所述轉(zhuǎn)子包括其圓周上分布的永磁材料制成的轉(zhuǎn)子磁極，

所述定子包括定子磁芯和定子繞組，

所述定子磁芯包括具有三個或三個以上相位的軟磁磁極或軟磁磁極對，不同相位的軟磁磁極或軟磁磁極對按一定相序分布于所述轉(zhuǎn)子上轉(zhuǎn)子磁極周圍的多個維度的空間位置，所述多個維度的空間位置包括位于所述轉(zhuǎn)子磁極周圍的所述轉(zhuǎn)子軸向、所述轉(zhuǎn)子徑向、所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)切向的三維立體空間的多個不同位置，

所述定子磁芯上繞有所述定子繞組，用于在所述定子繞組依相序通電時，使所述定子磁芯產(chǎn)生電磁力矩使所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，或用于使所述定子繞組依相序產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。

依據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種多維分相的電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子、定子以及所述轉(zhuǎn)子、定子的支撐元件和電子控制系統(tǒng)，其特殊之處是，

所述轉(zhuǎn)子、定子以及所述支撐元件和所述電子控制系統(tǒng)構(gòu)成激磁電機(jī)，

所述轉(zhuǎn)子圓周上分布有軟磁材料制成的轉(zhuǎn)子磁極以及激磁繞組，

所述定子包括定子磁芯和定子繞組，

所述定子磁芯包括具有三個或三個以上相位的軟磁磁極或軟磁磁極對，不同相位的軟磁磁極或軟磁磁極對按一定相序分布于所述轉(zhuǎn)子上轉(zhuǎn)子磁極周圍的多個維度的空間位置，所述多個維度的空間位置包括位于所述轉(zhuǎn)子磁極周圍的所述轉(zhuǎn)子軸向、所述轉(zhuǎn)子徑向、所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)切向的三維立體空間的多個不同位置，

所述定子磁芯上繞有所述定子繞組，用于在所述定子繞組依相序通電時，使所述定子磁芯產(chǎn)生電磁力矩使所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，或用于使所述定子繞組依相序產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。

依據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種多維分相的電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子、定子以及所述轉(zhuǎn)子、定子的支撐元件和電子控制系統(tǒng)，其特殊之處是，

所述轉(zhuǎn)子、定子以及所述支撐元件和所述電子控制系統(tǒng)構(gòu)成永磁與激磁混合電機(jī)，

所述轉(zhuǎn)子圓周上分布有軟磁材料制成的轉(zhuǎn)子磁極，

所述定子包括定子磁芯和定子繞組，

所述定子磁芯包括具有三個或三個以上相位的軟磁磁極或軟磁磁極對，不同相位的軟磁磁極或軟磁磁極對按一定相序分布于所述轉(zhuǎn)子上轉(zhuǎn)子磁極周圍的多個維度的空間位置，所述多個維度的空間位置包括位于所述轉(zhuǎn)子磁極周圍的所述轉(zhuǎn)子軸向、所述轉(zhuǎn)子徑向、所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)切向的三維立體空間的多個不同位置，

所述定子磁芯上繞有所述定子繞組，用于在所述定子繞組依相序通電時，使所述定子磁芯產(chǎn)生電磁力矩使所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，或用于使所述定子繞組依相序產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；

其中，所述轉(zhuǎn)子和所述定子這二者之中至少之一在其磁回路上設(shè)有永磁體，用于增強(qiáng)所述磁回路的磁場。

依據(jù)本發(fā)明第一、第二、第三、第四這四個方面中任一方面所述的多維分相的電機(jī)，

進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供了一種多維分相的電機(jī)，其特殊之處在于，所述電機(jī)為內(nèi)定子電機(jī)或外定子電機(jī)或內(nèi)外定子電機(jī)或內(nèi)外轉(zhuǎn)子電機(jī)。

進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供了一種多維分相的電機(jī)，其特殊之處在于，

所述電機(jī)為周向繞組的多維分相的電機(jī)，

所述電機(jī)轉(zhuǎn)子上均勻分布轉(zhuǎn)子磁極，

所述定子磁芯與電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸心，所述定子磁芯在朝向轉(zhuǎn)子側(cè)的圓周上開有周向槽，所述周向槽是與所述電機(jī)軸向和徑向分別垂直的圓周結(jié)構(gòu)的槽，槽的開口指向轉(zhuǎn)子一側(cè)，所述槽的槽口兩側(cè)圓周上均勻分布有定子磁極，在所述轉(zhuǎn)子磁極的多個維度上按照一定角度分相設(shè)置所述定子磁極，所述槽內(nèi)嵌置周向繞組，所述周向繞組為單線繞制或多線并繞的圓型線圈結(jié)構(gòu)，每相定子磁芯的槽內(nèi)嵌置一相周向繞組，用于在所述周向繞組的激勵下使所述定子磁極產(chǎn)生磁場驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)或用于通過所述定子與轉(zhuǎn)子磁場變化時使所述周向繞組產(chǎn)生感生電動勢。

進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供了一種多維分相的電機(jī)，其特殊之處在于，

所述轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子磁極和所述轉(zhuǎn)子的軛部之為分體結(jié)構(gòu)設(shè)置。

進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供了一種多維分相的電機(jī)，其特殊之處在于，

所述定子上的定子磁極和所述定子的軛部為分體結(jié)構(gòu)設(shè)置。

依據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種電機(jī)的多維分相方法，其殊之處在于，

①在所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子圓周上均勻布設(shè)轉(zhuǎn)子磁極，

②設(shè)置三相或三相以上的定子磁極數(shù)目，使每一相定子磁極數(shù)目與所數(shù)轉(zhuǎn)子磁極數(shù)目均等，

③設(shè)置所述三相或三相以上的定子磁極位置：不同相位定子磁極按相序分布于所述轉(zhuǎn)子上轉(zhuǎn)子磁極周圍的多個維度的空間位置，所述多個維度的空間位置包括位于所述轉(zhuǎn)子磁極周圍的所述轉(zhuǎn)子軸向、所述轉(zhuǎn)子徑向、所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)圓周切向的三維立體空間的多個不同位置。

依據(jù)本發(fā)明第六方面還提供了一種電動車輛，其特殊之處在于，包括第一、第二、第三、第四這四個方面中任一方面所述的多維分相的電機(jī)，用于驅(qū)動所述車輛行駛。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明第一方面所提供的多維分相的電機(jī)，屬于開關(guān)磁阻電機(jī)，具有開關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)點，并且增加了功率密度，減小了振動和噪音，降低了能耗；應(yīng)用于電動車輛時，延長了行駛里程，不僅適用于物流載貨車輛，也適用于各種乘用車輛以及多種專用車輛，還適應(yīng)于其他工礦設(shè)備。

2、本發(fā)明第二方面所提供的多維分相的電機(jī)，屬于永磁電機(jī)，具有永磁電機(jī)的優(yōu)點，并且增加了功率密度，降低了能耗，用于電動車輛時延長了行駛里程。

3、本發(fā)明第三方面所提供的多維分相的電機(jī)，屬于激磁電機(jī)，具有激磁電機(jī)的優(yōu)點，并且增加了功率密度，可靠性較高，用于電動車輛時延長了行駛里程。

4、本發(fā)明第三方面所提供的多維分相的電機(jī)，屬于永磁與激磁混合電機(jī)，增加了功率密度，并且降低了能耗，應(yīng)用于電動車輛時，延長了行駛里程。

5、本發(fā)明第五方面所提供的一種采用多維分相電機(jī)的電動車輛，具有較高的功率密度和效率，從而更加節(jié)能、車輛綜合行駛性能得到提高，特別是起步性能、加速性能、耐久性能；對于采用第一方面開關(guān)磁阻方式的多維分相的電機(jī)的車輛，其耐久性、可靠性、耐溫性、高速性能、耐震性能、低速扭矩特性均較好，對電池的耗損亦較小。

附圖說明

圖1是本實施方式提供的第一種多維分相的開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸向剖面示意圖；

圖2是第一種多維分相的開關(guān)磁阻電機(jī)的定子及轉(zhuǎn)子的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是第一種多維分相的開關(guān)磁阻電機(jī)的定子及轉(zhuǎn)子的軸向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實施方式提供的第二種多維分相的開關(guān)磁阻電機(jī)的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實施方式提供的第三種多維分相的開關(guān)磁阻電機(jī)的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是第三種多維分相的開關(guān)磁阻電機(jī)的另一種結(jié)構(gòu)形式的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本實施方式提供的第一種多維分相的永磁電機(jī)的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是第一種多維分相的永磁電機(jī)的軸向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是本實施方式提供的第二種多維分相的永磁電機(jī)的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是本實施方式提供的第三種多維分相的永磁電機(jī)的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11是本實施方式提供的第一種多維分相的激磁電機(jī)的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12是本實施方式提供的外定子式多維分相的電機(jī)的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13是本實施方式提供的內(nèi)定子式多維分相的電機(jī)的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14是本實施方式提供的內(nèi)外轉(zhuǎn)子式多維分相的電機(jī)的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖15是本實施方式提供的內(nèi)外定子式多維分相的電機(jī)的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖16是本實施方式提供的周向繞組的多維分相的電機(jī)的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖17是本實施方式提供的周向繞組的多維分相電機(jī)轉(zhuǎn)子軸向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖18是周向繞組的多維分相電機(jī)的三相定子相位對比的軸向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖19是本實施方式提供的外轉(zhuǎn)子式周向繞組的多維分相電機(jī)側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖20是本實施方式提供的包括多維分相的電機(jī)的電動車輛結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實施方式

為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明實施方式提供了多維分相的電機(jī)及電動車輛。

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式做以進(jìn)一步詳細(xì)描述，實施例僅用于說明本發(fā)明，并不用來限制本發(fā)明，本發(fā)明的權(quán)利范圍由權(quán)利要求限定。

第一方面，本發(fā)明實施方式提供了一種多維分相的電機(jī)，

包括轉(zhuǎn)子、定子以及所述轉(zhuǎn)子、定子的支撐元件和電子控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)特點是，

所述轉(zhuǎn)子、定子、所述支撐元件和所述電子控制系統(tǒng)構(gòu)成開關(guān)磁阻方式工作的電機(jī)，

所述轉(zhuǎn)子包括其圓周上分布有軟磁材料制成的轉(zhuǎn)子磁極，

用于在所述轉(zhuǎn)子磁極的多側(cè)向分布的定子磁極產(chǎn)生的電磁力矩作用下使所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，

或

用于在所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時通過磁場的變化使在所述轉(zhuǎn)子磁極的多側(cè)向分布的定子磁極上的繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；

所述定子包括定子磁芯和定子繞組，

所述定子磁芯包括具有三個或三個以上相位的軟磁磁極或軟磁磁極對，不同相位的軟磁磁極或軟磁磁極對按一定相序分布于所述轉(zhuǎn)子上轉(zhuǎn)子磁極周圍的多個維度的空間位置，所述多個維度的空間位置包括位于所述轉(zhuǎn)子磁極周圍的所述轉(zhuǎn)子軸向、所述轉(zhuǎn)子徑向、所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)切向的三維立體空間的多個不同位置，

所述定子磁芯上繞有所述定子繞組，用于在所述定子繞組依相序通電時，使所述定子磁芯產(chǎn)生電磁力矩使所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，或用于使所述定子繞組依相序產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。

具體地，由下面實施例1至實施例3的進(jìn)一步闡述。

實施例1

如圖1所示，是本實施方式提供的第一種多維分相的開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸向剖面示意圖；該轉(zhuǎn)子采用凸極式結(jié)構(gòu)，與轉(zhuǎn)子軸100相連接的轉(zhuǎn)子圓周上均勻分布有凸極形式的轉(zhuǎn)子磁極，如轉(zhuǎn)子磁極102，磁極之間的空缺位置如109為磁極距；可以用同種導(dǎo)磁材料將轉(zhuǎn)子盤101和一周的轉(zhuǎn)子磁極做成一體式結(jié)構(gòu)，也可以將轉(zhuǎn)子軸100和一周分布的轉(zhuǎn)子磁極之間的圓盤連接體101做成分體式結(jié)構(gòu)，因為本種電機(jī)的每一個轉(zhuǎn)子磁極即可與相應(yīng)的定子磁極以短磁路形式構(gòu)成磁回路，所以其中圓盤連接體101可以采用非導(dǎo)磁材料。

圖2是第一種多維分相的開關(guān)磁阻電機(jī)定子及轉(zhuǎn)子的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；轉(zhuǎn)子軸100連接轉(zhuǎn)子盤101，轉(zhuǎn)子盤圓周上均勻分布有軟磁材料制成的轉(zhuǎn)子磁極如102等，在轉(zhuǎn)子磁極多個側(cè)向，也就是在該轉(zhuǎn)子磁極在轉(zhuǎn)子的軸向、徑向、旋轉(zhuǎn)切向這三維立體范圍內(nèi)的三個不同位置，設(shè)置有三個相位的定子磁極：其中第一相位的定子磁極103位于所述轉(zhuǎn)子磁極軸向一側(cè)的一定位置，第三相位的定子磁極105位于所述轉(zhuǎn)子磁極軸向另一側(cè)的一定位置，第二相位的定子磁極105位于所述轉(zhuǎn)子磁極徑向外側(cè)的一定位置，且又如圖3所示的三個定子磁極還具備旋轉(zhuǎn)切向(方向或“周向”)一定角度位置：

圖3是第一種多維分相的開關(guān)磁阻電機(jī)的定子及轉(zhuǎn)子的軸向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；在本圖中，為便于理解，先僅就一個轉(zhuǎn)子磁極102和三個相位的定子磁極103、104、105來描述其(在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向上即“周向”)相對位置特征，所以，僅就當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子磁極處于如圖所示的相對位置時，僅畫出其中一個轉(zhuǎn)子磁極102和此時與其相關(guān)的三個相位的定子磁極103、104、105的位置關(guān)系圖：

這是從電機(jī)的軸向進(jìn)行觀察，如圖所示，在設(shè)定所述定子磁極104處于設(shè)定的0位置時，即設(shè)定定子磁極104的中心點與轉(zhuǎn)子軸心連線為垂向中心線511，則定子磁極104在旋轉(zhuǎn)切向上的角度為0，定子磁極103的中心點到轉(zhuǎn)子軸心的連線512與中心線511在旋轉(zhuǎn)切向上的角度為向左的-α，定子磁極105的中心點到轉(zhuǎn)子軸心的連線512與中心線511在旋轉(zhuǎn)切向上的角度為向右的+α，因此，若轉(zhuǎn)子磁極102正處于圖示位置即磁極102與第二相定子磁極104位于正對位置(稱之為“對中”位置)，可以理解為：此時第一相定子磁極103的位置為處于轉(zhuǎn)子磁極102的左前方，此時第三相定子磁極105的位置為處于轉(zhuǎn)子磁極102的右后方，第一相定子磁極103可以在轉(zhuǎn)子磁極102的前方施加作用力，第二相定子磁極104可以在轉(zhuǎn)子磁極102的徑向外側(cè)施加作用力，第三相定子磁極105可以在轉(zhuǎn)子磁極102的后方施加作用力；或者可以理解為：此時第一相定子磁極103的位置為處于轉(zhuǎn)子磁極102的左后方，此時第三相定子磁極105的位置為處于轉(zhuǎn)子磁極102的右前方。

第一相定子磁極103上繞有第一相定子繞組106、第二相定子磁極104上繞有第一相定子繞組107、第三相定子磁極105上繞有第一相定子繞組108，電機(jī)上所有定子磁極按其所屬相序進(jìn)行連接，使三相繞組在電機(jī)的電子控制系統(tǒng)控制下，根據(jù)檢測到的轉(zhuǎn)子相對位置控制三相定子繞組的電流，作為開關(guān)磁阻電動機(jī)或開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)使用，其電子控制系統(tǒng)可與通常的開關(guān)磁阻電機(jī)的電控單元采取同樣的控制方式。

需要說明的是，眾所周知，作為電機(jī)還需要定子殼體、軸承、基座等支撐部件，附圖中針對性地顯示了本發(fā)明所突出的與主題相關(guān)的技術(shù)特征，對于一些公知的重復(fù)性技術(shù)內(nèi)容如定子殼體、軸承、基座等支撐部件以及電子控制系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)，圖中未予示出(以下同)。

在如圖1所示的轉(zhuǎn)子圓周上的每一個轉(zhuǎn)子磁極周圍的多維位置上，均和上述的轉(zhuǎn)子磁極102一樣合理地設(shè)有多維分相的三相定子磁極，需要說明的是，在設(shè)置多維分相的三相磁極分布時，眾所周知應(yīng)該合理布置三相磁極之間的周向相對角度位置，以合理劃分三相定子磁極對轉(zhuǎn)子磁極的磁力作用角度范圍，即每相磁極作用角度范圍應(yīng)該大致相等且定子磁極與轉(zhuǎn)子磁極寬度相當(dāng)，避免相間或極間產(chǎn)生有害的磁力抵消或磁力干涉。

這樣，充分地利用了電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極周圍的立體空間，創(chuàng)造性地在單轉(zhuǎn)子盤的磁極周圍的“周向”、“軸向”及“徑向”多個維度的不同位置設(shè)置不同相位的定子磁極，隨著轉(zhuǎn)子的運轉(zhuǎn)，在不同的時間點轉(zhuǎn)子所處的不同的空間位置可以受到不同相位的磁場驅(qū)動，即：設(shè)置多維分相的定子磁極，使電機(jī)功率密度提高，同時轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)較為簡單；同樣作為發(fā)電機(jī)也可以提高發(fā)電功率密度。

實施例2

圖4是本實施方式提供的第二種多維分相的開關(guān)磁阻電機(jī)的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；在圖示的開關(guān)磁阻電機(jī)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子軸120連接轉(zhuǎn)子盤121，轉(zhuǎn)子盤外圓周均勻布置轉(zhuǎn)子磁極，每一轉(zhuǎn)子磁極包括向三個方向伸出的分相磁極，其中第一分相磁極122位于圖示的左側(cè)，第二分相磁極123位于圖示的上側(cè)，第三分相磁極124位于圖示的右側(cè)，三個分相磁極的幾何中心與轉(zhuǎn)子軸心線均位于同一徑向切面上；轉(zhuǎn)子的每一分相磁極外配置有相應(yīng)的C型定子磁極，每一C型定子磁極具有兩個磁極圍繞在轉(zhuǎn)子分相磁極兩側(cè)構(gòu)成定子磁極對，每一C型定子磁極上繞有定子繞組，其中，

第一相定子磁極125設(shè)有第一相定子繞組128，其定子磁極對位于轉(zhuǎn)子分相磁極122兩側(cè)，

第二相定子磁極126設(shè)有第二相定子繞組129，其定子磁極對位于轉(zhuǎn)子分相磁極123兩側(cè)，

第三相定子磁極127設(shè)有第三相定子繞組130，其定子磁極對位于轉(zhuǎn)子分相磁極124兩側(cè)，

每一定子磁極與轉(zhuǎn)子分相磁極之間留有適宜間隙，這樣，每一定子磁極與轉(zhuǎn)子分相磁極為短磁路結(jié)構(gòu)，減少了漏磁及渦流損耗。

與前一實施例類似地，定子磁極126處于與轉(zhuǎn)子分相磁極123“對中”時，雖然轉(zhuǎn)子分相磁極122、123也在這一平面上，但定子磁極125和定子磁極127的中心線不會同時在這切面上，故定子磁極125、127以虛線的方式表示其相位與定子磁極126不同；也就是，在軸向上看來，定子磁極125、126、127分別為不同的周向角度，期間的夾角換算為磁極之間的電角度可設(shè)為120°，即為鄰相定子磁極極間的相位差；這與圖3所示的定子磁極分布規(guī)律相同，故該電機(jī)的軸向剖面結(jié)構(gòu)未在附圖中示出。

實施例3

圖5是本實施方式提供的第三種多維分相的開關(guān)磁阻電機(jī)的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；該電機(jī)采用多維分相的5相定子，共同作用于僅具有單周磁極分布的單一轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式，如圖中所示，轉(zhuǎn)子圓周上均勻分布轉(zhuǎn)子磁極，如133，在每一轉(zhuǎn)子磁極的多維位置上分布有5個相位的定子磁極，如5相定子磁極134、135、136、137、138，每一相定子磁極數(shù)目與轉(zhuǎn)子磁極數(shù)目均等，每一轉(zhuǎn)子磁極對應(yīng)5個定子磁極的方向呈平面，且與定子磁極間留有適宜間隙，轉(zhuǎn)子磁極133通過轉(zhuǎn)子連接體132與轉(zhuǎn)子軸131固定。

易于理解且圖中未予示出的是，在軸向上看來，定子磁極134、135、136、137、138分別為不同的周向角度，其間的夾角換算為磁極之間的電角度，即為定子磁極極間的相位差，如5相定子的相鄰極間相位差為72°電角度。

5相繞組在電機(jī)的電子控制系統(tǒng)控制下，根據(jù)檢測到的轉(zhuǎn)子相對位置控制5相定子繞組的電流，作為開關(guān)磁阻電動機(jī)或開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)使用。

圖6是第三種多維分相的開關(guān)磁阻電機(jī)的另一種結(jié)構(gòu)形式的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；該電機(jī)采用多維分相的5相定子，共同作用于單周分布磁極的單一轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式，如圖中5相定子磁極142、143、144、145、146，轉(zhuǎn)子圓周上均勻分布轉(zhuǎn)子磁極，如141，每一轉(zhuǎn)子磁極對應(yīng)5個定子磁極的方向呈近圓弧形，且與定子磁極間留有適宜間隙，轉(zhuǎn)子磁極141通過轉(zhuǎn)子連接體與轉(zhuǎn)子軸140固定。

第一相定子磁極142的幾何中心與轉(zhuǎn)子磁極141幾何中心連線147、

第二相定子磁極143的幾何中心與轉(zhuǎn)子磁極141幾何中心連線148、

第三相定子磁極144的幾何中心與轉(zhuǎn)子磁極141幾何中心連線149、

第四相定子磁極145的幾何中心與轉(zhuǎn)子磁極141幾何中心連線150、

第五相定子磁極146的幾何中心與轉(zhuǎn)子磁極141幾何中心連線151，

相鄰(相位定子與轉(zhuǎn)子中心)連線夾角可采取相等的方式，來布置多相定子磁極。

易于理解且圖中未予示出的是，在軸向上看來，定子磁極142、143、144、145、146分別為不同的周向角度，其間的夾角換算為磁極之間的電角度，即為定子磁極極間的相位差，如5相定子的相鄰極間相位差為72°電角度。

5相繞組在電機(jī)的電子控制系統(tǒng)控制下，根據(jù)檢測到的轉(zhuǎn)子相對位置控制5相定子繞組的電流，作為開關(guān)磁阻電動機(jī)或開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)使用。

第二方面，本發(fā)明實施方式提供了一種多維分相的電機(jī)，

包括轉(zhuǎn)子、定子以及所述轉(zhuǎn)子、定子的支撐元件和電子控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)特點是，

所述轉(zhuǎn)子、定子以及所述支撐元件和所述電子控制系統(tǒng)構(gòu)成永磁電機(jī)，

所述轉(zhuǎn)子包括其圓周上分布的永磁材料制成的轉(zhuǎn)子磁極，

用于在所述轉(zhuǎn)子磁極的多側(cè)向分布的定子磁極產(chǎn)生的電磁力矩作用下使所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，

或

用于在所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時通過磁場的變化使在所述轉(zhuǎn)子磁極的多側(cè)向分布的定子磁極上的繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；

所述定子包括定子磁芯和定子繞組，

所述定子磁芯包括具有三個或三個以上相位的軟磁磁極或軟磁磁極對，不同相位的軟磁磁極或軟磁磁極對按一定相序分布于所述轉(zhuǎn)子上轉(zhuǎn)子磁極周圍的多個維度的空間位置，所述多個維度的空間位置包括位于所述轉(zhuǎn)子磁極周圍的所述轉(zhuǎn)子軸向、所述轉(zhuǎn)子徑向、所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)切向的三維立體空間的多個不同位置，

所述定子磁芯上繞有所述定子繞組，用于在所述定子繞組依相序通電時，使所述定子磁芯產(chǎn)生電磁力矩使所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，或用于使所述定子繞組依相序產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。

具體地，如下面實施例4至實施例6的闡述。

實施例4

圖7是本實施方式提供的第一種多維分相的永磁電機(jī)的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖7所示的電機(jī)結(jié)構(gòu)特點是，轉(zhuǎn)子軸160通過連接體161連接轉(zhuǎn)子圓周上的均勻分布的轉(zhuǎn)子磁極，如162，在轉(zhuǎn)子磁極162對應(yīng)三個定子磁極的方向上裝有三個永磁磁極163、164、165，與上述開關(guān)磁阻電機(jī)類似地，轉(zhuǎn)子磁極162的周圍具有多維方向設(shè)置的定子磁極166、167、168，三相定子磁極上的定子繞組169、170、171分別受到電子控制系統(tǒng)控制，與前述開關(guān)磁阻電機(jī)不同的是：前述的開關(guān)磁阻電機(jī)定、轉(zhuǎn)子極間只能是磁拉力，而本實施例定子磁極與轉(zhuǎn)子磁極之間可以產(chǎn)生磁推力，使電機(jī)控制方式更為多樣化，在電子控制系統(tǒng)控制下，該多維分相的三相永磁電機(jī)可以作為電動機(jī)或者發(fā)電機(jī)使用。

圖8是第一種多維分相的永磁電機(jī)的軸向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；在本圖中，為便于理解，先僅就一個轉(zhuǎn)子磁極162和三個相位的定子磁極166、167、168來描述其相對位置特征(故圖中僅畫出一個轉(zhuǎn)子磁極162和三個相位的定子磁極166、167、168)：

從電機(jī)的軸向觀察，如圖所示，在設(shè)定定子磁極167處于設(shè)定的0位置時，即設(shè)定定子磁極167的中心點與轉(zhuǎn)子軸心連線為垂向中心線515，則定子磁極167的旋轉(zhuǎn)切向上的角度為0，定子磁極166的中心點到轉(zhuǎn)子軸心的連線516與中心線515在旋轉(zhuǎn)切向上的角度為向左的-α，定子磁極168的中心點到轉(zhuǎn)子軸心連線517與中心線515在旋轉(zhuǎn)切向上的角度為向右的+α；

因此，若轉(zhuǎn)子磁極167正處于圖示位置即磁極162與第二相定子磁極167為“對中”位置時，可以理解為：此時第一相定子磁極166處于轉(zhuǎn)子磁極162的左前方，此時第三相定子磁極168處于轉(zhuǎn)子磁極162的右后方，第一相定子磁極166可以在轉(zhuǎn)子磁極162的前方施加作用力，第二相定子磁極167可以在轉(zhuǎn)子磁極162的徑向外側(cè)施加作用力，第三相定子磁極168可以在轉(zhuǎn)子磁極162的后方施加作用力；或者可以理解為：此時第一相定子磁極166的位置處于轉(zhuǎn)子磁極162的左后方，此時第三相定子磁極168的位置處于轉(zhuǎn)子磁極162的右前方。

實施例5

圖9是本實施方式提供的第二種多維分相的永磁電機(jī)的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖中轉(zhuǎn)子軸180通過連接體181連接轉(zhuǎn)子圓周上均勻分布的轉(zhuǎn)子磁極如182，每一轉(zhuǎn)子磁極向外伸出分相的三對永磁磁極，在分相三個永磁磁極的有效磁力作用區(qū)分別設(shè)有多維分相的三相定子磁極；以轉(zhuǎn)子磁極182為例：其向外伸出分相的三對永磁磁極183、184、185，在分相的永磁磁極183、184、185的有效磁力作用區(qū)分別設(shè)有多維分相的三相定子磁極187、189、190，每一相定子磁極上具有定子繞組，三相定子磁極在軸向的分相設(shè)置規(guī)律與上述圖8中所述相同，此處不再贅述。三相定子繞組186、188、191在電子控制系統(tǒng)控制下，該多維分相的三相永磁電機(jī)可以作為電動機(jī)或者發(fā)電機(jī)使用。

實施例6

圖10是本實施方式提供的第三種多維分相的永磁電機(jī)的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖中轉(zhuǎn)子軸200通過連接體連接轉(zhuǎn)子圓周上均勻分布的轉(zhuǎn)子磁極如201，，每一轉(zhuǎn)子磁極沿三個方向設(shè)置分相的三個永磁磁極，在分相永磁磁極的有效磁力作用區(qū)分別設(shè)有多維分相的三相定子磁極，以圖中位置的轉(zhuǎn)子磁極201為例：

轉(zhuǎn)子磁極201沿三個方向設(shè)置分相永磁磁極202、203、204，在分相永磁磁極202、203、204的有效磁力作用區(qū)分別設(shè)有多維分相的三相定子磁極205、206、207，并相應(yīng)地設(shè)有定子繞組，多維分相的三相定子磁極在軸向方向的分相設(shè)置規(guī)律與上述圖8中所述相同，三相定子繞組在電子控制系統(tǒng)控制下，該多維分相的三相永磁電機(jī)可以作為電動機(jī)或者發(fā)電機(jī)使用。

第三方面，本發(fā)明實施方式提供了一種多維分相的電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子、定子以及所述轉(zhuǎn)子、定子的支撐元件和電子控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)特點是，

所述轉(zhuǎn)子、定子以及所述支撐元件和所述電子控制系統(tǒng)構(gòu)成激磁電機(jī)，

所述轉(zhuǎn)子圓周上分布有軟磁材料制成的轉(zhuǎn)子磁極以及激磁繞組，

用于在所述轉(zhuǎn)子磁極多側(cè)向分布的定子磁極產(chǎn)生的電磁力矩作用下使所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，

或

用于在所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時通過磁場的變化使在所述轉(zhuǎn)子磁極多側(cè)向分布的定子磁極上的繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；

所述定子包括定子磁芯和定子繞組，

所述定子磁芯包括具有三個或三個以上相位的軟磁磁極或軟磁磁極對，不同相位的軟磁磁極或軟磁磁極對按一定相序分布于所述轉(zhuǎn)子上轉(zhuǎn)子磁極周圍的多個維度的空間位置，所述多個維度的空間位置包括位于所述轉(zhuǎn)子磁極周圍的所述轉(zhuǎn)子軸向、所述轉(zhuǎn)子徑向、所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)切向的三維立體空間的多個不同位置，

所述定子磁芯上繞有所述定子繞組，用于在所述定子繞組依相序通電時，使所述定子磁芯產(chǎn)生電磁力矩使所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，或用于使所述定子繞組依相序產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。

具體地，如下面實施例7的闡述。

實施例7

圖11是本實施方式提供的第一種多維分相的激磁電機(jī)的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，轉(zhuǎn)子軸210通過連接體連接轉(zhuǎn)子圓周上均勻分布的激磁式轉(zhuǎn)子磁極，如圖所示的轉(zhuǎn)子磁極上包括轉(zhuǎn)子磁極對211、212，轉(zhuǎn)子磁極對214、213轉(zhuǎn)子磁極對224、225等，轉(zhuǎn)子磁極對所在的轉(zhuǎn)子磁極繞有相應(yīng)的轉(zhuǎn)子激磁繞組，轉(zhuǎn)子激磁繞組通過端線220連接激磁電源，其可以采取碳刷、滑環(huán)等方式連接激磁電源，也可以采取無刷方式獲取激磁能量。

在所示定子磁極周圍的多維空間設(shè)置有多維分相的三相定子磁極貼近轉(zhuǎn)子磁極對，每一定子磁極對如(215、216)，(217、218)，219等具有其定子繞組221，222，223；定子磁極的軸向上的分相設(shè)置規(guī)律與上述圖8中所述相同，三相定子繞組在電子控制系統(tǒng)控制下，該多維分相的三相永磁電機(jī)可以作為電動機(jī)或者發(fā)電機(jī)使用。

第四方面，本發(fā)明實施方式提供了一種多維分相的電機(jī)，

包括轉(zhuǎn)子、定子以及所述轉(zhuǎn)子、定子的支撐元件和電子控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)特點是，

所述轉(zhuǎn)子、定子以及所述支撐元件和所述電子控制系統(tǒng)構(gòu)成永磁與激磁混合電機(jī)，

所述轉(zhuǎn)子圓周上分布有軟磁材料制成的轉(zhuǎn)子磁極，

用于在所述轉(zhuǎn)子磁極多側(cè)向分布的定子磁極產(chǎn)生的電磁力矩作用下使所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，

或

用于在所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時通過磁場的變化使在所述轉(zhuǎn)子磁極多側(cè)向分布的定子磁極上的繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；

所述定子包括定子磁芯和定子繞組，

所述定子磁芯包括具有三個或三個以上相位的軟磁磁極或軟磁磁極對，不同相位的軟磁磁極或軟磁磁極對按一定相序分布于所述轉(zhuǎn)子上轉(zhuǎn)子磁極周圍的多個維度的空間位置，所述多個維度的空間位置包括位于所述轉(zhuǎn)子磁極周圍的所述轉(zhuǎn)子軸向、所述轉(zhuǎn)子徑向、所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)切向的三維立體空間的多個不同位置，

所述定子磁芯上繞有所述定子繞組，用于在所述定子繞組依相序通電時，使所述定子磁芯產(chǎn)生電磁力矩使所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，或用于使所述定子繞組依相序產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；

其中，所述轉(zhuǎn)子和所述定子這二者之中至少之一在其磁回路上設(shè)有永磁體，用于增強(qiáng)所述磁回路的磁場。

容易理解的是，對于多維分相的永磁與激磁混合電機(jī)，其結(jié)構(gòu)是在前述多維分相的激磁電機(jī)基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)子磁極或定子磁極上附加有永磁磁體，用于增強(qiáng)磁回路的磁場，增大定、轉(zhuǎn)子之間的磁拉力或磁推力，其工作過程與前述的永磁電機(jī)基本一致，這里不再贅述，附圖中未予示出。同樣可以理解的是，為了便于電機(jī)的生產(chǎn)裝配，可以將轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子磁極和轉(zhuǎn)子的軛部設(shè)計為分體結(jié)構(gòu)形式，也可以將定子上的定子磁極和定子的軛部設(shè)計為為分體結(jié)構(gòu)形式。

上述四個方面的實施方式分別從結(jié)構(gòu)特點上闡述了的多維分相的電機(jī)，對于符合于上述四個方面多維分相電機(jī)技術(shù)方案的一些優(yōu)選的其他實施例，下面將作以進(jìn)一步詳細(xì)闡述。

首先，本發(fā)明實施方式還進(jìn)一步提供了具有下述結(jié)構(gòu)特點的外定子式多維分相的三相電機(jī)，具體地如下面實施例8的闡述。

實施例8

圖12是本發(fā)明實施方式提供的外定子式多維分相的電機(jī)的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，轉(zhuǎn)子軸230連接轉(zhuǎn)子盤，轉(zhuǎn)子盤圓周上均勻分布轉(zhuǎn)子磁極，如轉(zhuǎn)子磁極233，定子231與轉(zhuǎn)子軸之間裝有軸承，如軸承232；定子231內(nèi)部固定有多維分相的三相定子磁極，如定子磁極234、235、236分屬不同的相位，與前述多維分相的三相電機(jī)的同樣的，定子磁極234、235、236在軸向看來其周向角度不同，三相定子磁極以圓周方向(即“周向”)相互間隔120電角度的位置作用于轉(zhuǎn)子磁極。本圖顯示了如上所述的四個方面的多維分相的三相電機(jī)的共同具有的結(jié)構(gòu)特點，可作為多維分相的三相開關(guān)磁阻電機(jī)、多維分相的三相永磁電機(jī)、多維分相的激磁電機(jī)以及多維分相的永磁與激磁混合電機(jī)的側(cè)向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；因此本圖可以進(jìn)一步較直觀的說明本技術(shù)方案的發(fā)明思路，使本發(fā)明技術(shù)方案更加清楚明了。

其次，本發(fā)明實施方式還進(jìn)一步提供了具有下述結(jié)構(gòu)特點的內(nèi)定子式多維分相的三相電機(jī)，具體地如下面實施例9的闡述。

實施例9

圖13是本實施方式提供的內(nèi)定子式多維分相的電機(jī)的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；其結(jié)構(gòu)特點是，電機(jī)的外轉(zhuǎn)子242與內(nèi)定子之間裝有軸承，如241；外轉(zhuǎn)子242的圓周內(nèi)部均勻分布有朝向內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)子磁極，如轉(zhuǎn)子磁極245；按照多維分相的三相繞組的相位差電角度，在每一轉(zhuǎn)子磁極的軸向兩側(cè)及所述轉(zhuǎn)子磁極旋轉(zhuǎn)圓周內(nèi)側(cè)，設(shè)置有的多維分相的三相定子磁極，這三相定子磁極都固定于內(nèi)定子上，再通過內(nèi)定子軸固定于電機(jī)外部基座上；如圖位置所示的轉(zhuǎn)子磁極245周圍的多維分相的定子磁極244、243、246，這三相定子磁極在軸向方向看來分屬不同的“周向”角度位置，確保三相定子磁極之間間隔一定的相間電角度，三相定子磁極上具有相應(yīng)的三相繞組，在電機(jī)的電子控制系統(tǒng)控制下，完成電機(jī)的分相控制，作為電動機(jī)或發(fā)電機(jī)使用。

本圖顯示了如上所述的四個方面的多維分相的內(nèi)定子式三相電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點，可作為多維分相的內(nèi)定子式三相開關(guān)磁阻電機(jī)、多維分相的內(nèi)定子式三相永磁電機(jī)、多維分相的內(nèi)定子式三相激磁電機(jī)以及多維分相的內(nèi)定子式三相永磁與激磁混合電機(jī)的側(cè)向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

再次，本發(fā)明實施方式還進(jìn)一步提供了具有下述結(jié)構(gòu)特點的內(nèi)外轉(zhuǎn)子式多維分相的三相電機(jī)，具體地如下面實施例10的闡述。

實施例10

圖14是本實施方式提供的內(nèi)外轉(zhuǎn)子式多維分相的電機(jī)的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；如圖所示，陰影部分253為電機(jī)定子，定子軸和內(nèi)轉(zhuǎn)子軸250之間裝配有軸承如251，定子軸和外轉(zhuǎn)子263之間裝配有軸承252/254；

內(nèi)轉(zhuǎn)子圓周上均勻分布有伸向外側(cè)的內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極，如內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極255，外轉(zhuǎn)子圓周上均勻分布有伸向內(nèi)側(cè)的外轉(zhuǎn)子磁極，如外轉(zhuǎn)子磁極259，作用于內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極255的多維分相的三相定子磁極如256、258、257，作用于外轉(zhuǎn)子磁極259的多維分相的三相定子磁極如260、264、261，內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極數(shù)目、外轉(zhuǎn)子磁極數(shù)目和作用于內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極的每一相定子磁極數(shù)目、作用于外轉(zhuǎn)子磁極的每一相定子磁極數(shù)目均相等；每相定子磁極上具有定子繞組，作用于內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極的三相定子繞組和作用于外轉(zhuǎn)子磁極的三相定子繞組可以由電子控制系統(tǒng)實施同步控制或異步控制，可分別控制內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩，可以應(yīng)用于一些特殊需求的自動控制技術(shù)當(dāng)中。當(dāng)然也可以作為三相發(fā)電機(jī)使用。

本圖顯示了如上所述的四個方面的多維分相的內(nèi)外轉(zhuǎn)子式三相電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點，可作為多維分相的內(nèi)外轉(zhuǎn)子式三相開關(guān)磁阻電機(jī)、多維分相的內(nèi)外轉(zhuǎn)子式三相永磁電機(jī)、多維分相的內(nèi)外轉(zhuǎn)子式激磁電機(jī)以及多維分相的內(nèi)外轉(zhuǎn)子式永磁與激磁混合電機(jī)的側(cè)向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

其后，本發(fā)明實施方式還進(jìn)一步提供了具有下述結(jié)構(gòu)特點的內(nèi)外定子式多維分相的三相電機(jī)，具體地如下面實施例11的闡述。

實施例11

圖15是本實施方式提供的內(nèi)外定子式多維分相的電機(jī)的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；如圖所示，陰影部分270為電機(jī)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子軸套和內(nèi)定子軸273之間裝配有軸承如272，轉(zhuǎn)子軸套和外定子275之間裝配有軸承如274；

轉(zhuǎn)子圓周上均勻分布有伸向外側(cè)的轉(zhuǎn)子的外磁極，如轉(zhuǎn)子的外磁極281，轉(zhuǎn)子圓周上還均勻分布有伸向內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)子的內(nèi)磁極，如轉(zhuǎn)子的內(nèi)磁極279，內(nèi)定子圓周上均勻分布有作用于所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)磁極279的多維分相的三相內(nèi)定子磁極如278、276、280，外定子圓周上均勻分布有作用于轉(zhuǎn)子的外磁極281的多維分相的三相外定子磁極如282、283、284；轉(zhuǎn)子的內(nèi)磁極數(shù)目、轉(zhuǎn)子的外磁極數(shù)目和作用于轉(zhuǎn)子的內(nèi)磁極的每一相內(nèi)定子磁極數(shù)目、作用于轉(zhuǎn)子的外磁極的每一相外定子磁極數(shù)目均等。

每相定子磁極上具有定子繞組，作用于轉(zhuǎn)子的內(nèi)磁極的三相內(nèi)定子繞組和作用于轉(zhuǎn)子的外磁極的三相外定子繞組可以由電子控制系統(tǒng)實施內(nèi)外雙三相控制，可分別控制內(nèi)定子三相繞組和外定子三相繞組，從而增加電機(jī)輸出功率，提高電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速響應(yīng)性，本實施例闡述的內(nèi)外定子的電機(jī)結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)用于一些特殊需求的電驅(qū)動控制技術(shù)當(dāng)中，當(dāng)然也可以作為三相發(fā)電機(jī)使用。

本圖顯示了如上所述的四個方面的多維分相的內(nèi)外定子式三相電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點，可作為多維分相的內(nèi)外定子式開關(guān)磁阻電機(jī)、多維分相的內(nèi)外定子式永磁電機(jī)、多維分相的內(nèi)外定子式激磁電機(jī)以及多維分相的內(nèi)外定子式永磁與激磁混合電機(jī)的側(cè)向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

另外，符合于上述四個方面多維分相的電機(jī)的技術(shù)方案，為了克服傳統(tǒng)電機(jī)繞組端部帶來的漏磁及損耗的弊端，本發(fā)明實施方式還進(jìn)一步提供了具有下述結(jié)構(gòu)特點的采用周向繞組的多維分相的電機(jī)。

所述電機(jī)轉(zhuǎn)子上均勻分布轉(zhuǎn)子磁極，

所述定子磁芯與電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸心，所述定子磁芯朝向轉(zhuǎn)子的圓周方向開有周向槽，所述周向槽是與所述電機(jī)軸向和徑向分別垂直的圓周結(jié)構(gòu)的槽，槽的開口指向轉(zhuǎn)子一側(cè)，所述槽的槽口兩側(cè)圓周上均勻分布有定子磁極，在所述轉(zhuǎn)子磁極的多個維度上按照一定角度分相規(guī)律設(shè)置所述定子磁極，所述槽內(nèi)嵌置周向繞組，所示周向繞組為單線繞制或多線并繞的圓型線圈結(jié)構(gòu)，定子磁芯的每個槽內(nèi)嵌置一相周向繞組，用于在所述周向繞組的激勵下使所述定子磁極產(chǎn)生磁場驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，或用于在所述定子與轉(zhuǎn)子磁場變化時使所述周向繞組產(chǎn)生感生電動勢。具體地，以三相電機(jī)為例，如下面實施例12的闡述。

實施例12

圖16是本實施方式提供的周向繞組的多維分相的電機(jī)的側(cè)剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖16、圖17及圖18所示：所述電機(jī)轉(zhuǎn)子400上均勻分布轉(zhuǎn)子磁極如404、420等，所示轉(zhuǎn)子磁極為凸極式磁極，磁極之間的空缺位置如462為磁極距。

所述定子磁芯402與電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸心，所述定子磁芯朝向轉(zhuǎn)子的3個圓周方向開有3個周向槽，所述周向槽是與所述電機(jī)軸向和徑向分別垂直的圓周結(jié)構(gòu)的槽，槽的開口指向轉(zhuǎn)子一側(cè)，如圖中位于轉(zhuǎn)子磁極404一側(cè)的槽405、位于轉(zhuǎn)子磁極404圓周外側(cè)的槽406、位于轉(zhuǎn)子磁極404另一側(cè)的槽407；這三個槽中每一槽口兩側(cè)圓周上均勻分布有定子磁極；定子磁極與轉(zhuǎn)子磁極之間留有適宜間隙。

定子磁芯的每個槽內(nèi)嵌置一相周向繞組，所示周向繞組為單線繞制或多線并繞的圓型線圈結(jié)構(gòu)，槽405內(nèi)有周向繞組575，槽406內(nèi)有周向繞組576，槽407內(nèi)有周向繞組577，用于在所述周向繞組的激勵下使同一槽口兩側(cè)對應(yīng)的兩個定子磁極磁性相異構(gòu)成磁極對，并與轉(zhuǎn)子磁極如404發(fā)生磁力作用，按照定子磁極分相相序位置分別驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)或用于在所述定子與轉(zhuǎn)子磁場變化時使所述周向繞組產(chǎn)生感生電動勢。

其中，槽405的槽口兩側(cè)圓周(如圖中槽405上的虛線)均勻分布有定子磁極如421和422構(gòu)成磁極對，槽406的槽口兩側(cè)圓周(如圖中槽406上的虛線)均勻分布有定子磁極如423和424構(gòu)成磁極對，槽407的槽口兩側(cè)圓周(如圖中槽407上的虛線)均勻分布有定子磁極如425和426構(gòu)成磁極對，其中：

槽405上的磁極對屬于第一相定子磁極對，

槽406上的磁極對屬于第二相定子磁極對，

槽407上的磁極對屬于第三相定子磁極對，每一相磁極對數(shù)目和轉(zhuǎn)子磁極數(shù)目均等。

在所述轉(zhuǎn)子磁極的多個維度上按照一定角度分相規(guī)律設(shè)置分為三相的所述定子磁極，按照三相電機(jī)分相規(guī)律，相間相差120°電角度，因此位于三個槽上的三相磁極對在軸向看來相互錯開120°電角度的位置，例如第一相定子磁極如421/422的中心線位于與轉(zhuǎn)子磁極404“對中”位置設(shè)為0°電角度，則第二相定子磁極如423/424的中心線位于與轉(zhuǎn)子磁極404向右的+120°電角度位置，第三相定子磁極如425/426的中心線位于與轉(zhuǎn)子磁極404向右的+240°電角度位置，也就是三相定子磁極(對)分布于所示轉(zhuǎn)子磁極404的軸向、徑向、旋轉(zhuǎn)圓周方向(即周向)的三維空間的不同位置，即為“多維分相”。

采取該多維分相的方法，提高了轉(zhuǎn)子磁極的受力密度，提高了電機(jī)的單位質(zhì)量的功率輸出能力即功率密度；采用周向繞組避免了原有技術(shù)的繞組端部帶來的較大的漏磁損耗和熱功損耗，從而提高電機(jī)的效率。

圖17是本實施方式提供的周向繞組的多維分相電機(jī)轉(zhuǎn)子軸向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖中轉(zhuǎn)子圓周均勻分布轉(zhuǎn)子磁極，如轉(zhuǎn)子磁極404等，極間空缺位置如462為轉(zhuǎn)子磁極距，圖中403為轉(zhuǎn)子圓盤部分連接體，400為轉(zhuǎn)子軸。

圖18是周向繞組的多維分相電機(jī)的三相定子相位對比的軸向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；較為明晰地顯示了三相定子磁極的相位關(guān)系，將三相定子按照其相位相對位置，將三相剖面圖移放在同一平面、同一角度參考基準(zhǔn)線500上進(jìn)行比較。

圖18中左側(cè)的槽體405中間開有圓周槽路452，槽口兩側(cè)圓周上均勻分布有第一相轉(zhuǎn)子磁極如421/422構(gòu)成磁極對，427/428構(gòu)成磁極對，磁極間距(極間空缺位置)450/451為磁極距，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極404與第一相定子磁極對421/422“對中”時，即磁極421/422與轉(zhuǎn)子軸心的連線501、與轉(zhuǎn)子磁極404和轉(zhuǎn)子軸心的連線501相重合為同一位置，兩連線夾角δ＝0°電角度；

圖18中中間的槽體406的中間開有圓周槽路456，槽口兩側(cè)圓周上均勻分布有第二相轉(zhuǎn)子磁極如423/424構(gòu)成磁極對，429/430構(gòu)成磁極對，磁極間距(極間空缺位置)457/458為磁極距(軸向切面圖僅能顯示一側(cè)的磁極及“極間空缺位置”)，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極404與第一相定子磁極對的421/422對中時，第二相定子磁極的423/424與轉(zhuǎn)子軸心的連線504、與轉(zhuǎn)子磁極404和轉(zhuǎn)子軸心的連線502(502與前述501及后述的503均為垂直于水平基準(zhǔn)線500的垂直線)夾角為β，設(shè)置：兩連線夾角β＝15°幾何角度；

以如圖所示的電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子極數(shù)為例計算磁極之間的幾何角度與電角度的關(guān)系：

轉(zhuǎn)子極數(shù)：8極，單相定子磁極(對)數(shù)目＝8，

按每相定子磁極寬度＝磁極距寬度計算，每相定子磁極所占幾何角度＝每相定子磁極距所占幾何角度＝360/16＝22.5°，而每相1定子磁極+1磁極距＝360度電角度，

因此每相定子磁極電角度＝22.5°x8＝180°，

相距120°電角度換算成幾何角度為：120/8＝15°，因此，磁極423/424比磁極421/422向右超前+120°電角度；

圖中右側(cè)的槽體407中間開有圓周槽路461，槽口兩側(cè)圓周上均勻分布有第三相轉(zhuǎn)子磁極如425/426構(gòu)成磁極對，431/432構(gòu)成磁極對，磁極間距(極間空缺位置)459/460為磁極距，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極404與第一相定子磁極對421/422對中時，第三相定子磁極的425/426和轉(zhuǎn)子軸心的連線505、與轉(zhuǎn)子磁極404和轉(zhuǎn)子軸心的連線503的夾角為γ，設(shè)置夾角γ＝30°幾何角度；與上述同理可以計算出，磁極425/426比磁極423/424向右超前+120°電角度。

圖17中的轉(zhuǎn)子外圓周463和圖18中的第二相磁極所在槽體(即第二相定子磁芯)的內(nèi)圓周之間留有間隙。

由此可見，相鄰定子磁極相差電角度為120°，符合三相電機(jī)分相規(guī)律要求，在相應(yīng)的電子控制系統(tǒng)控制下，按照三相電動機(jī)或三相發(fā)電機(jī)工作。

另外，較為容易理解的是，也可以將周向繞組的多維分相電機(jī)設(shè)計為外轉(zhuǎn)子式電機(jī)(即內(nèi)定子式)，其結(jié)構(gòu)與前述外轉(zhuǎn)子電機(jī)僅僅是在定子繞組形式上有所區(qū)別，其工作過程不再贅述，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖19所示；其中：

700為定子，

701為轉(zhuǎn)子，

702、703為轉(zhuǎn)子圓周上均勻分布的轉(zhuǎn)子磁極其中的兩個磁極，

704為第一相定子磁極，

705為第二相定子磁極，

706為第三相定子磁極，

707為第一相定子的周向繞組，

708為第二相定子的周向繞組，

709為第三相定子的周向繞組。

第五方面，本發(fā)明實施方式還提供了一種電機(jī)的多維分相方法，

①在所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子圓周上均勻布設(shè)轉(zhuǎn)子磁極，

②設(shè)置三相或三相以上的定子磁極數(shù)目，使每一相定子磁極數(shù)目與所數(shù)轉(zhuǎn)子磁極數(shù)目均等，

③設(shè)置所述三相或三相以上的定子磁極位置：不同相位定子磁極按相序分布于所述轉(zhuǎn)子上轉(zhuǎn)子磁極周圍的多個維度的空間位置，所述多個維度的空間位置包括位于所述轉(zhuǎn)子磁極周圍的所述轉(zhuǎn)子軸向、所述轉(zhuǎn)子徑向、所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)圓周切向的三維立體空間的多個不同位置。

由于電機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計上充分地利用了電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極周圍的立體空間，創(chuàng)造性地在單轉(zhuǎn)子盤的磁極周圍的“周向”、“軸向”及“徑向”多個維度的不同位置設(shè)置不同相位的定子磁極，隨著轉(zhuǎn)子的運轉(zhuǎn)，在不同的時間點轉(zhuǎn)子所處的不同的空間位置受到不同相位的磁場驅(qū)動，即：設(shè)置多維分相的定子磁極，以提高電機(jī)功率密度，降低能耗。

以外定子式三相電機(jī)為例，傳統(tǒng)三相電機(jī)定子僅僅按照周向分相排列，轉(zhuǎn)子磁極僅僅在其徑向外側(cè)方向上受到驅(qū)動力，由于相位間隔所限這種傳統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極受到的驅(qū)動力差拍較大、受力密度較低，使電機(jī)功率密度受限；而本發(fā)明技術(shù)方案的多維分相的三相電機(jī)和傳統(tǒng)三相電機(jī)相比，在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)基本不改變的條件下，相當(dāng)于在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子磁極兩側(cè)各增加了一套定子磁極，電機(jī)的體積和重量增加不多，而輸出功率增加較多，理論上：同等轉(zhuǎn)子盤的條件下，多維分相的電機(jī)其輸出功率為傳統(tǒng)外定子式電機(jī)輸出功率的三倍，驅(qū)動力差拍減小、受力密度大幅提高，不必增加轉(zhuǎn)子重量即實現(xiàn)電機(jī)功率密度的提高，轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)較為簡單；同時還可以減小轉(zhuǎn)矩波動、提高速度操控性能、提高加速特性、提高制動特性、提高電機(jī)響應(yīng)性；同樣的，作為發(fā)電機(jī)也可以提高發(fā)電功率密度。

第六方面，本發(fā)明還提供了一種電動車輛，其殊之處在于，包括第一、第二、第三、第四這四個方面中任一方面所述的多維分相的電機(jī)，用于驅(qū)動所述車輛行駛。

實施例13

圖20是本實施方式提供的包括多維分相的電機(jī)的電動車輛結(jié)構(gòu)示意圖；圖示電動車輛包括310、304等車輪、轉(zhuǎn)向機(jī)302、電池303、多維分相的電機(jī)總成300以及差速器305等組成，其中，多維分相的電機(jī)總成300包含有如前所示的多維分相的電機(jī)，用于在車輛電子控制系統(tǒng)的控制下驅(qū)動車輛行駛。

采用新型高功率密度的多維分相的電機(jī)，滿足車輛在下述幾個方面的技術(shù)要求：

1、功率方面：電機(jī)實現(xiàn)了具有較高的功率密度，滿足車輛動力需求；

2、轉(zhuǎn)速方面：上述高功率密度的多維分相的電機(jī)具有適應(yīng)車輛多變的轉(zhuǎn)速工況特性，滿足駕駛需要；

3、轉(zhuǎn)矩方面：電機(jī)在高速、低速運行時均具有較大轉(zhuǎn)矩，適應(yīng)車輛快速啟動和爬坡及加速性能需求；

4、耐震方面：上述多維分相的電機(jī)中，特別是多維分相的開關(guān)磁阻電機(jī)能夠承受車輛顛婆耐震的工作環(huán)境；

5、溫度方面：尤其是多維分相的開關(guān)磁阻電機(jī)能夠承受車輛使用時較大的環(huán)境溫度變化范圍，特別滿足是高溫環(huán)境要求；

6、抗過載方面：多維分相電機(jī)可以經(jīng)受多轉(zhuǎn)速工況下的電流過載、驅(qū)動轉(zhuǎn)矩過載、阻力轉(zhuǎn)矩過載以及轉(zhuǎn)矩多變沖擊；

7、可靠性方面：其中多維分相的開關(guān)磁阻電機(jī)具有較高的可靠性、耐久性、穩(wěn)定性，經(jīng)受車輛長期行駛過程的多工況耐久性檢驗；

8、重量方面：電機(jī)體積相對較小、重量相對較輕；

9、成本方面：電機(jī)材料成本相對較低，易于推廣及大規(guī)模量產(chǎn)；

10、節(jié)能方面：電機(jī)在車輛倒拖行駛時還可以作為發(fā)電機(jī)使用用以回收能量。

11、電池匹配方面：開關(guān)磁阻電機(jī)電流消耗適應(yīng)于電池的放電特性，特別是在起步工況、過載工況、長期過載運行時要減少或消除對電池的破壞性消耗。

對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，對于上述實施方式所述實施類型可以很容易聯(lián)想到其他優(yōu)點和變形，因此，本發(fā)明不局限于所述實施例，實施例僅作為示例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)、示范性的說明，在不脫離本發(fā)明思路的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)上述實施例通過簡單組合及各種形式的等同代換所得到的等同的技術(shù)方案，均包含在本發(fā)明的權(quán)利要求限定范圍及其等同范圍之內(nèi)。