具有固定式转子磁场绕组的电机及电机的控制方法与流程

本发明属于电机技术领域，涉及具有固定式转子磁场绕组的电机及电机的控制方法。

背景技术：

电机广泛应用于工农业生产和社会生活的各个方面，一般旋转型电机的转子分为鼠笼式转子、永磁式转子、激磁式转子、开关磁阻电机凸极式转子等。

鼠笼式转子的电机为交流电机，其体积较大、功率密度和启动转矩较低。

永磁式转子的电机由于转子磁通密度较高，使电机具有功率密度大、转矩大等优点，但其结构较为复杂，转子上镶嵌永磁体工艺较为复杂、成本较高、且永磁体在防震、耐离心力、耐温方面的性能较为局限，使电机的运转速度及运行条件方面受限。

开关磁阻电机是采用无励磁绕组的凸极结构的转子磁芯，转子上无励磁绕组，也没有永磁体，因此能够耐受更高的温度和转速、抗过载能力较强、对电池损耗较效、应用范围较宽，具有独特优势，但由于转子磁场完全受定子磁极的激发，因此转子的磁密受限，起步转矩较低，且容易产生磁力脉动噪声，需要较为复杂的定子励磁电流控制。

激磁式转子的电机可以克服永磁式电机的某些缺陷，但现有的激磁式电机的转子绕位于定于转子上与转子一同旋转，转子激磁绕组(或称为转子磁场绕组)需要碳刷与外界电路相连，使电机可靠性降低，增加了维护成本；若采用高频旋转耦合提供励磁能源的方式，则又需增设复杂的射频耦合接收线圈和发射线圈以及射频调制电路，该类电路较为复杂、电路转化效率及可靠性受限、成本较高，且容易产生较多的电磁干扰。

综上现有技术的不足，亟需研发具有较高转矩、特别是有较高的起步转矩、较高功率密度、较低启动电流、耐温升、高转速、能够适应较大范围转速及转矩变化的电机。

中国专利申请201610972658.8公开了具有周向绕组的功率电机，该申请的

技术实现要素：
中提到“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”以及在其实施例15中提到“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”，虽然提到了转子所用的“周向绕组”，但其是采用转子上有刷连接方式或者采用“射频耦合等技术手段”，在其全部技术方案和具体实施方式中未能提供“具有固定式转子磁场绕组的电机及电机的控制方法”，本申请的技术方案实质上是对专利申请201610972658.8中的第三方面的激磁电机的进一步发明，是在其基础上进一步创造性地提出“具有固定式转子磁场绕组的电机及电机的控制方法”的新的技术方案，是具有独特的技术优势和有益效果的。

发明内容

为了实现上述目的，本发明提供了具有固定式转子磁场绕组的电机及电机的控制方法，旨在解决上述技术问题之中的至少一个技术问题。

依照本发明的技术发明思路，发明人创造性地在转子磁极之间设计有环型槽“分体式结构”，“分体式”是为了便于安装转子绕组；槽中可以容纳圆周方向绕制的周向绕组，该周向绕组即为转子磁场绕组，且该绕组与槽壁及槽底之间留有气隙，绕组不与槽壁和槽底接触，作为转子磁场绕组的周向绕组不参与转子的旋转，且固定于定子或电机壳体上，使转子磁极在磁场绕组被固定的状态下可以旋转励磁，提高了转子磁密，使电机成为具有较高转矩、较高功率密度、较高的起步转矩、较低的启动电流、可耐受较高温升、能够适应较大范围转速及转矩变化的电机。

本发明所提供的技术方案是：

依据本发明第一方面，提供了一种具有固定式转子磁场绕组的电机，包括定子、转子、转子磁场绕组、所述定子和转子的支撑部件及电子控制系统，其特殊之处在于，

所述定子包括定子磁芯和定子绕组，所述定子磁芯为外定子式激磁型定子磁芯/或为内定子式激磁型定子磁芯/或为侧定子式激磁型定子磁芯，所述定子磁芯圆周上具有多个定子磁极；

当所述电机定子磁芯为外定子式定子磁芯或为内定子式定子磁芯时，所述定子磁极分别在平行的两个圆周上均匀分布，每个定子磁极上绕有集中式定子绕组，或每两个正对的定子磁极之间的轭部绕有集中式定子绕组；

当所述电机定子磁芯为侧定子式定子磁芯时，所述定子磁极分别在两个同心圆周上均匀分布，每个定子磁极上绕有集中式定子绕组，或每两个定子磁极之间的轭部绕有集中式定子绕组；

所述转子包括转子磁芯，所述转子磁芯上具有沿所述转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，当与所述转子配合的电机定子磁芯为外定子式定子磁芯或为内定子式定子磁芯时，所述转子磁芯的槽的槽口两侧圆周与所述定子磁极所在的平行的两个圆周相对应，所述槽的槽口两侧圆周均匀分布有转子磁极，所述转子磁极与所述定子磁极之间留有气隙；当与所述转子配合的电机定子磁芯为侧定子式定子磁芯时，所述转子磁芯的槽的槽口两侧圆周与所述定子磁极所在的两个同心圆周相对应，所述槽的槽口两侧圆周均匀分布有转子磁极，所述转子磁极与所述定子磁极之间留有气隙；

所述转子磁场绕组与所述电机定子或与电机的壳体部位相固定，构成固定式转子磁场绕组，所述转子磁芯圆周方向所开的槽用于容纳所述转子磁场绕组，所述转子磁场绕组为单线绕制或多线并绕的与所述转子同心的圆型线圈结构的周向绕组，所述转子磁场绕组的有效工作圆周伸入所述转子磁极之间的槽内，且所述转子磁场绕组和所述槽之间留有气隙，使所述转子旋转时所述转子和所述固定式转子磁场绕组之间无接触摩擦；

用于在所述电子控制系统控制下，

所述定子绕组通电时使所述定子磁芯被磁化，所述转子磁场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转子磁极引导磁场，与所述定子磁极的磁场相互作用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。

依据本发明第二方面，提供了一种具有固定式转子磁场绕组的电机，包括定子、转子、转子磁场绕组、所述定子和转子的支撑部件及电子控制系统，其特殊之处在于，

所述定子包括定子磁芯和定子绕组，所述定子磁芯为外定子式激磁型定子磁芯/或为内定子式激磁型定子磁芯/或为侧定子式激磁型定子磁芯，所述定子磁芯圆周上具有多个定子磁极，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均匀分布有定子磁极，当所述电机定子磁芯为外定子式定子磁芯或为内定子式定子磁芯时，所述定子磁极在平行的两个圆周上均匀分布，当所述电机定子磁芯为侧定子式定子磁芯时，所述定子磁极在两个同心圆周上均匀分布，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；

所述转子包括转子磁芯，所述转子磁芯上具有沿所述转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，当与所述转子配合的电机定子磁芯为外定子式定子磁芯或为内定子式定子磁芯时，所述转子磁芯的槽的槽口两侧圆周与所述定子磁极所在的平行的两个圆周相对应，所述槽的槽口两侧圆周均匀分布有转子磁极，所述转子磁极与所述定子磁极数目相等，所述转子磁极与所述定子磁极之间留有气隙；当与所述转子配合的电机定子磁芯为侧定子式定子磁芯时，所述转子磁芯的槽的槽口两侧圆周与所述定子磁极所在的两个同心圆周相对应，所述槽的槽口两侧圆周均匀分布有转子磁极，所述转子磁极与所述定子磁极数目相等，所述转子磁极与所述定子磁极之间留有气隙；

所述转子磁场绕组与所述电机定子或与电机的壳体部位相固定，构成固定式转子磁场绕组，所述转子磁芯圆周方向所开的槽用于容纳所述转子磁场绕组，所述转子磁场绕组为单线绕制或多线并绕的与所述转子同心的圆型线圈结构的周向绕组，所述转子磁场绕组的有效工作圆周伸入所述转子磁极之间的槽内，且所述转子磁场绕组和所述槽之间留有气隙，使所述转子旋转时所述转子和所述固定式转子磁场绕组之间无接触摩擦；

用于在所述电子控制系统控制下，

所述定子绕组通电时使所述定子磁芯被磁化，所述定子磁芯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；所述转子磁场绕组通电时使所述转子磁芯被磁化，所述转子磁芯槽的槽口两侧圆周被磁化为异名磁极并通过所述转子磁极引导磁场，与所述定子磁极的磁场相互作用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。

依据本发明第三方面，提供了一种具有固定式转子磁场绕组的电机，包括定子、转子、转子磁场绕组、所述定子和转子的支撑部件及电子控制系统，其特殊之处在于，

所述定子包括定子磁芯，所述定子磁芯为外定子式永磁型定子磁芯/或为内定子式永磁型定子磁芯/或为侧定子式永磁型定子磁芯，所述定子磁芯圆周上具有多个永磁材料制成的定子磁极；

当所述电机定子磁芯为外定子式定子磁芯或为内定子式定子磁芯时，所述定子磁极在平行的两个圆周上均匀分布；

当所述电机定子磁芯为侧定子式定子磁芯时，所述定子磁极在两个同心圆周上均匀分布；

所述转子包括转子磁芯，所述转子磁芯上具有沿所述转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，当与所述转子配合的电机定子磁芯为外定子式定子磁芯或为内定子式定子磁芯时，所述转子磁芯的槽的槽口两侧圆周与所述定子磁极所在的平行的两个圆周相对应，所述槽的槽口两侧圆周均匀分布有转子磁极，所述转子磁极与所述定子磁极数目相等，所述转子磁极与所述定子磁极之间留有气隙；当与所述转子配合的电机定子磁芯为侧定子式定子磁芯时，所述转子磁芯的槽的槽口两侧圆周与所述定子磁极所在的两个同心圆周相对应，所述槽的槽口两侧圆周均匀分布有转子磁极，所述转子磁极与所述定子磁极数目相等，所述转子磁极与所述定子磁极之间留有气隙；

所述转子磁场绕组与所述电机定子或与电机的壳体部位相固定，构成固定式转子磁场绕组，所述转子磁芯圆周方向所开的槽用于容纳所述转子磁场绕组，所述转子磁场绕组为单线绕制或多线并绕的与所述转子同心的圆型线圈结构的周向绕组，所述转子磁场绕组的有效工作圆周伸入所述转子磁极之间的槽内，且所述转子磁场绕组和所述槽之间留有气隙，使所述转子旋转时所述转子和所述固定式转子磁场绕组之间无接触摩擦；

用于在所述电子控制系统控制下，

所述转子磁场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转子磁极引导磁场，与所述定子磁极的磁场相互作用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固定式转子磁场绕组产生感应电动势。

进一步的，依据上述第二方面所述的具有固定式转子磁场绕组的电机，本发明还提供了一种具有固定式转子磁场绕组的电机，其特殊之处在于，所述电机的定子绕组和转子磁场绕组为一体化结构，

当所述电机定子磁芯为外定子式定子磁芯或为内定子式定子磁芯时，所述定子绕组和转子磁场绕组为同心圆式一体化结构，所述定子绕组伸入所述定子磁芯的槽内，所述转子绕组伸入所述转子磁芯的槽内；

当所述电机定子磁芯为侧定子式定子磁芯时，所述定子绕组和转子磁场绕组为平行圆式一体化结构，所述定子绕组伸入所述定子磁芯的槽内，所述转子绕组伸入所述转子磁芯的槽内。

进一步的，本发明还提供了一种具有固定式转子磁场绕组的电机，其特殊之处在于，所述转子磁场绕组和所述定子绕组合并为同一绕组或所述转子磁场绕组和所述定子绕组合并为具有抽头的绕组。

进一步的，本发明还提供了一种具有固定式转子磁场绕组的电机，其特殊之处在于，所述电机为轴向分相的多相电机。

进一步的，本发明还提供了一种具有固定式转子磁场绕组的电机，其特殊之处在于，所述电机的转子磁场绕组为两个或两个以上的周向绕组，用于在不同的转子磁场绕组接通不同方向或不同大小的电流时使所述转子磁极产生不同极性的磁场或不同强度的磁场。

依据本发明的第四方面，提供了一种电机的控制方法，应用于具有固定式转子磁场绕组的多相电机，其特殊之处在于，

当电机用于产生驱动力时，采用不同相位的定子绕组之间的电流适时换向的控制方法，

当某一相位定子绕组接通第一方向的励磁电流时使所述某一相位的定子磁极对转子磁极产生磁拉力，其他相位的定子绕组接通第二方向的励磁电流时使所述其他相位的定子磁极对转子磁极产生磁推力，即所述第一方向的励磁电流与相应的定子磁极对转子磁极产生磁拉力相对应，所述第二方向的励磁电流与相应的定子磁极对转子磁极产生磁推力相对应，使不同相位定子磁极在转子磁极上产生的磁拉力和磁推力有效正向叠加，合力趋于与驱动力方向一致，用于通过提高磁极的磁通密度增大电机输出的驱动转矩及功率；

当某一相位定子绕组接通第三方向的励磁电流时：使所述某一相位的定子磁极对转子磁极产生磁推力，其他相位的定子绕组接通第四方向的励磁电流时使所述其他相位的定子磁极对转子磁极产生磁拉力，即所述第三方向的励磁电流与相应的定子磁极对转子磁极产生磁推力相对应，所述第四方向的励磁电流与相应的定子磁极对转子磁极产生磁拉力相对应，使不同相位定子磁极在转子磁极上产生的磁拉力和磁推力有效同向叠加，合力趋于与制动力方向一致，用于增大电机的阻力转矩。

依据本发明的第五方面，提供了一种电机的控制方法，应用于具有固定式转子磁场绕组的电机，其特殊之处在于，

当电机用于产生驱动力时，采用所述电机转子在处于不同的相位角度范围时对所述转子磁场绕组的励磁电流进行换向时机控制，当所述转子处于第一相位角度范围时所述转子磁场绕组通以第一方向励磁电流使所述转子磁极与所述定子磁极之间产生磁拉力，当所述转子处于第二相位角度范围时所述转子磁场绕组通以第二方向励磁电流使所述转子磁极与所述定子磁极之间产生磁推力，使所述转子在处于不同的相位角度范围时与定子磁极之间产生的磁拉力和磁推力有效正向叠加，合力趋于与驱动力方向一致，用于通过提高磁极的磁通密度增大电机输出的驱动转矩及功率；

当电机用于产生制动力时，采用所述电机转子在处于不同的相位角度范围时对所述转子磁场绕组的励磁电流进行换向时机控制，当所述转子处于第一相位角度范围时所述转子磁场绕组通以第二方向励磁电流使所述转子磁极与所述定子磁极之间产生磁推力，当所述转子处于第二相位角度范围时所述转子磁场绕组通以第一方向励磁电流使所述转子磁极与所述定子磁极之间产生磁拉力，使所述转子在处于不同的相位角度范围时与定子磁极之间产生的磁推力和磁拉力有效同向叠加，合力趋于与制动力方向一致，用于增大电机的阻力转矩。

本发明的有益效果是，在转子磁极之间设计有环型槽的结构，槽中可以容纳圆周方向绕制的周向绕组，且该绕组与槽壁及槽底之间留有气隙，绕组不与槽壁接触，周向绕组固定于定子或电机壳体上，使转子磁极在磁场绕组被固定的状态下可以旋转励磁，提高了转子磁密；对于转子上无永磁磁极的电机，可以实现高速旋转，即具有原开关磁阻电机转子的优点，又比原开关磁阻电机增强了转子磁场，提高了电机功率密度，增大了转矩，提高了电机变速响应性；更适合于目前新能源电动车辆对高功率密度、高起步转矩、大的变速范围、高温运行环境、耐振动等工作条件要求。

附图说明

图1是本发明实施方式的固定式转子绕组轴向剖面示意图

图2是本发明实施方式的固定式转子绕组和转子的侧剖面结构示意图

图3是本发明实施方式的内转子的轴向剖面结构示意图和转子的立体图

图4是本发明实施方式的具有圆周上分布多个集中式定子绕组的外定子式电机侧剖面结构示意图

图5是本发明实施方式的具有圆周上分布多个集中式定子绕组的外定子式电机的一个定子磁芯及其集中式定子绕组结构示意图

图6是本发明实施方式的固定式转子绕组立体结构示意图

图7是本发明实施方式的具有圆周上分布多个集中式定子绕组的外定子式电机轴向剖面结构示意图

图8是本发明实施方式的具有圆周上分布多个集中式定子绕组的外定子式电机轴向剖面结构示意图

图9是本发明实施方式的具有圆周上分布多相集中式定子绕组的外定子式电机轴向剖面结构示意图。

图10是本发明实施方式图10所示电机侧向剖面结构示意图

图11是单体定子磁芯及其绕组示意图

图12是本发明实施方式中具有多个集中式定子绕组的内定子式电机侧剖面结构示意图

图13是本发明实施方式中图12所示内定子式电机的固定式转子磁场绕组结构示意图

图14是本发明实施方式中图12所示内定子式电机的轴向剖面结构示意图

图15是本发明实施方式中具有多个集中式定子绕组的侧定子式电机侧剖面结构示意图

图16是本发明实施方式中图15所示电机定子轴向剖面示意图

图17是本发明实施方式中中图15所示电机定子轴向剖面示意图

图18是根据已公开的专利申请(申请号201610972658.8)得出的一种电机结构示意图

图19是本发明实施方式提供的外定子采用周向绕组的具有固定式转子磁场绕组的电机结构示意图

图20、图21是本发明实施方式提供的外定子采用周向绕组的具有固定式转子磁场绕组，定子磁芯、转子磁芯为分体式结构的电机结构示意图

图22是本发明实施方式提供的外定子采用的周向绕组和固定式转子磁场绕组为一体化结构的电机侧剖面结构示意图

图23是本发明实施方式提供的定子周向绕组和转子的固定式转子磁场绕组采用一体化壳体结构，并且两绕组合一或具有抽头的一体化绕组结构的电机示意图

图24是本发明实施方式提供的侧定子采用的周向绕组和固定式转子磁场绕组为同一壳体结构的电机侧剖面结构示意图

图25是本发明实施方式提供的定子周向绕组和转子的固定式转子磁场绕组采用一体化壳体结构或具有抽头的一体化绕组结构的电机示意图

图26是本发明实施方式提供的内定子采用周向绕组的具有固定式转子磁场绕组的电机的定转子结构示意图

图27是本发明实施方式提供的外定子式永磁磁极的具有固定式转子磁场绕组的电机定子结构示意图

图28是本发明实施方式提供的外定子式永磁磁极的具有固定式转子磁场绕组的电机转子结构示意图

图29是本发明实施方式提供的外定子式永磁磁极的固定式转子磁场绕组的电机转子绕组结构示意图

图30是属于本发明第一方面的三相具有圆周上分布多个集中式定子绕组的外定子式电机的轴向剖面示意图

图31是属于本发明第二方面的三相具有周向定子绕组的外定子式电机侧剖面示意图

具体实施方式

依照本发明的技术发明思路，发明人创造性地在转子磁芯上的转子磁极之间设计有环型槽结构，槽中可以容纳圆周方向绕制的周向绕组，该周向绕组即为转子磁场绕组，且该绕组与槽壁及槽底之间留有间隙，绕组不与槽壁和槽底接触，作为转子磁场绕组的周向绕组不参与转子的旋转，且固定于定子或电机壳体上，使转子在其磁场绕组被固定的状态下实现旋转励磁，提高了转子磁密，使电机成为具有较高转矩、较高功率密度、较高的起步转矩、较低的启动电流、可耐受较高温升、能够适应较大范围转速波动及转矩变化的电机。

该种固定式的转子磁场绕组可以应用于多种结构的电机中，如激磁电机、永磁电机；还可以应用于定子圆周上具有多个集中式定子绕组的电机、定子采用周向绕组的电机等电机中。

第一方面，本发明实施方式提供了一种具有固定式转子磁场绕组的电机，包括定子、转子、转子磁场绕组、定子和转子的支撑部件及电子控制系统，其技术特点在于：

定子包括定子磁芯和定子绕组，定子磁芯为外定子式激磁型定子磁芯/或为内定子式激磁型定子磁芯/或为侧定子式激磁型定子磁芯，定子磁芯圆周上具有多个定子磁极；

当电机定子磁芯为外定子式定子磁芯或为内定子式定子磁芯时，定子磁极分别在平行的两个圆周上均匀分布，每个定子磁极上绕有集中式定子绕组，或每两个正对的定子磁极之间的轭部绕有集中式定子绕组；

当电机定子磁芯为侧定子式定子磁芯时，定子磁极分别在两个同心圆周上均匀分布，每个定子磁极上绕有集中式定子绕组，或每两个定子磁极之间的轭部绕有集中式定子绕组；

转子包括转子磁芯，转子磁芯上具有沿转子磁芯圆周方向所开的槽，槽的走向是与转子的轴向及径向分别垂直的圆周方向，当与转子配合的电机定子磁芯为外定子式定子磁芯或为内定子式定子磁芯时，转子磁芯的槽的槽口两侧圆周与定子磁极所在的平行的两个圆周相对应，槽的槽口两侧圆周均匀分布有转子磁极，转子磁极与定子磁极之间留有气隙；当与转子配合的电机定子磁芯为侧定子式定子磁芯时，转子磁芯的槽的槽口两侧圆周与定子磁极所在的两个同心圆周相对应，槽的槽口两侧圆周均匀分布有转子磁极，转子磁极与定子磁极之间留有气隙；

转子磁场绕组与电机定子或与电机的壳体部位相固定，构成固定式转子磁场绕组，转子磁芯圆周方向所开的槽用于容纳转子磁场绕组，转子磁场绕组为单线绕制或多线并绕的与转子同心的圆型线圈结构的周向绕组，转子磁场绕组的有效工作圆周伸入转子磁极之间的槽内，且转子磁场绕组和槽之间留有气隙，使转子旋转时转子和固定式转子磁场绕组之间无接触摩擦；

用于在电子控制系统控制下，

定子绕组通电时使定子磁芯被磁化，转子磁场绕组通电时使转子磁芯被磁化，槽的槽口两侧圆周被磁化为异名磁极并通过转子磁极引导磁场，与定子磁极的磁场相互作用在转子磁极上产生电磁力矩驱动转子旋转，或

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。

实施例1

如图1所示：是本发明实施方式的固定式转子绕组轴向剖面示意图

转子绕组包括由绝缘材料制成的支架部分和由带有漆皮的导线绕成的绕组部分，绝缘支架的内圆1116、外圆周1113与电机转子同轴心，绝缘支架套装在转子轴外与转子磁极之间，其内圆1116的内缘于转子轴之间留有间隙、绝缘支架两侧环面与转子上的磁极部分留有间隙。绝缘支架圆周上还留有安装孔(如1115)，用于与定子之间进行固定安装。绝缘支架内圆1116和圆周1114之间的环状区域为绕组区域，用于绕制所述“固定式转子磁场绕组”---图中虚线部分1110即表示该绕组，因为该绕组圆周工作区间位于转子磁极之间、用于激励转子磁芯的磁场或感应磁场而产生感生电动势，故为“转子磁场绕组”，有因其并非安装于转子之上随转子旋转，而是固定于定子之上与转子之间留有间隙，绕组壳体和绕组本身与转子并无直接接触、没有机械摩擦，故称为“固定式转子磁场绕组”。该绕组引出线1111和1112从定子或电机壳体适宜位置引出。

如图2所示：是本发明实施方式的固定式转子绕组和转子的侧剖面结构示意图

该图显示了“固定式转子磁场绕组”与转子磁芯之间的位置关系，图中：转子磁芯(阴影部分)中间具有转子轴1120，转子磁芯的中部位置设有凹槽1128，槽1228的走向是与转子的轴向和径向分别垂直的圆周方向，亦即沿着转子的旋转方向所开的槽，槽的开口方向朝向定子磁极也就是朝向转子磁芯圆周的外侧方向，故称为“外环槽”，是为固定式转子磁场绕组预留的空间，槽壁与“固定式转子磁场绕组”1124的壳体1125之间留有间隙。“固定式转子磁场绕组”的绝缘壳体通过固定销1119或螺丝紧固在定子磁芯上。

外环槽的两侧磁芯圆周上具有均匀分布的转子磁极，如转子磁极1121、1122、转子磁极1123、1126等。

固定式转子磁场绕组1124位于其绝缘壳体1125内，可以由绝缘电磁导线绕制，为圆周型集中绕组，该绕组不具有传统椭圆绕组的端部问题，克服了端部带来的诸多弊端。

需要说明的是，转子磁芯上的虚线11291、11292表示转子磁芯为分体式结构，在组装该电机时，可以将虚线一侧的转子磁芯(如图中虚线11492左侧磁芯部分)后装，而预先通过固定销1129安装好固定式转子磁场绕组1124及其壳体1125(固定销1129将线圈壳体1125固定于定子上，所述定子图中未予示出)，这是因为固定式转子磁场绕组为环形结构的原因。

这种结构的优点主要在于转子磁芯可以励磁，从而增强或减弱转子磁场，但又不存在滑环、碳刷等摩擦接触。转子磁场可以根据电机的工况需要进行励磁电流大小及方向的控制。进而调节电机输出功率、输出转矩，便于增强电机功率、转矩，也易于实现电机的制动；使电机的转矩和功率易于调控，旋转的转子体上没有磁铁也没有线圈，所以这样的转子可以承受更高的转速、更大的转速变化、更大的转矩波动，还能够耐受更高的工作温度，尤其适合于工况较为复杂的电驱动车辆，作为驱动电机使用。

需要说明的是，本图仅是为了说明并且足以说明本发明技术方案的转子、定子、固定式转子磁场绕组之间的位置关系，根据一般电机结构常识，本领域技术人员可以了解作为电机所应该必备的轴承、定子壳体、安装螺栓、对外连接的接线柱、控制单元及附件等机构，为了突出技术特征便于说明，这些常识性的结构在该图中未予示出。

如图3的左图所示：是本发明实施方式的内转子的轴向剖面结构示意图

旋转电机分为内转子电机和外转子电机，内转子电机的转子位于定子的圆周内侧，也成为外定子电机；外转子电机的转子位于定子的圆周外侧，也成为内定子电机。本图为内转子电机的转子轴向剖面视图：每一相转子包括转子轴、转子磁芯的两个对称的圆型轭部、在轭部圆周外均匀分布的转子磁极，转子轴贯穿于两个对称的圆型轭部中间并进行机械固定。

图中1130为转子轴、转子圆周上均匀分布转子磁极如磁极1132、转子磁芯的圆型轭部将在圆周上分布的转子磁极和转子轴进行磁路连接，其中在转子磁芯的圆型轭部的圆环1131位置，对应的是“固定式转子磁场绕组”的位置。

下面结合图3的右图进一步说明。该图是转子的立体图，转子包括转子轴1130、转子磁芯包括左右两个部分，每一部分具有圆型轭部1131，圆型轭部圆周外均匀分布有转子磁极如1132和1133，两个圆型轭部中间有转子轴中间部分1134连接固定，同时转子轴也为导磁材料。可以根据转子磁场强度需要，转子轴的中间部分1134可以加粗。

如图4所示：是本发明实施方式的具有圆周上分布多个集中式定子绕组的外定子式电机侧剖面结构示意图

转子轴1140位于转子磁芯1148的中心，转子磁芯中部具有槽型结构，槽型结构两侧的转子磁芯圆周上具有转子磁极，如转子磁极1144等，图中还示意了定子磁芯如1141等，定子磁芯中部具有集中式定子绕组如1142、1147，固定式转子磁场绕组1145通过其壳体1146由固定销1149固定于定子磁芯，且固定式转子磁场绕组与转子的槽路之间留有间隙，如定转子极间间隙1143。在位于转子外侧的圆周上，均匀分布有多个如1141这样的定子磁芯及其集中式定子绕组，若为单相电机或采用轴向分相的多相电机：每一相电机定子磁芯数目与该相转子磁芯槽路两侧中每一侧的转子磁极数目相等；若为采用圆周分相的多相电机：每一相电机定子磁芯数目与转子磁芯槽路两侧中每一侧的转子磁极数目相等。

转子磁芯上的虚线11491、11492表示转子磁芯为分体式结构，在组装该电机时，可以将虚线一侧的转子磁芯(如图中虚线11492左侧磁芯部分)后装，而预先通过固定销1149安装好固定式转子磁场绕组1145及其壳体1146，这是因为固定式转子磁场绕组为环形结构的原因。

与前述图2类似地，本图仅是为了说明并且足以说明本发明技术方案的转子、定子、固定式转子磁场绕组之间的位置关系，根据一般电机结构常识，本领域技术人员可以了解作为电机所应该必备的轴承、定子壳体、安装螺栓、对外连接的接线柱、控制单元及附件等机构，为了突出技术特征便于说明，这些常识性的结构在该图中未予示出。

如图5所示：是本发明实施方式的具有圆周上分布多个集中式定子绕组的外定子式电机的一个定子磁芯及其集中式定子绕组结构示意图

定子磁芯上具有安装孔如1154，用于定子磁芯固定于电机壳体上。磁芯中间绕有定子绕组1151，为集中式绕组，并有端子1152、1153经绝缘引出。磁芯两端具有定子磁极如1150，当集中式定子绕组通电时，定子磁芯被磁化，两端磁极磁性相反，用于与对应的转子磁极之间构成磁回路，当定子磁芯集中式绕组通以第一方向的电流时，固定式转子磁场绕组通以第二方向电流时，定子磁极与对应的转子磁极产生的磁场同向增强，极间产生吸引力；当定子的集中式绕组的电流反向而此时固定式转子磁场绕组电流方向不变/或者当定子的集中式绕组的电流方向不变而此时固定式转子磁场绕组电流反向时，定子磁极与对应的转子磁极产生的磁场反向相减，极间产生磁推力；这样可以通过控制定子绕组及固定式转子磁场绕组电流开控制电机转子的功率、转速及转矩。

如图6所示：是本发明实施方式的固定式转子绕组立体结构示意图。

该图示出了固定式转子磁场绕组的环型结构特征，1161为其绝缘支架(壳体)，其内部有由绝缘电磁漆包线绕制的线圈。线圈两端通过引出线1160引出，并可以在定子的某处钻孔在绝缘引出，或者在相邻定子磁芯之间的空隙引出，在于大家的控制电路进行连接。

如图7所示：是本发明实施方式的具有圆周上分布多个集中式定子绕组的外定子式电机轴向剖面结构示意图

图中，定子圆周1175的内侧均匀分布有定子磁芯，定子磁芯采用如图4中的1141，每一个定子磁芯两端连接有定子磁极(如附图7中的1173)，也是在每一定子磁芯中部绕有集中式定子绕组，其绕组结构形式与前述附图4一样，这里未予示出。定子磁芯通过螺栓(如1174)固定于定子圆周上。

转子也是与附图4中的转子一致，圆周上均匀分布有转子磁极(如磁极1172)，且转子磁极数目与定子磁极数目相等。图中的1170表示转子轴，1171表示转子磁芯对应于“固定式转子绕组”的位置。转子磁极与定子磁极之间留有间隙、转子磁芯与“固定式转子磁场绕组”之间留有间隙。

上述附图1-7从不同方面说明了这种电机的结构特点。

附图7显示的是具有“固定式转子磁场绕组”的电机的一相的结构示意图，这一相可以构成单相电机，所有定子磁芯上的集中式定子绕组采用“首尾串联连接”、或者采用“首首并联—尾尾并联”、或者采用“分组式的首尾串联连接”以及“分组式的首首并联—尾尾并联”等连接方式，确保在定子圆周第一侧的定子磁极极性相同(此时在定子圆周第二侧的定子磁极的极性与第一侧的磁性相反)。

这种结构的电机，其定子和转子圆周上的磁极一一对应，同时产生同样的作用力，圆周受力较为均衡、磁极数目可以自由设定、与电机相数无关、不会产生较大的转矩波动、每一个转子磁极对每一个定子磁极均会产生作用力，转矩相对均衡，噪声小、波动小。

实施例2

如图8所示：是本发明实施方式的具有圆周上分布多个集中式定子绕组的外定子式电机轴向剖面结构示意图

本实施例的特点是：电机定子包括定子圆周、圆周两侧均匀分布有定子磁极，转子结构与前述附图7中的转子结构基本一致，且转子磁极数目与定子磁极数目相等(图8中1183等表示转子磁极)。与附图7所示意的电机的不同之处是：前述的附图7的电机定子磁芯中部绕有“集中式定子绕组”，磁极上没有绕组，同一磁芯的两个磁极的磁性可以由单一的“集中式定子绕组”激励。而本例中每一个定子磁极上均绕有定子绕组(如定子绕组1181、定子绕组1182等)，附图中仅仅绘出这两个定子绕组(其余每个定子磁极上的绕组位于示出)---其实可以称之为定子的“磁极绕组”，其余定子磁极上均有同样的定子绕组，且对应于转子槽部两侧的转子磁极，居于定子圆周两侧的每一个定子磁极均有相应的定子绕组。其电路连接及工作原理与上述基本一致：所有定子磁芯上的集中式定子绕组采用“首尾串联连接”、或者采用“首首并联—尾尾并联”、或者采用“分组式的首尾串联连接”以及“分组式的首首并联—尾尾并联”等连接方式，确保在定子圆周第一侧的定子磁极极性相同(此时在定子圆周第二侧的定子磁极的极性与所述第一侧的极性均相反)，以适应于所述“固定式转子磁场绕组”的转子磁极。

在上述实施例1和实施例2中，仅仅就单相电机进行了描述，可以采取轴向分相的方法，不同相位的电机根据相数确定的间隔角，采用轴向串联结构进行轴向分相，从而组成多相具有“固定式转子磁场绕组”的电机。当然，也可以通过定子、转子磁场的变化使定子绕组产生感应电动势作为发电机使用。

实施例3

本发明实施方式还提供了一种属于第一方面的具有固定式转子磁场绕组的电机，其技术特点包括：电机的定子圆周上的磁极及定子绕组分为多相，构成圆周分相的多相电机。

如图9、图10和图11所示：图9是本发明实施方式的具有圆周上分布多相集中式定子绕组的外定子式电机轴向剖面结构示意图。

在图9的轴向剖面图上，可以看出，定子圆周一侧的定子磁极数目为18个，(该轴向剖面图不能表示出定子圆周另一侧的18个定子磁极)，电机转子磁芯上一侧具有12个转子磁极，另一侧也具有对应的12个转子磁极，两侧的转子磁极之间为转子磁芯的槽路结构，用于给“固定式转子磁场绕组”提供空间位置，且转子磁芯槽路与“固定式转子磁场绕组”之间留有间隙，定子磁极(如定子磁极1191、1192、1193等)和转子磁极(如1194、1195等)之间留有间隙。

如图10所示：是图9所示电机侧向剖面结构示意图，转子11100是与图2类似结构。

图9的定子圆周上具有18个定子磁芯，每个单体定子磁芯两端各具一定子磁极，在如图11中：定子磁芯11103两端具有磁极11104和磁极11105、以及具有集中式定子绕组11106，转子磁极之间的槽路空间有“固定式转子磁场绕组”---11101，该“固定式转子磁场绕组”通过固定销(或安装螺丝)与定子磁芯11103进行机械固定。同时确保“固定式转子磁场绕组”壳体与转子磁芯槽路内壁之间合适的间隙，不会产生机械摩擦。

当电机的电子控制系统对“固定式转子磁场绕组”---11101通电时、同时对集中式定子绕组11106通电时，当两者的电流使得对应区域的定子磁极、转子磁极的磁性相反时，定转子磁极间产生磁拉力，当足以克服阻力时即可驱动转子产生定向转动。

参见图9：

①当转到转子磁极1194和定子磁极1191对齐位置(称为“对中”---以下同)时，磁力达到最大，假定这里所述是A相定子绕组通电。

②接下来切断A相绕组电流，对B相定子绕组通电，转子磁极1194和定子磁极1191之间磁力减小，转子磁极1195和定子磁极1192之间磁力增大，将会驱动转子顺时针旋转，

③同样在B相定子磁极1192与转子磁极1195“对中”时，切断B相定子绕组电路；然后再给C相定子绕组通电，直到C相定子磁极1193与转子磁极1196“对中”，这样周而复始地循环下去，电机转子可以沿顺时针方向旋转起来。所有的转子磁极和定子磁极之间的作用关系与转子磁极1194、1195、1196、定子磁极1191、1192、1192之间的关系都是一致的。

改变每一相定子绕组通电占空比及导通时机，可以改变转速和转矩以及输出功率，改变A、B、C三相定子绕组通电顺序可以改变点击旋转方向。进一步分析，我们可以看到：

在进行所述的①的过程当中时，设转子磁极1194、1195、1196均为N极、此时定子磁极1191为S极，转子磁极1194与定子磁极1191磁性相反；在接下来进行②的过程时：

转子磁极1194、1195、1196仍为N极，由于A相断电使定子磁极1191失去磁性，B相通电使定子磁极1192为S极，特别说明的是：此时可以对C相通以反向电流使得C相定子磁极1193为N极；这样带来的好处是：在B相定子磁极1192对转子磁极1195产生磁拉力的同时，C相定子磁极1193对转子磁极1195产生磁推力，拉力与推力以同样的圆周方向正向叠加，加大了对转子磁极的作用力，使转子上输出更大的转矩和功率、转速。由于圆周方向的对称性，所有的转子磁极和定子磁极之间的作用关系与所述的转子磁极1194、1195、1196、定子磁极1191、1192、1192之间的关系都是一致的。

将该进一步分析的概括起来，可以得到：当电机用于产生驱动力时，采用不同相位的定子绕组之间的电流适时换向的控制方法，

当某一相位定子绕组接通第一方向的励磁电流时所述相位的定子磁极对转子磁极产生磁拉力，其他相位的定子绕组适时接通第二方向的励磁电流使所述其他相位的定子磁极对转子磁极产生磁推力，即所述第一方向励磁电流与相应定子磁极对转子磁极产生的磁拉力相对应，所述第二方向励磁电流与相应定子磁极对转子磁极产生的磁推力相对应，使不同相位定子磁极在转子磁极上产生的磁拉力和磁推力有效正向叠加，合力趋于与驱动力方向一致，用于通过提高磁极的磁通密度增大电机输出的驱动转矩及功率。

相反地，可以做这样进一步分析：当电机由于惯性等原因转子在运转时，如果需要对转子施加阻力矩以尽快使其减速，可以：④设转子磁极1194、1195、1196均为N极、此时定子磁极1191为N极，转子磁极1194与定子磁极1191磁性相同；在接下来进行⑤的过程时：

转子磁极1194、1195、1196仍为N极，由于A相断电使定子磁极1191失去磁性，B相通电使定子磁极1192为N极，特别说明的是：此时可以对C相通以电流使得C相定子磁极1193为S极；这样带来的好处是：在B相定子磁极1192对转子磁极1195产生磁推力的同时，C相定子磁极1193对转子磁极1195产生磁拉力，拉力与推力以同样的圆周方向同向叠加，加大了对转子磁极的阻力作用力，使转子受到更大的阻力矩，有利于快速制动。由于圆周方向的对称性，所有的转子磁极和定子磁极之间的作用关系与所述的转子磁极1194、1195、1196、定子磁极1191、1192、1192之间的关系都是一致的。概括起来，可以得到：

当某一相位定子绕组接通第三方向的励磁电流时所述某一相位的定子磁极对转子磁极产生磁推力，其他相位的定子绕组适时接通第四方向的励磁电流使所述其他相位的定子磁极对转子磁极产生磁拉力，即所述第三方向励磁电流与相应定子磁极对转子磁极产生的磁推力相对应，所述第四方向励磁电流与相应定子磁极对转子磁极产生的磁拉力相对应，使不同相位定子磁极在转子磁极上产生的磁拉力和磁推力有效同向叠加，合力趋于与制动力方向一致，用于增大电机的阻力转矩。

如图11所示：是本发明实施方式图9所示电机定子磁芯上另一种定子绕组结构示意图。

与上述实施例3类似地，定子绕组也可以采用在每一定子磁极上绕制定子绕组的方法进行定子磁芯的磁场控制，每一定子磁芯的结构参见附图11所示。一个定子磁芯11110两端的两个定子磁极上分别绕有定子绕组11111和11112，对两个磁极分别激励，当然，两个绕组线圈11111和11112产生的磁性应该同相叠加。绕组线圈可以首尾串联或首首并联—尾尾并联。

实施例4

如图12所示：是本发明实施方式中具有多个集中式定子绕组的内定子式电机侧剖面结构示意图。

内定子轴1210贯穿于定子磁芯1211(图中阴影部分)的中心，并与外转子1212之间装有轴承1213。定子磁芯圆周上分布有定子磁极，每一定子磁极上绕有定子绕组，定子磁极数目与转子磁极数目相等。定子磁极中间具有槽路结构以通过固定销(如1215)机械固定“固定式转子磁场绕组”1214。外转子1212朝向圆周内侧也具有槽路结构，为固定式转子磁场绕组1214留出空间；当然可以将外转子1212也设计成分体式结构(如沿虚线1216处分体)，以便于安装圆周型的转子绕组。外转子朝内设有转子磁极。外转子磁极与内定子磁极之间、外转子槽路与固定式转子磁场绕组1214的壳体之间均留有间隙，这种电机的工作原理与前述的内转子式基本相同。

如图13所示：是本发明实施方式中图12所示内定子式电机的固定式转子磁场绕组结构示意图，转子磁场绕组位于“固定式转子磁场绕组”壳体1220内部，并通过引线1221引出。

如图14所示：是本发明实施方式中图12所示内定子式电机的轴向剖面结构示意图。图中，1230为内定子轴，内定子上均匀设置定子磁极如1236，每一定子磁极上设有定子绕组如1237，图中仅示出2个定子绕组，其余未示出。外转子上分布有转子磁极如转子磁极1235和转子磁极1236等，外转子的1233位置对应的是槽路结构，可以容纳固定式转子磁场绕组。

实施例5

如图15所示：是本发明实施方式中具有多个集中式定子绕组的侧定子式电机侧剖面结构示意图。

转子轴1310与钉子壳体1312之间装配有轴承1311等。转子磁芯是具有侧向(朝向定子磁极方向)开口的环槽结构，槽口内可以为“固定式转子磁场绕组”1318提供空间。槽口两侧具有转子磁极如转子磁极1317和转子磁极1319。

定子具有多个定子磁芯，每中间具有集中式定子绕组如定子绕组1313和定子绕组13192。一个定子磁芯的两端具有两个定子磁极，如定子磁极13191和定子磁极13194。

固定式转子磁场绕组1318位于其绝缘壳体13195内部，并且壳体13195提供固定销或者紧固螺丝13193等与定子磁芯进行机械固定。

如图16所示：是本发明实施方式中图15所示电机定子轴向剖面示意图。

图中1321表示定子轴心孔，转子轴从这里穿出。定子上均匀分布6个磁芯，每个磁芯具有正对的两个磁极，如正对的定子磁极1325和定子磁极1326分别是图15中的定子磁极13191和13194；又如定子磁极1323和1324。定子磁极在定子圆周上呈两个同心圆式分布，相对应的两个磁极有一个定子磁芯上的集中式绕组激励，如定子磁极1325和1326由图15中定子绕组13192来激励。

如图17所示：是本发明实施方式中中图15所示电机定子轴向剖面示意图。

图中1331表示转子轴，转子圆周上均匀均与分布内外两圈正对的各六个转子磁极，如正对的转子磁极1335和转子磁极1336分别是图15中的转子磁极1319和13195；又如转子磁极1333和1334。定子磁极在定子圆周上呈两个同心圆式分布，同心圆之间的环槽为“固定式转子磁场绕组”提供空间，由图15中固定式转子磁场绕组1318来激励。

结合上述图15、图16、图17可以得出：这是一包括侧向定转子结构的单相电机示意图，其原理与前述附图7所示的电机基本相同。

同样也可进行轴向分相设计为多相侧定子/侧转子的具有“固定式转子磁场绕组”电机。

第二方面，本发明实施方式提供了一种具有固定式转子磁场绕组的电机，包括定子、转子、转子磁场绕组、定子和转子的支撑部件及电子控制系统，其技术特点包括：

定子包括定子磁芯和定子绕组，定子磁芯为外定子式激磁型定子磁芯/或为内定子式激磁型定子磁芯/或为侧定子式激磁型定子磁芯，定子磁芯圆周上具有多个定子磁极，定子磁芯上具有沿定子磁芯圆周方向所开的槽，槽的走向是与转子的轴向及径向分别垂直的圆周方向，槽的槽口两侧圆周均匀分布有定子磁极，当电机定子磁芯为外定子式定子磁芯或为内定子式定子磁芯时，定子磁极在平行的两个圆周上均匀分布，当电机定子磁芯为侧定子式定子磁芯时，定子磁极在两个同心圆周上均匀分布，槽用于放置定子绕组，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；

转子包括转子磁芯，转子磁芯上具有沿转子磁芯圆周方向所开的槽，槽的走向是与转子的轴向及径向分别垂直的圆周方向，当与转子配合的电机定子磁芯为外定子式定子磁芯或为内定子式定子磁芯时，转子磁芯的槽的槽口两侧圆周与定子磁极所在的平行的两个圆周相对应，槽的槽口两侧圆周均匀分布有转子磁极，所述转子磁极与所述定子磁极数目相等，转子磁极与定子磁极之间留有气隙；当与转子配合的电机定子磁芯为侧定子式定子磁芯时，转子磁芯的槽的槽口两侧圆周与定子磁极所在的两个同心圆周相对应，槽的槽口两侧圆周均匀分布有转子磁极，所述转子磁极与所述定子磁极数目相等，转子磁极与定子磁极之间留有气隙；

转子磁场绕组与电机定子或与电机的壳体部位相固定，构成固定式转子磁场绕组，转子磁芯圆周方向所开的槽用于容纳转子磁场绕组，转子磁场绕组为单线绕制或多线并绕的与转子同心的圆型线圈结构的周向绕组，转子磁场绕组的有效工作圆周伸入转子磁极之间的槽内，且转子磁场绕组和槽之间留有气隙，使转子旋转时转子和固定式转子磁场绕组之间无接触摩擦；

用于在电子控制系统控制下，定子绕组通电时使定子磁芯被磁化，定子磁芯槽的槽口两侧圆周被磁化为异名磁极并通过定子磁极引导磁场；转子磁场绕组通电时使转子磁芯被磁化，转子磁芯槽的槽口两侧圆周被磁化为异名磁极并通过转子磁极引导磁场，与定子磁极的磁场相互作用在转子磁极上产生电磁力矩驱动转子旋转，或

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。

在同一发明人的申请号为2016109726588的专利申请文件中提到“周向绕组的功率电机”，在其发明内容中的第三方面有：“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组成，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。”

以及在申请号为2016109726588的专利申请文件的实施例15中所述的：“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。”

根据这些已公开的发明内容，可以得出如本发明附图18所示的电机结构图，转子轴2200贯穿于转子磁芯2205，转子磁芯2205圆周上分布有转子磁极，如转子磁极2203和2206，其定子采用具有环型槽路结构的定子磁,2204，槽路内嵌放定子的“周向绕组”(2202)，定子磁极数转子磁极数目相等，定子磁极与转子磁极之间留有间隙2201。

作为属于激磁电机的类型，转子磁芯2205的中间也是具有槽路结构，但申请号201610972658.8的专利申请文件中并没有记载或者从文件中可以直接得出具有“固定式转子磁场绕组”的电机结构，特别是在其实施例15中所提到的“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”仍不能得出“固定式转子磁场绕组”的电机结构。

与其对比，本发明技术方案是在申请号为201610972658.8的技术方案基础上的进一步创新，同时本发明的技术方案和传统开关磁阻电机比较起来，大大提高了转子磁场强度，从而明显提高电机输出功率、转速、转矩，还提供了操控性，具有显著的技术进步。

实施例6

如图19所示：为本发明实施方式提供的外定子采用周向绕组的具有固定式转子磁场绕组的电机结构示意图，下面仅以此图代表的单相结构进行说明。

转子包括转子轴2210和转子磁芯2215，转子磁芯2215中间具有为“固定式转子磁场绕组”通过的槽路空间，槽的走向是与转子的轴向及径向分别垂直的圆周方向，由于槽的开口方向朝向定子磁极也就是朝向转子磁芯圆周的外侧方向，故称为“外环槽”，槽的两侧磁芯圆周上具有均匀分布的转子磁极，如转子磁极2213和2216；转子磁芯也是采用(如前述图2或图4的)分体结构的转子磁芯。外环槽用于为“固定式转子磁场绕组”--2218提供空间，且与“固定式转子磁场绕组”2218的壳体之间留有间隙(图中22192)。“固定式转子磁场绕组”的壳体通过固定销2219或螺丝紧固在定子磁芯上。

定子磁芯2214也是具有与转子轴向及径向分别垂直的圆周方向的槽路结构的磁芯，且槽开口方向朝向转子磁极一侧，故称为“内环槽”，该“内环槽”与转子磁芯上的“外环槽”相对齐，槽宽相等，定子磁芯的内环槽用于容置沿槽内壁绝缘敷设或绕制的圆周型的定子绕组2212，称之为“周向绕组”，用于为定子磁芯励磁或感应定子磁芯的磁场变化。内环槽的两侧磁芯圆周上具有均匀分布的定子磁极，如定子磁极2217，定子磁极与转子磁极之间留有间隙(如2211)，定子磁极数目与转子磁极数目相等。

需要说明的是，当然可以将定子磁芯2214也设计成分体式结构(如沿虚线22191处分体设计)，以便于安装圆周型的转子绕组。

上述内环槽的定子磁芯、槽内作为定子绕组的周向绕组、外环槽的转子磁芯、固定式转子磁场绕组和转子轴共同构成了一单相电机的核心部件，再配以相应的壳体、轴承、端盖、散热风扇、接线柱、电子控制系统等附件即构成完整的单相电机，当然这些仅仅作为这种单相电机的基本结构，由于其不能确定旋转方向、无法自启动等原因，在没有辅助启动装置时，一般这种单相电机还不能直接应用，这里仅是为了便于说明和理解这种电机的结构特点。

当然，可以将这种单相电机采用轴向分相的方法，构成多相电机，一般采用三相，即：三相均具有外环槽结构的转子磁芯串联于转子轴上，每一相转子磁芯都采用分体结构形式以便于组装；定子采用均具有内环槽结构的三相定子磁芯串联，每一相定子磁芯的内环槽与转子磁芯的外环槽对齐，对齐的槽内设置定子磁芯的周向绕组和“固定式转子磁场绕组”，这两个绕组的共同参与控制有利于电机转子磁极和定子磁极磁场强度的增强(同相叠加时)或减弱(反向叠加时)，提高电机功率输出、转矩输出、提高转速以及提高制动性能。

实施例7

如图20、图21所示：为本发明实施方式提供的外定子采用周向绕组的具有固定式转子磁场绕组，定子磁芯、转子磁芯为分体式结构的电机结构示意图。图20中：

2230 转子轴

2231 定子磁极与转子磁极间隙

2232 定子的周向绕组

2233 转子磁极

2234 定子磁芯

2235 转子磁芯

2236 转子磁极

2237 定子磁极

2238 转子绕组(即：固定式转子磁场绕组，以下同)

2239 固定销或紧固螺丝

22391、22392 固定销/键

22392 分体式定子磁芯的接触面

22393 分体式转子磁芯的接触面

图21中：

2240 转子轴

2241 定子磁极与转子磁极间隙

2242 定子的周向绕组

2243 转子磁极

2244 定子磁芯

2245 转子磁芯

2246 转子磁极

2247 定子磁极

2248 转子绕组

2249 固定销或紧固螺丝

22492 固定销/键

22493 分体式转子磁芯的接触面

22494 分体式定子磁芯的接触面

实施例8

如图22、图23所示：为本发明实施方式提供的外定子采用的周向绕组和固定式转子磁场绕组为一体化结构的电机侧剖面结构示意图。

图22中：定子周向绕组和转子的固定式转子磁场绕组采用一体化壳体结构或具有抽头的一体化绕组结构，

2250 转子轴

2251 定转子磁极间隙

2252 定子的周向绕组

2253 转子磁极

2254 定子磁芯

2255 转子磁芯

2256 转子磁极

2257 定子磁极

2258 转子绕组

2259 固定销或紧固螺丝

容易理解的是，电机的转子磁场绕组还可以设计为两个或两个以上的周向绕组，在不同的转子磁场绕组接通不同方向或不同大小的电流时，转子磁极就会相应地产生不同极性的磁场或不同强度的磁场，转子受就会得到不同方向或不同大小的驱动力矩或阻力矩，便于对电机进行灵活的优化控制。

图23中：定子周向绕组和转子的固定式转子磁场绕组采用一体化壳体结构，并且两绕组合一或具有抽头的一体化绕组结构，其中

2260 转子轴

2261 定转子磁极间隙

2262 转子磁芯

2263 定子磁芯

2264 定子和转子共用绕组

2265 定子磁极

2267、2268 转子磁极

2269 固定销或紧固螺丝。

容易理解的是，电机的转子磁场绕组还可以设计为两个或多个周向绕组，在不同绕组接通不同方向或不同大小的电流时，转子磁极会相应地产生不同极性或不同强度的磁场，转子会得到不同方向或不同大小的驱动力矩或阻力矩，便于对电机灵活优化控制。

实施例9

如图24、图25所示，为本发明实施方式提供的侧定子采用的周向绕组和固定式转子磁场绕组为同一壳体结构的电机侧剖面结构示意图。

图24中：定子磁芯朝向转子磁极方向开有周向的槽，称之为“侧环槽”，转子磁芯朝向定子磁极方向开有周向的槽亦称之为“侧环槽”，两“侧环槽”槽壁对齐，用于容置定子绕组及固定式转子绕组，定子周向绕组和转子的固定式转子磁场绕组采用一体化壳体结构，并且两绕组合一或具有抽头的一体化绕组结构，其中

2130 转子

2131 定子磁芯

2132 定子磁极

2133 定子磁极

2134 绕组绝缘介质(绕组壳体)

2135 轴承

2136 转子绕组

2137 转子磁极

2138 槽口内侧圆周

2139 转子磁极

21391 槽口外侧圆周。

与前述类似地，容易理解的是，电机的转子磁场绕组还可以设计为两个或多个周向绕组，在不同绕组接通不同方向或不同大小的电流时，转子磁极会相应地产生不同极性或不同强度的磁场，转子会得到不同方向或不同大小的驱动力矩或阻力矩，便于对电机灵活优化控制。

图25中：定子磁芯朝向转子磁极方向开有周向的槽，称之为“侧环槽”，转子磁芯朝向定子磁极方向开有周向的槽亦称之为“侧环槽”，两“侧环槽”槽壁对齐，用于容置定子绕组及固定式转子绕组，定子周向绕组和转子的固定式转子磁场绕组采用一体化壳体结构或具有抽头的一体化绕组结构，

2140 转子轴

2141 定子磁芯

2142 定子磁极

2143 定子磁极

2144 绕组绝缘介质(绕组壳体)

2145 轴承

2146 (绕组壳体与转子槽壁之间的)气隙

2147 转子磁极

2148 槽口内侧圆周

2149 转子磁极

21491 槽口外侧圆周。

同样地，电机的转子磁场绕组还可以设计为两个或多个周向绕组，在不同绕组接通不同方向或不同大小的电流时，转子磁极就会相应地产生不同极性的磁场或不同强度的磁场，转子受就会得到不同方向或不同大小的驱动力矩或阻力矩，便于对电机进行灵活的优化控制。

实施例10

如图26所示，为本发明实施方式提供的内定子采用周向绕组的具有固定式转子磁场绕组的电机的定转子结构示意图。图中：

2310 定子轴

2311 定转子极间间隙

2312 转子磁芯

2313 定子磁芯

2314 定子磁极

2315 转子磁极

2316 定子磁极

2317 定子绕组

2318 转子绕组

虽然外转子电机和内转子电机相比较结构不同，易于理解的是其基本工作原理使一致的，这里不再赘述。需要说明的是，当然可以将定子磁芯2313、转子磁芯2312也设计成分体式结构(如沿虚线2319、23191处分体设计)，以便于安装圆周型的定子绕组及转子绕组。

另外，与前述的内转子式电机一样，也可以将定子的周向绕组和转子的固定式转子磁场绕组设计为一体化壳体结构或具有抽头的一体化绕组结构，这里不再赘述，其附图亦从略。

第三方面，本发明实施方式提供了一种具有固定式转子磁场绕组的电机，包括定子、转子、转子磁场绕组、定子和转子的支撑部件及电子控制系统，其技术特点在于：

定子包括定子磁芯，定子磁芯为外定子式永磁型定子磁芯/或为内定子式永磁型定子磁芯/或为侧定子式永磁型定子磁芯，定子磁芯圆周上具有多个永磁材料制成的定子磁极；

当电机定子磁芯为外定子式定子磁芯或为内定子式定子磁芯时，定子磁极在平行的两个圆周上均匀分布；

当电机定子磁芯为侧定子式定子磁芯时，定子磁极在两个同心圆周上均匀分布；

转子包括转子磁芯，转子磁芯上具有沿转子磁芯圆周方向所开的槽，槽的走向是与转子的轴向及径向分别垂直的圆周方向，当与转子配合的电机定子磁芯为外定子式定子磁芯或为内定子式定子磁芯时，转子磁芯的槽的槽口两侧圆周与定子磁极所在的平行的两个圆周相对应，槽的槽口两侧圆周均匀分布有转子磁极，所述转子磁极与所述定子磁极数目相等，转子磁极与定子磁极之间留有气隙；当与转子配合的电机定子磁芯为侧定子式定子磁芯时，转子磁芯的槽的槽口两侧圆周与定子磁极所在的两个同心圆周相对应，槽的槽口两侧圆周均匀分布有转子磁极，所述转子磁极与所述定子磁极数目相等，转子磁极与定子磁极之间留有气隙；

转子磁场绕组与电机定子或壳体部位相固定，构成固定式转子磁场绕组，转子磁芯圆周方向所开的槽用于容纳转子磁场绕组，转子磁场绕组为单线绕制或多线并绕的与转子同心的圆型线圈结构的周向绕组，转子磁场绕组的有效工作圆周伸入转子磁极之间的槽内，且转子磁场绕组和槽之间留有气隙，使转子旋转时转子和固定式转子磁场绕组之间无接触摩擦；

用于在电子控制系统控制下，

转子磁场绕组通电时使转子磁芯被磁化，槽的槽口两侧圆周被磁化为异名磁极并通过转子磁极引导磁场，与定子磁极的磁场相互作用在转子磁极上产生电磁力矩驱动转子旋转，或

用于在转子旋转时通过磁场的变化使固定式转子磁场绕组产生感应电动势。

实施例11

如图27所示：为本发明实施方式提供的外定子式永磁磁极的具有固定式转子磁场绕组的电机定子结构示意图，图中：

3100 定子圆周

3101 定子槽路左缘

3102 定子槽路右缘

3103 定子槽左侧定子磁极(均为N极朝内)

3104 定子槽左侧定子磁极(均为S极朝内)

如图28所示：为本发明实施方式提供的外定子式永磁磁极的具有固定式转子磁场绕组的电机转子结构示意图，图中：

3120 转子轴

3121 转子磁芯(转子极间)槽路(外环槽)

3122 转子磁极(左侧)

3123 转子磁极(右侧)

如图29所示：为本发明实施方式提供的外定子式永磁磁极的固定式转子磁场绕组的电机转子绕组结构示意图，

3130 (绕组中间相当于)转子轴的位置

3131 绕组外绝缘层

3132 绕组壳体

3133 转子绕组(亦为周向绕组)

3134 绕组内侧绝缘层

3135 绕组引线端子

3136 绕组壳体左侧

3137 绕组壳体右侧

3138 绕组固定安装孔

上述定子、转子可以设计为分以结构以便于绕组的安装。结合上述图27、图28及图29，易于理解的是，本方面的电机为定子磁芯具有永磁磁钢的电机，可根据需要组成轴向分相的多相电机，一般分三相，附图中只画出一相，根据多相(三相)电机的相间间隔角度作为多相电机。一个适配的电子控制系统根据其检测到的转子位置，分相控制转子磁场绕组的电流，从而实现电机可靠运转，可以只控制三相转子绕组，即控制三相“固定式转子磁场绕组”：

设电机的三相定子为A、B、C三相，每一相的定子包括均匀分布于定子圆周上的定子磁极，为永磁磁极，每一相定子圆周一侧定子磁极(如永磁磁极3103)均为其N极朝向转子、另一侧(如磁极3104)均为S极朝向转子。转子磁芯圆周上均匀分布于软磁材料的转子磁极(如转子磁极—软磁磁极3122及3123等)，转子磁芯中间凹槽部分3121为固定式转子磁场绕组预留空间(当然，与前述相同：转子磁芯设计为分体结构便于安装固定式转子磁场绕组)，当这一相的固定式转子磁场绕组通以正向电流时，转子磁芯左侧圆周上的转子磁极为S极、右侧为N极，分别与对应的定子磁极磁性相反，相互间产生强烈的磁拉力；当这一相的固定式转子磁场绕组通以反向电流时，转子磁芯左圆周上的转子磁极为S极、右侧为N极，分别与对应的定子磁极磁性相同，相互间产生强烈的磁推力；应用这一原理：

当其中其中A相转子绕组通以正向电流时，A相转子磁极受A相定子邻近的永磁磁极异性磁场作用产生强烈磁拉力、此时可以将B相转子绕组通以反向电流，B相转子磁极受B相定子邻近的永磁磁极异性磁场作用产生强烈磁推力，磁拉力与磁推力同向叠加作用于转子；然后是B相通以正向电流、C相通以反向电流，使B、C两相的定转子磁极的磁拉力与磁推力同向叠加；进而是C相转子绕组通以正向电流、A相转子绕组通以反向电流，使C、A两相的定转子磁极的磁拉力与磁推力同向叠加；这样转子输出更大的转矩、功率及转速；电机的功率密度得以较大提高。

也可以在需要电机制动时，将上述电流方向根据相位角度适时反接，获得较大的制动力。

由于转子上没有像现有技术那样镶嵌有永久磁条或磁钢，也就克服了现有技术的电机转子不耐高温、不耐高速离心力的缺点，容易实现较高的起步转矩、较高功率密度、较低的启动电流、较高的温升、较高的最大转速、能够适应较大范围转速及转矩变化的电机。

因此，本技术方案的电机可以实现高速运转、其可操控性大大优于现有技术。特别适合各种电驱动车辆作为驱动电机使用。依据本发明思路，普通技术人员容易得出：采用固定式转子磁场绕组的电机，其永磁磁芯的定子还可为内定子结构形式，构成内定子式电机；也可以为侧定子结构形式，构成侧定子式电机，这里不再赘述。

实施例12

如图30所示，为属于本发明第一方面的三相具有圆周上分布多个集中式定子绕组的外定子式电机的轴向剖面示意图，图中：

3400 转子轴位置

3401 A/B/C相定子磁极(轴向对齐)

3402 转子磁芯槽路位置(转子磁芯的外环槽)

3403 A相转子磁极

3404 C相转子磁极

3405 B相转子磁极

该电机的不同相位的转子磁极采用轴向串联分相的方法，在轴向看来：不同相位的转子磁极位于不同的角度位置，相邻相位转子磁极间隔角度符合三相电机分相角度要求。

不同相间的定子磁芯采用轴向同角度串联的方法连接，所以在轴向看来：不同相位的转子磁极位于相同的角度位置。

也可以采取转子磁极对齐、而定子磁极轴向串联角度分相的方法，当然也可以是其他角度，只要满足相间相位差即可。

实施例13

如图31所示，为属于本发明第二方面的三相周向定子绕组外定子式电机侧剖面示意图，其工作原理这里不再赘述。图中：

3301 A相转子磁芯

3302 B相转子磁芯

3303 C相转子磁芯

3304 A相定子磁芯

3305 B相定子磁芯

3306 C相定子磁芯

3307 A相固定式转子磁场绕组

3308 B相固定式转子磁场绕组

3309 C相固定式转子磁场绕组

33091 A相定子的周向绕组

33092 B相定子的周向绕组

33093 C相定子的周向绕组

33094 A相定子绕组引出线

33095 B相定子绕组引出线

33096 C相定子绕组引出线

33097 A相转子绕组引出线

33098 B相转子绕组引出线

33099 C相转子绕组引出线

第四方面，本发明实施方式根据前述电机的控制过程提供了一种电机的控制方法，应用于具有固定式转子磁场绕组的多相电机，

当电机用于产生驱动力时，采用不同相位的定子绕组之间的电流适时换向的控制方法，

当某一相位定子绕组接通第一方向的励磁电流时所述相位的定子磁极对转子磁极产生磁拉力，其他相位的定子绕组适时接通第二方向的励磁电流使所述其他相位的定子磁极对转子磁极产生磁推力，即所述第一方向励磁电流与相应定子磁极对转子磁极产生的磁拉力相对应，所述第二方向励磁电流与相应定子磁极对转子磁极产生的磁推力相对应，使不同相位定子磁极在转子磁极上产生的磁拉力和磁推力有效正向叠加，合力趋于与驱动力方向一致，用于通过提高磁极的磁通密度增大电机输出的驱动转矩及功率；

当某一相位定子绕组接通第三方向的励磁电流时所述某一相位的定子磁极对转子磁极产生磁推力，其他相位的定子绕组适时接通第四方向的励磁电流使所述其他相位的定子磁极对转子磁极产生磁拉力，即所述第三方向励磁电流与相应定子磁极对转子磁极产生的磁推力相对应，所述第四方向励磁电流与相应定子磁极对转子磁极产生的磁拉力相对应，使不同相位定子磁极在转子磁极上产生的磁拉力和磁推力有效同向叠加，合力趋于与制动力方向一致，用于增大电机的阻力转矩。

第五方面，本发明实施方式根据前述电机的控制过程提供了一种电机的控制方法，应用于具有固定式转子磁场绕组的多相电机，

当电机用于产生驱动力时，采用所述电机转子在处于不同的相位角度范围时对所述转子磁场绕组的励磁电流进行换向时机控制，当所述转子处于第一相位角度范围时所述转子磁场绕组通以第一方向励磁电流使所述转子磁极与所述定子磁极之间产生磁拉力，当所述转子处于第二相位角度范围时所述转子磁场绕组通以第二方向励磁电流使所述转子磁极与所述定子磁极之间产生磁推力，使所述转子在处于不同的相位角度范围时与定子磁极之间产生的磁拉力和磁推力有效正向叠加，合力趋于与驱动力方向一致，用于通过提高磁极的磁通密度增大电机输出的驱动转矩及功率；

当电机用于产生制动力时，采用所述电机转子在处于不同的相位角度范围时对所述转子磁场绕组的励磁电流进行换向时机控制，当所述转子处于第一相位角度范围时所述转子磁场绕组通以第二方向励磁电流使所述转子磁极与所述定子磁极之间产生磁推力，当所述转子处于第二相位角度范围时所述转子磁场绕组通以第一方向励磁电流使所述转子磁极与所述定子磁极之间产生磁拉力，使所述转子在处于不同的相位角度范围时与定子磁极之间产生的磁推力和磁拉力有效同向叠加，合力趋于与制动力方向一致，用于增大电机的阻力转矩。

实施方式仅是为了说明本发明的技术方案，不是对本发明的限制，本领域一般技术人员依据本发明思路得到的其他实施例也属于本发明权利要求书所限定的保护范围。