周向繞組的功率電機及新能源電動車輛的製作方法
2024-03-07 17:04:15
本發明屬於電機技術領域，具體涉及周向繞組的功率電機及新能源電動車輛。
背景技術：
電機是依據電磁感應定律實現電能和機械能的轉換，包括電動機和發電機，一般電機由定子、轉子和支撐部件組成，一些電機還包括對電機繞組進行電流及相序控制的電子控制單元(通常稱為控制器)以及傳感器等構成的電子控制系統。
電機的定子包括定子磁芯和定子繞組，依據一般電機的磁路設計，定子磁芯多為具有軸向槽結構的磁芯，在槽內放置定子繞組的直導體部分，定子繞組的弧形的端部外側並無磁芯，這種結構使繞組端部導體的磁場利用率降低，一般定子繞組端部損耗佔到繞組總損耗的1/4～1/2，減少端部的長度可以提高電機的效率，實驗表明，端部長度減少20％，損耗下降10％。
由於採用具有端部的繞組，現有技術的電機具有以下技術問題：
1、端部漏磁較多，磁場利用率降低，電機功率和效率受到影響。
2、端部漏磁導致端部附近的金屬部件產生較大的渦流損耗，金屬器件溫升較高，一些特定電機上只得採取相應的降溫措施，增加了成本和故障率，降低了電機的可靠性。
3、端部同時產生阻性功率消耗而發熱，使繞組銅損增加、溫度升高，而且浪費能量。
4、端部的存在使得繞組的長度較長、電磁導線用量較大，增加了銅材和成本需求。
5、端部的存在還使電機體積增大、重量增加。
6、現有技術的磁芯槽部結構使得繞組嵌線較為困難、繞線和嵌線工藝較為複雜、有些電機兩端空間較為狹小端部整形較為困難、嵌線專用設備耗資較大、使生產成本上升。
7、為了提高槽滿率，磁芯與繞組之間、或繞組與繞組之間所採用的絕緣紙或塗有的絕緣漆層較薄，有些電機繞組端部與殼體或端蓋距離較近，這些地方都容易出現擠壓、破損等導致絕緣層擊穿、搭鐵漏電等問題。
8、一般繞組多為近似橢圓型結構，其最有效的直導體部分在嵌入槽內以後往往由於裝配工藝問題產生彎曲、錯位或錯層擠壓問題，同樣，端部也容易出現錯層擠壓現象，使絕緣可靠性降低，較容易出現匝間、相間短路或漏電，增加了電機的故障率；直導體部分在槽內題產生彎曲、錯位或錯層擠壓問題還會使磁場波形畸變，影響電機的性能。
9、傳統的軸向槽嵌線的電機一旦確定設計方案其相數便固定，無法調整。
較為重要的另一方面是，目前新能源電動汽車採用的電機包括有：交流電機、永磁電機、開關磁阻電機等，這些電機一般仍採用具有端部繞組的傳統電機結構，由於該類電機所具有的上述不足，使電動汽車的發展較大程度上受現有電機技術的制約；在車載動力電池的現有技術條件下，面對日益嚴格的節能和環保技術指標，如何提高電機的效率以及提高電機可靠性方面的問題成為制約電動汽車發展的一個關鍵技術瓶頸，因此，亟待研發高效節能的高可靠性的新型電機。
技術實現要素：
本發明的目的在於，設計一種電機，能夠減少或克服繞組端部帶來的弊端，提高電機的效率、增加動力輸出或電能輸出同時節省銅材、減低成本、降低溫升、提高電機可靠性；以期解決上述技術問題中的至少一個問題。
為實現上述目的，依據本發明的第一方面，提供了一種周向繞組的功率電機，包括定子、轉子、所述定子和轉子的支撐元件以及電子控制系統，其特殊之處在於，
所述定子、轉子、所述支撐元件以及電子控制系統組成開關磁阻方式工作的無刷電機，
所述轉子包括由軟磁材料製成的轉子磁極，
所述定子包括定子磁芯和定子繞組，所述定子磁芯上具有沿所述定子磁芯圓周方向所開的槽，所述槽的走向是與所述轉子的軸向及徑向分別垂直的圓周方向，所述槽的槽口兩側圓周連接有定子磁極且所述定子磁極與所述轉子磁極之間留有氣隙，
所述槽用於放置定子繞組，所述定子繞組為單線繞制或多線並繞的圓型線圈結構的周向繞組，
用於在所述定子繞組通電時使所述定子磁芯被磁化，所述槽的槽口兩側圓周被磁化為異名磁極並通過所述定子磁極引導磁場，使磁場在轉子磁極上產生電磁力矩驅動所述轉子旋轉，
或
用於在所述轉子旋轉時通過磁場的變化使所述定子繞組產生感應電動勢。
依據本發明的第二方面，提供了一種周向繞組的功率電機，包括定子、轉子、所述定子和轉子的支撐元件以及電子控制系統組成，其特殊之處在於，
所述定子、轉子、所述支撐元件以及電子控制系統組成永磁電機，
所述轉子包括由永磁材料製成的轉子磁極，
所述定子包括定子磁芯和定子繞組，所述定子磁芯上具有沿所述定子磁芯圓周方向所開的槽，所述槽的走向是與所述轉子的軸向及徑向分別垂直的圓周方向，所述槽的槽口兩側圓周連接有定子磁極且所述定子磁極與所述轉子磁極之間留有氣隙，
所述槽用於放置定子繞組，所述定子繞組為單線繞制或多線並繞的圓型線圈結構的周向繞組，
用於在所述定子繞組通電時使所述定子磁芯被磁化，所述槽的槽口兩側圓周被磁化為異名磁極並通過所述定子磁極引導磁場，使磁場在轉子磁極上產生電磁力矩驅動所述轉子旋轉，
或
用於在所述轉子旋轉時通過磁場的變化使所述定子繞組產生感應電動勢。
依據本發明的第三方面，提供了一種周向繞組的功率電機，包括定子、轉子、所述的支撐元件以及電子控制系統組成，其特殊之處在於，
所述定子、轉子、所述支撐元件以及電子控制系統組成激磁電機，
所述轉子包括由軟磁材料製成的轉子磁極，所述轉子還包括轉子繞組，用於在所述轉子繞組的激磁電流作用下激活所述轉子磁極的磁場；
所述定子包括定子磁芯和定子繞組，所述定子磁芯上具有沿所述定子磁芯圓周方向所開的槽，所述槽的走向是與所述轉子的軸向及徑向分別垂直的圓周方向，所述槽的槽口兩側圓周連接有定子磁極且所述定子磁極與所述轉子磁極之間留有氣隙，
所述槽用於放置定子繞組，所述定子繞組為單線繞制或多線並繞的圓型線圈結構的周向繞組，
用於在所述定子繞組通電時使所述定子磁芯被磁化，所述槽的槽口兩側圓周被磁化為異名磁極並通過所述定子磁極引導磁場，使磁場在轉子磁極上產生電磁力矩驅動所述轉子旋轉，
或
用於在所述轉子旋轉時通過磁場的變化使所述定子繞組產生感應電動勢。
依據本發明的第四方面，提供了一種周向繞組的功率電機，包括定子、轉子、所述的支撐元件以及電子控制系統組成，其特殊之處在於，
所述定子、轉子、所述定子和轉子的支撐元件以及電子控制系統組成永磁與激磁混合電機，其中，所述轉子和所述定子這二者之中至少之一在其磁迴路上附加有永磁體，用於增強所述磁迴路的磁場；
所述轉子包括具有軟磁材料製成的磁極，所述轉子還包括轉子繞組，用於在所述轉子繞組通電時產生磁場或與所述永磁體磁場共同形成合成磁場；
所述定子包括定子磁芯和定子繞組，所述定子磁芯上具有沿所述定子磁芯圓周方向所開的槽，所述槽的走向是與所述轉子的軸向及徑向分別垂直的圓周方向，所述槽的槽口兩側圓周連接有定子磁極且所述定子磁極與所述轉子磁極之間留有氣隙，
所述槽用於放置定子繞組，所述定子繞組為單線繞制或多線並繞的圓型線圈結構的周向繞組，
用於在所述定子繞組通電時使所述定子磁芯被磁化，所述槽的槽口兩側圓周被磁化為異名磁極並通過所述定子磁極引導磁場，使所述磁場或與所述定子附加的永磁體產生合成磁場在所述轉子磁極上產生電磁力矩驅動所述轉子旋轉，
或
用於在所述轉子旋轉時通過磁場的變化使所述定子繞組產生感應電動勢。
依據上述第一至第四方面任一方面所提供的周向繞組的功率電機，進一步的，還提供了一種外定子式和/或內定子式和/或側定子式的周向繞組的功率電機，其特殊之處在於，
①當所述定子為外定子時，所述定子磁芯所開槽的槽口朝向所述定子圓周內側，形成內環槽結構的磁芯；
②當所述定子為內定子時，所述定子磁芯所開槽的槽口朝向所述定子圓周外側，形成外環槽結構的磁芯；
③當所述定子為側定子時，所述定子磁芯所開槽的槽口朝向轉子一側，形成側環槽結構的磁芯；
④當所述定子為所述①②③三者中至少兩者的複合結構時，所述定子磁芯開槽於所述定子圓周的相應側，相應形成內環槽、外環槽和側環槽三者中至少兩者的複合環槽結構的定子磁芯。
進一步的，本發明還提供了一種徑向分相的兩相定子和單轉子式的周向繞組功率電機，其特殊之處是，
所述電機包括徑向分相的兩相定子和徑向分相工作的單轉子，
所述單轉子具有轉子磁極，
所述兩相定子包括同軸心布置的徑向分相的2個相位的定子磁芯，其中，
一個相位的定子磁芯具有位於所述轉子磁極旋轉圓周外側的定子磁極，另一相位的定子磁芯具有位於所述轉子磁極旋轉圓周內側的定子磁極，
所述外側的定子磁極或所述內側的定子磁極與所述轉子磁極之間留有氣隙；
所述兩個相位的定子磁芯槽內各具有一相所述周向繞組，使2個所述定子磁芯及相應的周向繞組按照徑向分相排列構成所述兩相定子；
所述轉子磁極為所述定子相適應的單相磁極，所述單相磁極在所述單轉子的同一圓周上排列，所述單相磁極位於所述外定子磁極和所述內定子磁極圍成的圓環範圍內，所述單相磁極為所述2個相位的定子磁芯上的定子磁極所共用，在不同位置時按照定子分相時序分別接收所述兩相定子的電磁轉矩，使所述單轉子在所述內側的定子磁極和外側的定子磁極的兩相電磁轉矩作用下旋轉；
或
用於在所述單轉子旋轉時通過磁場的變化使所述2相定子上的2個周向繞組產生2相感生電動勢。
進一步的，依據所述第一至第四方面任一方面所提供的周向繞組的功率電機，本發明還提供了一種軸向分相的多相式周向繞組的功率電機，其特殊之處是，所述電機包括軸向分相的多相定子和轉子，
所述多相定子包括軸向分相排列的2個或兩個以上的所述定子磁芯，還包括位於所述定子磁芯槽內的定子繞組，其中，每一個所述定子磁芯槽內具有一相所述定子繞組，使所述定子磁芯及相應的定子繞組構成軸向分相排列的所述多相定子；
所述轉子具有與所述定子相適應的磁極，所述轉子的磁極與所述定子磁極之間留有間隙。
進一步的，依據所述第三或第四方面提供的周向繞組的功率電機，本發明還提供了一種轉子上具有周向繞組的功率電機，其特殊之處在於，所述轉子的磁芯為與所述電機同軸心的周向開槽的圓周結構，槽的走向是與所述轉子的軸向及徑向分別垂直的圓周方向，所述槽在朝向定子方向開有槽口，所述槽口兩側圓周連接有轉子磁極，且所述轉子磁極與所述電機的定子磁極之間留有氣隙，所述槽用於放置轉子繞組，所述轉子繞組為單線繞制或多線並繞的圓型線圈結構的周向繞組，
用於在所述轉子繞組通電時使所述轉子磁芯被磁化，所述槽的槽口兩側圓周被磁化為異名磁極並通過所述磁極引導磁場，使所述磁場與所述電機定子磁極相互作用，並在所述轉子磁極上產生的電磁力矩驅動所述轉子旋轉，
或
用於在所述轉子旋轉時通過磁場的變化使所述定子繞組產生感應電動勢。
依據本發明的第五方面，提供了一種新能源電動車輛，其特殊之處是，包括採用如上述任一方面所提供的周向繞組的功率電機，用於驅動所述車輛行駛。
本發明的有益效果是，採用周向繞組，使電機具有下述優點：
1、周向繞組結構，不存在原有技術的繞組端部，徹底消除了端部帶來的漏磁問題，磁場利用率明顯提高，使電機的功率和效率得以提高。
2、減小電機端蓋渦流損耗。
3、採用周向繞組技術方案徹底擯除端部的發熱問題。
4、周向繞組緊湊、結構簡單、節省銅材和成本。
5、減小電機的體積和重量。
6、整體的周向繞組繞制工藝較為簡單，生產成本降低。
7、周向繞組繞制好以後，其裝配到定子槽內的工序比傳統繞組嵌線簡單，繞組還可以先浸漆烘乾定型，繞組內每條導線規則度和一致性好，使繞組間磁場幹預大幅度減小，磁場規則度較好，還可以將繞組預先裝配到適宜的絕緣支架內再連同絕緣支架一切轉配到定子槽內，還提高了絕緣性能。
8、在多相周向繞組的功率電機中，不同相位的繞組安裝在不同定子的槽內，不同相位的繞組之間不直接接觸、相互間隔離著環型定子磁芯和定子繞組環型絕緣支架，不會出現相間短路極相間漏電現象，使電機可靠性和壽命提高。
9、採用本發明技術方案的周向繞組的電機，在採用靈活方式設計的電機中，可以在轉配時根據不同場合的需求，通過增減轉子磁芯組合數目和定子磁芯數目及定子繞組組合數目來調整為不同相數的電機，使電機的應用更為靈活、廣泛，節省設計與生產成本。
10、定子和轉子可以分為較多的極數，減小了電機轉矩波動同時不會像軸向槽繞線的的電機那樣工藝複雜，節省加工工時成本和繞組耗材。
11、所述周向繞組的應用前景較好，可以應用在多種電機中。
12、由於周向繞組的功率電機具有上述較為優秀的技術效果，克服了現有技術的電機的一些技術弊端，尤其適合於作為新能源電動車輛的動力驅動裝置，從而提高電動車輛的能量轉化效率以及具有所述的一些其他優點，進一步推動了交通運輸業的發展，降低汙染，使人類的現代文明生活更加美好。
附圖說明
圖1是周向繞組電機的單相定子的立體結構示意圖；
圖2是周向繞組的示意圖；
圖3是單相定子磁極對應角度示意圖；
圖4是凸極式轉子的軸向剖面示意圖；
圖5是凸極式轉子的立體結構示意圖；
圖6是單相周向繞組的電機的定子示例展開圖和轉子示例展開圖；
圖7是一種單相周向繞組的徑向磁場電機的側剖面結構示意圖；
圖8是一種單相周向繞組的軸向磁場電機的側剖面結構示意圖；
圖9是一種單相周向繞組的側定子式軸向磁場電機的側剖面結構示意圖；
圖10一種單相周向繞組的側定子式徑向磁場電機的側剖面結構示意圖；
圖11一種三相周向繞組的外定子式徑向磁場電機電機的三相定子軸向剖面示意圖；
圖12是圖11所示電機的三相轉子軸向剖面示意圖；
圖13是圖11所示電機每相定子的立體結構的輪廓示意圖；
圖14是圖11所示電機每一相周向繞組結構示意圖；
圖15是圖11所示電機三相定子透視示意圖及三相轉子側視示意圖；
圖16是圖11所示電機三相定子展開圖及三相轉子展開圖；
圖17是另一種形式三相周向繞組電機的三相定子展開圖及三相轉子展開圖；
圖18是單相內定子軸向側視圖和徑向側視圖；
圖19是單相內定子式周向繞組的開關磁阻電機側剖面示意圖；
圖20是徑向分相的兩相周向繞組的開關磁阻電機的軸向剖視示意圖；
圖21是圖21所示開關磁阻電機的內定子結構示意圖；
圖22是圖21所示開關磁阻電機的轉子示意圖；
圖23是圖21所示開關磁阻電機的外定子示意圖；
圖24是圖21所示開關磁阻電機的側向剖視圖簡圖；
圖25是軸向分相的兩相周向繞組單轉子式開關磁阻電機側向剖視圖；
圖26是軸向分相的兩相周向繞組單轉子式開關磁阻電機側向剖視圖簡圖；
圖27是內環槽與側環槽構成2相複合結構的環槽定子的電機側向剖視圖簡圖；
圖28是2內環槽與1外環槽構成3相複合環槽結構定子的開關磁阻電機側向剖視圖簡圖；
圖29是2內環槽與2外環槽構成4相複合環槽結構定子的開關磁阻電機側向剖視圖簡圖；
圖30是三相外定子式定子磁極同角度/轉子磁極按角度分相周向繞組永磁電機示意圖；
圖32是圖31所示電機的定子及轉子展開圖；
圖33是三相外定子式-轉子磁極同角度/定子磁極按角度分相的周向繞組永磁電機的定子透視圖及轉子側視圖；
圖34是圖33所示三相電機的展開圖；
圖35是側定子的周向繞組的永磁電機的單相定子及轉子的示意圖；
圖36是周向繞組激磁電機的單相定子及單相轉子的結構示意圖；
圖37是三相外定子式-定子磁極同角度/轉子磁極角度分相的激磁電機的定子及轉子示意圖；
圖38是圖37所示電機的展開圖；
圖39是三相外定子式-轉子磁極同角度/定子磁極按角度分相的激磁電機展開圖；
圖40是單相周向繞組的永磁與激磁混合電機的定子和轉子的結構示意圖；
圖41是周向繞組和附加磁極的結構示意圖；
圖42是單相周向繞組的永磁與激磁混合電機的轉子的結構示意圖；
圖43是包括周向繞組電機的新能源電動車輛示意圖。
具體實施方式
為了實現本發明的目的，本發明實施方式提供了周向繞組結構的功率電機，其中包括周向繞組的功率型電動機和周向繞組的功率型發電機。
下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式做以進一步詳細描述，實施例僅用於說明本發明，並不用來限制本發明，本發明的權利範圍由權利要求限定。
第一方面，本發明實施方式提供了一種周向繞組的功率電機，包括定子、轉子、所述定子和轉子的支撐元件以及電子控制系統，且所述定子、轉子、所述支撐元件以及電子控制系統組成開關磁阻方式工作的無刷電機；
其轉子包括由軟磁材料製成的轉子磁極，
定子包括定子磁芯和定子繞組，定子磁芯為與電機同軸心的沿圓周方向(即周向)開槽的磁芯，
①當所述定子為外定子時，所述定子磁芯所開槽的槽口朝向所述定子圓周內側，形成內環槽結構的磁芯；
②當所述定子為內定子時，所述定子磁芯所開槽的槽口朝向所述定子圓周外側，形成外環槽結構的磁芯；
③當所述定子為側定子時，所述定子磁芯所開槽的槽口朝向轉子一側，形成側環槽結構的磁芯；
④當所述定子為所述①②③三者中至少兩者的複合結構時，所述定子磁芯所開槽於所述定子圓周的相應側，並相應形成內環槽、外環槽和側環槽三者中至少兩者的複合結構。
當然，也可以通過在定子上設計出折彎的導磁部將不同方向的槽口兩側的磁場引導至轉子磁極，這樣使得定子的環型槽的開口方向與不同位置的轉子磁極得以多種多樣的靈活配置，便於滿足不同的電機設計需求。
需要說明的是，對於外定子式定子磁芯，其朝向轉子的內圓開有圓周方向的槽，而其背向轉子的一側(即所述定子的外側)可以是圓型或多邊形或其它形狀，對於下述的其他方面的周向繞組電機亦同。
槽的走向是與轉子的軸向及徑向分別垂直的圓周方向，圓周槽的槽口可以朝向轉子側，也可以朝向非轉子側再通過磁極或槽口兩側圓周或圓周的垂向延伸部分的磁極引導磁場到轉子磁極，且定子磁極與轉子磁極之間留有氣隙，定子磁極或轉子磁極可以是凸極式磁極。
槽用於放置定子繞組，定子繞組可以為單線繞制或多線並繞的圓型線圈結構的周向繞組，圓型線圈結構的周向繞組是指僅有單把線圈繞制而成的繞組，其繞制方向為圓周方向，可以採用雙線或多跟導線並繞的方式進行繞制，這樣有便於提高槽滿率或改善線圈的特性，這樣的圓周型線圈即為「周向繞組」(以下同)。
該周向繞組作為定子繞組的用途是，在周向繞組通電時使定子磁芯被磁化，槽的槽口兩側圓周被磁化為異名磁極並通過磁極引導磁場或通過圓周的垂向延伸部分和磁極引導定子磁芯的磁場，使定子磁場在轉子磁極上產生電磁力矩驅動電機的轉子旋轉，此為電動機工作模式；這樣的周向繞組或可以用於在轉子旋轉時通過磁場的變化使定子繞組產生感應電動勢，此為發電機工作模式。
實施例1
本實施例所述用於說明：周向繞組電機的定子結構、周向繞組和轉子結構。
如圖1所示，是周向繞組電機的單相定子的立體結構示意圖，在定子磁芯200圓周內設有8對磁極，該磁極可以為凸極式磁極，在軸向方向上正對的每對凸極即為1「磁極對」，如磁極209和磁極210為1磁極對，所述磁極對即為該電機定子的「齒」(如圖中的左側磁極201、右側磁極202等)、沿定子圓周方向的相鄰兩個磁極之間有軸向的槽相隔，所述「軸向的槽」即為「齒距」亦即磁極間距，稱之為「磁極距」(以下同)，如圖中的208等即為磁極距；其中，齒寬和齒距可以設計為相等或不等。
圖中定子磁芯上每個磁極對的兩個磁極中間有周向的環型槽相隔，即左側的8個磁極與右側的8個磁極的中間部分具有環型的槽204，圖中槽底部的左邊線206、槽底部的的右邊線207之間即為槽的寬度，槽底到定子磁芯圓周外壁的厚度如211所示，該厚度範圍亦為導磁材料，整體磁芯包括齒部(如201、202)、軛部(如212)可以為同種導磁材料製成，其203為定子磁芯的左、右邊線，虛線205為槽底在磁芯左端面上的垂直投影。
所述環型的槽用於嵌放繞製成圓周形狀的定子繞組，由於槽位於定子圓周中間的內側，槽的外壁和槽的兩側都是磁性材料製成，這樣使槽內周向繞組周圍的磁場得到較為高效的利用，一般周向繞組所在環槽的底部直徑大於磁極距底部的直徑、周向繞組的內徑不小於磁極距底部的內徑，這樣可以使周向繞組導體被環槽狀磁芯包圍的範圍接近最大化，使磁場轉化率得以提高，從而提高電機效率，周向繞組的通過環槽的熱導係數頁明顯高於傳統電機繞組的端部外側的的空氣熱導係數，使周向繞組易於散熱，使繞組耐溫性能及電機可靠性提高。
如圖2所示，是周向繞組的示意圖：在周向繞組300中，具有單把線圈，單把線圈是將具有絕緣漆皮的導體按一個旋繞方向繞制而成圓周形狀的圓線圈結構，也可以雙線並繞或多線並繞，其引出線303可以在槽的底部磁芯鑽孔引出，也可以在磁極之間的磁極距底部等部位引出端線，周向繞組線圈可以繞製成型即進行浸漆固化成型，裝配在定子磁芯的槽路之中，也可以在槽路中墊以絕緣材料，或者將線圈繞制在適宜槽路內部的絕緣支架內，根據電機設計的不同需求，可採取相應等級的絕緣措施。一般線圈的內緣301的直徑不小於如208等磁極距的底部直徑，以實現更高的線圈磁場利用率。線圈外緣302可以貼在周向的槽路的底部。如線圈採取框架作為絕緣支架，框架的開口與否及開口朝向不做限定，可根據生產需要靈活設計。
如圖3所示，是單相定子磁極對應角度示意圖：其中左圖為圖1的周向槽路左側部分的軸向視圖，右圖為圖1的周向槽路右側部分的軸向視圖，圖3中的磁極209與磁極210分別對應於圖1中的磁極209與磁極210，磁極209與磁極210構成1磁極對，磁極209的中心線與觀察者所設定的水平線213的夾角與磁極210的中心線與水平線213的夾角相等，如圖所示為α，其他磁極對的兩個磁極同樣地與水平線213夾角相等，如磁極214、磁極215與水平線213的夾角相等。由此，在位於左圖磁芯與右圖磁芯中間的周向繞組產生的磁場，將會正交極化每一磁極對的兩個磁極，使周向繞組的電流與磁極磁場始終呈垂直關係，因此從結構上力趨實現其電磁轉化效率的最大化。
對於採用周向繞組的電機來說，轉配時，可以先安裝周向繞組一側的定子磁芯，再放置具有絕緣支架的周向繞組總成，然後安裝周向繞組另一側的定子磁芯，這比起傳統電機的多槽結構的定子嵌線工藝簡單許多；而所述的絕緣支架的結構形式及其開口方向可以靈活設計，有些特定場合可以取消絕緣支架，如可以在定子磁芯的安裝周向繞組的槽路內噴塗絕緣漆等方式進行絕緣處理，以增大槽滿率及簡化生產工藝、降低成本，對於後述的其他方面其他形式的周向繞組的電機，這些方法同樣適用。
如圖4和圖5所示，其中圖4是凸極式轉子的軸向剖面示意圖，圖5是凸極式轉子的立體結構示意圖，其轉子400圓周上具有8個凸極式磁極(如401)，可以與定子圓周內的8個磁極對相對應，轉子上這8個磁極可以同時受到定子的8對磁極的磁拉力，即轉子圓周上所有的磁極可以同時受力，因此增大了磁力密度、提高開關磁阻電機的功率和功率密度，而且在定子的一相周向繞組兩側的磁極對數不像傳統電機那樣受繞組的限制，因此定子可以設計為更多的磁極或磁極對，相應地轉子也具有相同的磁極數，這樣可以提高單轉內的磁拉力加載頻率，提高電機運行的平順性、降低噪音、增大功率和提高電機的效率；圖中403為轉子軸。以及，定子齒寬、定子磁極距、轉子齒寬、轉子磁極距402均可以靈活設計。
如圖6所示，是單相周向繞組的電機的定子示例展開圖和轉子示例展開圖，其中，204為定子磁芯的周向的槽，周向槽兩側為軸向對齊的磁極如201、202，定子磁極之間為磁極距如208，正對的兩個磁極構成磁極對如209和210，槽204內嵌有周向繞組217，216為周向繞組的絕緣層。
轉子400上均勻分布轉子磁極如401、405，磁極間分布有磁極距如402，結合前述的周向繞組電機的定子及轉子結構圖，易於理解的是，在所述定子內環槽之中的周向繞組通電時，當定子磁極對(如209、210)與轉子磁極(如405)對中時，定子磁極對與轉子磁極之間形成徑向磁力；當在非對中位置時，定子磁極對將會對轉子磁極產生磁拉力，磁拉力在旋轉圓周方向的切向分量將驅動轉子向對中方向旋轉；當外力驅動轉子旋轉時，轉子磁極的磁場將會在定子磁極對上產生磁通交替變化，使周向繞組的導體周圍產生垂直於導體的磁場變化，對於開關磁阻電動機工作模式來說，導體產生的垂直於導體自身的磁場高效率地極化排列導體周圍磁芯的磁疇使定子磁芯得以高效「以電生磁」；對於開關磁阻發電機工作模式來說，在電感下降區形成周向繞組感生電流，轉子軸產生負轉矩，此時電機吸收機械能轉換成電能輸出，開關磁阻電機為發電機工作，其磁路路徑為：(假定於某一時刻)定子磁極對的左側定子磁極→內環槽外壁導磁材料→定子磁極對的右側定子磁極→(根據前述假定得出)轉子右側磁極→(可以通過轉子內部的磁芯到達)轉子左側磁極→定子磁極對的左側定子磁極，該磁路的磁通在轉子磁極與定子磁極對中時為最大值、在轉子磁極與定子磁極之間的槽路對中時為最小值，隨著所述轉子的旋轉，使所述磁路的磁通在最大值與最小值之間交替變化，且在周向繞組的環型導體任意一處的磁通方向始終是：磁通垂直於周向繞組導體，根據電磁感應定律E＝nBLVsinθ(其中E為感應電動勢，B為導體周圍磁感應強度，L為磁場中導體有效長度，V為導體與磁場相對運動速度，θ為導體與磁場夾角，此時為90°)，使在周向繞組上產生效率趨於最大化的感應電動勢，這是相對於有端部繞組的傳統繞組的重要區別；對於發電機工作模式來說，垂直於導體自身的磁場高效率地極化導體自身的載流子使所述周向繞組得以高效率的「以磁生電」，對於電動機模式來說同樣地使周向繞組導體周圍的磁場趨於最大化。
因為傳統繞組的端部的外側並無磁芯，使端部外側的磁場浪費，還有可能產生有害的電磁幹擾及渦流損耗，而且端部磁場分布較為複雜、不能做到磁力線處處與端部導體處處垂直。
因而無論是作為電動機還是作為發電機，端部繞組帶來能量轉化效率的降低，本發明方案的周向繞組從根本上克服了傳統繞組端部帶來的弊端，同時，由於周向繞組為簡單的圓形結構，其繞制工藝相對於傳統的具有端部的同心繞組或鏈式繞組乃至具有端部的單把繞組來說，都是較大地簡化了繞線工藝與生產耗時，同時節省了端部耗材，周向繞組的圓型部分都被圍在周向的環槽當中，比對傳統具有端部的繞組僅僅直導體部分被包圍在傳統電機的軸向直槽中來說，本發明技術方案也是提高了磁場利用率，從而對周向繞組電動機來說是提高了電磁力矩，對周向繞組發電機來說提高了感應電動勢及感生電流，這樣，周向繞組提高了電機的能量轉化效率，對於節能減排的電機技術上又是一個核心突破。
如圖7所示，是一種單相周向繞組的徑向磁場電機的側剖面結構示意圖，在定子222和轉子400之間裝配有軸承，圓型轉子400外圓周上分布有凸極，圖中以點劃線表示磁極與磁極距相間(如磁極411、磁極距412)，定子內側具有磁極對如221，每磁極對由軸向一致的兩個磁極構成，各個磁極對都均勻分布在定子內圓側，定子上的磁極對數與轉子上的凸極數相同；定子上每磁極對的兩個磁極中間有周向的槽204相隔，所述磁極對即為該電機定子的「齒」、沿定子圓周方向的相鄰兩個磁極之間有軸向的槽相隔，所述「軸向的槽」即為「齒距」。所述周向的槽的外壁和槽的兩側為與定子磁芯同種導磁材料所製成，周向繞組223線圈位於槽內，並與槽之間隔有絕緣材料，絕緣材料可以是塑料或尼龍支架，也可以是絕緣布、絕緣紙，或者在槽內塗有絕緣漆，用於防止周向繞組導體與磁芯之間漏電或短路。
在周向繞組通電時，圓型線圈產生的磁場將線圈外壁及線圈兩側的定子磁芯磁化，，其中：若周向繞組線圈一側的磁極為N極，則線圈另一側的磁極為S極，每個磁極對將對靠近的轉子磁極產生磁拉力力趨使轉子轉動到磁通最大位置，即：轉子凸極與定子磁極對正對的位置，也就是「對中」，此時轉子凸極和定子磁極之間為徑向磁力，這是作為電動機使用。
根據開關磁阻電機的特性，當轉子凸極與定子磁極對之間的軸向槽即磁極距「對中」時，該相電感最小，當轉子凸極與與相應定子磁極對對中時，該相電感最大。根據電磁場基本理論，伴隨磁場的存在，電機轉子的電磁轉矩同時存在，若在電感下降區形成電流，產生負轉矩，即電機吸收機械能，並可能把它轉換成電能輸出，故此時開關磁阻電機為發電機工作。
對於開關磁阻電機技術，本領域技術人員都易於理解，無論是作為電動機還是作為發電機，一般需要有轉子位置傳感器檢測轉子與定子的相對位置，然後由電子控制單元控制，從而使電機遵循開關磁阻電機的運行規律進行能量轉換；其中的位置傳感器、電子控制單元及控制所需的開關等構成電機的電子控制系統；而對於無位置傳感器的多相電機來說，可以採用相電感檢測、相電流檢測、向定子繞組發送周期脈衝並檢測回饋脈衝或續流時間等方法進行起動控制及運轉控制。
實施例2
本實施例所述用於說明：一種單相周向繞組的軸向磁場電機。
如圖8所示，是一種單相周向繞組的軸向磁場電機的側剖面結構示意圖，其中，定子磁芯230具有周向的內環槽235，槽口如236兩側的圓周部分234上均勻分布有定子磁極(如231、232)，軸向正對的兩個磁極構成磁極對如231/232磁極對，內環槽235轉配有周向的定子繞組223；定子磁芯230的主體部分包括定子磁芯軛部圓周233，定子磁極對231和232可以建立起軸向磁場；轉子400上的轉子磁極401伸入到定子磁極231和232在槽內的空間，並且轉子磁極401與兩側的定子磁極231及232之間留有適當氣隙，轉子軸為403，237為周向繞組與槽之間的絕緣層。電機其餘結構與圖7所示的電機大體類似，由於轉子磁極伸入到定子磁極中間的間隙之中，故每1定子磁極對的兩個磁極之間的磁場方向為軸向，這樣定子磁極與轉子磁極之間對中時為軸向磁力，其特點是：伸入到定子磁極對中間的轉子磁極縮短了磁路，可以進一步提高磁場利用率，從而提高效率，其控制方式可與圖7所示的電機相同。
實施例3
本實施例所述用於說明：一種單相周向繞組的側定子式軸向磁場電機。
如圖9所示，是一種單相周向繞組的側定子式軸向磁場電機的側剖面結構示意圖，該電機包括定子240，定子240包括定子磁芯軛部404、磁芯上開有朝向轉子一側的周向的槽，為側環槽，槽內嵌有周向繞組245，周向繞組245與定子的側環槽之間轉配有絕緣支架243，周向繞組245的端部引線可以在定子磁芯鑽孔等方式引出；側環槽的槽口244朝向定子磁極方向(圖示為向右的方向)，槽口內側圓周246的一周上均勻分布有凸極式定子磁極(如定子磁極242)，槽口外側圓周247的一周也均勻分布有凸極式磁極(如定子磁極241)，且內圓周246連接的磁極與外圓周247所連接的磁極呈正對方向，即相正對的兩個磁極的中心連線延長線經過電機的軸心線，相鄰定子磁極之間為磁極距。定子磁極如241、242位於轉子磁極411的一側，故稱為「側定子電機」，轉子軸403與定子之間裝有軸承；定子磁極241、242與轉子磁極411之間對中時為軸向磁力，其控制方式可以與圖7所示的電機相同。
此外，也可以將轉子磁極設計為伸入到定子磁極之間的方式，這樣定子磁極與轉子磁極之間對中時為徑向磁力，可以縮短磁路，進一步提高磁場利用率和電機效率，其控制方式可以與圖7所示的電機相同。
實施例4
本實施例所述用於說明：一種單相周向繞組的側定子式徑向磁場電機。
如圖10所示，是一種單相周向繞組的側定子式徑向磁場電機的側剖面結構示意圖。該種類型是將圖8所示電機側定子的槽口兩側的內圓周、外圓周通過圓周垂直方向(即垂向)的延伸部將磁極引導致的轉子的凸極。電機的定子包括定子磁芯軛部404、側環槽槽口內側的內圓周246、外側的外圓周247、以及通過定子磁極的延伸部248與內圓周246、外圓周247分別相連的外側的定子磁極(如241)和內側的定子磁極(如242)，且外側的定子磁極和內側的定子磁極在相應的圓周上呈均勻分布，相鄰磁極間為磁極距；正對的外側的定子磁極和內側的定子磁極構成磁極對(如241和242)，還包括位於側環槽槽內的定子的周向繞組243；轉子包括轉子軸403、轉子本體及轉子本體外圓周上均勻分布的轉子磁極411，轉子磁極數與定子磁極對數相等，轉子軸與定子之間裝有軸承；當定子磁極與轉子磁極之間對中時為期間的磁力徑向磁力，其控制方式可以與圖7所示的電機相同。
實施例5
本實施例所述用於說明：一種三相周向繞組的外定子式徑向磁場電機。
如圖11所示，為一種三相周向繞組外定子式徑向磁場電機的三相定子軸向剖面示意圖；三相定子磁芯同軸向串聯排列，因此三相定子的總長度包含每一相定子磁芯軸向長度之和，將該電機的三相定子磁芯軸向剖面圖繪製在同一水平基準線的坐標系下，用於顯示每一相位磁芯的8個定子磁極的相位關係，其中：251為A相定子磁芯軸向剖面示意圖，252為B相定子磁芯軸向剖面示意圖，253為C相定子磁芯軸向剖面示意圖，為了便於說明不同相位磁極的位置關係，繪製了貫穿三個相位剖面圖的參考線(虛線270)作為同一水平基準線。
定子磁芯的每一相的相鄰磁極之間凹槽部分為磁極距，如261、262、263；圖中圓型線254為定子磁芯的外部圓周線，255為A相定子磁芯中間位置的內環槽的槽底圓周線，255至254的厚度即為環型的周向環槽槽底磁芯的厚度，圓型線256為周向槽路內裝配周向繞組後，對繞組內徑的限制範圍，為提高磁場利用率，一般建議周向繞組線圈徑向的範圍在256至255之間，其餘B、C兩相與此要求相同。
在三相定子依次同軸心串聯連接的情況下，A相定子磁芯中的某一磁極如264磁極的中心和B相定子磁芯中的某一磁極如265磁極的中心和C相定子磁芯中的某一磁極如266磁極的中心在同一與電機軸線平行的直線上，即：三相定子中對應的264、265、266磁極在電機的軸向上同角度，其徑向連線267、268、269與同一水平基準線270的夾角都是α。
如圖12所示，為圖11所示電機的三相轉子軸向剖面示意圖；三相轉子磁芯同軸向串聯分相排列，因此三相轉子的總長度包含每一相定子磁芯軸向長度之和，將該電機的三相轉子磁芯軸向剖面圖繪製在同一水平基準線的坐標系下，用於對比顯示每一相位磁芯的8個轉子磁極的相位關係，即如圖12所示，其中：421為A相轉子磁芯軸向剖面示意圖，422為B相轉子磁芯軸向剖面示意圖，423為C相轉子磁芯軸向剖面示意圖，420為同一水平基準線。
轉子磁芯的三相磁極之間凹槽部分為磁極距；設轉子磁極的周向寬度與磁極距的周向寬度相等，轉子圓周上每一磁極或磁極距的周向所佔的幾何角度為360/16＝22.5°。
在三相轉子正確裝配時，以如圖位置為例：A相轉子磁芯中的磁極424的磁極中心的徑向連線427與同一水平基準線420之間的幾何夾角為(360°/8)-(22.5°/2)＝33.75°；此時B相轉子磁芯中的磁極425磁極中心的徑向連線430與420同一水平基準線420之間的幾何夾角為18.75°(圖中428線為427線的平行線，用於對比425磁極角度)；此時C相轉子磁極426磁極中心的徑向連線431與同一水平基準線420之間的幾何夾角為3.75°(圖中429線為427線的平行線，用於對比426磁極角度)；這樣，既可以保持設定A相位0°電角度時，此時B相為(33.75-18.75)乘(極數8)＝120°(向右提前)，此時C相為(33.75-3.75)乘(極數8)＝240°(向右提前)，這樣轉子磁極在幾何空間按照相差15°幾何角度分相，也就實現了A、B、C三相轉子磁極按照相差15X8＝120°的電角度分相，在上述三相定子磁極幾何角度相同情況下，可通過電子控制系統根據轉子與定子磁極相對位置對定子的周向繞組進行時序分相通電控制，使轉子磁極按照角步距產生旋轉，通過對三相周向繞組供電電壓、通電頻率及通電佔空比的控制實現對電機輸出功率、轉矩、轉向及轉速的優化控制。
如圖13所示，為圖11所示電機每相定子的立體結構的輪廓示意圖；280示出該定子磁芯輪廓線的關係，圖中：279為定子的軸心線，272為定子磁芯左邊圓周輪廓線，275為右邊圓周輪廓線，277為該定子磁芯中間的用於嵌放周向繞組的內環槽的槽底左邊線，278為槽底左邊線277在定子磁芯外圓周壁上的徑向投影線，274為槽底右邊線在定子磁芯外圓周壁上的徑向投影線，276為定子磁極內緣所在的圓周線。
如圖14所示，為圖11所示電機每一相周向繞組結構示意圖；圖中，線圈300可以採用銅漆包線環型繞制而成周向繞組，該繞組為可以為單把線圈，單把線圈的兩個引線端子303可以通過定子圓周鑽孔等方式引出；線圈300的外圓302可通過絕緣材料與定子磁芯的內環槽的槽底貼緊，線圈的內圓301的直徑一般不小於定子磁芯的磁極距底部所在圓周直徑。
如圖15所示，為圖11所示電機三相定子透視示意圖(281)及三相轉子側視示意圖(431)；在281示出的定子透視圖中，虛線315用於表示電機的轉子軸的相對位置，定子在軸向上分為三個部分，282和283為定子相間的磁場隔離區域，在282左側為A相、282和283之間為B相、在283右邊為C相，其中A、B、C相的每一相定子磁芯中間位置各具1內環槽，內環槽內分別嵌有周向繞組311、312、313，周向繞組311兩側分布有定子磁極X和Y，1個X和1個Y構成1磁極對，相鄰定子磁極之間有軸向槽即磁極距相隔；在周向繞組通以適宜電流時，相應的周向繞組兩側的磁極的磁疇被極化，兩側磁極X和磁極Y產生相異磁性，三相定子繞組311、312、313按時分相通電時，相應的A、B、C三相的磁極對即「分時生磁」。
在431示出的轉子側視圖中，435表示轉子軸，轉子在軸向上分為三個部分，432為A相、433為B相、434為C相，在相鄰相間有磁場隔離區域，相位區域位置分別與上述281所示的定子相對應；在轉子的每一相位區域中具有轉子磁極(即具有斜線的橫條部分，如273等)和轉子磁極距，在周向繞組通電時，如A相周向繞組311通電，對應的A相定子磁極432的X和Y將對A相轉子磁極273等產生磁拉力，使之趨於「對中」以趨磁阻最小；當接近對中的適宜時刻，可以切斷繞組311電流並接通B相周向繞組312電流，對應的定子磁極X和Y將對B相轉子磁極433產生磁拉力，使之趨於「對中」以達磁阻最小；當接近對中的適宜時刻，切斷繞組312電流並接通C相周向繞組313電流，對應的定子磁極X和Y將對C相轉子磁極434產生磁拉力，使之趨於「對中」以達磁阻最小；爾後切斷繞組313電流，電機的電子控制單元根據轉子與定子的位置關係控制上述三相周向繞組電流，再重複上述過程使開關磁阻電機轉子連續運轉，在上述過程中，定子的三相周向繞組是「幾何角度不分相而時間分相通電」、定子磁極是「分時分相生磁」、轉子的磁極是「幾何角度分相，分時受力」；這是作為電動機使用時的過程。在一定條件下可以減小或省去相間的磁場隔離區域，以減小電機定子及轉子的軸向尺寸，提高電機功率密度。當作為發電機時，相應的定子周向繞組產生感應電動勢，這符合開關磁阻發電機的工作原理。
需要說明的是，本發明實施例採用的三相軸向分相的周向繞組開關磁阻電機，由於沒有端部，故磁場利用率較傳統具有端部的繞組有較大的提高，且圓型繞組的導體排列比傳統繞組的導體排列可以更加整齊，有利於磁場的規則分布，有利於散熱，減少匝間漏電短路等故障率。為了便於敘述和對附圖磁極的分辨，本實施例是以每相定子具有8個磁極對、每相轉子具有8個磁極為例來闡述本發明技術方案的，實際應用中可以根據需要設置各種數量的磁極如採用較多的磁極，可以使轉子轉矩波動明顯減小，減少噪音，減輕機械振動，使磁阻電機的噪音及振動方面得以明顯改善。
如圖16所示，為圖11所示電機三相定子展開圖及三相轉子展開圖；為了較為詳細地闡述本發明的技術方案，再以展開圖進行進一步地說明。該種電機具有三相定子，每相定子具有與圖1基本一致的外定子結構，每相定子具有磁極對如A相磁極對284、B相磁極對285、C相磁極對286，相鄰磁極之間有磁極距如287、288、289；三個相位的定子磁芯沿軸向串聯連接，相鄰相間有磁場隔離區域282、283；每個相位的定子磁芯中間均具有各自的周向繞組，構成三相繞組：A相周向繞組311、B相周向繞組312、C相周向繞組313，三相繞組的線圈位於不同的環槽內，繞組之間不同槽，克服了傳統電機的容易出現相間漏電或擊穿短路的問題。各相定子的磁極對均沿軸向一一對齊分布於三相定子的內圓上，如定子磁極對284、285、286對齊，即：定子磁極空間幾何角度一致，而在各相定子周向繞組通電時間進行時序分相。
對於轉子來說，不同相位的轉子磁極之間沿圓周方向的角度不同(即空間角度及電角度不同)，如A相轉子磁極436居於設定的0°位置時，B相轉子磁極437居於+120°(電角度)的位置、C相轉子磁極居於+240°(電角度)的位置，相鄰轉子的相鄰磁極相距120°的電角度，也就是轉子空間分相；圖中439、440、441表示轉子磁極距。
總結起來就是；定子時序分相、轉子空間分相，這樣，按照電機的電子控制系統的控制可以使電機作為開關磁阻電動機或者作為開關磁阻發電機，特別是作為開關磁阻電動機，其有獨特的技術優勢，如有很強的過載能力、較大的啟動轉矩、較小的啟動電流，其耐震特性、抗過載特性、溫度特性、轉矩響應性、高速穩定性、對供電電池的損耗特性等都具有較優秀的性能特點。本實施例為三相電機，易於實現自啟動。
實施例6
本實施例所述用於說明：另一種形式即轉子磁極同角度/定子磁極空間分相及時序分相的三相周向繞組的開關磁阻電機。
如圖17所示，為另一種形式三相周向繞組電機的三相定子展開圖及三相轉子展開圖；三相的轉子凸極可以軸向一一對齊，也可以如圖所示將對齊的三相轉子磁極連接為整體的條形凸極，如轉子磁極442等(其長度涵蓋了三相定子磁極的總長度)，相鄰轉子磁極間有轉子磁極距如443等；而三相定子的每一相磁芯的磁極對在圓周方向的幾何空間角度(及電角度)不同：如設定A相「磁極對」290左邊沿對應電角度0度位置，則B相「磁極對」291對應電角度+120度(電角度)位置、C相「磁極對」292對應電角度+240度(電角度)位置，即相鄰相位定子的磁極對在周向相距120°的電角度，也就是定子空間分相；同時該圖還示出當轉子運轉到圖示位置時：442左磁極的左邊沿對應上述的0度位置時，其他磁極的對應位置。圖中的295、296、297為定子磁極距，293、294為定子相間磁場隔離區域，316、317、318為三相周向繞組。上述分相方式總結起來就是：定子空間分相、轉子時序分相(實際是轉子外觀上沒有分相，只是在受力時間上的分時序受力)，同樣可以在電子控制系統的控制下作為開關磁阻電動機或者作為開關磁阻發電機，也同樣具有開關磁阻電機的上述優點。
實施例7
本實施例所述用於說明：單相內定子式周向繞組的開關磁阻電機。
如圖18所示，為單相內定子軸向側視圖和徑向側視圖，左圖444為軸向側視圖，右圖447為側向剖視圖；圖中，446為內定子軸用於與外界固定，兩個定子盤與定子軸連接，兩個定子盤中間形成外環槽，槽內嵌放周向的定子繞組319，外環槽的槽口外的兩個定子盤圓周上均勻分布有定子磁極，，兩個定子盤圓周上的定子磁極數目相等且軸向一一對齊構成磁極對，如定子磁極對445，虛線448表示槽口外的圓周，定子磁極之間具有磁極距。當周向繞組通電時，槽口兩側磁極被磁化為異名磁極。
如圖19所示，為單相內定子式周向繞組的開關磁阻電機側剖面結構示意圖：電機的內部為定子450，定子軸449與外界固定，而外部為轉子。周向繞組320位於內定子的磁極中間的外環槽之內，外環槽的槽口圓周452向外均勻分布有定子磁極如453，外轉子298具有向內伸入內定子中間的槽內的方塊型凸極。當周向繞組320通電時，定子磁極(如453)對和轉子凸極(如298)對中時的主要磁力方向為軸向，可以採用一般開關磁阻電機的控制模式.此圖所示電機為單相結構，動力從外轉子軸套299輸出(電動機模式)或輸入(發電機模式)。轉子磁極也可以設計為在定子磁極圓周之外的磁極形式，即298下部凸出伸入槽口451處的方塊磁極被取消，而只留存內定子磁極(如453)圓周外側的298剩餘的長方形部分，此種類型的磁極對中時，轉子磁極與定子磁極形成徑向磁場。
同樣滴，本類型的內定子電機可以複合為周向繞組的多相結構的內定子式開關磁阻電機。
實施例8
本實施例所述用於說明：徑向分相的兩相周向繞組的開關磁阻電機。
如圖20所示，為徑向分相的兩相周向繞組的開關磁阻電機的軸向剖視圖，圖中，459為轉子軸，454和455及其所在圓周範圍的其他弧形條塊為轉子磁極，456及其所在圓周範圍的其他弧形條塊為外側的定子磁極，457和458及其所在圓周範圍的其他弧形條塊為內側的定子磁極，同一側的相鄰定子磁極之間為定子磁極距；圖示位置時電機正處於內側的定子磁極和轉子磁極對中位置，如內側的定子磁極458的徑向中心線與轉子磁極455的徑向中心線重合為虛線460，此時內側的定子磁極與轉子磁極形成的徑向磁場達最大磁通，並且此時外側的定子磁極距與轉子磁極對中，外側的定子磁極與轉子磁極達最小磁通。
當隨著電機的運轉，如外側的定子磁極的徑向中心線與轉子磁極455的徑向中心線重合於461時，電機將處於外側的定子磁極和轉子磁極對中位置，如外側的定子磁極456與轉子磁極454對中，此時外側的定子磁極與轉子磁極形成的徑向磁場達最大磁通，並且此時內定子的磁極距與轉子磁極對中，內側的定子磁極與轉子磁極達最小磁通。
隨著電機的運轉，外側定子磁極與轉子磁極的磁通、內側定子磁極與轉子磁極的磁通大小交替變化，內側定子磁極可採用一相周向繞組來激發定子磁場或者接受磁場產生感生電動勢，外側的定子磁極採用另一相周向繞組來激發定子磁場或者接受磁場產生感生電動勢，這樣形成單轉子盤上的單周轉子磁極可以與內外兩圈定子磁極(對)的發生電磁作用，構成兩相開關磁阻電機，從而簡化了電機結構，提高了功率密度，降低了成本，提高電機可靠性。
上述內容中，僅是為了便於理解，以簡化的圖示和較為簡單的說明來闡述內外側的定子磁極與轉子磁極的位置關係，在實際應用中，內側的定子磁極或者外側的定子磁極，如457、456等每一定子磁極也可為磁極對結構。
如圖21所示，為徑向分相的兩相周向繞組開關磁阻電機的內定子立體結構示意圖；圖中，463為內定子軸，內定子軸463上固定有2個內定子盤：前面內定子盤464圓周上具有均勻分布的內定子磁極如466，後面內定子盤465圓周上具有均勻分布的內定子磁極如467，內定子盤464與內定子盤467之間為外環槽結構用於放置定子周向繞組；每一內定子盤上相鄰磁極之間的空缺位置為磁極距如468，前內定子盤464和後內定子盤465每對應的兩個磁極構成內定子磁極對如466與467，當內定子盤之間的周向繞組通電時，每磁極對被磁化為1對異名磁極如466為S極則467為N極；可以對位於定子磁極對磁力作用範圍內的轉子磁極產生力趨使其對「對中」的磁拉力，當在電子控制系統控制的適宜脈衝的作用下，隨著定子與轉子相對位置的變化，適宜脈衝將會對轉子磁極產生相位適宜的磁拉力，驅動所述轉子旋轉；或者依據開關磁阻發電機原理將機械能轉化為電能從周向繞組輸出。
如圖22所示，為圖21所示開關磁阻電機的轉子示意圖；在圖中，轉子上具有轉子軸套469，通過其軸套內孔474可將轉子套裝在電機的內定子軸(見圖21的內定子軸463)上，並與內定子軸之間可採用軸承或軸套支撐方式；473為轉子軸套端面，轉子軸套469另端固定有轉子盤470，轉子盤470的另側垂直於轉子盤的方向的圓周上均勻分布有轉子磁極，轉子磁極可以為弧面形狀以利於旋轉時充分利用內側的定子磁極與外側的定子磁極之間的空間及其磁場，如472為轉子磁極，471為轉子磁極距。
如圖23所示，為圖21所示開關磁阻電機的外定子示意圖；圖中，外定子475上具有2個外定子盤：前面外定子盤476圓周上具有均勻分布的外定子磁極如478，後面外定子盤465圓周上具有均勻分布的外定子磁極如479，外定子盤477與外定子盤476之間為內環槽結構用於放置周向繞組；每一外定子盤上相鄰磁極之間的空缺位置為磁極距，前外定子盤476和後外定子盤477每軸向正對的磁極構成外定子磁極對如478與479構成2磁極對，當內環槽裡的周向繞組通電時，磁極對被磁化為異名磁極如478為N極則479為S極；可以對位於外定子磁極磁場作用範圍內的轉子磁極(如圖22中的轉子磁極472等)產生力趨使所述轉子磁極與外側的定子磁極對「對中」的磁拉力，當在電子控制系統控制的適宜脈衝的作用下，隨著定子與轉子相對位置的變化，適宜脈衝將會對轉子磁極產生相位適宜的磁拉力，驅動所述轉子旋轉；或者依據開關磁阻發電機原理將機械能轉化為電能從周向繞組輸出。
前述附圖20從軸向剖視圖示意了內外兩相定子分相的周向繞組開關磁阻電機，上述附圖21、22、23所示的內定子、轉子和外定子同軸線安裝，附圖21、22、23又以立體結構形式示意了所三者組成的具有內外兩相定子和一個共用轉子的開關磁阻電機，其特點是採用徑向分相，內定子磁極對與外定子磁極對位置相差180°電角度，內定子與外定子共用單個圓周轉子即單轉子上的轉子磁極，內外兩相定子均採用周向繞組，可以在電子控制系統的控制下使轉子磁極沿徑向的內側與外側分相受力，這樣簡化了電機結構，有利於提高功率；也可以構成只有單轉子盤的兩相徑向分相的周向繞組的開關磁阻發電機。
如圖24所示，為圖21所示開關磁阻電機的側向剖視圖簡圖；如圖所示，電機轉子軸482上連接有轉子盤485，轉子盤圓周左側分布有轉子磁極486，磁極之間具有磁極距，定子483與轉子軸482之間裝有軸承如487，定子483左側的定子盤上具有位於轉子磁極內外兩側的定子磁芯，內外兩側的定子磁芯圓周上均分布有定子磁極如484；外側定子磁芯為朝向轉子磁極的內環槽結構且分布有外側的定子磁極，如槽口324朝向轉子磁極486，槽內具有一相周向繞組321；內側定子磁芯為朝向轉子磁極的內環槽結構且分布有內側的定子磁極，如槽口323朝向轉子磁極486，槽內具有另一相周向繞組322；其工作原理可與前述兩相周向繞組的徑向分相的開關磁阻電機相同。
圖20和圖24均為徑向分相的兩相電機示意圖，圖20示出其軸向剖視圖，轉子圓周上具有均勻分布的轉子磁極，轉子磁極外側定子圓周上均勻分布有第一相定子磁極，該第一相定子磁極的磁極對與所述轉子磁極對中時，定子磁極對的每一磁極與轉子磁極的磁力為向圓周外側的徑向磁力；轉子磁極內側定子圓周上均勻分布有第二相定子磁極，該第二相定子磁極的磁極對與所述轉子磁極對中時，定子磁極對的每一磁極與轉子磁極的磁力為向圓周內側的徑向磁力；所述的第一項定子磁極和第二相定子磁極相對於所述轉子磁極相差180°電角度，因此該第一相定子磁極、第二相定子磁極和轉子磁極構成具有兩個相位的開關磁阻電機，兩個相位共用僅一個圓周的轉子磁極，該單圓周的轉子磁極可以稱之為「單轉子磁極」，亦即：兩個相位的定子磁極對分列於所述「單轉子磁極」的兩側，且附圖24還顯示了該第一相定子磁極所在的定子磁芯和第二相定子磁極所在的定子磁芯為具有各自周向繞組的定子磁芯。
實施例9
本實施例所述用於說明：軸向分相的兩相周向繞組開關磁阻電機。
如圖25所示，為軸向分相的兩相周向繞組單轉子式開關磁阻電機側向剖視圖；其中，轉子包括：轉子軸488、轉子盤490、均勻分布於轉子盤圓周上的轉子磁極如491；定子包括：位於轉子盤兩側的定子盤，其與轉子軸488之間配有軸承如489；左側定子盤的圓周上具有朝向轉子磁極開口的側環槽結構磁芯如492，側環槽內嵌放一相周向繞組326，繞組326和側環槽內壁之間可以有絕緣材料325做以電氣隔離，槽口497兩側的內外兩圈的環型圓周上均勻分布有定子磁極如定子磁極499和定子磁極496，它們構成1磁極對，磁極對數與轉子磁極數相同。當周向繞組326通電時繞組周圍的磁芯(包括側環槽槽底部分、槽的兩側、槽口外的磁極)被磁化，定子的每1磁極對的兩個磁極被極化為異名磁極，如圖所示周向繞組326的電流方向時(上部剖面圖繞組326的「×」電流方向為垂直於頁面向內、下部的「·」表示電流方向為垂直於頁面鑽出)，定子磁極496為S極、定子磁極499為N極，該磁場將會對轉子磁極(上部的491磁極)產生磁拉力，磁拉力力趨轉子磁極(上部的491磁極)移動至與496和499組成的定子磁極對對中的位置，對中時定子磁極與轉子磁極之間為軸向磁場。
圖中右側的定子盤的圓周上具有朝向轉子磁極開口的側環槽結構磁芯如493，側環槽內嵌放一相周向繞組327，繞組326和側環槽內壁之間有絕緣材料隔離，槽口兩側的內外兩圈的環型圓周上均勻分布有定子磁極構成磁極對，磁極對數與轉子磁極數相同。當周向繞組327通電時繞組周圍的磁芯(包括側環槽槽底部分、槽的兩側、槽口外的磁極)被磁化，定子的每1磁極對的兩個磁極被極化為異名磁極，如圖所示周向繞組327的電流方向時的定子磁極498的磁場將會對轉子磁極產生磁拉力，磁拉力力趨轉子磁極(上部的491磁極)移動至與496和499組成的定子磁極對對中的位置，對中時定子磁極與轉子磁極之間為軸向磁場。
需要說明的是，圖中的定子磁極、轉子磁極均用虛線表示，是因為：左側定子磁極與右側定子磁極的相位不同，左側定子磁極與右側定子磁極相差180°電角度，即左側定子磁極與轉子磁極對中位置時右側定子磁極與轉子磁極距對中；根據開關磁阻電機的特性，本實施例所示的開關磁阻電機可以為兩相開關磁阻電動機，亦可為兩相開關磁阻發電機。在電機的電子控制系統的控制下由轉子輸出轉矩功率或兩相周向繞組輸出電功率。本圖所示電機具有結構簡單、效率高、轉矩波動小、功率密度大、工藝較為簡單、成本低等優點。
如圖26所示，為軸向分相的兩相周向繞組單轉子式開關磁阻電機側向剖視圖簡圖，
圖25示出其側向剖視圖簡圖，與轉子軸500機械固定的轉子盤503圓周上具有均勻分布的轉子磁極，轉子500和定子502之間裝有軸承如501；定子502包含左側定子盤和右側定子盤，位於轉子盤503左側的定子盤圓周上均勻分布有第一相定子磁極如504、506，該第一相定子磁極的磁極對與所述轉子磁極對中時，定子磁極對的每一磁極與轉子磁極的磁力為向左的軸向磁力；右側定子盤圓周上均勻分布有第二相定子磁極如505、507，該第二相定子磁極的磁極對與所述轉子磁極對中時，定子磁極對的每一磁極與轉子磁極的磁力為向右的軸向磁力；所述的第一項定子磁極和第二相定子磁極相對於所述轉子磁極相差180°電角度，因此該第一相定子磁極、第二相定子磁極和轉子磁極構成具有兩個相位的開關磁阻電機，且兩個相位共用僅一個圓周的轉子磁極，該單圓周的轉子磁極可以稱之為「單轉子磁極」，亦即：兩個相位的定子磁極對分列於所述「單轉子磁極」的兩側，且附圖25和附圖26還顯示了該第一、二相定子磁極所在的定子磁芯均為具有周向繞組的定子磁芯。
實施例10
本實施例所述用於說明：複合環槽結構定子的周向繞組的開關磁阻電機。
如圖27所示，為內環槽與側環槽構成2相複合結構環槽定子的電機側向剖視圖簡圖，電機轉子包括轉子軸508、轉子盤511，轉子軸508與定子之間具有軸承如510；位於電機定子509外圓周的磁芯的側環槽328的槽口(如515)朝向右側的轉子磁極513，電機轉子的外圓周是轉子磁極(如513)向左延伸至所述定子509的磁極對的兩個磁極之間，這樣，在所述槽內的周向繞組通電時，當所述磁芯的磁極對與轉子磁極對中時其間形成徑向磁力。定子509內圓周磁芯的內環槽的槽口(如514)朝向軸心方向，電機轉子的內圓周的轉子磁極(如512)向左延伸至所述定子內圓周的朝向軸心方向的磁芯的磁極之間，這樣，在所述槽內的周向繞組329通電時，當所述磁芯的磁極對與轉子磁極對中時其間形成軸向磁力；上述內圓周的定子周向繞組329兩側的內環槽定子磁芯磁極和外圓周的定子磁芯磁極磁極相差180°電角度，因此，本圖所示的電機為具有內環槽與側環槽構成2相複合結構的環槽定子開關磁阻電機，且兩個相位分別應用轉子上的內外兩個圓周的轉子磁極。根據開關磁阻電機的特性，本實施例所示的開關磁阻電機可以為兩相開關磁阻電動機，亦可以為兩相開關磁阻發電機。
如圖28所示，為2內環槽與1外環槽構成3相複合環槽結構定子的開關磁阻電機側向剖視圖簡圖，本圖示出的電機的定子524具有3個環槽，包括兩個內環槽，519/522為左側的內環槽，518/523為右側的內環槽，所述內環槽及外環槽分居於定子中心盤的兩側的外側圓周上，且其槽口沿徑向朝向軸心，還包括一個居於定子中心盤內側圓周上的槽520/521為內側的外環槽，且其槽口沿徑向朝向軸心的反方向。
在左側內環槽519/522槽口兩側圓周上均勻分布有第一相定子磁極對、槽內嵌有第一相周向繞組331；在右側內環槽518/523槽口兩側圓周上均勻分布有第二相定子磁極對、槽內嵌有第二相周向繞組330，在定子中心盤的左側的外環槽520/521圓周上均勻分布有第三相定子磁極對、槽內嵌有第三相周向繞組331。
轉子525包括轉子軸516和位於定子中心盤左側的左轉子盤及位於定子中心盤右側的右轉子盤：左轉子盤外端向右延伸有左轉子磁極，左轉子磁極在所述左轉子盤外端圓周上均勻分布；右轉子盤外端向左延伸有右轉子磁極，右轉子磁極在所述右轉子盤外端圓周上均勻分布；轉子軸516與定子524之間裝有軸承，如轉子軸516與定子中心盤之間的軸承517等。
所述的第一相定子磁極對、第三相定子磁極對共用位於第一相、第三相磁極之間的轉子的左轉子磁極，所述第二相定子磁極對使用所述的右轉子磁極；且所述第一相、第二相、第三相定子磁極對的數目、所示左轉子磁極數目、所述所述右轉子磁極數目相等。
當然對於一些特殊要求的電機，可以將轉子磁極或定子磁極對數目設計為不相等的其他倍數關係。亦可將內環槽518改為向右開口的側環槽形式構成三相複合環槽結構的電機。
根據前述周向繞組電機的定子磁極與轉子磁極的相位設置關係，不難理解的是：通過合理設置所述第一相定子磁極對、第二相定子磁極對、第三相定子磁極對和所述轉子上的左轉子磁極、右轉子磁極的相位關係，可以構成具有三個相位的開關磁阻電機，如將所述第一相定子磁極對設計為0°、將第二相定子磁極對設置為有+120°電角度相位差的分相位置、將第三相定子磁極對設置為有+240°電角度相位差的分相位置，而將對應的轉子磁極設計為相同的相位角，也就是僅採用定子時序及空間分相；即可構成三相周向繞組的複合環槽結構定子的開關磁阻電機，當然也可以採取滿足開關磁阻電機合理運行的其他分相方法。
如圖29所示，為具有2內環槽與2外環槽構成4相複合環槽結構定子的開關磁阻電機側向剖視圖簡圖；如圖，電機定子529上具有4個環槽，包括兩個內環槽530和531分居於定子中心盤的兩側的外側圓周上，且其槽口沿徑向朝向軸心；還包括兩個分居於定子中心盤的兩側的內側圓周上的兩個外環槽335和336，且其槽口沿徑向朝向軸心的反方向。
在內環槽530槽口圓周上均勻分布有第一相定子磁極對，槽內嵌設第一相周向繞組333，
在內環槽531槽口圓周上均勻分布有第二相定子磁極對，槽內嵌設第二相周向繞組334，
在外環槽532槽口圓周上均勻分布有第三相定子磁極對，槽內嵌設第三相周向繞組335，
在外環槽533槽口圓周上均勻分布有第四相定子磁極對，槽內嵌設第四相周向繞組336，
轉子528包括轉子軸和位於轉子軸中心左轉子盤及位於轉子軸中心右側的右轉子盤：其左轉子盤外端向右延伸有左轉子磁極，且左轉子磁極在所述左轉子盤外端圓周上均勻分布；其右轉子盤外端向左延伸有右轉子磁極，且右轉子磁極在所述右轉子盤外端圓周上均勻分布；且第一相、第二相、第三相、第四相定子磁極對的數目與左、右轉子磁極數目相同，當然對於一些特殊要求的電機，可以將轉子磁極或定子磁極對數目設計為不相等的其他倍數關係。所述第一相定子磁極對、第三相定子磁極對共用位於第一相、第三相磁極對之間的左轉子磁極，所述第二相、第四相定子磁極對共用位於第二相、第四相磁極對之間的右轉子磁極。
根據前述周向繞組電機的定子磁極與轉子磁極的相位設置關係，不難理解的是：通過合理設置所述第一相、第二相、第三相、第四相定子磁極對和所述轉子上的左轉子磁極、右轉子磁極的相位關係，可以構成具有四個相位的開關磁阻電機，如將所述第一相定子磁極對設置為0°位置、第二相定子磁極對設置為+90°電角度相位差的分相位置、第三相定子磁極對設置為+180°電角度相位差的分相位置、第四相定子磁極對設置為+270°電角度相位差的分相位置，而所對應的轉子磁極則為相同的相位角，也就是僅採用定子時序分相和空間分相；當然還可以採取定子磁極對和轉子磁極均進行相對相位角滿足開關磁阻電機合理運行的其他分相方法，本圖所示電機具有結構簡單、功率密度大、效率高等優點。
另外，根據設計需要，可以將一定數目的定子磁芯軸向串聯，每個磁芯圓周上分布有定子磁極，相鄰磁芯之間留有周向的槽，槽內嵌放周向繞組，這樣整個定子磁芯具有多個周向繞組，可以將轉子磁極設置為伸入相鄰定子磁芯的磁極之間的形式，利用定子磁極與轉子磁極之間的軸向磁場使電機運行；或可以將轉子磁極置為不伸入相鄰定子磁芯的磁極之間，而是旋轉於定子磁極端部以外的形式，利用定子磁極與轉子磁極之間的徑向磁場來使電機運行；多個定子磁芯及轉子磁芯亦可以採用分組分相、間隔分相以及不同周向繞組串聯、並聯、不同的勵磁電流方向等的多種組合等方式構成多種形式的周向繞組的開關磁阻電機，即可以利用定子磁芯的磁極對、也可以利用定子磁芯的每一個單磁極和轉子磁極之間的磁拉力來使電機運行，對於以下的周向繞組的永磁、激磁等類型的電機也同樣地可採取上述方法。
第二方面，本發明實施方式還提供了一種周向繞組的功率電機，包括定子、轉子、所述定子和轉子的支撐元件以及電子控制系統，其定子、轉子、所述支撐元件以及電子控制系統組成永磁電機，
其轉子包括由永磁材料製成的轉子磁極，
定子包括定子磁芯和定子繞組，定子磁芯為與電機同軸心的沿圓周方向(即周向)開槽的磁芯，
①當所述定子為外定子時，所述定子磁芯所開槽的槽口朝向所述定子圓周內側，形成內環槽結構的磁芯；
②當所述定子為內定子時，所述定子磁芯所開槽的槽口朝向所述定子圓周外側，形成外環槽結構的磁芯；
③當所述定子為側定子時，所述定子磁芯所開槽的槽口朝向轉子一側，形成側環槽結構的磁芯；
④當所述定子為所述①②③三者中至少兩者的複合結構時，所述定子磁芯所開槽於所述定子圓周的相應側，並相應形成內環槽、外環槽和側環槽三者中至少兩者的複合結構。
當然，也可以通過在定子上設計出折彎的導磁部將不同方向的槽口兩側的磁場引導至轉子磁極，這樣使得定子的環型槽的開口方向與不同位置的轉子磁極得以多種多樣的靈活配置，便於滿足不同的電機設計需求。
需要說明的是，對於外定子式定子磁芯，其朝向轉子的內圓開有圓周方向的槽，而其背向轉子的一側(即所述定子的外側)可以是圓型或多邊形或其它形狀。
槽的走向是與轉子的軸向及徑向分別垂直的圓周方向，圓周槽的槽口可以朝向轉子側，也可以朝向非轉子側再通過磁極或槽口兩側圓周或圓周的垂向延伸部分的磁極引導磁場到轉子磁極，且定子磁極與轉子磁極之間留有氣隙，定子磁極或轉子磁極可以是凸極式磁極。
槽用於放置定子繞組，定子繞組可以為單線繞制或多線並繞的圓型線圈結構的周向繞組，圓型線圈結構的周向繞組是指僅有單把線圈繞製成的繞組，其方向為圓周方向，可以採用雙線或多跟導線並繞的方式進行繞制，這樣有便於提高槽滿率或改善線圈的特性，這樣的圓周型線圈即為「周向繞組」，該周向繞組作為定子繞組的用途是，在周向繞組通電時使定子磁芯被磁化，槽的槽口兩側圓周被磁化為異名磁極並通過磁極引導磁場或通過圓周的垂向延伸部分和磁極引導磁場，使定子磁場在轉子磁極上產生電磁力矩驅動電機的轉子旋轉，此為電動機工作模式。
這樣的周向繞組或可以用於在轉子旋轉時通過磁場的變化使定子繞組產生感應電動勢，此為發電機工作模式。
實施例11
本實施例所述用於說明：周向繞組的永磁式功率電機。
如圖30所示，為周向繞組永磁電機的單相定子和單相轉子結構示意圖；圖中，左圖為定子磁芯示意圖，其結構與前述的開關磁阻電機的單相外定子基本一致，定子圓周中間位置內具有內環槽結構，虛線537和虛線538為該環槽底部的兩個邊線在定子磁芯圓周外壁上的投影線，內環槽用於嵌放周向繞組，周向繞組的兩側的定子圓周上均勻分布定子磁極如535，相鄰定子磁極之間為磁極距如536，槽口圓周兩側定子磁極數目相等且一一對齊構成磁極對；一般周向繞組所在的內環槽底部直徑大於磁極距底部的直徑，周向繞組的內徑不小於定子磁極內緣所在圓周的直徑，故周向繞組導體包圍在磁極距底部的環槽之內，可以使磁場轉化率得以提高，從而提高電機效率，當周向繞組通電時，其一側的定子磁極呈現S磁性，另一側呈現N磁性，當周向繞組電流方向反向時，其兩側的磁極磁性對調。
右圖為轉子結構示意圖，轉子中間窄帶區域539可以為無磁性區或弱磁性區，以利每個凸極在轉子軸向上顯化為磁性相異的兩個磁極，539區域一側的轉子圓周均勻分布有外表為N級的永磁磁極，如541，另一側的轉子圓周均勻分布有外表為S級的永磁磁極，如542，轉子圓周上N極永磁磁極數目與S極永磁磁極數目相同且一一軸向正對，正對的兩個永磁磁極構成1永磁磁極對，且永磁磁極對的數目與定子磁極對的數目相等，如圖所示的示例：轉子左側的磁極均為N極而右側的磁極均為S極，相鄰磁極之間為磁極距如540，轉子軸為534。
轉子與定子同軸心裝配，這樣，在所述定子內環槽之中的周向繞組通電時，當定子磁極對與轉子磁極對中時，定、轉子磁極之間形成徑向磁力；當在非對中位置時，根據周向繞組電流方向不同，定、轉子磁極產生磁拉力或磁推力，磁拉力或磁推力在旋轉圓周方向的切向分量將驅動轉子向對中方向旋轉；當外力驅動轉子旋轉時，轉子的永磁磁極的磁場將會在定子磁極對上產生磁通交替變化，使周向繞組的左側與右側交替呈現不同極性的磁場變化；可以通過電子控制系統檢測轉子相對位置對定子周向繞組電流進行相位控制，使電機運轉。
如作為發電機，以如圖的轉子磁性為例：其磁路路徑為：轉子左側磁極N極→定子磁極對的左側定子磁極→內環槽外壁磁性材料→定子磁極對的右側定子磁極→轉子右側磁極S極→(可以通過轉子內部的磁芯到達)轉子左側磁極N極，該磁路的磁通在轉子磁極與定子磁極「對中」時為最大值、在轉子磁極與定子磁極距「對中」時為最小值，隨著轉子的旋轉，定子與轉子之間磁路的磁通在最大值與最小值之間交替變化，且在周向繞組的環型導體任意一處的磁通方向始終是：磁通垂直於周向繞組導體，根據電磁感應定律E＝nBLVsinθ(θ恆為90°)使在周向繞組上產生效率最大化的感應電動勢，這是相對於有端部繞組的傳統繞組的重要區別。傳統繞組的端部的外側並無磁芯，且端部導體角度規則性差、磁場分布較為複雜、不能保證磁力線處處與端部導體垂直，使端部外側的磁場很大程度上被浪費，還有可能產生有害的渦流損耗及電磁幹擾。
因而無論是作為功率電動機還是作為功率發電機，繞組端部使功率電機損耗加大，而本發明技術方案的周向繞組從根本上克服了傳統繞組端部帶來的弊端，同時，由於周向繞組為簡單的圓形結構，其繞制工藝相對於傳統的具有端部的同心繞組或鏈式繞組乃至具有端部的單把繞組來說，都是較大地簡化了繞線工藝與生產耗時，同時節省掉端部耗材，周向繞組的圓型部分都被圍在周向的環槽當中，比對傳統具有端部的繞組僅僅直導體部分被包圍在軸向直槽中的嵌線方式來說，本發明技術方案也是提高了磁場利用率，從而對周向繞組電動機來說是提高了電磁力矩，對周向繞組發電機來說提高了感應電動勢及感生電流，這樣，周向繞組提高了電機的能量轉化效率，對於節能減排的電機技術上又是一個創造性突破。
電子控制系統用於檢測轉子磁極與定子磁極相對位置和完成周向繞組的電路控制過程，可以實現將電能轉化為轉子輸出的機械能或者將機械能轉化為電能通過周向繞組輸出。該永磁電機具有結構簡單、效率高、極數設計與周向繞組互不幹擾、功率密度大、縮短生產工藝流程、耗材少、成本低等優點。
實施例12
本實施例所述用於說明：定子磁極時序分相/轉子磁極空間分相的三相周向繞組的永磁電機。根據前述多相電機的內容，可以理解的是，相應地，可以將多個單相結構的定子、轉子組合起來，對多個單相轉子組成的多相轉子在旋轉方向上進行角度分相組成多相周向繞組的永磁電機。以三相周向繞組的永磁電機為例，按照電機的分相設計，如其中第一相轉子永磁磁極與定子磁極接近對中時，其他相的轉子永磁磁極與定子磁極相差「相間電角度」處於未對中的位置，此時可以給第一相的定子周向繞組斷電再給其他相位的「目的相」如第二相定子的周向繞組通以正向電流時，所述第二相的定子磁極與轉子永磁磁極將產生較大磁拉力使其趨於對中而旋轉，當然，可以在所述第二相的周向繞組通正向電流時可以給第一相繞組通以反向電流，則第一相定子磁極產生與對應轉子永磁磁極中間為同極性的推斥磁場，即：第二相定、轉子極間為「磁拉力」時第一相定、轉子極間為「磁推力」，且其「磁推力」與前述的「磁拉力」正向疊加；在其後則是第三相定轉子極間的「磁拉力」與第二相定轉子極間為「磁推力」正向疊加；又其後是第一相極間的「磁拉力」與第三相極間為「磁推力」正向疊加；如此周而復始地循環往復，這樣增大了轉子所受的電磁轉矩，從而以較大的磁通密度產生較大的動力功率輸出，以下結合圖31和圖32闡述這一過程。對於作為電動車輛驅動電機來說，還可以在電子控制系統控制下，合理優化控制上述定轉子極間的「磁拉力」和「磁推力」，優化控制動力模式以及電磁製動能量的回收，此時電機作為電動-發電一體機。
如圖31所示，為三相外定子式-定子磁極同角度/轉子磁極按角度分相的周向繞組永磁電機示意圖，其中，上圖為三相定子透視圖，下圖為三相轉子側視圖，需要說明的是圖31僅為描述該三相電機的定子或轉子分相位置的示意圖，並非是該種電機具有精確數據的的機械設計圖，因而圖中其各個磁極為示意性的位置並非其精確位置。
如圖中的上圖所示，三相定子包括三個部分，A相定子磁芯中間位置開有周向的內環槽，槽內嵌入周向繞組337，槽口兩側圓周均勻分布且一一正對的定子磁極X和Y，2個正對的定子磁極構成1磁極對，如544和546，同側相鄰磁極之間為磁極距如545；B相定子磁芯中間位置開有周向的內環槽，槽內嵌入周向繞組338，槽口兩側圓周具有均勻分布且一一正對的定子磁極X和Y，相正對的定子磁極構成1磁極對，同側相鄰磁極之間為磁極距；C相定子磁芯中間位置開有周向的內環槽，槽內嵌入周向繞組339，槽口兩側圓周具有均勻分布且一一正對的定子磁極X和Y，相正對的定子磁極構成1磁極對，同側相鄰磁極之間為磁極距。A、B、C三相的定子磁極在軸向上觀察的幾何角度相同彼此對齊，相鄰兩相定子磁芯之間設置有隔磁區547和548，在某些特定條件下可以取消隔磁區以縮短電機周線尺寸。圖中虛線框543表示位於定子軸心的轉子軸位置。
如圖中的下圖所示，549為轉子軸，轉子分三個相位的磁極區域，相位之間具有隔磁區553和555，隔磁區553左側為A相轉子磁極區域，其中部有與上述A相定子內環槽等寬的隔磁區或弱磁區552，552的左側轉子圓周上均勻分布有N極性轉子磁極如550，右側轉子圓周上均勻分布有S極性轉子磁極如551，每一側的磁極數均和A相定子磁極對數相等，且轉子磁極軸向一一正對構成轉子磁極對如550和551，同側相鄰極間為磁極距如557。
隔磁區553右側為B相轉子磁極區域，其中間具有與上述B相定子內環槽等寬的隔磁區或弱磁區554，隔磁區或弱磁區554的左側轉子圓周上均勻分布有N極性轉子磁極，右側轉子圓周上均勻分布有S極性轉子磁極，每一側的磁極數均和B相定子磁極對數相等，且轉子磁極一一軸向正對構成轉子磁極對，同側相鄰極間為磁極距。
隔磁區555右側為C相轉子磁極區域，其中間具有與上述C相定子內環槽等寬的隔磁區或弱磁區556，隔磁區或弱磁區556的左側轉子圓周上均勻分布有N極性轉子磁極，右側轉子圓周上均勻分布有S極性轉子磁極，每一側的磁極數均和C相定子磁極對數相等，且轉子磁極一一軸向正對構成轉子磁極對，同側相鄰極間為磁極距。
上述三相位的轉子磁極數目相等，如其中B相轉子磁極位於超前於A相轉子磁極+120°電角度位置，C相轉子磁極位於超前於A相轉子磁極+240°電角度位置，當其中某一相位周向繞組通電時，其兩側的磁極與同相位的轉子磁極磁性相反時(即：X為N極、Y為S極)使轉子磁極轉動趨於與定子磁極對中位置，此期間可以在其它適宜相位的周向繞組適宜角度範圍內通以適宜方向電流，使三相定轉子極間磁力疊加增強，如用於驅動時增加輸出功率，用於制動時增加感應電動勢及感生電流。三個相位的周向繞組按照預設角度位置與磁極磁力關係在電子控制系統控制下使電機構成三相周向繞組的永磁電機。本圖所示電機具有結構簡單、功率密度大、效率高等優點。另外，相對於上述圖示實施例的三相轉子永磁磁極的軸向排列為NSNSNS，也可以將不同相位的轉子永磁磁極按其他極性順序排列：如NSSNNS等，此時定子周向繞組控制軟體相應調整。
如圖32所示，為圖31所示電機的定子及轉子展開圖，上圖586為定子展開圖，下圖587為轉子展開圖，如圖所示的A相、B相、C相周向繞組346、347、348的兩側均勻分布有定子磁極對，如A相磁極對588、B相磁極對589、C相磁極對590，在每相定子相鄰磁極間分布有磁極距如A相磁極距591、B相磁極距593、A相磁極距595，在定子的相鄰相間具有「AB相間分隔592」和「BC相間分隔594」以避免或減少相間磁場幹擾。不同相位之間磁極數目相等且一一軸向對齊，如磁極對588、589、590對齊。因此定子磁極在幾何角度上不分相，只是對不同相位的周向繞組在通電時間上做以「時序分相」。
與上圖對應的下圖587示出了空間角度分相的轉子磁極展開圖，轉子上分布有三相永磁磁極，如A相永磁磁極對596、B相永磁磁極對597、C相永磁磁極對598，同相位的磁極對的極間有隔磁或弱磁區，不同相位之間有相間磁場分隔區以避免或減少相間磁場幹擾。
當所述轉子處於圖示位置時，如轉子A相永磁磁極對596相對於A相定子磁極對588處於「對中」位置：其磁極左沿對準圖示的0°電角度位置，轉子B相永磁磁極對597相對於B相定子磁極對589為+120°位置：其磁極左沿對準圖示的+120°電角度位置，轉子C相永磁磁極對598相對於C相定子磁極對590為+240°位置：其磁極左沿對準圖示的+240°電角度位置，因此可以使三相定子繞組在電子控制系統控制下按其相序進行電流控制，使三相轉子按照預定方向旋轉，通過控制佔空比及頻率、導通相位控制電機的轉速、轉矩及功率。當然，也可以作為周向繞組的發電機使用。
實施例13
本實施例所述用於說明：轉子磁極同角度/定子磁極按角度分相的周向繞組永磁電機。
如圖33所示，為三相外定子式-轉子磁極同角度/定子磁極按角度分相的周向繞組永磁電機的定子透視圖及轉子側視圖，上圖為定子透視圖，下圖為轉子側視圖。
如圖33中的上圖所示，該圖為說明電機工作的示意圖並非是精確數據的機械設計圖。圖中A相、B相、C相周向繞組343、344、345的兩側均勻分布有定子磁極對，不同相的定子磁極對的幾何空間角度不同使其相對相位角度不同，如設定A相的定子磁極處於0°位置，B相的定子磁極處於+120°位置，C相的定子磁極處於+240°位置；在每相定子相鄰磁極間為磁極距，在定子的相鄰相間具有相間分隔區579和580以避免或減少相間磁場幹擾。因此定子磁極是空間分相，不同相位的周向繞組在通電時間上做以「時序分相」；圖中340為周向繞組端子引線，端子340及其餘繞組端子可從定子磁芯鑽孔引出。虛線577示意電機轉子軸位置。
與上圖相對照的下圖587示出轉子永磁磁極同幾何角度的磁極側視圖，轉子軸為581，轉子上具有三個相位的永磁磁極分布，如582，同相位的正對磁極的極間有隔磁區或弱磁區，轉子上不同相位的磁極數目相等且一一軸向對齊，即：轉子磁極同幾何角度，不做空間分相只是不同相位永磁磁極分時受力；不同相位之間具有相間分隔區以避免或減少相間磁場幹擾。
轉子A相永磁磁極對相對於A相定子磁極對處於「對中」位置時，B相永磁磁極對相對於B相定子磁極對處於為+120°位置，C相永磁磁極對相對於C相定子磁極對處於+240°位置；因此可以使三相定子繞組在電子控制系統控制下按其相位時序進行通電電流控制，使三相轉子按照預定方向旋轉，通過控制佔空比及頻率、導通相位控制電機的轉速、轉矩及功率。當然，也可以作為周向繞組的發電機使用。
如圖34所示，為圖33所示三相電機的轉子及定子展開圖，上圖為轉子展開圖，下圖為定子展開圖。上圖中轉子558具有三相轉子永磁磁極對(如560、561、562)以及磁極距(如563、566、569)，相間也具有隔磁區565、568；圖34的下圖定子559具有三相定子磁極對(如571/572、573、574)，若以定子A相磁極為參考電角度0°時，B相磁極為+120°、C相磁極為+240°電角度；此為定子角度分相與時序分相，而轉子永磁磁極同角度僅是分時受力；定子還包括周向繞組340、341和342，相間也具有隔磁區575、576；其結構是將實施例12的轉子與定子的分相關係對換，其工作過程可參照上述原理，這裡不再贅述。
另外，不難理解的是，對於永磁電機，也可像開關磁阻電機，相應地組成內定子外轉子的周向繞組的電機，只是由永磁材料製成的轉子位於電機的外圓周上，而定子位於內圓周上；還可以進行組合及分相以構成多相的周向繞組的永磁電機，通過電子控制系統經過定子繞組電流的相位控制乃至方向控制來控制永磁電機的運轉，由於其附圖類似於上述開關磁阻電機，只是相應地把轉子磁極調換為永磁磁極，故這種永磁電機附圖未予示出。
實施例14
本實施例所述為用於說明：單相周向繞組的側定子式永磁功率電機。
如圖35所示，為側定子的周向繞組的永磁電機的單相定子及轉子的示意圖，該電機包括，與轉子軸599連接的轉子盤的外圓上均勻分布有轉子永磁磁極如607和608(圖示為外圓側S極、內圓側N極)，轉子與定子之間裝有軸承如600，定子包括定子磁芯601和周向繞組349，定子磁芯601圓周上開有側環槽，槽口602朝向轉子磁極方向，槽口內圓圓周603均勻分布有垂直於槽口的定子磁極如606、槽口外圓圓周604均勻分布有垂直於槽口的定子磁極如605、槽內壁有絕緣材料350用作周向繞組與槽壁之間的電氣絕緣，當周向繞組通以圖示方向的電流時，槽口外圓周的定子磁極如605為N極，606為S極，當轉子磁極與定子磁極為非對中位置時，定子磁極與轉子磁極間為磁拉力，該磁拉力力趨使轉子磁極與定子磁極對中，當定子周向繞組通以反向電流時，定子磁極與轉子永磁磁極之間為磁推力，因此在適宜的角度控制定子周向繞組的電流方向及電流通斷電時機(相當於勵磁電角度)即可控制轉子的動力輸出，這由電子控制系統控制完成。在轉子接受外力驅動而旋轉時，定子周向繞組將產生感應電動勢，因此亦可為發電機工作模式。該種實施方式的周向繞組永磁電機具有結構簡單、效率高、損耗小、工藝成本較為簡單、耗材較少、功率密度較高等優點，當然可將此種電機多相耦合構成多相位的周向繞組永磁電機。
第三方面，本發明實施方式還提供了一種周向繞組的功率電機，包括定子、轉子、所述定子和轉子的支撐元件以及電子控制系統組成激磁電機；
其轉子包括由軟磁材料製成的轉子磁極，轉子還包括轉子繞組，用於在轉子繞組的激磁電流作用下激活轉子磁極的磁場；
定子包括定子磁芯和定子繞組，定子磁芯為與電機同軸心的沿圓周方向(即周向)開槽的磁芯，
①當所述定子為外定子時，所述定子磁芯所開槽的槽口朝向所述定子圓周內側，形成內環槽結構的磁芯；
②當所述定子為內定子時，所述定子磁芯所開槽的槽口朝向所述定子圓周外側，形成外環槽結構的磁芯；
③當所述定子為側定子時，所述定子磁芯所開槽的槽口朝向轉子一側，形成側環槽結構的磁芯；
④當所述定子為所述①②③三者中至少兩者的複合結構時，所述定子磁芯所開槽於所述定子圓周的相應側，並相應形成內環槽、外環槽和側環槽三者中至少兩者的複合結構。
當然，也可以通過在定子上設計出折彎的導磁部將不同方向的槽口兩側的磁場引導至轉子磁極，這樣使得定子的環型槽的開口方向與不同位置的轉子磁極得以多種多樣的靈活配置，便於滿足不同的電機設計需求。
需要說明的是，對於外定子式定子磁芯，其朝向轉子的內圓開有圓周方向的槽，而其背向轉子的一側(即所述定子的外側)可以是圓型或多邊形或其它形狀。
槽的走向是與轉子的軸向及徑向分別垂直的圓周方向，圓周槽的槽口可以朝向轉子側，也可以朝向非轉子側再通過磁極或槽口兩側圓周或圓周的垂向延伸部分的磁極引導磁場到轉子磁極，且定子磁極與轉子磁極之間留有氣隙，定子磁極或轉子磁極可以是凸極式磁極。
槽用於放置定子繞組，定子繞組可以為單線繞制或多線並繞的圓型線圈結構的周向繞組，圓型線圈結構的周向繞組是指僅有單把線圈繞制而成的繞組，其繞制方向為圓周方向，可以採用雙線或多跟導線並繞的方式進行繞制，這樣有便於提高槽滿率或改善線圈的特性，這樣的圓周型線圈即為「周向繞組」。該周向繞組作為定子繞組的用途是，在周向繞組通電時使定子磁芯被磁化，槽的槽口兩側圓周被磁化為異名磁極並通過磁極引導磁場或通過圓周的垂向延伸部分和磁極引導定子磁芯的磁場，使定子磁場在轉子磁極上產生電磁力矩驅動電機的轉子旋轉，此為電動機工作模式；這樣的周向繞組或可以用於在轉子旋轉時通過磁場的變化使定子繞組產生感應電動勢，此為發電機工作模式。
實施例15
本實施例所述用於說明：外定子的單相周向繞組的激磁電機。
如圖36所示，為周向繞組激磁電機的單相定子及單相轉子的結構示意圖，其中左圖為單相定子的示意圖，右圖為單相轉子的示意圖。
圖中，左圖為定子磁芯609示意圖，其結構與前述的開關磁阻電機的單相定子基本一致，定子圓周中間位置的圓周內具有內環槽結構(圖示352的內部)，虛線612和虛線613為該環槽底部的兩個邊線在定子磁芯圓周外壁上的投影線，內環槽用於嵌放周向繞組，周向繞組的兩側的定子圓周上均勻分布定子磁極如611，相鄰定子磁極之間為磁極距如610，槽口圓周兩側定子磁極數目相等且一一對齊構成磁極對；一般周向繞組所在的內環槽底部直徑大於磁極距底部的直徑，周向繞組的內徑不小於定子磁極內緣所在圓周的直徑，故周向繞組導體包圍在磁極距底部的環槽之內，可以使磁場轉化率得以提高，從而提高電機效率，當周向繞組通電時，其一側的定子磁極呈現S磁性，另一側呈現N磁性。
右圖為轉子結構示意圖，轉子中間具有外環槽353用於嵌放轉子的周向繞組，槽的兩側均勻分布有軟磁材料製成的轉子磁極如615和618，磁極之間為磁極距如617，一般周向繞組的外徑不超出磁極距617底部616所在圓周的直徑；周向繞組兩側的磁極數目相等且一一軸向對齊構成轉子磁極對，當轉子的周向繞組通電時使轉子磁極在轉子軸向上顯化為磁性相異的兩個極性；使轉子614與定子609同軸心組裝成電機，這樣，在所述轉子外環槽之中的周向繞組通電時，通過定子磁極對與轉子磁極對之間的磁力作用驅動電機轉子軸614旋轉，或轉子軸614接收外界動力旋轉時通過轉子與定子之間磁場變化使周向繞組產生感應電動勢，該電機轉子磁場為激磁獲得，其餘工作原理與前述的永磁電機類似，這裡不再贅述。轉子的周向繞組可以採用有刷方式連接外部激磁電源或者採用無刷電磁感應式獲取外部激磁能量，如適宜要求下採用射頻耦合等技術手段。該永磁電機具有結構簡單、效率高、極數設計與周向繞組互不幹擾、功率密度大、縮短工藝流程、耗材少、成本低等優點。
根據前述多相電機的內容，可以理解的是，相應地，可以將多個單相結構的定子、轉子組合起來，對多相定子在旋轉方向上進行角度分相組成多相周向繞組的激磁電機。
實施例16
本實施例所述為用於說明：三相周向繞組的外定子式激磁電機。
如圖37所示，為三相外定子式-定子磁極同角度/轉子磁極按角度分相的激磁電機定子及轉子示意圖，其上圖為定子透視圖，下圖為轉子側視圖。在其上圖中，定子三相周向繞組353、354、355的端子分別為356、357、358，端子可以由定子磁芯鑽孔引出，周向繞組兩側為各相的定子磁極p及q，相對應的p與q一一對齊構成磁極對，如磁極620和621構成1磁極對，相間有隔磁區622和623，虛線619表示所述定子中心的相當於轉子軸的位置。
在其下圖中，轉子三相周向繞組359、360、361的端子分別為362、363、364，端子可以由碳刷與外界連接或者通過無線耦合勵磁，轉子周向繞組兩側為各相的轉子磁極，如在某個方向電流作用下，轉子磁極極性為如圖所示，相對應的N極與S極一一對齊且構成磁極對，如磁極625和626構成1磁極對，相間有隔磁區627和628，624表示轉子軸。
這樣，在所述定子內環槽之中的周向繞組通電時，在電機電子控制系統的控制下，通過定子磁極對與轉子磁極對之間的磁力驅動電機轉子軸624旋轉，或轉子軸624接收外界動力旋轉時通過轉子與定子之間磁場變化使周向繞組產生感應電動勢，該電機轉子磁場為激磁獲得，其餘工作原理與前述的永磁電機類似，這裡不再贅述。該永磁電機具有結構簡單、效率高、極數設計與周向繞組互不幹擾、功率密度大、縮短工藝流程、耗材少、成本低等優點。
如圖38所示，為圖37所示電機的展開圖，上圖為定子展開圖，下圖為轉子展開圖，在其上圖中，定子三相周向繞組365、366、367的兩側分別為定子的A相、B相、C相的定子磁極對，如A相磁極對629、B相磁極對630、C相磁極對631，每一相位的相鄰磁極之間具有磁極距相隔，如A相磁極距632、B相磁極距633、C相磁極距634；相間有隔磁區641和642，不同相位的定子磁極對數目相等且一一軸向對齊(即：同角度)，如磁極對629、630、631對齊，即：定子磁極在空間位置上不做分相而是在周向繞組的通電時間上做以「時序分相」。
在其下圖中，轉子三相周向繞組368、369、370的兩側分別為轉子的A相、B相、C相定子磁極對，如A相磁極對635、B相磁極對636、C相磁極對637，相間有隔磁區643和644，不同相位的定子磁極對數目相等且相鄰相位的定子磁極對相差120°電角度，如A相轉子磁極對635與A相定子磁極對629對齊時(即對中位置)，B相轉子磁極對636與B相定子磁極對630相差為+120°電角度，C相轉子磁極對637與C相定子磁極對631相差為+240°電角度，即：轉子磁極在空間位置上進行角度分相。其餘工作原理這裡不再贅述。
實施例17
本實施例用於說明：三相外定子式-轉子磁極同角度/定子磁極按角度分相的激磁電機。
如圖39所示，為三相外定子式-轉子磁極同角度/定子磁極按角度分相的激磁電機展開圖，上圖為轉子展開圖，下圖為定子展開圖。其上圖中，轉子三相周向繞組371、372、373的兩側分別為A相、B相、C相的轉子磁極對(如磁極對645、646、647)，在每一相周向繞組通電時，其兩側的轉子磁極極性相異，在每相的相鄰轉子磁極之間有磁極距相隔如648、649、650，不同相位的轉子磁極對數目相等且一一軸向對齊，如磁極對645、646、647對齊。轉子的三相周向繞組可以通過碳刷與外界做摩擦連接或者通過電磁輻射進行無線耦合勵磁。
如圖39的下圖所示，定子的三相周向繞組374、375、376的兩側分別為A相、B相、C相的定子磁極對，在每一相周向繞組的電流作用下，其兩側的定子磁極極性相異構成磁極對如磁極對653、654、655，在每相的相鄰定子磁極之間有磁極距相隔如656、657、658，相間具有磁場隔離區657/658。不同相位的定子磁極對數目相等且定子磁極對數與轉子磁極對數相等，相鄰相位的定子磁極對的相位差為120°電角度，如A相磁極對653與轉子磁極對645對齊時、B相磁極對654處於電角度+120°的位置、C相磁極對655處於電角度+240°的位置。
這樣，在定子內環槽之中的周向繞組通電時，在電機電子控制系統的控制下，通過三相定子磁極對與轉子磁極對之間的磁力作用驅動電機轉子旋轉，或轉子接收外界動力旋轉時通過轉子與定子之間磁場變化使周向繞組產生感應出三相電動勢，該電機轉子磁場為激磁獲得，其餘工作原理與前述的永磁電機類似，這裡不再贅述。該永磁電機同樣具有結構簡單、效率高、極數設計與周向繞組互不幹擾、功率密度大、縮短工藝流程、耗材少、成本低等優點。
不難理解的是，對於激磁電機，也可以像開關磁阻電機，相應地組成周向繞組的內定子電機，還可以進行組合及分相成為多相的周向繞組的激磁電機，通過電子控制系統控制定子周向繞組電流來控制激磁電機的運轉，與前述永磁電機比較，只是相應地把轉子永磁磁極改為轉子上周向繞組兩側的兩個磁極，故這種激磁電機附圖未予示出。
第四方面，本發明實施方式還提供了一種周向繞組的功率電機，包括定子、轉子及其支撐元件和電子控制系統組成永磁與激磁混合電機，其中，轉子和定子這二者之中至少之一在其磁迴路上設有永磁體，用於增強磁迴路磁場；
轉子包括具有軟磁材料製成的轉子磁極，轉子還包括轉子繞組，用於在轉子繞組通電時產生磁場或與永磁體磁場共同形成合成磁場；轉子繞組可以是普通的傳統式繞組，也可以是採用與定子同樣思路的「周向繞組」，這既可以簡化繞組結構、增強磁場、又可以提高效率以及具有與上述定子的周向繞組相似的技術特點。
定子包括定子磁芯和定子繞組，定子磁芯為與電機同軸心的沿圓周方向(即周向)開槽的磁芯，
①當所述定子為外定子時，所述定子磁芯所開槽的槽口朝向所述定子圓周內側，形成內環槽結構的磁芯；
②當所述定子為內定子時，所述定子磁芯所開槽的槽口朝向所述定子圓周外側，形成外環槽結構的磁芯；
③當所述定子為側定子時，所述定子磁芯所開槽的槽口朝向轉子一側，形成側環槽結構的磁芯；
④當所述定子為所述①②③三者中至少兩者的複合結構時，所述定子磁芯所開槽於所述定子圓周的相應側，並相應形成內環槽、外環槽和側環槽三者中至少兩者的複合結構。
當然，也可以通過在定子上設計出折彎的導磁部將不同方向的槽口兩側的磁場引導至轉子磁極，這樣使得定子的環型槽的開口方向與不同位置的轉子磁極得以多種多樣的靈活配置，便於滿足不同的電機設計需求。
需要說明的是，對於外定子式定子磁芯，其朝向轉子的內圓開有圓周方向的槽，而其背向轉子的一側(即所述定子的外側)可以是圓型或多邊形或其它形狀。
槽的走向是與轉子的軸向及徑向分別垂直的圓周方向，圓周槽的槽口可以朝向轉子側，也可以朝向非轉子側再通過磁極或槽口兩側圓周或圓周的垂向延伸部分的磁極引導磁場到轉子磁極，且定子磁極與轉子磁極之間留有氣隙，定子磁極或轉子磁極可以是凸極式磁極。
槽內放置定子繞組，定子繞組可以為單線繞制或多線並繞的圓型線圈結構的周向繞組，圓型線圈結構的周向繞組為僅有單把線圈繞製成的繞組，繞制方向為圓周方向，可以採用雙線或多線並繞的方式，這樣有便於提高槽滿率或改善線圈的特性，這樣的圓周型線圈即為「周向繞組」，該周向繞組作為定子繞組的用途是，在周向繞組通電時使定子磁芯被磁化，槽的槽口兩側圓周被磁化為異名磁極並通過磁極引導磁場，使定子磁場或與永磁體的合成磁場在轉子磁極上產生電磁力矩驅動電機的轉子旋轉，此為電動機工作模式；在轉子旋轉時通過磁場的變化使定子繞組產生感應電動勢，此為發電機工作模式。
實施例18
本實施例所述用於說明：單相周向繞組的永磁與激磁混合電機。
如圖40所示，為單相周向繞組的永磁與激磁混合電機的定子661和轉子666的結構示意圖，所示的定子661與前述外定子式周向繞組電機的單相定子基本一致。圖中，左圖的定子磁芯661的圓周中間位置的圓周內具有內環槽結構377，虛線664和虛線665為該環槽底部的兩個邊線在定子磁芯圓周外壁上的投影線，內環槽用於嵌放周向繞組，周向繞組的兩側的定子圓周上均勻分布定子磁極如663，相鄰定子磁極之間為磁極距如662，槽口圓周兩側定子磁極數目相等且一一對齊構成磁極對；一般周向繞組所在的內環槽底部直徑大於磁極距底部的直徑，周向繞組的內徑不小於定子磁極內緣所在圓周的直徑，故周向繞組導體包圍在磁極距底部的環槽之內，可以使磁場轉化率得以提高，從而提高電機效率，當周向繞組通電時，其一側的定子磁極呈現S磁性，另一側呈現N磁性。
右圖為轉子結構示意圖，轉子666中間具有外環槽378用於嵌放轉子的周向繞組及附加的轉子永磁體(參見後圖41)，外環槽378的左圓周邊線為虛線669，外環槽的右圓周邊線為虛線670；槽的兩側均勻分布有軟磁材料製成的轉子磁極如668，相鄰磁極之間為磁極距，一般周向繞組的外徑不超出磁極距底部的直徑；周向繞組兩側的磁極數目相等且一一軸向對齊構成轉子磁極對，當轉子的周向繞組通電時使轉子磁極在轉子軸向上顯化為磁性相異的兩個極性，這樣，在所述定子內環槽之中的周向繞組通電時，通過定子磁極對與轉子磁極對之間的磁力作用驅動電機轉子軸667旋轉，或轉子軸667接收外界動力旋轉時通過轉子與定子之間磁場變化使周向繞組產生感應電動勢，該電機轉子磁場為激磁和永磁合成獲得，其餘工作原理與前述的永磁電機類似，這裡不再贅述。轉子的周向繞組可以採用有刷方式連接激磁電源或採用無刷電磁感應式獲取外部激磁能量。該電機具有結構簡單、效率高、極數設計與周向繞組互不幹擾、功率密度大、耗材少、成本低等優點。
根據前述多相電機的內容，可以理解的是，相應地，可以將多個單相結構的定子、轉子組合起來，對多相定子在旋轉方向上進行角度分相組成多相周向繞組的激磁電機。
如圖41所示，為周向繞組和附加磁極的結構示意圖，左圖示出了周向繞組和附加磁極的位置關係，右圖為轉子的周向繞組379的軸向結構示意圖，在左圖中的圓周虛線674至675為周向繞組379的寬度範圍，圓周虛線673至674為左側附加環型永磁體671的寬度範圍，圓周虛線675至676為右側附加環型永磁體672的寬度範圍，且圓周虛線673至676之間總的厚度範圍不超過轉子磁芯666的圓周虛線669至670的厚度範圍，確保周向繞組及其兩側的附加環型永磁體適合於外環槽378內。附加永磁體的磁場與轉子軟磁磁極的磁場為同向疊加，使轉子磁極磁場得以增強。右圖還示意了周向繞組結構，其中周向繞組379為絕緣電磁線繞制的若干匝單把線圈，也可以同前述各種電機的周向繞組一樣採用多線並繞方式，繞組可以繞制於絕緣支架內，該絕緣支架包括繞組內絕緣層382、繞組外絕緣層381以及繞組外防護層380，單把線圈的兩端子383引出後可以通過碳刷與外界連接或者採用電磁感應耦合獲得轉子激磁電源。該轉子周向繞組的結構與前述各種類型定子周向繞組結構基本一致。
如圖42所示，為單相周向繞組的永磁與激磁混合電機的轉子結構示意圖，這是對附加永磁磁極轉子的另一種附加方式：其轉子磁芯主體結構與前述外定子式周向繞組激磁電機的轉子結構基本相同，所不同的是在這轉子軟磁磁極(如677)外側附加有永磁材料製成的永磁磁極(如678和679)，附加永磁磁極的磁場為徑向磁場，圖示的383為轉子的周向繞組。
實際設計應用中，可根據技術要求靈活設計，如在定子磁芯、轉子磁芯上附加軸向或徑向磁場的附加磁極用以增強磁場強度，從而增加磁通密度、增大電機轉矩、提高功率和效率。
根據前述多相電機的內容，可以理解的是，相應的，可以將多個單相結構的定子、轉子組合起來，對多相定子在旋轉方向上進行角度分相組成多相周向繞組的永磁與激磁混合電機，或對多相轉子在旋轉方向上進行角度分相組成多相周向繞組的激磁電機，附圖未予示出。
不難理解的是，對於永磁與激磁混合電機來說，也可以像開關磁阻電機，相應地組成內定子外轉子的周向繞組的電機，只是轉子位於電機的外圓周上，而定子位於電機的內圓周上，電機的外圓部分即轉子旋轉，還可以進行組合及分相成為多相的周向繞組的永磁與激磁混合電機，通過電子控制系統經過定子繞組電流的相位控制乃至方向控制來控制永磁與激磁混合電機的運轉，由於其附圖類似於上述開關磁阻電機，只是相應地把轉子磁極分割為轉子上周向繞組兩側的兩個磁極，其工作過程基本一致，這裡不再贅述，附圖未予示出。
對於上述四個方面的軸向分相周向繞組的電機，不僅可以設計為電動機或者發電機模式運行，而且還可以設計為將多個單相結構的定子、轉子組合起來，對多個單相轉子組成的多相轉子、或對多個單相定子組成的多相定子在旋轉方向上進行角度分相組成多相周向繞組的電機。還可將多相定子及轉子的每一相設計成為單相分體式結構，在轉配時可根據需要，選擇不同相數進行組合，構成2相、3相、4相等多相電機，因為各相定子之間、各相轉子之間磁芯可以相互獨立、各相周向繞組相互獨立，這為生產帶來便利，可以自由組合，便於根據需要配合相應的電子控制單元調整電機的相數與功率，使其應用範圍更為廣泛，應用前景較好。而傳統軸向槽嵌線的電機確定設計方案後其相數便固定，無法調整。
第五方面，本發明實施方式還提供了一種新能源電動車輛，其包括如前所述任一種周向繞組的功率電機，用於驅動所述車輛行駛。
實施例19
如圖43所示，所述新能源電動車輛700包括：底盤、動力總成、車身及電器系統。動力總成701包括如前所述的任一種周向繞組的功率電機，依據電動汽車對驅動電機的技術要求，特別是功率、效率和應用可靠性方面的要求，本發明技術方案所提供的周向繞組的功率電機的技術性能滿足電動車輛的需求條件，符合汽車在運轉平順性、低速大轉矩、急變速、高速、較大的轉速變化範圍、耐衝擊能力、溫升、功率、效率以及可靠性等方面技術需求，解決了亟需解決的技術難關，加速了節能環保的新型交通工具-電動汽車方面技術前進步伐，進一步推動了交通運輸業的發展，降低汙染優化環境，使現代文明生活更加美好。
本發明的周向繞組的功率電機還可用於其他領域，如周向繞組的汽車發電機、周向繞組的工業發電機、渦輪發電機(組)、周向繞組的風力發電機；油田抽油功率電機以及航天科技、船舶、採礦、航海、醫療電器、家電電器、辦公設備等領域應用；特別是周向繞組的開關磁阻電機，其應用範圍較廣、應用前景十分樂觀。
以上實施方式僅用於說明本發明技術方案，本領域技術人員根據本發明技術方案發明思路得到的其他實施方式及等同代換或組合所得到的其他實施例均落入本發明權利保護範圍。