本發明涉及電機制造技術領域，尤其涉及一種電機。

背景技術：

隨著科技的發展，電機的調速功能逐漸得到更多的重視。通常情況下，由于受到電網或者驅動系統母線電壓的限制，電機在兼顧轉矩特性的情況下調整工作轉速，往往需要進行特殊的控制或結構設計。目前比較常用的方法是采用弱磁控制，但這種方法對電機的參數有著一定的限制，無法兼顧低速大轉矩和高速低轉矩的運行。

相關技術中，部分電機采用變極感應調速，例如變極感應電機，在固定的電網頻率下，通過改變定子繞組的連接方式，達到轉子鼠籠中感應出的轉子極數變化從而調整電機轉速。但是，上述的調速方式不適用于同步電機，并且需要改變定子繞組的連接方式，適用范圍較小，結構較為復雜。另外，還有部分電機通過采用AlNiCo等低矯頑力永磁體構成記憶電機，進而通過繞組對轉子永磁體的充磁方向度進行在線調整，以達到同步電機變極的目的，然而，這種調速方式采用的低矯頑力永磁體磁能級較低，造成了電機整體功率密度遠低于傳統永磁同步電機，從而使得電機的實際應用范圍受到較多限制。

技術實現要素：

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的上述技術問題之一。為此，本發明提出一種電機，該電機的結構緊湊、占用空間小、工作范圍廣，可以在不改變電機繞組連接的情況下實現轉子極數和運行頻率的受控調整，具有高轉矩、高功率密度等優點。

根據本發明實施例的電機，包括勵磁定子、凸極轉子部和勵磁轉子部，所述勵磁定子、所述凸極轉子部和所述勵磁轉子部中的任意兩個均可相對旋轉；切換機構，所述切換機構通過可選地固定所述勵磁定子、所述凸極轉子部和所述勵磁轉子部中的兩個的相對位置以選取所述凸極轉子部和所述勵磁轉子部中的至少一個充當可相對所述勵磁定子旋轉的轉子；電機軸，所述電機軸由所述轉子驅動旋轉。

根據本發明實施例的電機，通過將勵磁定子、凸極轉子部和勵磁轉子部設置為任意兩個均可相對旋轉，并且利用切換機構可選地固定其中兩個，從而使得凸極轉子部和勵磁轉子部中至少一個形成為可以相對與勵磁定子轉動的轉子，進而在不改變電機繞組連接的情況下，實現轉子極數和電機運行頻率的控制調節，從而實現電機的最佳效率區間在低速大轉矩區間和高速低轉矩區間之間的切換，有效地提高電機的轉矩密度和高功率密度，增大電機的應用范圍。該電機的結構緊湊，占用空間小、工作范圍廣，可以在不改變電機繞組連接的情況下實現轉子極數和運行頻率的受控調整，具有高轉矩、高功率密度等優點。

另外，根據本發明實施例的電機還可以具有如下附加的技術特征：

根據本發明的一個實施例，所述勵磁定子、所述凸極轉子部和所述勵磁轉子部沿所述電機的徑向由外至內依次間隔設置。

根據本發明的一個實施例，所述切換機構在第一狀態和第二狀態之間可切換，所述電機軸與所述凸極轉子部和所述勵磁轉子部中的一個傳動連接，所述切換機構處于所述第一狀態時固定所述勵磁定子與所述凸極轉子部和所述勵磁轉子部中的另一個的相對位置，所述切換機構處于所述第二狀態時固定所述電機軸與所述凸極轉子部和所述勵磁轉子部中的所述另一個的相對位置。

根據本發明的一個實施例，所述切換機構包括：勵磁定子固定環，所述勵磁定子固定環與所述勵磁定子的相對位置固定；凸極轉子固定環，所述凸極轉子固定環與所述凸極轉子部的相對位置固定；勵磁轉子固定環，所述勵磁轉子固定環與所述勵磁轉子部的相對位置固定，所述電機軸與所述凸極轉子固定環和所述勵磁轉子固定環中的一個傳動連接；驅動部和滑動環，所述滑動環由所述驅動部驅動滑動，所述切換機構處于所述第一狀態時，所述滑動環在所述驅動部的驅動下分別與所述勵磁定子固定環以及所述凸極轉子固定環和所述勵磁轉子固定環中的另一個配合，所述切換機構處于所述第二狀態時，所述滑動環在所述驅動部的驅動下分別與所述凸極轉子固定環和所述勵磁轉子固定環配合。

根據本發明的一個實施例，所述驅動部為通過電磁感應驅動所述滑動環滑動的控制線圈。

根據本發明的一個實施例，所述滑動環、所述勵磁定子固定環、所述凸極轉子固定環和所述勵磁轉子固定環上分別設有卡齒，所述切換機構處于所述第一狀態時，所述滑動環上的卡齒分別與所述勵磁定子固定環上的卡齒以及所述凸極轉子固定環和所述勵磁轉子固定環中的所述另一個上的卡齒嚙合，所述切換機構處于所述第二狀態時，所述滑動環上的卡齒分別與所述凸極轉子固定環上的卡齒和所述勵磁轉子固定環上的卡齒嚙合。

根據本發明的一個實施例，所述電機還包括定子機殼，所述勵磁定子、所述凸極轉子部和所述勵磁轉子部均設在所述定子機殼內，所述勵磁定子與所述定子機殼傳動連接；端蓋，所述凸極轉子部和所述電機軸分別與所述端蓋傳動連接，所述勵磁定子固定環與所述定子機殼傳動連接，所述凸極轉子固定環與所述電機軸傳動連接，所述勵磁轉子固定環與所述勵磁轉子部傳動連接。

根據本發明的一個實施例，所述切換機構設在所述勵磁轉子部內。

根據本發明的一個實施例，所述定子機殼與所述電機軸之間、所述端蓋與所述勵磁轉子部之間以及所述勵磁轉子部與所述定子機殼之間分別通過軸承配合。

根據本發明的一個實施例，所述電機還包括定子機殼，所述勵磁定子、所述凸極轉子部和所述勵磁轉子部均設在所述定子機殼內，所述勵磁定子與所述定子機殼傳動連接；端蓋，所述凸極轉子部與所述端蓋傳動連接，所述電機軸與所述勵磁轉子部傳動連接，所述勵磁定子固定環與所述定子機殼傳動連接，所述凸極轉子固定環與所述凸極轉子部傳動連接，所述勵磁轉子固定環與所述電機軸傳動連接。

根據本發明的一個實施例，所述切換機構設在所述勵磁轉子部外且臨近所述勵磁轉子部的一端。

根據本發明的一個實施例，所述定子機殼與所述電機軸之間以及所述端蓋與所述電機軸之間分別通過軸承配合。

根據本發明的一個實施例，所述勵磁定子包括：定子導磁鐵芯和定子繞組，所述定子繞組繞制在所述定子導磁鐵芯上。

根據本發明的一個實施例，所述勵磁轉子部包括：轉子導磁鐵芯和永磁體，所述永磁體設在所述轉子導磁鐵芯上。

根據本發明的一個實施例，所述凸極轉子部包括：多個導磁鐵芯和多個非導磁間隔塊，多個所述導磁鐵芯和多個所述非導磁間隔塊沿所述電機的周向交替排列。

根據本發明的一個實施例，所述勵磁定子由交流電流驅動且產生的旋轉磁場的極對數為p_s，所述勵磁轉子部產生的勵磁磁場的極對數為p_f，所述導磁鐵芯的數量為p_r，其中，p_r＝|p_s±p_f|。

附圖說明

圖1是根據本發明一個實施例的電機的局部結構示意圖；

圖2是根據本發明一個實施例的電機的切換機構處于第一狀態時的剖視圖；

圖3是根據本發明一個實施例的電機的切換機構處于第二狀態時的剖視圖；

圖4是根據本發明一個實施例的電機在不同狀態下的反電動勢比較圖；

圖5是根據本發明另一個實施例的電機的局部結構示意圖；

圖6是根據本發明另一個實施例的電機的切換機構處于第一狀態時的剖視圖；

圖7是根據本發明另一個實施例的電機的切換機構處于第二狀態時的剖視圖；

圖8是根據本發明另一個實施例的勵磁轉子部的極對數為4的電機的局部結構示意圖；

圖9是根據本發明另一個實施例的勵磁轉子部的極對數為4的電機的局部結構示意圖；

圖10是根據本發明另一個實施例的勵磁轉子部的極對數為4的電機的局部結構示意圖。

附圖標記：

1000：電機；

100：勵磁定子；

101：定子導磁鐵芯；

102：定子繞組；

103：定子機殼；

200：凸極轉子部；

201：導磁鐵芯；

202：非導磁間隔塊；

203：端蓋；

300：勵磁轉子部；

301：轉子導磁鐵芯；

302：永磁體；

401：電機軸；

402(403、404)：軸承；

500：切換機構；

501：驅動部；

503：滑動環；

505：勵磁定子固定環；

507：勵磁轉子固定環；

509：凸極轉子固定環。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

下面結合附圖1至圖10具體描述根據本發明實施例的電機1000。

根據本發明實施例的電機1000包括勵磁定子100、凸極轉子部200、勵磁轉子部300、切換機構500和電機軸401。具體而言，勵磁定子100、凸極轉子部200和勵磁轉子部300中的任意兩個均可相對旋轉，切換機構500通過可選地固定勵磁定子100、凸極轉子部200和勵磁轉子部300中的兩個的相對位置以選取凸極轉子部200和勵磁轉子部300中的至少一個充當可相對勵磁定子100旋轉的轉子，電機軸401由轉子驅動旋轉。

換言之，電機1000主要由勵磁定子100、凸極轉子部200、勵磁轉子部300、切換機構500和電機軸401組成。勵磁定子100、凸極轉子部200和勵磁轉子部300大致形成為圓筒形結構，且沿軸向方向(如圖2所示上下方向)同軸設置，并且勵磁定子100、凸極轉子部200、勵磁轉子部300三者之間任意兩個都可以相對旋轉，也就是說，凸極轉子部200可以相對于勵磁定子100或勵磁轉子部300做旋轉運動，同時，勵磁轉子部300也可以相對于凸極轉子部200或勵磁定子100做旋轉運動。

進一步地，切換機構500可以固定勵磁定子100與勵磁轉子部300(如圖2所示)之間的相對位置，也可以固定勵磁轉子部300與凸極轉子部200(如圖3和圖7所示)之間的相對位置，或者固定勵磁定子100與凸極轉子部200(如圖6所示)之間的相對位置，從而使得凸極轉子部200、凸極轉子部200和勵磁轉子部300或者勵磁轉子部300可以分別相對于勵磁定子100旋轉，形成為可相對勵磁定子100旋轉并且驅動電機軸401的轉子，電機1000在三同狀態下的轉子可以驅動電機軸401旋轉，進而在不改變電機1000繞組連接的情況下，實現電機1000的變極變壓運行，即實現對轉子極數和電機1000運行頻率的控制調節。

由此，當電機1000工作在低速大轉矩區時，采用等效極對數較高的運行狀態，輸出轉矩大，當電機1000工作在高速運行區間時，采用等效極對數較小的運行狀態，在無需進行弱磁控制的狀態下自然滿足高速工作需求，且因為工作頻率降低，效率大幅提升，從而有效地提高電機1000的轉矩密度和高功率密度，增大電機1000的應用范圍。

根據本發明實施例的電機1000，通過將勵磁定子100、凸極轉子部200和勵磁轉子部300設置為任意兩個均可相對旋轉，并且利用切換機構500可選地固定其中兩個，從而使得凸極轉子部200和勵磁轉子部300中至少一個形成為可以相對與勵磁定子100轉動的轉子，進而在不改變電機1000繞組連接的情況下，實現轉子極數和電機1000運行頻率的控制調節，從而實現電機1000的最佳效率區間在低速大轉矩區間和高速低轉矩區間之間的切換，有效地提高電機1000的轉矩密度和高功率密度，增大電機1000的應用范圍。該電機1000的結構緊湊，占用空間小、工作范圍廣，可以在不改變電機1000繞組連接的情況下實現轉子極數和運行頻率的受控調整，具有高轉矩、高功率密度等優點。

可選地，勵磁定子100、凸極轉子部200和勵磁轉子部300沿電機1000的徑向由外至內依次間隔設置。

具體地，如圖1和圖2所示，勵磁定子100、凸極轉子部200和勵磁轉子部300的截面大致形成為圓環形，并且勵磁定子100、凸極轉子部200和勵磁轉子部300沿電機1000的徑向方向由外向內依次間隔開設置。

也就是說，勵磁定子100、凸極轉子部200和勵磁轉子部300分別形成同軸布置的三層圓環形結構，且凸極轉子部200位于勵磁定子100的內側并位于勵磁轉子部300的外側，三者之間間隔開設置，從而避免任意兩者之間相對旋轉時產生干涉，進而影響電機1000的正常工作。

其中，切換機構500可以固定勵磁定子100與勵磁轉子部300(如圖2所示)之間的相對位置，從而使得凸極轉子部200相對于勵磁定子100與勵磁轉子部300旋轉，形成為可相對勵磁定子100旋轉并且驅動電機軸401的轉子；切換機構500也可以固定勵磁轉子部300與凸極轉子部200(如圖3和圖7所示)之間的相對位置，從而使得凸極轉子部200和勵磁轉子部300相對于勵磁定子100旋轉，形成為可相對勵磁定子100旋轉并且驅動電機軸401的轉子；或者切換機構500可以固定勵磁定子100與凸極轉子部200(如圖6所示)之間的相對位置，從而使得勵磁轉子部300可以分別相對于勵磁定子100與凸極轉子部200旋轉，形成為可相對勵磁定子100旋轉并且驅動電機軸401的轉子，電機1000在三種狀態下的轉子可以分別驅動電機軸401旋轉，實現電機1000的三種工作狀態的切換。

在本發明的一些實施例中，切換機構500在第一狀態和第二狀態之間可切換，電機軸401與凸極轉子部200和勵磁轉子部300中的一個傳動連接，切換機構500處于第一狀態時固定勵磁定子100與凸極轉子部200和勵磁轉子部300中的另一個的相對位置，切換機構500處于第二狀態時固定電機軸401與凸極轉子部200和勵磁轉子部300中的另一個的相對位置。

具體地，如圖2和圖3所示，在本實施例中，電機軸401與凸極轉子部200傳動連接，也就是說，電機軸401與凸極轉子部200可以同步運動或同步不運動，而切換機構500可以固定勵磁定子100與勵磁轉子部300的相對位置，也可以固定電機軸401與勵磁轉子部300的相對位置。

當切換機構500處于第一狀態(如圖2所示位置)時，切換機構500固定連接勵磁定子100與勵磁轉子部300的相對位置，使得勵磁定子100與勵磁轉子部300同步不運動，凸極轉子部200形成可相對于勵磁定子100旋轉的轉子；當切換機構500處于第二狀態(如圖3所示位置)時，切換機構500固定連接凸極轉子部200與勵磁轉子部300的相對位置，使得凸極轉子部200與勵磁轉子部300可以隨電機軸401同步運動或者不運動，凸極轉子部200和勵磁轉子部300形成可相對于勵磁定子100旋轉的轉子，從而通過切換機構500實現電機1000第一狀態和第二狀態之間的切換，進而實現對等效轉子極對數和工作點頻率的調節，從而實現電機1000的變極變壓運行。

當然，本發明并不限于此，在本發明的另一些示例中，電機軸401與勵磁轉子部300傳動連接，也就是說，電機軸401與勵磁轉子部300可以同步運動或同步不運動，而切換機構500可以固定勵磁定子100與凸極轉子部200的相對位置，也可以固定電機軸401與凸極轉子部200的相對位置。

如圖6和圖7所示，電機軸401與勵磁轉子部300傳動連接，也就是說，電機軸401與勵磁轉子部300可以同步運動或同步不運動，當切換機構500處于第一狀態(如圖6所示位置)時，切換機構500固定連接勵磁定子100與凸極轉子部200的相對位置，使得勵磁定子100與凸極轉子部200同步不運動，勵磁轉子部300形成可相對于勵磁定子100旋轉的轉子；當切換機構500處于第二狀態(如圖7所示位置)時，切換機構500固定連接凸極轉子部200與勵磁轉子部300的相對位置，使得凸極轉子部200與勵磁轉子部300可以隨電機軸401同步運動或者不運動，凸極轉子部200和勵磁轉子部300形成可相對于勵磁定子100旋轉的轉子，從而通過切換機構500實現電機1000第一狀態和第二狀態之間的切換，進而實現對等效轉子極對數和工作點頻率的調節，從而實現電機1000的變極變壓運行。

其中，切換機構500包括勵磁定子固定環505、凸極轉子固定環509、勵磁轉子固定環507驅動部501和滑動環503，勵磁定子固定環505與勵磁定子100的相對位置固定，凸極轉子固定環509與凸極轉子部200的相對位置固定，勵磁轉子固定環507與勵磁轉子部300的相對位置固定，電機軸401與凸極轉子固定環509和勵磁轉子固定環507中的一個傳動連接，滑動環503由驅動部501驅動滑動，切換機構500處于第一狀態時，滑動環503在驅動部501的驅動下分別與勵磁定子固定環505以及凸極轉子固定環509和勵磁轉子固定環507中的另一個配合，切換機構500處于第二狀態時，滑動環503在驅動部501的驅動下分別與凸極轉子固定環509和勵磁轉子固定環507配合。

參照圖2、圖3、圖6和圖7，切換機構500主要由勵磁定子固定環505、凸極轉子固定環509、勵磁轉子固定環507、驅動部501和滑動環503組成。勵磁定子固定環505大致形成為圓筒形結構，勵磁定子固定環505的下端與電機軸401可活動連接，勵磁定子固定環505與勵磁定子100的相對位置固定，即勵磁定子固定環505與勵磁定子100之間同步不運動，凸極轉子固定環509與凸極轉子部200的相對位置固定，凸極轉子固定環509與凸極轉子部200可以同步運動(如圖2、圖3和圖6所示)，也可以同步不運動(如圖6所示)，勵磁轉子固定環507與勵磁轉子部300的相對位置固定，即勵磁轉子固定環507與勵磁轉子部300可以同步運動(如圖3、圖6和圖7所示)，也可同步不運動(如圖2所示)。

進一步地，電機軸401可以與凸極轉子固定環509傳動連接(如圖2和圖3所示，二者之間同步運動)，也可以與勵磁轉子固定環507傳動連接(如圖6和圖7所示，二者之間同步運動)。滑動環503鄰近勵磁定子固定環505、凸極轉子固定環509、勵磁轉子固定環507設置，并且可以通過驅動部501驅動沿軸向方向(如圖2所示上下方向)移動，從而實現電機1000的不同狀態之間的切換，進而實現電機1000的變極變壓運行。

可選地，凸極轉子部200與電機軸401傳動連接，當切換機構500處于第一狀態(如圖2所示位置)時，滑動環503在驅動部501驅動下，一端與勵磁定子固定環505配合，另一端與勵磁轉子固定環507配合，從而使得勵磁定子100和勵磁轉子部300的相對位置固定(即同步不運動)，此時，凸極轉子部200形成為相對勵磁定子100旋轉的轉子。當切換機構500處于第二狀態(如圖3所示位置)時，滑動環503在驅動部501驅動下，一端與凸極轉子固定環509配合，另一端與勵磁轉子固定環507配合，從而使得凸極轉子部200和勵磁轉子部300的相對位置固定(即同步運動)，此時，凸極轉子部200和勵磁轉子部300形成為相對勵磁定子100旋轉的轉子。

在本發明的另一些示例中，勵磁轉子部300與電機軸401傳動連接，當切換機構500處于第一狀態(如圖6所示位置)時，滑動環503在驅動部501驅動下，一端與勵磁定子固定環505配合，另一端與凸極轉子固定環509配合，從而使得勵磁定子100和凸極轉子部200的相對位置固定(即同步不運動)，此時，勵磁轉子部300形成為相對勵磁定子100旋轉的轉子。當切換機構500處于第二狀態(如圖7所示位置)時，滑動環503在驅動部501驅動下，一端與凸極轉子固定環509配合，另一端與勵磁轉子固定環507配合，從而使得凸極轉子部200和勵磁轉子部300的相對位置固定(即同步運動)，此時，凸極轉子部200和勵磁轉子部300形成為相對勵磁定子100旋轉的轉子。

由此，根據本發明的電機1000可以通過切換機構500快速地可以實現第一狀態和第二狀態之間的切換，從而在不改變電機1000繞組連接的情況下，實現轉子極數和電機1000運行頻率的控制調節，提高電機1000輸出的轉矩和功率，增大電機1000的應用范圍。

其中，驅動部501為通過電磁感應驅動滑動環503滑動的控制線圈。通過將驅動部501設為可以通過電磁感應控制滑動環503滑動的控制線圈，從而可以簡化電機1000內部的布線，使得電機1000整體結構更加簡單。

優選地，滑動環503、勵磁定子固定環505、凸極轉子固定環509和勵磁轉子固定環507上分別設有卡齒，切換機構500處于第一狀態時，滑動環503上的卡齒分別與勵磁定子固定環505上的卡齒以及凸極轉子固定環509和勵磁轉子固定環507中的另一個上的卡齒嚙合，切換機構500處于第二狀態時，滑動環503上的卡齒分別與凸極轉子固定環509上的卡齒和勵磁轉子固定環507上的卡齒嚙合。

如圖2和圖3所示，滑動環503大致形成為圓筒形結構，圓筒形結構的滑動環503的內壁和外壁上分別設有卡齒，凸極轉子固定環509的外壁上設有卡齒，勵磁轉子固定環507的內壁上設有卡齒，滑動環503內壁上的卡齒能夠與凸極轉子固定環509和勵磁定子固定環505的外壁上的卡齒嚙合配合，滑動環503外壁上的卡齒能夠與勵磁轉子固定環507內壁上的卡齒配合，從而利用卡齒間的配合作用，增強滑動環503與勵磁定子固定環505、凸極轉子固定環509和勵磁轉子固定環507之間的連接可靠性，保證電機1000的正常運轉。

具體地，當切換機構500處于第一狀態(如圖2所示位置)時，滑動環503外壁上的卡齒與勵磁轉子固定環507內壁上的卡齒嚙合，滑動環503內壁上的卡齒與勵磁定子固定環505外壁上的卡齒嚙合，從而保證勵磁定子100與勵磁轉子部300的傳動連接，勵磁定子100與勵磁轉子部300同步不轉動；當切換機構500處于第二狀態(如圖3所示位置)時，滑動環503內壁上的卡齒與凸極轉子固定環509外壁上的卡齒嚙合，滑動環503外壁上的卡齒與勵磁轉子固定環507內壁上的卡齒嚙合，從而保證凸極轉子部200與勵磁轉子部300的傳動連接，凸極轉子部200與勵磁轉子部300同步轉動。

在本發明的另一些示例中，如圖6和圖7所示，滑動環503內壁上的卡齒能夠與勵磁轉子固定環507和勵磁定子固定環505的外壁上的卡齒嚙合配合，滑動環503外壁上的卡齒能夠與凸極轉子固定環509內壁上的卡齒配合，從而利用卡齒間的配合作用，增強滑動環503與勵磁定子固定環505、凸極轉子固定環509和勵磁轉子固定環507之間的連接可靠性，保證電機1000的正常運轉。

具體地，當切換機構500處于第一狀態(如圖6所示位置)時，滑動環503外壁上的卡齒與凸極轉子固定環509內壁上的卡齒嚙合，滑動環503內壁上的卡齒與勵磁定子固定環505外壁上的卡齒嚙合，從而保證勵磁定子100與凸極轉子部200的傳動連接，勵磁定子100與凸極轉子部200同步不轉動；當切換機構500處于第二狀態(如圖7所示位置)時，滑動環503內壁上的卡齒與勵磁轉子固定環507外壁上的卡齒嚙合，滑動環503外壁上的卡齒與凸極轉子固定環509內壁上的卡齒嚙合，從而保證凸極轉子部200與勵磁轉子部300的傳動連接，凸極轉子部200與勵磁轉子部300同步轉動。

在本發明的一些實施例中，電機1000還包括定子機殼103和端蓋203，具體而言，勵磁定子100、凸極轉子部200和勵磁轉子部300均設在定子機殼103內，勵磁定子100與定子機殼103傳動連接，凸極轉子部200和電機軸401分別與端蓋203傳動連接，勵磁定子固定環505與定子機殼103傳動連接，凸極轉子固定環509與電機軸401傳動連接，勵磁轉子固定環507與勵磁轉子部300傳動連接。

參照圖2和圖3，定子機殼103大致形成為一端(如上端)敞開的圓筒狀結構，勵磁定子100、凸極轉子部200和勵磁定子100部沿定子機殼103的徑向方向由外向內依次間隔開設在定子機殼103內且同軸設置，從而通過定子機殼103對電機1000內部元件進行保護，避免意外損傷。其中，勵磁定子固定環505設在定子機殼103中部上端且與定子機殼103一體成型。同時，勵磁定子100與定子機殼103之間、凸極轉子部200和電機軸401分別與端蓋203之間、勵磁定子固定環505與定子機殼103傳動之間、凸極轉子固定環509與電機軸401之間以及勵磁轉子固定環507與勵磁轉子部300之間均采用傳動連接，也就是說，勵磁定子100與定子機殼103之間、凸極轉子部200和電機軸401分別與端蓋203之間、勵磁定子固定環505與定子機殼103傳動之間、凸極轉子固定環509與電機軸401之間以及勵磁轉子固定環507與勵磁轉子部300之間分別同步運動或同步不運動，例如，在本實施例中，勵磁定子100與定子機殼103之間無相對運動，定子機殼103處于固定狀態，則勵磁定子100也處于固定狀態。

當切換機構500處于第一狀態(如圖2所示位置)時，滑動環503在驅動部501驅動下，一端與勵磁定子固定環505配合，另一端與勵磁轉子固定環507配合，從而使得勵磁定子100和勵磁轉子部300的相對位置固定(即二者處于同步不運動)，此時，凸極轉子部200形成為相對勵磁定子100旋轉的轉子。當切換機構500處于第二狀態(如圖3所示位置)時，滑動環503在驅動部501驅動下，一端與凸極轉子固定環509配合，另一端與勵磁轉子固定環507配合，從而使得凸極轉子部200和勵磁轉子部300的相對位置固定(即二者處于同步運動)，此時，凸極轉子部200和勵磁轉子部300形成為相對勵磁定子100旋轉的轉子。從而通過切換機構500實現電機1000第一狀態和第二狀態之間的切換，進而實現對等效轉子極對數和工作點頻率的調節，從而實現電機1000的變極變壓運行。

進一步地，切換機構500設在勵磁轉子部300內。

參照圖2和圖3，切換機構500設在勵磁轉子部300與電機軸401之間，且鄰近勵磁轉子部300的一端(內壁)，從而可以簡化切換機構500的電路布線，增強切換機構500控制的可靠性。值得說明的是，切換機構500可以是電磁式的，也可以是機械式的，本領域技術人員可以根據實際的設計需求進行選擇。

其中，定子機殼103與電機軸401之間、端蓋203與勵磁轉子部300之間以及勵磁轉子部300與定子機殼103之間分別通過軸承(402、403、404)配合。

具體地，如圖2和圖3所示，定子機殼103與電機軸401之間、定子機殼103的勵磁定子固定環505與勵磁轉子部300之間、端蓋203與勵磁轉子部300之間通過軸承(402、403、404)配合保持相互之間的距離和旋轉獨立性。

在本發明的另一些實施例中，電機1000還包括定子機殼103和端蓋203，勵磁定子100、凸極轉子部200和勵磁轉子部300均設在定子機殼103內，勵磁定子100與定子機殼103傳動連接，凸極轉子部200與端蓋203傳動連接，電機軸401與勵磁轉子部300傳動連接，勵磁定子固定環505與定子機殼103傳動連接，凸極轉子固定環509與凸極轉子部200傳動連接，勵磁轉子固定環507與電機軸401傳動連接。

具體地，如圖6和圖7所示，定子機殼103大致形成為一端(如上端)敞開的圓筒狀結構，勵磁定子100、凸極轉子部200和勵磁定子100部沿定子機殼103的徑向方向由外向內依次間隔開設在定子機殼103內且同軸設置，從而通過定子機殼103對電機1000內部元件進行保護，避免意外損傷。其中，勵磁定子固定環505設在定子機殼103中部上端且與定子機殼103一體成型。

同時，勵磁定子100與定子機殼103之間、凸極轉子部200與端蓋203之間、電機軸401與勵磁轉子部300之間、勵磁定子固定環505與定子機殼103之間、凸極轉子固定環509與凸極轉子部200之間以及勵磁轉子固定環507與電機軸401之間均采用傳動連接，也就是說，勵磁定子100與定子機殼103之間、凸極轉子部200與端蓋203之間、電機軸401與勵磁轉子部300之間、勵磁定子固定環505與定子機殼103之間、凸極轉子固定環509與凸極轉子部200之間以及勵磁轉子固定環507與電機軸401之間分別同步運動或同步不運動，例如，在本實施例中，凸極轉子固定環509與凸極轉子部200之間無相對運動。

當切換機構500處于第一狀態(如圖6所示位置)時，滑動環503在驅動部501驅動下，一端與勵磁定子固定環505配合，另一端與凸極轉子固定環509配合，從而使得勵磁定子100和凸極轉子部200的相對位置固定(即二者處于同步不運動)，此時，勵磁轉子部300形成為相對勵磁定子100旋轉的轉子。當切換機構500處于第二狀態(如圖7所示位置)時，滑動環503在驅動部501驅動下，一端與凸極轉子固定環509配合，另一端與勵磁轉子固定環507配合，從而使得凸極轉子部200和勵磁轉子部300的相對位置固定(即二者處于同步運動)，此時，凸極轉子部200和勵磁轉子部300形成為相對勵磁定子100旋轉的轉子。從而通過切換機構500實現電機1000第一狀態和第二狀態之間的切換，進而實現對等效轉子極對數和工作點頻率的調節，從而實現電機1000的變極變壓運行。

進一步地，切換機構500設在勵磁轉子部300外且臨近勵磁轉子部300的一端。

參照圖6和圖7，切換機構500設在勵磁轉子部300外且鄰近勵磁轉子部300的一端，從而可以簡化切換機構500的電路布線，增強切換機構500控制的可靠性。值得說明的是，切換機構500可以是電磁式的，也可以是機械式的，本領域技術人員可以根據實際的設計需求進行選擇。

其中，定子機殼103與電機軸401之間、端蓋203與電機軸401之間分別通過軸承(403、402)配合。具體地，如圖6和圖7所示，定子機殼103與電機軸401之間、端蓋203與電機軸401之間通過軸承(403、402)配合保持相互之間的距離和旋轉獨立性。

其中，勵磁定子100包括定子導磁鐵芯101和定子繞組102，定子繞組102繞制在定子導磁鐵芯101上。

參照圖1和圖2，勵磁定子100主要由定子導磁鐵芯101和定子繞組102組成，定子導磁鐵芯101由高導磁材料構成，高導磁材料可以是硅鋼片、鈷鋼片、坡莫合金、SMC等材料。定子繞組102繞制在定子導磁鐵芯101上，定子繞組102可以是集中繞組(如圖1所示)，也可以是分布繞組(如圖5所示)，也就是說定子繞組102的跨距可以是1或者其他整數，同時，定子繞組102的相數可以單相或多相，從而使得定子繞組102通過AC電流，產生磁場。值得說明的是，定子導磁鐵芯101的具體材料、定子繞組102繞組形式，以及定子繞組102的相數可以根據實際的設計需求做出適應性的選擇，以保證電機1000的轉矩和功率密度。

其中，勵磁轉子部300包括轉子導磁鐵芯301和永磁體302，永磁體302設在轉子導磁鐵芯301上。

具體地，如圖1所示，勵磁轉子部300主要由轉子導磁鐵芯301和永磁體302組成，永磁體302設在轉子導磁鐵芯301上且沿轉子導磁鐵芯301的周向方向均勻布置。轉子導磁鐵芯301由高導磁材料構成，高導磁材料可以是硅鋼片、鈷鋼片、坡莫合金、SMC等材料。永磁體302主要由永磁材料構成，永磁材料可以是釹鐵硼、鐵氧體、鋁鎳鈷、釤鈷等材料。永磁體302可以通過表面貼裝(SPM)、內置式(IPM)、表面嵌裝(Inset PM)等方式實現與轉子導磁鐵芯301的結合，例如，在本發明的一個示例中，永磁體302以相同極性相對的方式嵌入轉子導磁鐵芯301，從而保證勵磁轉子部300的結構穩定，進而產生勵磁磁場。

可選地，永磁體302大致形成為長條狀結構，永磁體302的數量是24，多個長條狀的永磁體302以相同極性相對的方式沿周向方向間隔開嵌入轉子導磁鐵芯301,且長條狀的永磁體302的長條邊沿徑向方向布置(如圖1和圖5所示)。當然，永磁體302的數量也可以是8，長條狀永磁體302的長條邊沿周向方向布置(如圖9所示)，同時，永磁體302的形狀也可以是弧形狀，多個弧形結構的永磁體302以相同極性相對的方式沿周向方向間隔開嵌入轉子導磁鐵芯301,且弧形狀的永磁體302的弧形邊沿周向方向布置(如圖8和圖10所示)。值得說明的是，本領域技術人員可以根據實際設計需求改變永磁體302的數量、形狀以及布置方式，以調整等效轉子極對數和工作電頻率，使得在輸出機械轉速相同時，可以通過切換電機1000的不同運行狀態(如第一狀態和第二狀態)實現變極變壓運行。

凸極轉子部200包括多個導磁鐵芯201和多個非導磁間隔塊202，多個導磁鐵芯201和多個非導磁間隔塊202沿電機1000的周向交替排列。

參照圖1，凸極轉子部200主要由多個導磁鐵芯201和多個非導磁間隔塊202組成，多個導磁鐵芯201和多個非導磁間隔塊202沿電機1000的周向交替間隔布置，導磁鐵芯201由高導磁材料構成，高導磁材料可以是硅鋼片、鈷鋼片、坡莫合金、SMC等材料。非導磁間隔塊202由非導磁材料構成，非導磁材料可以是空氣、塑料、高分子聚合物、非導磁金屬等材料。

優選地，勵磁定子100由交流電流驅動且產生的旋轉磁場的極對數為p_s，勵磁轉子部300產生的勵磁磁場的極對數為p_f，導磁鐵芯201的數量為p_r，其中，p_r＝|p_s±p_f|。

具體地，勵磁定子100通過交流電流驅動，并產生極對數為p_s的旋轉磁場，勵磁轉子部300產生極對數為p_f的勵磁磁場，導磁鐵芯201的數量為p_r，同時，導磁鐵芯201的數量等于旋轉磁場的極對數和勵磁磁場的極對數之和或者二者之差，從而保證電機1000在不同運行狀態下能夠正常運行。

下面參考圖1-圖10通過多個具體實施例對根據本發明實施例的電機進行詳細描述。

實施例一

具體地，如圖1至圖3所示，本實施例的電機1000為三層結構，其中，勵磁定子100設在最外層，為固定不旋轉的部件，勵磁定子100包含定子導磁鐵芯101、定子繞組102，定子機殼103。定子導磁鐵芯槽數Ns＝24，定子繞組102為三相集中繞組，線圈跨距為1，定子繞組102通入三相對稱電流時，產生極對數ps＝8的勵磁定子旋轉磁場。凸極轉子部200包含導磁鐵芯201、非導磁間隔塊202，并通過端蓋203與電機軸401直接相連，導磁鐵芯201的數量pr＝20。勵磁轉子部300包含轉子導磁鐵芯301、永磁體302，永磁體302以相同極性相對的方式嵌入轉子導磁鐵芯301中，使得勵磁轉子部300產生極對數pf＝12的勵磁磁場。勵磁定子100、勵磁轉子部300、凸極轉子部200以及電機軸401之間通過軸承402、403、404保持相互之間的距離和旋轉獨立性。

切換機構500位于勵磁轉子部300的內部，且包含控制線圈501、滑動環503、勵磁定子固定環505、凸極轉子固定環509，勵磁轉子固定環507，滑動連接機構503為徑向內外均有齒的齒圈，勵磁轉子固定環507為徑向內側有齒的齒圈，勵磁定子固定環505和凸極轉子固定環509為徑向內側有齒的齒圈。

圖2顯示了本實施例的電機1000的第一運行狀態，在該狀態下，滑動環503在控制線圈501產生的驅動下滑向電機非軸伸側，將勵磁定子固定環505以及勵磁轉子固定環507嚙合在一起，在此狀態下勵磁轉子部300成為固定部件與勵磁定子100保持固定的相對位置，凸極轉子部在此狀態下作為該電機的唯一轉動部件。本實施例在第一運行狀態下電機等效運行轉子極對數為凸極轉子部200的個數pr＝20，電機在600rpm轉速下的電頻率為200Hz。

圖3顯示了本實施例的電機1000的第二運行狀態，在該狀態下，控制線圈501驅動滑動環503滑向電機的軸伸端，將勵磁轉子固定環507以及凸極轉子固定環509嚙合在一起，在此狀態下勵磁轉子部300與凸極轉子部200保持相對的固定位置，成為電機的轉動部件，本實施例在的第二運行狀態下，電機等效運行轉子極對數為ps＝8，電機在600rpm轉速下的電頻率僅為80Hz。

本實施例的電機1000在第一、第二運行狀態下，電機軸401的轉速為600rpm時的空載繞組反電動勢(back-EMF)對比如圖4，從圖中可以明顯看出電機1000在兩種工作狀態下的極對數和端電壓差異，電機在兩種運行狀態下的等效極對數和運行頻率的比值為5:2。

實施例二

如圖5至圖7所示，本實施例的電機1000為三層環形結構，勵磁定子100設在最外層，為固定不旋轉的部件，勵磁定子100包含定子導磁鐵芯101、定子繞組102、定子機殼103。定子導磁鐵芯槽數Ns＝24，定子繞組102為三相分布繞組，線圈跨距為5，定子繞組102通入三相對稱電流時，產生極對數ps＝4的勵磁定子旋轉磁場。凸極轉子部200包含導磁鐵芯201、非導磁間隔塊202，導磁鐵芯201的數量pr＝16。勵磁轉子部300包含轉子導磁鐵芯301、永磁體302，永磁體302以相同極性相對的方式嵌入轉子導磁鐵芯301中，使得勵磁轉子部300產生極對數pf＝12的勵磁磁場，勵磁轉子部300直接與電機軸401相連。勵磁定子100、勵磁轉子部300、凸極轉子部200以及電機軸401之間通過軸承402、403保持相互之間的距離和旋轉獨立性。

切換機構500在本實施例中位于電機端部，包含控制線圈501、滑動環503、勵磁定子固定環505、凸極轉子固定環509，勵磁轉子固定環507，滑動環503為徑向內側和外側都有齒的齒圈，勵磁定子固定環505和勵磁轉子固定環507為徑向外側有齒的齒圈，凸極轉子固定環509為徑向內側有齒的齒圈。

圖6顯示了本實施例的電機1000的第三運行狀態，在該狀態下，滑動環503在控制線圈501產生的驅動下滑向電機非軸伸側，將勵磁定子固定環505以及凸極轉子固定環509嚙合在一起，在此狀態下凸極轉子部200成為固定部件與勵磁定子100保持固定的相對位置，勵磁轉子部300在此狀態下作為該電機的唯一轉動部件。本實施例在第三運行狀態下電機等效運行轉子極對數為pf＝12，電機在600rpm轉速下的電頻率為120Hz。

圖7顯示了本實施例的電機1000的第二運行狀態，在該狀態下，控制線圈501驅動滑動環503滑向電機的軸伸端，將勵磁轉子固定環507以及凸極轉子固定環509嚙合在一起，在此狀態下勵磁轉子部300與凸極轉子部200保持相對的固定位置，成為電機的轉動部件，本實施例在的第二運行狀態下，電機等效運行轉子極對數為ps＝4，電機在600rpm轉速下的電頻率僅為40Hz。

本實施例在本發明第三、第二運行狀態下的等效極對數和運行頻率的比值為3:1。上述的兩個實施例的電機1000均具有兩種工作狀態，可以實現兩種工作狀態的自由切換，操作方便。

另，以pf＝4為例，本發明勵磁轉子部300除前述實施例描述外的一些其他典型實現形式如圖8和圖10所示，即勵磁轉子部300的永磁體302形成弧形。

本發明實施例的電機1000的切換機構500在不改變電機1000繞組連接的情況下，實現轉子極數和電機1000運行頻率的控制調節，從而實現電機1000的最佳效率區間在低速大轉矩區間和高速低轉矩區間之間的切換，有效地提高電機1000的轉矩密度和高功率密度，增大電機1000的應用范圍。該電機1000的結構緊湊，占用空間小、工作范圍廣，可以在不改變電機1000繞組連接的情況下實現轉子極數和運行頻率的受控調整，具有高轉矩、高功率密度等優點。

根據本發明實施例的電機的其他構成以及操作對于本領域普通技術人員而言都是已知的，這里不再詳細描述。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例進行接合和組合。

盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。