一种超薄紧凑型电机、电机设备、电机系统及发电系统的制作方法

1.本发明涉及电机领域，尤其是涉及一种超薄紧凑型电机、电机设备、电机系统及发电系统。


背景技术：

2.旋转电机可以分为径向磁通电机、轴向磁通电机和横向磁通电机，其中，轴向磁通电机在功率密度、转矩密度、效率以及紧凑的形状等方面能更容易取得高性能的优化结构，因此，相对而言，轴向磁通电机能够在更多的领域中得以应用。
3.轴向磁通电机包括固定的定子和旋转的转子。在典型的轴向磁通电机结构中，定子上设置有绕线线圈(即绕组)，通过绕组中的电流产生旋转磁场，并通过定子和转子之间的耦合磁场产生转矩或电压。然而，绕组体积大，制造昂贵，并且受到机械应力和热集中的影响，容易导致电机故障。
4.为了解决绕组体积大，不易制造的问题，在现有技术中，有一种创新方法是利用集成在印刷电路板(pcb)中的导体走线的方式，其绕组紧凑，易于制造，也易于散热并且更坚固。bernhard l.等人发明了这种类型的绕组配置该绕组并用于轴向磁场旋转电机设备和系统。
5.us10727712b2公开了一种用于具有一个或多个印刷电路板(pcb)定子的模块化电动机和发电机的系统，方法和设备；其包括具有轴线的壳体、轴、定子组件以及转子组件，定子组件可以包括多个定子板，多个定子板是彼此分离的板，定子板可以机械地和固定地连接到壳体，每个定子面板可以包括具有导电线圈的印刷电路板(pcb)，每个定子面板可以由单个电相组成。另外，转子可以在定子组件的相对轴向端上可旋转地安装在壳体内。转子可以与转子垫片机械地耦合在一起。每个转子可以包括磁体，也可以包括非磁体。根据应用，该设备可以包括将电能转换成机械能的电动机，或者将机械能转换成电能的发电机。
6.又如，wo2020014299a1，公开了一种用于具有一个或多个印刷电路板(pcb)定子的模块化电动机和发电机的系统，方法和设备，其包括具有轴线的壳体，定子组件和转子组件。定子组件可以安装到壳体上，并且包括轴向堆叠的多个定子板和彼此分离的板。每个定子板包括各自的印刷电路板(pcb)，其具有各自的多个线圈，这些线圈是导电的并且在各自的pcb内互连，使得流过相应的多个线圈中的任何一个的电流同样流过所有相应的多个线圈，每个定子板由单个电相组成。此外，包括多个转子的转子组件可旋转地安装在壳体内的定子组件的相对轴向端上，转子可以机械地耦合在一起，每个转子可以包括具有前缘和后缘的磁体，一个磁体的后缘和相邻磁体的前缘可以彼此平行。
7.又如中国专利申请cn 101951106a，公开了一种超薄大功率直流永磁电机，包括传动轴、套于该传动轴中段的盘状的定子部件、分别设于该定子部件两侧的与传动轴一同转动的盘状转子部件、分别设于该转子部件两侧的套于传动轴上的上、下端盖。定子部件包括：盘状的定子架，环形设于该定子架上的多个扇形槽、设于该扇形槽内的扇形绕组、固定该扇形绕组的内、外压圈。转子部件包括：与传动轴固定连接的转子盘、设于该转子盘上的
环形凹槽、固定于该凹槽中的永磁铁，转子盘的表面朝向扇形绕组。目的是为了解决现有盘式电机定子绕组成型工艺不合理、无铁芯电机功率不能做大，突破现有无铁芯盘式电机功率只能做得很小的局限。
8.又如中国专利申请cn111917264a，公开了一种具有冲压背板的超薄轴向电机定子结构和盘式电机，包括背板、线圈、轴承支座和轴承，背板上设有环形阵列的线圈孔，线圈安装在线圈孔内，背板中心位置设有轴承支座安装孔，轴承支座过盈配合插入到轴承支座安装孔内，轴承支座为中空结构，轴承支座的中空结构内设有两个轴承，转轴插入到两个轴承内；背板为镂空圆环结构，背板中心圆环内圆面转轴紧密配合。背板镂空部分为固定线圈作用，用以代替线槽；背板使用冲压成型的加工方式。通过在永磁体之间设有辅助永磁体，转子和定子之间的气隙侧的磁场强度大幅度提升，这样可有效地减小电机的体积，提升电机的功率密度。
9.另外，us10819174b2，us20180323689a1以及us20200220406a1都不同程度的对轴向磁通旋转电机进行了技术改进。但是，不可避免的，由于绕组嵌入在的印刷电路板通常使用不导电的磁性材料，pcb绕组层实质上增加了定子铁芯和转子铁芯之间的气隙，从而降低了电机的输出性能。
10.从us10727712b2中引用的图1中可以看出，绕组层，即pcb层，是由不导电的材料构成的，表面是封闭的，并且整个pcb层上都嵌有铜线。因此，穿过pcb层的磁通量被削弱使得电机输出性能降低。另外，在转子高速旋转时，会导致绕组与定子之间可能会产生相对运动，并进一步的影响电机的输出性能。


技术实现要素：

11.本发明提供了一种超薄紧凑型电机、电机设备、电机系统及发电系统，一方面，以解决现有技术中，由于绕组嵌入在的印刷电路板通常使用不导电的磁性材料，导致穿过印刷电路板的磁通量被削弱，从而降低了电机的输出性能的技术问题；
12.另一方面，以解决现有技术中，转子高速旋转时，会导致绕组与定子之间产生错位或可能发生的相对运动，影响电机的输出性能的技术问题。
13.根据本发明的第一方面，提供了一种超薄紧凑型电机，包括：定子部件、转子部件以及设置在定子部件和转子部件之间的绕组层；定子部件朝向绕组层的一侧延伸出贯穿绕组层并与转子部件相抵的至少一个凸极。
14.在具体应用中，绕组层设置在转子部件与定子部件之间，转子部件与定子部件的中心线在同一条直线上，转子部件可沿此中心线旋转，定子部件具有至少一个凸极，凸极贯穿绕组层，与转子部件相抵，当转子部件旋转时，凸极与转子部件滑动接触。采用本方案的有益效果是，增加了凸极，在不改变原有结构的情况下，增加了定子部件和转子部件之间的磁通密度，大大的提高了电机的效率，结构简单，效果显著，且制造成本低。
15.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
16.进一步地，绕组层包括：印刷电路板以及嵌入在印刷电路板的绕线线圈组；绕线线圈组设置有至少一组线圈，线圈设置有至少一匝绕线；绕线线圈包括至少两组以上线圈时，线圈之间相互连接；凸极穿过处在线圈内部分的印刷电路板并与转子部件相抵。
17.在具体应用中，绕线线圈组包括一个或多个线圈(优先的应用方式中，通常包括围
绕轴向的多个线圈)，当在包括多个线圈的情况下，线圈之间的连接形式可以是串联连接，也可以是并联连接，每一个线圈至少包括一匝绕线，当在包括多匝绕线的情况下，绕线的方向可以沿顺时针方向，也可以沿逆时针方向，绕线的形状也可以是多种形状，例如圆形、正方形、矩形、三角形、泪滴形以及梯形等。其中，绕线线圈组嵌入在印刷电路板(pcb板)中，由印刷电路板(pcb板)提供封闭的外壳，整个绕线线圈组不裸露在外部空间中。在印刷电路板(pcb板)上线圈内部中空的部分设置通孔，通孔的形状可以与线圈的形状相同，也可以与线圈的形状不同，通孔的数量与线圈的数量一致。设置在定子部件上的凸极穿过pcb板上的通孔，与转子部件相抵。
18.进一步地，转子部件包括第一磁体，第一磁体为一圆环形磁体。
19.在具体应用中，转子部件可以是一连续的圆环形磁体，当转子部件是一连续的圆环形磁体的情况下，可以不设置转子轭部来对转子部件进行固定。连续的圆环形磁体作为转子部件与绕组层活动连接，与贯穿绕组层的凸极与接触。采用本方案的有益效果是，使用圆环形磁体作为转子，不需设置转子轭部来对转子部件进行固定，结构更加简单紧凑，安装方便，并降低了制造成本。
20.进一步地，转子部件包括转子轭部和多个转动片，所有转动片环绕轴向固定设置在转子轭部上，且每相邻两个转动片之间留有间隙；转动片设置成磁性体转动片或者非磁性体转动片。
21.在具体应用中，使用固定设置在转子轭部上的多个转动片作为转子部件，其中，转子轭部的截面为圆环形，其圆环的中心轴线上设置有贯穿转子轭部的轴，该轴也贯穿前文所述的转子部件、定子部件与绕组层。所有的转动片以转子轭部中心轴线为轴线环绕设置在转子轭部上，且相邻的转动片之间具有间隙，所有转动片均与转子轭部固定连接。需要说明的是，转动片可以设置成磁性体转动片，也可以设置成非磁性体转动片。优选的，转动片可以形状大小相同，且在转子轭部上均布，相邻的转动片之间的间隙也相同。
22.进一步地，转子部件为圆环形，且其本体上设置有磁通屏障或气隙层。
23.在具体应用中，在圆环形的转子部件对应绕组层与定子部件的面上设置磁通屏障或气隙层，磁通屏障以及气隙层贯穿圆环形的转子部件，从而实现同步磁阻，需要说明的是，磁通屏障的形状、方向、取向和层数可以根据需要任意调整。采用本方案的有益效果是，设置磁通屏障或气隙层可以实现同步磁阻，增加转子部件与定子部件之间磁通密度，提高效率。
24.进一步地，转子部件设置为带有多个感应导体条的转子，带有多个感应导体条的转子为圆环形，所有感应导体条的两端分别与圆环形转子同轴设置的内圆及外圆固定连接，且每相邻两个感应导体条之间具有间隙。
25.在具体应用中，多个感应导体条固定设置在圆环形的转子部件上，感应导体条的两端分别与圆环形转子部件同轴设置的内圆及外圆固定连接，且相邻的感应导体条之间具有间隙，优选的，多个感应条的延长线汇集到圆环形转子部件的几何圆心上，且多个感应条均布在圆环形的转子部件上。采用本方案的有益效果是，多个感应导体条均布在圆环形的转子部件上，相邻感应导体条之间具有间隙可以增加转子部件与定子部件之间的磁通密度，提高效率。
26.进一步地，凸极垂直于轴向的截面形状为圆形、长方形、正方形、三角形以及梯形
中的一种或多种；处在每组线圈内的印刷电路板，在垂直于轴向的截面形状为圆形、长方形、正方形、三角形以及梯形中的一种或多种。
27.在具体应用中，凸极的形状可以采用任意形状，例如圆形，正方形，矩形，三角形，泪滴形，梯形等。同时设置在定子部件上的多个凸极的形状可以不同，例如圆形、正方形、矩形、三角形、泪滴形、梯形等其中的一种或多种，另外，也可以在定子部件绕组线圈中的任何一个线圈内设置多个凸极，并且在定子部件绕组线圈中的任何一个线圈内设置的多个凸极也可以是不同形状，例如圆形、正方形、矩形、三角形、泪滴形以及梯形等其中的一种或多种。需要说明的是，处在每组线圈内的印刷电路板，在垂直于轴向的截面形状也相应的为圆形、长方形、正方形、三角形以及梯形中的一种或多种。采用本方案的有益效果是，在磁场环境不同的情况下，可以根据实际情况优化凸极的形状，以改善定子部件与转子部件之间的磁通密度，进而改善电机的输出性能，提高效率，另外，凸极还可用作电子组件(例如位置传感器、开关、电感器、电容器和电阻等)，这为电机设计和控制提供了更为紧凑和集成的解决方案。
28.进一步地，沿轴向，电机依次设置有定子部件、绕组层、转子部件、绕组层以及定子部件；两个定子部件的凸极均贯穿其相邻的绕组层上，且处在线圈内中空部分的印刷电路板并与转子部件相抵。
29.在具体应用中，本技术提供的超薄紧凑型电机还可以使用双定子单转子的结构实现，其中，两个定子部件被放置在电机的两端，同时单个转子部件被夹在两个定子部件之间。绕组线圈围绕设置在定子部件上的凸极放置，并嵌入在pcb板中，其中，pcb板是多层结构。定子部件具有穿过pcb板所有层的凸极，也就是说，凸极未被pcb板覆盖并且暴露在两个定子部件和转子部件之间。设置多个凸极旨在增加定子部件和转子部件之间的磁通密度，提高电机性能。凸极还可以用作定位机构，将pcb组件固定设置到定子部件上，因此，改进了装配结构，并防止绕组层与定子部件的错位或可能的相对运动。采用本方案的有益效果是，一侧绕组线圈产生的磁通量从一个定子部件开始通过气隙到达转子部件，然后通过另一气隙到达另一个定子部件。两侧的绕组层可以被同步激励，以使磁场轴向对称。转子部件可以无轭设计，以提高转矩和功率密度，同时减小尺寸和重量。双定子部件单转子部件配置由于轴向的几何对称性还可以减少不平衡的轴向拉力，以使电机运行更加稳定。
30.进一步地，沿轴向，电机依次设置有定子部件、绕组层、转动片、转子轭部、转动片、绕组层以及定子部件；两个定子部件的凸极均贯穿其相邻的绕组层上且处在线圈内中空部分的印刷电路板，并与相抵在相邻的转动片上；两组转动片均固定设置在转子轭部的两侧。
31.在具体应用中，本技术提供的超薄紧凑型电机还可以使用另一种双定子单转子的结构实现。两个定子部件分别放置在电机的两端，而由转动片和转子轭部组成的单个转子部件被夹在两个定子部件之间。绕组层围绕定子部件的凸极放置并嵌入在pcb板中。本方案由一侧绕组层产生的磁通量从一个定子部件开始通过气隙到达转子部件，然后再通过转子部件轭部返回，通过气隙回到定子部件，转子部件可以仅由定子部件的一侧控制。类似地，另一侧绕组层产生的磁通量从另一个定子部件通过另一个气隙到达转子部件上，然后通过转子轭部回到转子部件，然后，磁通量通过气隙传播回到定子部件，转子部件也可以由定子部件的另一侧控制。根据励磁绕组线圈的极性，两个定子部件绕组层产生的磁通也可以结合在一起以形成连续的磁通路径。采用本方案的有益效果是，电机可以同时激励两个定子
部件与绕组层用于输出功率，相比一个定子部件与绕组层所输出的功率更大，能够满足答功率输出的要求。
32.进一步地，沿轴向，电机依次设置有转子轭部、转动片、绕组层、定子部件、定子部件、绕组层、转动片以及转子轭部；两个定子部件固定连接，且凸极均分别贯穿与其相邻的绕组层上且处在线圈内中空部分的印刷电路板，并相抵在相邻的转动片上；两组转动片均为磁性体转动片，且分别固定在与其相邻的转子轭部上。
33.在具体应用中，本技术提供的超薄紧凑型电机还可以使用双转子单定子的结构实现。两个转子部件设置在电机的两端，而由定子部件和双面分别嵌入pcb板内的绕组线圈组成的单个定子部件夹在包含转动片的两个转子部件之间。本方案由一侧绕组层产生的磁通量从定子部件的一侧开始穿过气隙到达相应的转子部件，然后穿过转子部件通过转子轭部返回转动片，最后通过气隙传播回定子部件。类似地，另一侧绕组层产生的磁通量从另一定子部件的一侧传播，通过气隙到达相应的转子部件，然后通过另一转子轭部回到另一侧转动片，最后磁通量通过气隙回到另一定子部件。两个转子部件都可以使用多极配置磁体或halbach阵列磁体，实现无轭设计。采用本方案的有益效果是，电机可以激励两个定子部件与绕组层的任一侧用于输出功率，也可以同时激励两个定子部件与绕组层来输出功率，进而能够根据实际输出需要灵活选择输出方式，节省能源。
34.进一步地，沿轴向，电机包括依次串联设置的多组驱动单元；每组驱动单元中依次包括：转子部件、绕组层以及定子部件；定子部件上设置的凸极仅贯穿同组驱动单元中的绕组层，并相抵在同组驱动单元的转子部件上。
35.在具体应用中，本技术提供的超薄紧凑型电机还可以使用多转子多定子的结构实现。电机由一个以上的定子部件和一个以上的转子部件组成。电机在轴向上依次集成了多个定子部件和多个转子部件。这种配置允许在一个机架内集成更多的电机，从而可以实现更多的输出以满足不同的应用需求。在一些情况下，可以将多个转子部件用作一个输出端口，这样可以叠加来自各个依次集成的电机所输出的扭矩及功率，因而产生较高的输出转矩、密度和功率。采用本方案的有益效果是，可以叠加来自多个依次集成的电机所输出的扭矩及功率，因而产生较高的输出转矩、密度和功率。
36.根据本发明的第二方面，提供了一种超薄紧凑型电机设备，包括壳体、转轴以及前文所述的超薄紧凑型电机，转轴穿过定子部件、转子部件以及设置在定子部件和转子部件之间的绕组层，固定在壳体上，定子部件固定设置在壳体上。
37.在具体应用中，超薄紧凑型电机固定设置在转轴上，转轴旋转时，可带动超薄紧凑型电机一起旋转，超薄紧凑型电机与转轴设置在壳体内，需要说明的是，设置在超薄紧凑型电机上的定子部件与壳体固定连接，转轴的一端作为输出端伸出到壳体外。
38.根据本发明的第三方面，提供了一种超薄紧凑型电机系统，包括外部电源以及前文所述的超薄紧凑型电机设备，外部电源与超薄紧凑型电机设备连接，超薄紧凑型电机设备通过外部电源的驱动，能够实现对外输出转矩。
39.在具体应用中，外部电源与超薄紧凑型电机设备连接，由外部电源来驱动超薄紧凑型电机设备，超薄紧凑型电机设备在外部电源的驱动下可以向外输出速度、转矩和功率。
40.根据本发明的第四方面，提供了一种超薄紧凑型发电系统，包括外部原动机以及前文所述的超薄紧凑型电机设备，外部原动机与超薄紧凑型电机设备连接，超薄紧凑型电
机设备通过外部原动机驱动，能够实现对外输出电压和电流。
41.在具体应用中，外部原动机与超薄紧凑型电机设备连接，且超薄紧凑型电机设备通过外部原动机驱动，超薄紧凑型电机设备在外部原动机的驱动下，可以作为发电机对外输出电压和电流。
42.本发明提供的一种超薄紧凑型电机、电机设备、电机系统及发电系统，电机的定子部件上固定设置有多个凸极，凸极贯穿绕组层与转子部件相抵，增加了转子部件与定子部件之间的磁通密度，提高电机的输出效率，另外，固定设置在定子部件上的凸极还可以用作定位机构，把pcb板等组件引导并固定到定子部件上，因此，改进了装配条件，并防止绕组层与定子部件之间产生错位或可能的相对运动。另外，凸极可用作电子组件(例如位置传感器、开关、电感器、电容器、和电阻等)，这为电机设计和控制提供了更为紧凑和集成的解决方案。本发明解决了现有技术中，由于绕组嵌入在的印刷电路板通常使用不导电的磁性材料，导致穿过印刷电路板的磁通量被削弱，从而降低了电机的输出性能和在转子高速旋转时，会导致绕组与定子之间产生错位或可能发生的相对运动，影响电机的输出性能的技术问题。
附图说明
43.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
44.图1为现有技术的轴向磁通电机结构示意图；
45.图2为本发明提供的超薄紧凑型电机一种可选的结构示意图；
46.图3为本发明提供的超薄紧凑型电机可选的定子部件示意图；
47.图4为本发明提供的超薄紧凑型电机可选的定子部件和绕组层装配示意图；
48.图5-图8分别为本发明提供的超薄紧凑型电机可选的4种不同形状结构的转子部件结构示意图；
49.图9为本发明提供的超薄紧凑型电机可选的3种不同形状的凸极结构示意图；
50.图10-图13为本发明提供的超薄紧凑型电机可选的4种不同构造的结构示意图；
51.图14为本发明提供的电机系统的结构示意图；以及
52.图15为本发明提供的发电系统的结构示意图。
53.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
54.1、定子部件，2、绕组层，3、转子部件，4、转子轭部，11、凸极，12、定子轭部，21、印刷电路板，22、线圈，31、转动片，32、第一磁体，33、磁通屏障，34、感应导体条。
具体实施方式
55.为了使本发明的上述以及其他特征和优点更加清楚，下面结合附图进一步描述本发明。应当理解，本文给出的具体实施例是出于向本领域技术人员解释的目的，仅是示例性的，而非限制性的。
56.在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领
域普通技术人员来说将明显的是，不需要采用具体细节来实践本发明。在其他情况下，未详细描述众所周知的步骤或操作，以避免模糊本发明。
57.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
58.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
59.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
60.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
61.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
62.本发明的第一方面，提供了一种超薄紧凑型电机，请参考图2-图13，包括：定子部件1、转子部件3以及设置在定子部件1和转子部件3之间的绕组层2；定子部件1朝向绕组层2的一侧延伸出贯穿绕组层2并与转子部件3相抵的至少一个凸极11。
63.具体的，在本方案中，转子部件3、绕组层2和定子部件1都可以是圆环形状，转子部件3、绕组层2和定子部件1的内径、外径也可以相等，绕组层2设置在转子部件3与定子部件1之间，转子部件3与定子部件1的中心线在同一条直线上，转子部件3可沿此中心线旋转，定子部件1具有至少一个凸极11，凸极11贯穿绕组层2，与转子部件3相抵，当转子部件3旋转时，凸极11与转子部件3滑动接触，其中，凸极11由金属导电材料构成。需要说明的是，凸极11的作用在于增加定子部件1和转子部件3之间的磁通密度，从而改善电机的输出性能，例如，改善功率和扭矩密度，减少谐波和扭矩波动，增强散热，提高电机的输出效率。另外，由于凸极11贯穿绕组层2，因此凸极11还可以对绕组层2起定位的作用。
64.本方案与现有技术相比，增加了凸极11，在不改变原有结构的情况下，增加了定子部件1和转子部件3之间的磁通密度，大大的提高了电机的效率，结构简单，效果显著，且制造成本低。另外，凸极11还可以对绕组层2起定位的作用，抑制绕组与定子部件1之间可能会产生的相对运动。
65.在进一步可选的实施例中，绕组层2包括：印刷电路板21以及嵌入在印刷电路板21的绕线线圈22组；绕线线圈22组设置有至少一组线圈22，线圈22设置有至少一匝绕线；绕线线圈22包括至少两组以上线圈22时，线圈22之间相互连接；凸极11穿过处在线圈22内部分的印刷电路板21并与转子部件3相抵。
66.具体的，在本方案中，绕线线圈22组包括一个或多个线圈22组成，在包括多个线圈22的情况下，线圈22之间的连接形式可以是串联连接，也可以是并联连接，线圈22至少包括一匝绕线，在包括多匝绕线的情况下，绕线的方向可以沿顺时针方向绕线，也可以沿逆时针方向绕线，绕线的形状也可以是多种形状，例如圆形、正方形、矩形、三角形、泪滴形、梯形等。其中，绕线线圈22的内部是中空的，且绕线的材质是金属材质，优选的材料为铜。需要说明的是，绕线线圈22组嵌入在印刷电路板21(pcb板)中，由印刷电路板21(pcb板)提供封闭的外壳，整个绕线线圈22组不裸露在外部空间中。在印刷电路板21(pcb板)上线圈22内部中空的部分设置通孔，通孔的形状可以与线圈22的形状相同，也可以与线圈22的形状不同，通孔的数量与线圈22的数量一致。设置在定子部件1上的凸极11穿过pcb板上的通孔，与转子部件3相抵，需要说明的是，凸极11在贯穿pcb板方向上的长度大于pcb板的厚度，且凸极11的形状可以与线圈22的形状相同，也可以与线圈22的形状不同，凸极11的数量与线圈22的数量一致。可选的，本方案可以使用定子轭部12为绕组层2提供支撑，并传导磁通量及散热，需要说明的是，在某些实施例中，该定子轭部12不是必须的。
67.本方案与现有技术相比，可以通过对凸极11形状的优化，改善定子部件1和转子部件3之间的磁通密度，进而改善电机的输出性能。
68.在进一步可选的实施例中，转子部件3包括第一磁体32，第一磁体32为一圆环形磁体。
69.具体的，在本方案中，转子部件3可以是一连续的圆环形磁体，当转子部件3是一连续的圆环形磁体的情况下，可以不设置转子轭部4来对转子部件3进行固定。连续的圆环形磁体作为转子部件3与绕组层2活动连接，与贯穿绕组层2的凸极11与接触。连续的圆环形磁体作为转子部件3旋转时，与凸极11滑动接触，由于凸极11的设置增强了转子部件3与定子部件1之间的磁通密度，提高了电机的输出效率。
70.本方案与现有技术相比，采用连续的圆环形磁体作为转子部件3，不需设置转子轭部4来对转子部件3进行固定，结构更加简单紧凑，安装方便，并降低了制造成本。
71.在进一步可选的实施例中，转子部件3包括转子轭部4和多个转动片31，所有转动片31环绕轴向固定设置在转子轭部4上，且每相邻两个转动片31之间留有间隙；转动片31设置成磁性体转动片31或者非磁性体转动片31。
72.具体的，在本方案中，使用固定设置在转子轭部4上的多个转动片31作为转子部件3，其中，转子轭部4的截面为圆环形，其圆环的中心轴线上设置有贯穿转子轭部4的轴，该轴也贯穿前文所述的转子部件3、定子部件1与绕组层2。所有的转动片31以转子轭部4中心轴线为轴线环绕设置在转子轭部4上，且相邻的转动片31之间具有间隙，所有转动片31均与转
子轭部4固定连接。需要说明的是，转动片31可以设置成磁性体转动片31，也可以设置成非磁性体转动片31。优选的，转动片31可以形状大小相同，且在转子轭部4上均布，相邻的转动片31之间的间隙也相同。
73.在进一步可选的实施例中，转子部件3为圆环形，且其本体上设置有磁通屏障33或气隙层。
74.具体的，在本方案中，在圆环形的转子部件3对应绕组层2与定子部件1的面上设置磁通屏障33或气隙层，磁通屏障33以及气隙层贯穿圆环形的转子部件3，从而实现同步磁阻，需要说明的是，磁通屏障33的形状、方向、取向和层数可以根据需要任意调整。
75.本方案与现有技术相比，设置磁通屏障33或气隙层可以实现同步磁阻，增加转子部件3与定子部件1之间磁通密度，提高效率。
76.在进一步可选的实施例中，转子部件3设置为带有多个感应导体条34的转子部件3，带有多个感应导体条34的转子部件3为圆环形，所有感应导体条34的两端分别与圆环形转子部件3同轴设置的内圆及外圆固定连接，且每相邻两个感应导体条34之间具有间隙。
77.具体的，在本方案中，多个感应导体条34固定设置在圆环形的转子部件3上，感应导体条34的两端分别与圆环形转子部件3同轴设置的内圆及外圆固定连接，且相邻的感应导体条34之间具有间隙，优选的，多个感应条的延长线汇集到圆环形转子部件3的几何圆心上，且多个感应条均布在圆环形的转子部件3上。其中，多个感应导体条34与转子部件3均为金属材质，多个感应条与圆环形的转子部件3内圆及外圆焊接连接。
78.本方案与现有技术相比，多个感应导体条34均布在圆环形的转子部件3上，相邻感应导体条34之间具有间隙可以增加转子部件3与定子部件1之间的磁通密度，提高效率。
79.在进一步可选的实施例中，凸极11垂直于轴向的截面形状为圆形、长方形、正方形、三角形以及梯形中的一种或多种；处在每组线圈22内的印刷电路板21，在垂直于轴向的截面形状为圆形、长方形、正方形、三角形以及梯形中的一种或多种。
80.具体的，在本方案中，凸极11的形状可以采用任意形状，例如圆形、正方形、矩形、三角形、泪滴形、梯形等。同时设置在定子部件1上的多个凸极11的形状可以不同，例如圆形、正方形、矩形、三角形、泪滴形、梯形等其中的一种或多种，另外，也可以在定子部件1绕组线圈22中的任何一个线圈22内设置多个凸极11，并且在定子部件1绕组线圈22中的任何一个线圈22内设置的多个凸极11也可以是不同形状，例如圆形、正方形、矩形、三角形、泪滴形、梯形等其中的一种或多种。需要说明的是，处在每组线圈22内的印刷电路板21，在垂直于轴向的截面形状也相应的为圆形、长方形、正方形、三角形以及梯形中的一种或多种。另外，凸极11还可用作电子组件(例如位置传感器、开关、电感器、电容器和电阻等)。这为电机设计和控制提供了更为紧凑和集成的解决方案。
81.本方案与现有技术相比，在磁场环境不同的情况下，可以根据实际情况优化凸极11的形状，以改善定子部件1与转子部件3之间的磁通密度，进而改善电机的输出性能，提高效率。
82.在进一步可选的实施例中，沿轴向，电机依次设置有定子部件1、绕组层2、转子部件3、绕组层2以及定子部件1；两个定子部件1的凸极11均贯穿其相邻的绕组层2上，且处在线圈22内中空部分的印刷电路板21并与转子部件3相抵。
83.本技术提供的超薄紧凑型电机还可以使用双定子部件1与单转子部件3的结构实
现，具体的，在本方案中，两个定子部件1被放置在电机的两端，同时单个转子部件3被夹在两个定子部件1之间。转子部件3仅包含磁体作为导磁部分。绕组线圈22围绕设置在定子部件1上的凸极11放置，并嵌入在pcb板中，其中，pcb板是多层结构。定子部件1具有穿过pcb板所有层的凸极11，也就是说，凸极11未被pcb板覆盖并且暴露在两个定子部件1和转子部件3之间。需要说明的是，凸极11可以采用任何形状，例如圆形、正方形、矩形、三角形、泪滴形、梯形等的一种或多种。也可以在定子部件1绕组线圈22中的任何一个线圈22下面放置多个凸极11。它们旨在增加定子部件1和转子部件3之间的磁通密度。凸极11的形状也可以被优化以改善电机输出性能，例如改善功率和扭矩密度，提高效率，减少谐波和扭矩波动，增强散热等。凸极11还可以用作定位机构，将pcb组件固定到定子部件1上，因此，改进了装配结构并防止绕组层2与定子部件1的错位或可能的相对运动。另外，凸极11可用作电子组件(例如位置传感器、开关、电感器、电容器和电阻等)。这为电机设计和控制提供了更为紧凑和集成的解决方案。熟悉本领域的技术人员将理解，由一侧绕组线圈22产生的磁通量从一个定子部件1开始通过气隙到达转子部件3，然后通过另一气隙到达另一个定子部件1。两侧的绕组层2可以被同步激励，以使磁场轴向对称。转子部件3可以无轭设计，以提高转矩和功率密度，同时减小尺寸和重量。双定子部件1单转子部件3配置由于轴向的几何对称性还可以减少不平衡的轴向拉力。为简单起见，在图中忽略了机械部件，例如轴承，轴承座，联轴器等。另请注意，如上所述，可以用凸齿，磁通屏障33，感应导体棒等代替磁性绕组片。
84.本方案与现有技术相比，一侧绕组线圈22产生的磁通量从一个定子部件1开始通过气隙到达转子部件3，然后通过另一气隙到达另一个定子部件1。两侧的绕组层2可以被同步激励，以使磁场轴向对称。转子部件3可以无轭设计，以提高转矩和功率密度，同时减小尺寸和重量。双定子部件1单转子部件3配置由于轴向的几何对称性还可以减少不平衡的轴向拉力，以使电机运行更加稳定。
85.在进一步可选的实施例中，沿轴向，电机依次设置有定子部件1、绕组层2、转动片31、转子轭部4、转动片31、绕组层2以及定子部件1；两个定子部件1的凸极11均贯穿其相邻的绕组层2上且处在线圈22内中空部分的印刷电路板21，并与相抵在相邻的转动片31上；两组转动片31均固定设置在转子轭部4的两侧。
86.本技术提供的超薄紧凑型电机还可以使用另一种双定子部件1与单转子部件3的结构实现。具体的，在本方案中，两个定子部件1分别放置在电机的两端，而由转动片31和转子轭部4组成的单个转子部件3被夹在两个定子部件1之间。绕组层2围绕定子部件1凸极11放置并嵌入在pcb板中。定子部件1设置有穿过pcb板的凸极11，且凸极11未被pcb板覆盖并且暴露在定子部件1和转子部件3之间。凸极11可以采用任何形状，例如圆形、正方形、矩形、三角形、泪滴形、梯形等。也可以在定子部件1绕组层2中的任何一个线圈22下面设置多个突极。它们旨在增加定子部件1和转子部件3之间的磁通密度。凸极11的形状也可以被优化，以改善电机输出性能，例如改善功率和扭矩密度，提高效率，减少谐波和扭矩波动，增强散热等。凸极11还可以用作定位机构，把pcb板等组件引导并固定到定子部件1上，因此，改进了装配条件，并防止绕组层2与定子部件1之间产生错位或可能的相对运动。另外，凸极11可用作电子组件(例如位置传感器、开关、电感器、电容器、和电阻等)。这为电机设计和控制提供了更为紧凑和集成的解决方案。熟悉本领域的技术人员将理解，由一侧绕组层2产生的磁通量从一个定子部件1开始通过气隙到达转子部件3，然后再通过转子部件3返回，通过气隙回
到定子部件1，在该实施例中，转子部件3可以仅由定子部件1的一侧控制。类似地，另一侧绕组层2产生的磁通量从另一个定子部件1通过另一个气隙到达转子部件3上，然后通过转子轭部4回到转子部件3，然后，磁通量通过气隙传播回到定子部件1，在该实施例中，转子部件3可以由定子部件1的另一侧控制。根据励磁绕组线圈22的极性，两个定子部件1绕组层2产生的磁通也可以结合在一起以形成连续的磁通路径。在该实施例中，电机既可以激励一个定子部件1与绕组层2，用于输出部分功率，或同时激励两个定子部件1与绕组层2用于输出其全部功率。需要说明的是，可以用凸齿，磁通屏障33，感应导体棒等代替转动片31。
87.本方案与现有技术相比，电机可以同时激励两个定子部件1与绕组层2用于输出功率，相比一个定子部件1与绕组层2所输出的功率更大，能够满足答功率输出的要求。
88.在进一步可选的实施例中，沿轴向，电机依次设置有转子轭部4、转动片31、绕组层2、定子部件1、定子部件1、绕组层2、转动片31以及转子轭部4；两个定子部件1固定连接，且凸极11均分别贯穿与其相邻的绕组层2上且处在线圈22内中空部分的印刷电路板21，并相抵在相邻的转动片31上；两组转动片31均为磁性体转动片31，且分别固定在与其相邻的转子轭部4上。
89.本技术提供的超薄紧凑型电机还可以使用双转子部件3与单定子部件1的结构实现。具体的，在本方案中，两个转子部件3设置在电机的两端，而由定子部件1和双面分别嵌入pcb板内的绕组线圈22组成的单个定子部件1夹在包含转动片31的两个转子部件3之间。绕组线圈22围绕定子部件1上设置的凸极11设置，并嵌入在pcb板中。定子部件1上设置有穿过pcb板的凸极11，且凸极11未被pcb板覆盖并且暴露在转子部件3和定子部件1之间。凸极11可以采用任何形状，例如圆形、正方形、矩形、三角形、泪滴形、梯形等，也可以在定子部件1绕组线圈22中的任何一个线圈22内设置置多个突极。它们旨在增加定子部件1和转子部件3之间的磁通密度。凸极11的形状也可以被优化以改善电机输出性能，例如改善功率和扭矩密度，提高效率，减少谐波和扭矩波动，增强散热等。凸极11还可以用作定位机构，把pcb板等组件固定到定子部件1上，因此，改进了装配结构，防止绕组层2与定子部件1产生的错位或可能的相对运动。另外，凸极11还可用作电子组件(例如位置传感器、开关、电感器、电容器、和电阻等)。这为电机设计和控制提供了更为紧凑和集成的解决方案。熟悉本领域的技术人员将理解，由一侧绕组层2产生的磁通量从定子部件1的一侧开始穿过气隙到达相应的转子部件3，然后穿过转子部件3通过转子轭部4返回转动片31，最后通过气隙传播回定子部件1。类似地，另一侧绕组层2产生的磁通量从另一定子部件1的一侧传播，通过气隙到达相应的转子部件3，然后通过另一转子轭部4回到另一侧转动片31，最后磁通量通过气隙回到另一定子部件1。两个转子部件3都可以使用多极配置磁体或halbach阵列磁体，实现无轭设计。在本实施例中，电机可以仅由两个定子部件1与绕组层2的其中任一侧单独控制，实现两个输出端口分别输出速度，转矩和功率的功能；或者转子部件3同时由两个定子部件1与绕组层2同步控制，实现一个输出端口，以提高功率和扭矩密度。需要说明的是，可以用凸齿，磁通屏障33，感应导体棒等代替转动片31。
90.本方案与现有技术相比，电机可以激励两个定子部件1与绕组层2的任一侧用于输出功率，也可以同时激励两个定子部件1与绕组层2来输出功率，进而能够根据实际输出需要灵活选择输出方式，节省能源。
91.在进一步可选的实施例中，可以将斜槽或偏移施加到一个或多个定子部件1和一
个或多个转子部件3上，以改善机器的输出性能，例如减小转矩脉动，减小齿槽转矩，减小径向力，减小轴向力，减小反向电磁力(emf)，提高平均转矩等。定子部件1以及绕组层2可以绕其中心轴旋转偏移，以实现定子部件1斜槽。转动片31可以绕其中心轴旋转偏移以实现转子部件3偏斜，转子部件3以及转动片31可以绕其中心旋转轴偏移以实现转子部件3偏斜。pcb板内的绕组线圈22也可以绕它们的中心轴线在不同的pcb层中旋转偏移，以实现定子部件1绕组偏斜。在不同定子部件1上或不同绕组线圈22下的凸极11也可以在形状，数量，材料，位置，偏移量等方面进行不同地设计以实现凸极11偏斜。
92.在进一步可选的实施例中，沿轴向，电机包括依次串联设置的多组驱动单元；每组驱动单元中依次包括：转子部件3、绕组层2以及定子部件1；定子部件1上设置的凸极11仅贯穿同组驱动单元中的绕组层2，并相抵在同组驱动单元的转子部件3上。
93.本技术提供的超薄紧凑型电机还可以使用多转子部件3与多定子部件1的结构实现。具体的，在本方案中，电机由一个以上的定子部件1和一个以上的转子部件3组成。电机在轴向上依次集成了多个定子部件1和多个转子部件3。这种配置允许在一个机架内集成更多的电机，从而可以实现更多的输出以满足不同的应用需求。在一些情况下，可以将多个转子部件3用作一个输出端口，这样可以叠加来自各个依次集成的电机所输出的扭矩及功率，因而产生较高的输出转矩、密度和功率。定子部件1上设置有凸极11，凸极11穿过pcb板，且凸极11没有被pcb板覆盖，并且暴露在相邻的转子部件3与定子部件1之间。凸极11可以采用任何形状，例如圆形、正方形、矩形、三角形、泪滴形、梯形等，也可以在绕组层2中的任何一个绕组线圈22下面放置多个凸极11。它们旨在增加定子部件1和转子部件3之间的磁通密度。凸极11的形状也可以被优化以改善电机输出性能，例如改善功率和扭矩密度，提高效率，减少谐波和扭矩波动，增强散热等。凸极11还可以用作定位机构，把pcb板等组件固定到定子部件1上，因此，改进了装配结构并防止绕组层2与定子部件1的错位或可能的相对运动。另外，凸极11可用作电子组件(例如位置传感器、开关、电感器、电容器和电阻等)。这为电机设计和控制提供了更为紧凑和集成的解决方案。需要说明的是，可以用凸齿、磁通屏障33、感应导体棒等代替转动片31。
94.本方案与现有技术相比，可以叠加来自多个依次集成的电机所输出的扭矩及功率，因而产生较高的输出转矩、密度和功率。
95.本发明的第二方面，提供了一种超薄紧凑型电机设备，包括壳体、转轴以及前文所述的超薄紧凑型电机，转轴穿过定子部件1、转子部件3以及设置在定子部件1和转子部件3之间的绕组层2，固定在壳体上，定子部件1固定设置在壳体上。
96.具体的，在本方案中，超薄紧凑型电机固定设置在转轴上，转轴旋转时，转轴可带动超薄紧凑型电机一起旋转，超薄紧凑型电机与转轴设置在壳体内，需要说明的是，设置在超薄紧凑型电机上的定子部件1与壳体固定连接，转轴的一端作为输出端伸出到壳体外。
97.本发明的第三方面，请参考图14，提供了一种超薄紧凑型电机系统，其特征在于，包括外部电源以及前文所述的超薄紧凑型电机设备，外部电源与超薄紧凑型电机设备连接，超薄紧凑型电机设备通过外部电源的驱动，能够实现对外输出转矩。
98.具体的，在本方案中，外部电源与超薄紧凑型电机设备连接，由外部电源来驱动超薄紧凑型电机设备，超薄紧凑型电机设备在外部电源的驱动下可以向外输出速度，转矩和功率。
99.本发明的第四方面，请参考图15，提供了一种超薄紧凑型发电系统，其特征在于，包括外部原动机以及前文所述的超薄紧凑型电机设备，外部原动机与超薄紧凑型电机设备连接，超薄紧凑型电机设备通过外部原动机驱动，能够实现对外输出电压和电流。
100.具体的，在本方案中，外部原动机与超薄紧凑型电机设备连接，且超薄紧凑型电机设备通过外部原动机驱动，超薄紧凑型电机设备在外部原动机的驱动下，可以作为发电机对外输出电压和电流。
101.以上描述的各技术特征可以任意地组合。尽管未对这些技术特征的所有可能组合进行描述，但这些技术特征的任何组合都应当被认为由本说明书涵盖，只要这样的组合不存在矛盾。
102.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。