РОТАЦИОННАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С АКСИАЛЬНЫМ ПОЛЕМ Российский патент 2007 года по МПК H02K29/06 H02K21/24 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к ротационной электрической машине с аксиальным полем, которая может использоваться либо в качестве электродвигателя, предназначенного для преобразования электрической энергии в энергию движения, либо в качестве генератора, предназначенного для преобразования энергии вращательного движения в электрическую энергию. Данное изобретение предусматривает наличие статора, выполненного посредством укладывания в стопку нескольких печатных плат, на которых электрические компоненты расположены таким образом, чтобы обеспечить получение максимальных показателей по мощности и коэффициенту полезного действия.

Уровень техники

Известны бесщеточные электродвигатели с воздушным осевым зазором и расположенными слоями дисковыми статорами, которые, к примеру, раскрываются в описании изобретения к патенту США №5789841, выданному на имя Уэнга (Wang). Для обмотки статора в техническом решении, предложенном Уэнгом, используются проволочки, взаимосвязываемые между собой таким образом, чтобы образовалась волнистая или перекрывающая конфигурация. Эти электродвигатели имеют сравнительно большой размер, а производство их является довольно сложным.

Кроме того, известны также электрические машины с аксиальным полем, в конструкции которых применяются статоры, набираемые из печатных плат, к примеру, так, как это показано в описании изобретения к патенту США №6411002, выданному на имя Смита и др. (Smith et al.).

Настоящее изобретение представляет собой ротационную электрическую машину, предназначенную для эксплуатации в электроэнергетических системах с многофазным током. Данная электрическая машина имеет, как правило, плоскую форму и является сравнительно тонкой, благодаря чему ее можно применить в качестве электродвигателя для множества существующих в настоящее время различных рабочих инструментов и приспособлений, находящихся в повседневном пользовании, к примеру, таких как электродрели, механические пилы, прополочные культиваторы, электрические велосипеды, моечные машины и сушилки. Предлагаемая электрическая машина, согласно настоящему изобретению, спроектирована таким образом, что имеет минимальное электрическое сопротивление и обеспечивает сведение вихревых и контурных токов к минимуму. Электромагнитная индуктивность усиливается благодаря минимальному зазору между магнитами ротора и соответствующими цепями статора, и, кроме того, поскольку электродвигатель набирается из печатных плат, издержки производства сводятся, по существу, к минимуму.

Настоящее изобретение представляет собой аксиальную ротационную электрическую машину, выполненную для многофазного электрического тока. Эта электрическая машина содержит ротор, имеющий множество полюсов постоянных магнитов, закрепленных на нем, и статор, образованный уложенными в стопку несколькими печатными платами, образующими рабочие проводниковые слои, и соответствующим количеством печатных плат, образующих соединительные слои. При этом статор имеет, по меньшей мере, один рабочий проводниковый слой для каждой фазы электрического тока и, по меньшей мере, один соединительный проводниковый слой, связанный с каждым одним рабочим проводниковым слоем. При этом каждый рабочий проводниковый слой и каждый соединительный проводниковый слой имеют соответствующие радиальные проводники, проходящие от сквозного отверстия, выполненного на внутреннем диаметре соответствующего слоя, к сквозному отверстию, выполненному на наружном диаметре этого слоя. Кроме того, предусматривается также наличие соответствующего множества проводников, пропущенных сквозь соответствующие сквозные отверстия и предназначенных для электрического соединения отдельных радиальных соединителей проводникового слоя с соответствующими выбранными радиальными соединителями рабочего проводникового слоя.

Краткое описание чертежей

Для того чтобы обеспечить более четкое понимание данного изобретения и упростить его практическую реализацию, ниже следует описание предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, который приводится здесь исключительно лишь для примера и рассматривается со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 изображено частичное пространственное изображение статора, применяемого в настоящем изобретении и представленное без отдельных его частей.

На фиг.2 - вид статора, аналогичный его виду, показанному на фиг.1, но представленный еще без нескольких его частей.

На фиг.3 - вид статора, аналогичный показанному на фиг.2, но представленный еще без нескольких его частей.

На фиг.4 - пространственное изображение электрической машины согласно настоящему изобретению, представленной в разобранном виде.

На фиг.5 - вид электрической машины согласно настоящему изобретению в поперечном сечении.

На фиг.6 - вид сверху на первый рабочий проводниковый слой, применяемый в конструкции статора, показанного на фиг.1.

На фиг.6А - вид сверху на первый рабочий проводниковый слой, показанный на фиг.6, но изображенный уже без межсоединений.

На фиг.7 - вид сверху на первый соединительный проводниковый слой, применяемый в конструкции статора, показанного на фиг.1.

На фиг.8 - вид сверху на второй рабочий проводниковый слой, применяемый в конструкции статора, показанного на фиг.1.

На фиг.9 - вид сверху на второй соединительный проводниковый слой, применяемый в конструкции статора, показанного на фиг.1.

На фиг.10 - вид сверху на третий рабочий проводниковый слой, применяемый в конструкции статора, показанного на фиг.1.

На фиг.11 - вид сверху на третий соединительный проводниковый слой, применяемый в конструкции статора, показанного на фиг.1.

На фиг.12 - вид сверху на отдельный проводниковый слой, применяемый в конструкции статора согласно настоящему изобретению.

На фиг.13А - вид в поперечном сечении, показывающий способ компоновки слоев статора, представленных в разобранном виде.

На фиг.13В - вид в поперечном сечении, показывающий уложенные в стопку слои статора, представленные на фиг.13А.

На фиг.13С - вид в поперечном сечении, аналогичный виду, показанному на фиг.13В, но с электролитическим покрытием сквозных отверстий.

На фиг.14 - деталировка радиального проводника, применяемого в конструкции проводниковых слоев согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг.15 - деталировка, показывающая радиальные проводники шести проводниковых слоев, соединенных параллельно согласно настоящему изобретению.

На фиг.16 - вид сверху на первый рабочий проводниковый слой, показанный на фиг.6.

На фиг.17 - вид сверху на первый соединительный проводниковый слой, показанный на фиг.7, но представленный с выделением основных особенностей.

На фиг.18 - вид сверху на проводниковый слой согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг.19 - деталировка радиального проводника, применяемого в конструкции проводниковых слоев согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг.20 - деталировка радиального проводника, применяемого в конструкции проводниковых слоев согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг.21 - деталировка радиального проводника, применяемого в конструкции проводниковых слоев согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг.22 - деталировка радиального проводника, применяемого в конструкции проводниковых слоев согласно шестому варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг.23 - деталировка радиального проводника, применяемого в конструкции проводниковых слоев согласно седьмому варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг.24 - деталировка радиального проводника, применяемого в конструкции проводниковых слоев согласно восьмому варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг.25 - частичное пространственное изображение статора, показанного на фиг.1 и снабженного отдельным проводниковым слоем, представленным на фиг.12.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение включает в себя статор, выполненный в виде уложенного в стопку множества печатных плат, содержащих множество электрических схем, образованных из проводящего материала и размещенных на диэлектрическом материале. В общем, изобретение имеет плоскую, сравнительно тонкую, круглую, квадратную или иную форму.

В качестве примера, не накладывающего каких-либо ограничений, на фиг.1 представлено пространственное изображение предпочтительного варианта осуществления изобретения, содержащего шесть слоев печатных плат, образующих конфигурацию для трехфазного электрического тока. Эти три фазы обозначены здесь А, В и С. На фиг.1 для большей ясности масштаб в осевом направлении увеличен, а непроводящий материал, обычно применяемый для электрической изоляции и механической опоры, удален. На фиг.1 показана одна из многих возможных компоновочных схем, в которой цепь фазы А, цепь фазы В и цепь фазы С взаимосвязаны и шунтируют друг друга. На фиг.2 цепь фазы С удалена, чтобы лучше были видны некоторые детали. На фиг.2 показана одна из многих возможных компоновочных схем, в которой цепь фазы А взаимосвязана и цепью С и шунтирует ее. Как это лучше всего видно на фиг.3, на которой удалены цепи обеих фаз В и С, цепь фазы А состоит из слоев проводящего материала. Каждый слой проводящего материала содержит множество радиальных проводников, обозначенных как радиальные проводники 2, и разнообразные нерадиальные проводники, представленные как нерадиальные проводники 3, 4 и 5. Радиальные проводники и нерадиальные проводники соединены между собой последовательно на одном проводниковом слое, а также соединены последовательно с проводниками других проводниковых слоев при помощи множества проводников межслоевого соединения, представленных как проводники 6 межслоевого соединения. Проводники межслоевого соединения могут также параллельно соединять соответствующие радиальные проводники разных проводниковых слоев. Цепь фазы А с многочисленными радиальными и нерадиальными проводниками, соединенными между собой на одном и том же слое последовательно, либо последовательно и параллельно, а также взаимно соединенными с другими слоями последовательно и параллельно, либо только параллельно, взаимосвязаны и шунтируют цепи других фаз на тех же самых проводниковых слоях. Цепи фаз А, В и С показаны на фиг.1-3 состоящими из шести проводниковых слоев, но в других вариантах осуществления изобретения может иметься большее или меньшее число проводниковых слоев.

Как показано на фиг.1-3 и рассмотрено подробно ниже, размеры, пространственное расположение и взаимосвязи каждого проводника в схемах фаз А, В и С оптимизированы исходя из функций и желаемых характеристик устройства, которое представляет собой предмет изобретения. Размеры, пространственное расположение и взаимосвязи одного проводника в одном проводниковом слое могут варьироваться независимо от любого другого проводника в том же слое. Размеры, пространственное расположение и взаимосвязи одного проводника в одном проводниковом слое могут варьироваться независимо от размеров, пространственного расположения и взаимосвязей любого другого проводника в любом другом проводниковом слое. В качестве одного из примеров на фиг.3 показан радиальный проводник 2, толщина которого меньше, чем толщина нерадиального проводника 3, хотя эти проводники и связаны друг с другом в одном и том же проводниковом слое. Селективно подбирая размеры, пространственное расположение и взаимосвязи каждого проводника без исключения в цепях фаз А, В и С, можно оптимизировать данное устройство по ряду показателей, в том числе, но не ограничиваясь только ими, по таким показателям, как электрическое сопротивление, электромагнитная индукция, генерирование вихревых и контурных токов, рассеяние тепла и себестоимость производства. Ниже приводится подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения с тем, чтобы дополнительно проиллюстрировать объем настоящего изобретения.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения показан на фиг.4. Электрическая машина 10, предназначенная для функционирования в качестве электродвигателя или генератора, состоит из двух корпусов 11 и 12, приводного вала 13, шпонки 13а вала, двух роторов 14а и 14b, проводникового статора 15, двух подшипников 16а и 16b, двух аксиально намагниченных постоянных магнитов 17а и 17b, волнообразной шайбы 18 и трех датчиков Холла 19. Электрическая машина 10 также содержит соединитель 20 фаз статора, соединитель 21 датчиков статора, электронный пульт управления 22, соединитель 23 управления фазами, соединитель 24 управления датчиками, теплоотвод 25 блока управления и крышку 26 блока управления. Электронный пульт управления 22 представляет собой электронное чувствительное и управляющее средство, предназначенное для подачи электрического тока в проводниковый статор 15. Электронный пульт управления 22 соединяется с источником постоянного тока, к примеру, таким как аккумуляторная батарея или какой-нибудь иной источник постоянного тока (не показан). Электронный пульт управления 22 известен также в данной области техники как привод электродвигателя, и в его конструкции, в общем, используются компоненты обычных типов, к примеру, такие как интегральные схемы, силовые транзисторы, регуляторы, диоды, сопротивления и конденсаторы.

Соединитель 20 фаз статора согласуется с соединителем 23 управления фазами, а соединитель 21 управления датчиками статора согласуется с соединителем 24 управления датчиками, обеспечивая соединение электронного пульта управления 22 с проводниковым статором 15. Кроме того, показаны также болты 27 и гайки 28, которые крепят корпус 11, корпус 12 и крышку 26 блока управления друг к другу. Контрольный крепежный болт 29 обеспечивает крепление электронного пульта управления 22 и теплоотвода 25 блока управления к корпусу 11.

Далее, на фиг.4 видно, что магниты 17а и 17b намагничены в осевом направлении и имеют полюса N и S, которые, чередуясь, образуют кольцо. Магниты 17а и 17b показаны на чертеже и рассматриваются в описании как кольцевые магниты, но они могут быть выполнены также и в виде отдельных магнитов. Магниты 17а и 17b, предпочтительно, выполняются, по меньшей мере, из одного из редкоземельных металлов, к примеру, такого как сплав неодима с железом и бором. В собранном виде электрическая машина показана на фиг.5, магниты 17а и 17b крепятся к роторам 14а и 14b. Роторы 14а и 14b жестко крепятся к приводному валу 13 с противоположных сторон статора 15 вместе с магнитами 17а и 17b, расположенными таким образом, чтобы плюс N магнита 17а обращен был к полюсу S магнита 17b. Магниты 17а и 17b создают между собой магнитный поток, перпендикулярный поверхности проводникового статора 15. Магниты 17а и 17b показаны и описаны как имеющие четыре магнитных полюса, однако, электрическая машина 10 может быть выполнена также с магнитами, имеющими другое число полюсов, к примеру, два, шесть, восемь, шестнадцать или какое-нибудь другое четное число полюсов при условии практической осуществимости такого варианте в производстве.

Как показано на фиг.5, корпуса 11 и 12, выполненные из жесткого материала, такого как формованный пластик или сплав, содержащий алюминий или магний, служат опорой для подшипников 16а и 16b. Приводной вал 13 опирается на два подшипника 16а и 16b, причем приводной вал 13 выступает наружу через отверстие в корпусе 12. Роторы 14а и 14b с закрепленными на них магнитами 17а и 17b крепятся на валу 13. Роторы 14а и 14b выполнены из магнитопроницаемого материала, такого как сталь, обеспечивая возврат магнитного потока для магнитов 17а и 17b. Магниты 17а и 17b создают между собой интенсивный магнитный поток. Корпусы 11 и 13 удерживают проводниковый статор 15 в соответствующем положении между роторами 14а и 14b с обеспечением воздушных зазоров 31а и 31b между магнитами 17а и 17b. Та часть проводникового статора 15, которая находится в концентрированном магнитном потоке, возникающем между магнитами 17а и 17b, определяет собой рабочую секцию 30. При вращении магнитов 17а и 17b с помощью соответствующих внешних средств в проводниковом материале рабочей секции 30 будет индуцироваться электрический ток, что позволяет использовать электрическую машину 10 в качестве генератора постоянного или переменного тока. И, наоборот, при надлежащей подаче электрического тока к проводникам рабочей секции 30 будут возникать силы Лоренца, действующие на проводники с током в магнитном поле. Результирующая сила обеспечивает получение крутящего момента, вращающего магниты 17а и 17b, жестко закрепленные на роторах 14а и 14b, которые, в свою очередь, жестко закреплены на приводном валу 13. При этом приводной вал 13 совершает работу, и, таким образом, электрическая машина 10 может использоваться в качестве электродвигателя или привода.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, ниже приводится описание новых признаков проводниковой ротационной электрической машины 10. Проводниковый статор 15 электрической машины 10 состоит из уложенных в стопку печатных плат, выполненных из слоев проводящего материала, опирающихся на соответствующее множество слоев из непроводящего материала. На каждой из фиг.6-11 показан рисунок схемных межсоединений для слоя проводящего материала, применяемого в конструкции проводникового статора 15. На фиг.6 показан слой проводящего материала, применяемый в статоре 15 и имеющий "рабочий" рисунок 32 печатных плат. Каждый слой проводящего материала опирается на соответствующий слой не проводникового материала, который отделяет его от других слоев проводящего материала. Каждый слой проводящего материала, имеющийся в проводниковом статоре 15, может иметь идентичный или же другой рисунок печатной платы. Каждый такой слой представляет собой набор электрических проводников, выполненных из электропроводного материала, такого как медь, имеющий электрическую изоляцию и опирающийся на непроводящий материал, такой как стекловолокно. Рисунок схемных межсоединений каждого слоя может быть выполнен различными способами, в том числе, но, не ограничиваясь только ими, травлением, штамповкой, напылением, вырезанием или иным способом механической обработки. Предпочтительным способом получения рисунка межсхемных соединений, такого как рисунок межсхемных соединений 32, является химическое травление, осуществляемое с каждой стороны множества двусторонних печатных плат 39, каждая из которых представляет один лист стекловолокна, находящийся в виде прослойки между двумя листами меди. В качестве примера, не накладывающего каких-либо ограничений, на фиг.13А-13С схематически показано, как может изготавливаться проводниковый статор 15. На фиг.13А три двухсторонних печатных платы 39 уложены в стопку вместе с двумя листами стекловолокна 40, проложенными между ними. На фиг.13В уложенные в стопку печатные платы 39 и листы стекловолокна 40 подвергаются ламинированию для соединения их в единое целое под воздействием тепла и давления, в результате чего образуется комбинированная конструкция из нескольких плат, предназначенная для проводникового статора 15. Центральное отверстие 41 выполнено для прохождения вала 13. Просверливается также множество отверстий 42, и, как показано на фиг.13С, отверстия 42 могут быть покрыты электролитическим покрытием из электропроводящего материала, такого как медь, в результате чего образуется множество отверстий, которые обозначены на фиг.13С как отверстия 43 с электролитическим покрытием.

Предпочтительно применять печатные платы, которые имеют медные листы толщиной большей, чем толщина медных листов для обычно изготавливаемых печатных плат. Предпочтительной является толщина медного листа в пределах от 0,004 до 0,007 дюйма (от 0,1 мм до 0,18 мм), но могут применяться также и медные листы, имеющие другую толщину. Как было показано ранее на фиг.1, толщина медного листа в указанных предпочтительных пределах обеспечивает получение проводников ленточной формы, если смотреть на них без поддерживающего их стекловолокна. Обращаясь снова к фиг.6, отметим, что сквозные отверстия сверлятся в строго установленных местах в комбинированной конструкции из нескольких плат, после чего на внутренних стенках отверстий осаждается электролитическое покрытие из электропроводного материала, такого как медь. Отверстия с электролитическим покрытием, названные также сквозными межсоединениями, обеспечивают получение множества соответствующих межслойных проводников, обозначенных как сквозные межсоединения 201 и 301, которые обеспечивают электрическое соединение проводников, находящихся на разных слоях проводникового статора 15. Хотя в описании данного варианта осуществления изобретения показаны отверстия с электролитическим покрытием, следует понимать, что возможно также применение иных средств для получения соответствующих межслойных проводников, в том числе, но, не ограничиваясь только ими, отверстий, заполненных электропроводным материалом, металлических штифтов, точек обжатия, точечной сварки или проволоки. Как указано выше, различные проводники, находящиеся на разных слоях проводникового статора 15 и соединяемые между собой последовательно и параллельно при помощи сквозных межсоединений, обеспечивают получение проводниковых схем согласно данному изобретению. Современные технологии производства печатных плат позволяют изготавливать проводниковые оптимизированные статоры 15 в достаточно больших количествах при сравнительно небольших отклонениях в размерах проводников, пространственном их расположении, толщине статора, плоскостности статора, а также со стопроцентной гарантией неразрывности проводниковых схем.

В описываемом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на фиг.4-11, в конструкции проводникового статора 15 имеются три оптимизированные проводниковые схемы, по одной на каждую фазу электрического тока применительно к цепи трехфазного тока. Как указано ранее, на фиг.6 показан слой электропроводного материала, находящийся внутри проводникового статора 15, имеющего межсхемные соединения 32 рабочих печатных плат. На фиг.7 показан слой электропроводного материала, находящийся внутри проводникового статора 15, имеющего межсхемные соединения 33 "соединительных" печатных плат. Печатные платы 32 на фиг.6 и печатные платы 33 на фиг.7 состоят из проводников, соединенных друг с другом таким образом, чтобы обеспечить получение законченной электрической цепи в той ее части, которая относится к фазе А. Рисунки 32 и 33 печатных плат также состоят и из проводников, связанных с цепями фаз В и С. Аналогично, рисунок 34 рабочих печатных плат, показанный на фиг.8, и рисунок 35 соединительных печатных плат, показанный на фиг.9, состоят из проводников, соединенных друг с другом таким образом, чтобы обеспечить получение законченной электрической цепи в той ее части, которая относится к фазе В. Рисунки 34 и 35 печатных плат также состоят и из проводников, связанных с цепями фаз А и С. Кроме того, рабочие печатные платы, показанные на фиг.10, и соединительные печатные платы, показанные на фиг.11, состоят из проводников, соединенных друг с другом таким образом, чтобы обеспечить получение законченной электрической цепи в той ее части, которая относится к фазе С. Печатные платы 36 и 37 также состоят из проводников, связанных с цепями фаз А и В.

Радиальные проводники на печатных платах 32, 33, 34, 35, 36 и 37 идентичны для всех слоев.

На фиг.12 показан слой печатной платы 38, выполненный из электропроводного материала и имеющий рисунок радиальных проводников, идентичный рисунку радиальных проводников в слоях других печатных плат. Рисунок проводников печатной платы 38 дополнительно включает в себя множество проводников 44, которые соединяют множество клемм 45 с множеством монтажных контактных площадок 46 для датчиков. Монтажные контактные площадки 46 для датчиков обеспечивают возможность смонтировать на поверхности соответствующие средства, позволяющие определить положение магнитных полюсов N и S магнитов 17а и 17b. К примеру, такие средства как матрица датчиков Холла. Как показано, по одному датчику Холла 19 устанавливается на каждой монтажной контактной площадке 46 для датчиков. Монтажная контактная площадка 46А для датчиков обеспечивает возможность смонтировать на поверхности соответствующие средства, позволяющие определить температуру, к примеру, такие как термистор. Клеммы 45 датчиков обеспечивают возможность подсоединения их к соответствующим внешним электронным управляющим средствам, к примеру, к таким как привод электродвигателя. Рисунок печатных плат 38 также содержит проводники, связанные с цепями фаз А, В и С.

На фиг.25 показан рисунок печатной платы 38, находящейся сверху уложенных в стопку печатных плат 32, 33, 34, 35, 36 и 37, как показано ранее на фиг.1. Рисунок печатных плат 38 предпочтительно соответствует верхнему или нижнему слою с тем, чтобы облегчить монтаж на их поверхности соответствующих датчиков и соединителей, к примеру, датчиков Холла 19 на монтажных контактных площадках 46 для датчиков, соединителя 20 фаз статора с клеммами 53 для отдельных фаз, а также соединителя 21 датчиков статора с клеммами 45 датчиков. Радиальные проводники печатной платы 38 электрически связаны через проводники сквозного межсоединения с цепями фаз А, В и С печатных плат 32, 33, 34, 35, 36 и 37.

Обратимся теперь к фиг.6А, на котором показано, что рисунок печатной платы 32 представляет собой множество концентричных кольцеобразных секций, которые различаются между собой по функции имеющихся на них проводников. На фиг.6А иллюстрируются различные функциональные кольцеобразные секции рисунка печатной платы 32 с удалением для ясности некоторых деталей рисунка. Ниже следует описание функциональных кольцеобразных секций рисунка печатной платы 32 применительно к каждому слою печатной платы из электропроводного материала, имеющегося в проводниковом статоре 15. Кроме того, на фиг.6А также показано, что магнит 17b имеет магнитные полюса N и S. Магнит 17b расположен снизу проводникового статора 15, как показано на фиг.6А, а магнит 17а, который на показан на этой фигуре, имеет такое же местоположение, но находится сверху проводникового статора 15. Печатная плата 32 имеет рабочую проводниковую секцию 30, которая определяется магнитными полюсами N и S магнита 17а. Иными словами, рабочая проводниковая секция 30 представляет собой такую часть проводникового статора 15, которая пересекается с магнитным потоком, возникающим между магнитами 17а и 17b. Как показано на фиг.6А, существует множество фазовых секторов рабочей проводниковой секции 30, которые обозначены А, В и С. Общее число фазовых секторов равно числу магнитных полюсов, помноженному на число имеющихся фаз электрического тока. В описываемом варианте осуществления настоящего изобретения электрическая машина 10 имеет трехфазную конфигурацию и четыре магнитных полюса, и поэтому рабочая проводниковая секция 30 имеет, в общем, двенадцать фазовых секторов. Электрическая машина 10 может также быть выполнена таким образом, чтобы иметь какую-нибудь иную многофазную конфигурацию, в связи с чем изменяется и число фазовых секторов. В качестве примера, не накладывающего каких-либо ограничений, можно указать, что в другом варианте исполнения электрической машины 10 с пятифазной конфигурацией и четырьмя магнитными полюсами ее рабочая проводниковая секция 30 разделяется на двадцать фазовых секторов. Как показано на фиг.6А, фазовые секторы А, В и С располагаются последовательно вокруг рабочей проводниковой секции 30, а суммарная площадь этих трех фазовых секторов равняется площади одного магнитного полюса.

Далее, со ссылками на фиг.6А описываются другие секции рисунка печатной платы 32. В радиальном направлении к центру относительно рабочей проводниковой секции 30 находится внутренняя секция 47 сквозных межсоединений. Еще дальше в радиальном направлении внутри секции сквозных межсоединений находится секция 48 нерадиальных проводников. И затем, еще дальше в радиальном направлении внутри секции 48 нерадиальных проводников находится отверстие 49 вала. В радиальном направлении снаружи рабочей проводниковой секции 30 находится секция 50 сквозных межсоединений. Еще дальше в радиальном направлении от центра за секцией 50 сквозных межсоединений находится секция 51 нерадиальных проводников. И затем, еще дальше в радиальном направлении снаружи секции 51 нерадиальных проводников находится теплоотводная секция 52. Теплоотводная секция 52 контактирует с корпусами 11 и 12, обеспечивая передачу тепла от проводникового статора 15 к корпусам 11 и 12. Одна из зон теплоотводной секции 52 предназначается для использования ее в качестве клеммной секции 53, которая обеспечивает возможность подсоединения к внешней электрической системе, к примеру, такой как привод электродвигателя, выпрямитель или преобразователь.

Печатная плата 32 проводникового статора 15, как показано, имеет шесть концентричных кольцеобразных секций, но возможны также и другие варианты осуществления настоящего изобретения с меньшим или большим числом концентричных кольцеобразных секций.

На клеммной секции 53 имеются клеммы 53А, 53В, 53С, 53D, 53Е и 53F - по две клеммы на каждую фазу цепи электрического тока. Каждый из уложенных стопкой слоев имеет такие клеммы, которые соединяются между собой посредством сквозных межсоединений, как показано на фиг.1. Рабочий проводниковый слой 32 подсоединяется к клеммам 53А, 53В. Рабочий проводниковый слой 34 подсоединяется к клеммам 53С и 53D. Рабочий проводниковый слой 36 подсоединяется к клеммам 53Е и 53F.

Как показано на фиг.6-11, размер и форма первого проводника в первой секции рисунка печатной платы 32 обычно отличается от размера и формы второго проводника во второй секции рисунка печатной платы 32. Кроме того, размер, форма и месторасположение проводника в первой секции первого слоя первого проводникового статора 15 могут либо быть такими же, либо отличаться от соответствующих показателей для проводника в соответствующей первой секции второго слоя второго проводникового статора 15. В этом состоит отличие от проводников, применяемых в обычных электродвигателях и генераторах, обмотка которых выполняется из провода постоянного диаметра, чем обусловливается постоянство размера и формы проводников для всего соответствующего электродвигателя или генератора в целом.

Конфигурация электропроводного материала в каждой секции 32 печатной платы 32 зависит от той функциональной роли, которую предназначается выполнять каждой из секций, входящих в состав проводникового статора 15. Как было показано выше, фазовые секторы А, В и С находятся в поле магнитного потока, образующегося между магнитами 17а и 17b. На фиг.14 показаны соответствующая часть печатной платы 32 вместе с отдельными частями рабочей проводниковой секции 30, внутренней секции 47 сквозных межсоединений, внутренней секции 48 нерадиальных проводников, отверстия 49 вала, внешней секции 50 сквозных межсоединений и внешней секции 51 нерадиальных проводников. В качестве примера того, как осуществляется оптимизация проводников в различных секциях рисунка печатных плат 32, рассмотрим теперь более подробно радиальный проводник 101 и некоторые связанные с ним нерадиальные проводники. В рассматриваемом варианте осуществления настоящего изобретения радиальный проводник 101 включает в себя рабочий проводник 101а, ширина 54 которого постоянна в пределах рабочей проводниковой секции 30, причем ширина 54 распределяется симметрично вдоль радиуса 55. Кроме того, радиальный проводник 101 включает в себя также внутреннюю контактную площадку 101b, находящуюся в пределах внутренней секции 47 сквозных межсоединений, которая имеет ширину 56, а также наружную контактную площадку 101с, находящуюся в пределах внешней секции 50 сквозных межсоединений, которая имеет ширину 57. Ширина 54 меньше, чем ширина 56, или равна этой ширине. Ширина 54 меньше, чем ширина 56, или равна этой ширине. Поскольку ширина 54 измеряется в плоскости, нормальной по отношению к магнитному потоку, в результате увеличения ширины 54 будут также возрастать вихревые токи, возникающие в рабочем проводнике 101а. Под воздействием вихревых токов создаются силы, которые препятствуют вращению магнитов 17а и 17b, снижая мощность, развиваемую электрической машиной 10, когда указанная электрическая машина 10 работает либо в качестве генератора, либо в качестве электродвигателя. Скорость вращения магнитов 17а и 17b является одним из показателей, используемых при определении ширины 54. С увеличением скорости вращения возрастают вихревые токи, и поэтому в варианте исполнения электрической машины 10, предназначенном для работы с высокой скоростью вращения, такой показатель как ширина 54, должен быть меньше значения этого же показателя, т.е. ширины 54, в варианте исполнения электрической машины 10, который предназначается для работы с низкой скоростью вращения. Другим показателем, который используется при определении значения ширины 54, является электрическое сопротивление. Электрическое сопротивление снижает мощность, развиваемую электрической машиной 10, когда указанная электрическая машина 10 работает либо в качестве генератора, либо в качестве электродвигателя. Вследствие наличия электрического сопротивления происходит выделение тепла при пропускании электрического тока через электропроводный материал статора 15, причем электрическое сопротивление возрастает с увеличением температуры нагрева электропроводного материала. Электрическое сопротивление возрастает с уменьшением ширины 54. Таким образом, для того чтобы уменьшить потери, вызываемые электрическим сопротивлением, следует выбирать максимальное значение ширины 54. Однако, в зависимости от рабочей скорости вращения электрической машины 10, максимальное значение ширины 54 может в результате приводить к существенным потерям, обусловленным возникновением вихревых токов. Поэтому значение ширины 54 рабочего проводника 101а выбирают таким образом, чтобы сбалансировать потери, вызываемые вихревыми токами, с потерями, обусловленными электрическим сопротивлением.

Обратимся далее к фиг.6 и 14, на которых показан контактная площадка 101b, находящаяся в пределах внутренней секции 47 сквозных межсоединений. Внутренне сквозное межсоединение 201 обеспечивает электрическую связь внутренней контактной площадки 101b радиального проводника 101 с соответствующим радиальными проводниками, находящимися на других слоях электропроводного материала, имеющихся в проводниковом статоре 15. Внутренняя контактная площадка 101b неразрывно связана с внутренним нерадиальным проводником 58, который имеет ширину 59. Ширина 59 внутреннего нерадиального проводника 58, предпочтительно, больше ширины 56 внутренней контактной площадки 101b радиального проводника 101 или же равна этой ширине. Внешняя контактная площадка 101 с имеет внешнее сквозное межсоединение 301, которое обеспечивает связь между контактной площадкой 101 с радиального проводника 101 и соответствующими радиальными проводниками, находящимися на других слоях электропроводного материала, имеющихся в проводниковом статоре 15. Внешняя контактная площадка 101с неразрывно связана с внешним нерадиальным проводником 62, который имеет ширину 61. Ширина 61, предпочтительно, больше ширины 57 или же равна этой ширине. На фиг.14 показано, что внутренняя контактная площадка 101b неразрывно связана с внутренним, нерадиальным проводником 63, а внешняя контактная площадка 101 с неразрывно связана с внешним, нерадиальным проводником 62. Однако в рассматриваемом варианте осуществления настоящего изобретения, внутренняя контактная площадка 101b радиального проводника 101 связана только лишь с внутренним, нерадиальным проводником 63 на печатной плате 32, как показано на фиг.6, и с внутренним, нерадиальным проводником 65 на 33 печатной плате 33, как показано на фиг.7. Внешняя контактная площадка 101 с связана только лишь с внешним, нерадиальным проводником 62 на печатной плате 32, как показано на фиг.6. Радиальный проводник 101, представленный на рисунках 34, 35, 36 и 37 печатных плат, показанных соответственно на фиг.8, 9, 10 и 11, не соединяется с каким-либо внутренним, нерадиальным проводником или же с каким-нибудь иным внешним, нерадиальным проводником. Следует понимать, что радиальный проводник 101 может избирательно быть подсоединен к какому-либо внутреннему, нерадиальному проводнику 63 или же к какому-нибудь иному внешнему, нерадиальному проводнику 62, находящемуся на любом слое электропроводного материала, имеющемся в проводниковом статоре 15.

Со ссылкой опять же на фиг.14 отметим, что внутренняя контактная площадка 101b и внешняя контактная площадка 101 с радиального проводника 101, внутренний, нерадиальный проводник 63 и внешний, нерадиальный проводник 62 не подвергаются воздействию интенсивного магнитного поля, создаваемого магнитами 17а и 17b. Поэтому вихревые токи не являются в данном случае каким-либо решающим фактором, и значения ширины 56, 57, 59 и 61 могут приниматься, по возможности, наибольшими в соответствующих секциях проводникового статора 15 с тем, чтобы уменьшить электрическое сопротивление в общей цепи.

Другой способ уменьшения общего электрического сопротивления цепи проводников в проводниковом статоре 15 заключается в обеспечении параллельного соединения между собой соответствующих проводников, которые находятся на разных слоях электропроводного материала. В качестве примера, не накладывающего каких-либо ограничений, на фиг.15 показаны шесть слоев радиального проводника 101, имеющих параллельную электрическую связь между собой, обеспечиваемую сквозными межсоединениями 201 и 301. Общее электрическое сопротивление некоторого количества проводников, параллельно соединенных между собой, каждый из которых имеет определенную величину электрического сопротивления, равно единице, поделенной на сумму величин, обратных значению сопротивления каждого такого проводника. Когда все проводники имеют одну и ту же величину сопротивления, как, например, это имеет место для каждого из шести слоев радиального проводника 101, показанного на фиг.15, эта формула может быть упрощена, позволяя определить общее сопротивление как величину, равную значению сопротивления одного проводника, поделенному на число проводников, соединенных между собой параллельно. Например, если радиальный проводник 101 первого слоя имеет значение сопротивления 0,006 Ом, и этот радиальный проводник 101 в каждом из остальных пяти слоев имеет такое же значения сопротивления, то тогда величина общего электрического сопротивления всех шести слоев радиального проводника 101 будет равна результату, полученному при делении 0,006 Ом на число проводников, равное шести, что составит 0,001 Ом. На фиг.15 показано параллельное соединение одного комплекта радиальных проводников для шести слоев. На фиг.3 показано параллельное соединение радиальных проводников в каждом секторе для шести слоев в цепи фазы А.

В качестве примера того, как функционирует проводниковый статор 15, рассмотрим далее путь прохождения электрического тока по одной из цепей в данном варианте осуществления настоящего изобретения для случая использования электрической машины 10 в качестве электродвигателя. Обратимся теперь к фиг.16, на которой показана рабочая проводниковая секция 30 рабочей печатной платы 32, содержащая радиальные проводники 101-172. В иллюстрируемом здесь предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения каждый фазовый сектор содержит шесть радиальных проводников, которые пропускают электрический ток через соответствующий фазовый сектор в одном и том же радиальном направлении. Радиальные проводники 101-106 находятся в положительном фазовом секторе А, радиальные проводники 107-112 находятся в положительном фазовом секторе В, а рабочие проводники 113-118 находятся в положительном фазовом секторе С. Радиальные проводники 119-124 находятся в отрицательном фазовом секторе А, радиальные проводники 125-130 находятся в отрицательном фазовом секторе В, а радиальные проводники 131-136 находятся в отрицательном фазовом секторе С. Радиальные проводники 137-142 находятся в положительном фазовом секторе А, радиальные проводники 143-148 находятся в положительном фазовом секторе В, а радиальные проводники 149-154 находятся в положительном фазовом секторе С. Радиальные проводники 155-160 находятся в отрицательном фазовом секторе А, радиальные проводники 161-166 находятся в отрицательном фазовом секторе В, а радиальные проводники 167-172 находятся в отрицательном фазовом секторе С. Следует понимать, что могут быть предусмотрены также и другие варианты осуществления настоящего изобретения, имеющие меньшее или большее число радиальных проводников в каждом фазовом секторе, в зависимости от требований, которые желательно предъявить к выходным параметрам электрической машины 10.

Радиальные проводники каждого фазового сектора соединены последовательно между собой, обеспечивая получение множества путей для прохождения электрического тока через рабочую секцию 30. На фиг.16 показан рассмотренный ранее пример печатной платы 32 для рабочих проводников с выделением на ней цепи фазы А, а на фиг.17 показана печатная плата 33 для соединительных электрических проводников, где также выделена цепь фазы А.

На фиг.16 электрический ток поступает на клемму 53 В положительного потенциала фазы А (А+) от блока управления. В этом блоке управления, к примеру, таком как рассмотренный здесь ранее электронный пульт управления 22, предусмотрено наличие чувствительного устройства, определяющего поляризацию магнитного потока, создаваемого постоянными магнитами 17А и 17b при прохождении ими через каждый фазовый сектор цепей фаз А, В и С. Таким чувствительным устройством, предпочтительно, является матрица датчиков Холла, смонтированная на проводниковом статоре 15. В блоке управления предусмотрено наличие множества транзисторов или полевых МОП-транзисторов (со структурой металл-оксид-полупроводник), которые обеспечивают переключение электрического тока на цепи фаз А, В и С в соответствующий момент и на соответствующий период времени так, чтобы обеспечивать и поддерживать вращательное движение электрической машины, исходя из входного сигнала, подаваемого матрицей датчиков Холла. Блок управления располагается снаружи относительно устройства 10, а соответствующие электрические соединения между блоком управления и проводниковым статором 15 могут быть осуществлены при помощи отдельного проводника, к примеру, такого как пучок проводов или ленточный кабель.

От клеммы 53 В положительного потенциала фазы А (А+) электрический ток движется по внешнему, нерадиальному проводнику 62. Ток подводится к радиальному проводнику 101 и по нему далее к внутреннему, не радиальному проводнику 63. Внутренний, нерадиальный проводник 63 проводит ток в радиальный проводник 124, через который ток проходит дальше. С этой точки ток выходит из рабочей печатной платы 32. Отсюда ток проходит по внешнему сквозному межсоединению 324 в соединительную печатную плату 33, показанную на фиг.17. Из внешнего сквозного межсоединения 324 ток проходит по внешнему, нерадиальному проводнику 64 и поступает на радиальный проводник 102. Ток проходит по рабочему проводнику 102 на внутренний, нерадиальный проводник 65, далее на радиальный проводник 123, а затем на внешний, нерадиальный проводник 66 и поступает в радиальный проводник 103. Каждый раз, когда электрический ток проходит через радиальный проводник, ток пропускается через рабочую проводниковую секцию 30. Электрический ток, продолжая свой путь, проходит через радиальные проводники 122, 104, 121, 105, 120, 106 и 119. Из радиального проводника 119 ток возвращается через внешнее сквозное межсоединение 319 в рабочую печатную плату 32, показанную на фиг.16. Из внешнего сквозного межсоединения 319 ток проходит по внешнему, нерадиальному проводнику 67 и поступает в радиальный проводник 137. Из радиального проводника 137 электрический ток проходит по внутреннему, нерадиальному проводнику 68 на радиальный проводник 160. Ток должен проходить через внешнее сквозное межсоединение 360 в соединительную печатную плату 33 и, как показано опять же на фиг.17, ток затем получает возможность течь через внешний, нерадиальный проводник 69 в радиальный проводник 138. Электрический ток протекает по радиальному проводнику 138 и поступает во внутренний, нерадиальный проводник 70, а затем течет в радиальный проводник 159. Ток при дальнейшем своем движении проходит через радиальные проводники 139, 158, 140, 157, 141, 156, 142 и 155. Из радиального проводника 155 ток направляется через внешнее сквозное межсоединение 355 в рабочую печатную плату 32, как показано на фиг.16. Из внешнего сквозного межсоединения 355 ток проходит через внешний, нерадиальный проводник 71 на клемму 53А отрицательного потенциала фазы А (А-). От клеммы 53А отрицательного потенциала фазы А (А-) ток направляется обратно в блок управления. Аналогичным образом, рабочая плата 34 подсоедина к клеммам 53С и 53D, благодаря чему электрический ток течет через цепь фазы В, в том числе через рабочую печатную плату 34 и соединительную печатную плату 35, как показано на фиг.8 и 9. Кроме того, рабочая плата 36 подсоединена к клеммам 53Е и 53F, благодаря чему электрический ток течет через цепь фазы С, в том числе через рабочую плату 36 и соединительную плату 37, как показано на фиг.10 и 11. Как уже было указано ранее со ссылкой на фиг.15, внешнее сквозное межсоединение 301 и внутреннее сквозное межсоединение 201 обеспечивают параллельное соединение между собой проводников 101 на каждом слое электропроводного материала, расположенного на платах 32, 33, 34, 35, 36 и 37. Аналогично, радиальные проводники 102-172, показанные на фиг.16 и 17, подсоединены параллельно к соответствующим радиальным проводникам на каждом слое электропроводного материала, имеющемся в проводниковом оптимизированном статоре 15, посредством соответствующих внешних сквозных межсоединений 302-372 и внутренних сквозных межсоединений 202-271.

Другой вариант осуществления настоящего изобретения показан на фиг.18. Этот вариант осуществления изобретения предусматривает применение печатной платы 91 в конструкции статора 15. Отличие от рассмотренного ранее варианта осуществления настоящего изобретения состоит в том, что имеется соответствующее средство, предназначенное для размещения датчиков магнитных полюсов, к примеру, таких как датчики Холла 95, в рабочей секции 30. В плате 91 предусмотрено наличие соответствующих карманов 92 для размещения датчиков. Карманы 92 для датчиков представляют собой свободные участки, проходящие насквозь через все слои электропроводного и неэлектропроводного материала. Размеры и расположение карманов 92 для датчиков позволяют вводить указанные датчики магнитных полюсов в зону действия концентрированного магнитного потока, возникающего между магнитами 17а и 17b. Расположение радиальных проводников вблизи карманов 92 для датчиков обеспечивает наличие достаточных зазоров и позволяет осуществить все необходимые соединения в цепях проводникового статора 15.

Настоящим изобретением предусматриваются, помимо рассмотренных здесь выше, также и другие варианты его осуществления, обеспечивающие получение оптимальных параметров проводников, имеющихся в проводниковом статоре 15. Как указывалось выше, на фиг.15 представлена одна из возможных конфигураций радиального проводника 101, составленного из одного прямолинейного рабочего проводника 101а, расположенного симметрично относительно радиуса 55, наряду с внутренней контактной площадкой 101b сквозного межсоединения, внутренним сквозным межсоединением 201, внешней контактной площадкой 101с сквозного межсоединения и внешним сквозным межсоединением 301. В качестве примеров, на накладывающих каких-либо ограничений, на фиг.19-24 показаны другие возможные средства оптимизации проводников согласно настоящему изобретению. На фиг.19 показан радиальный проводник 101, уже рассмотренный здесь выше, для которого предусматривается наличие трех сквозных межсоединений 201 для внутренней контактной площадки 101b и трех сквозных межсоединений 301 для внешней контактной площадки 101с. Увеличение количества сквозных межсоединений, соединяющих радиальный проводник 101 на каждом слое электропроводного материала, способствует увеличению общей площади поверхности электролитического покрытия в каждом соединении, благодаря чему уменьшается электрическое сопротивление цепи. Хотя здесь показаны три сквозных межсоединения 201 и три сквозных межсоединения 301, следует понимать, что возможно выполнение этих сквозных межсоединений также и в других количествах.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на фиг.20, предусматривается применение радиального проводника 401, который состоит из двух рабочих проводников 401а и 401b. Указанные рабочие проводники 401а и 401b параллельны радиусу 55 и имеют одинаковую ширину 402. Радиальный проводник 401 показан с двумя рабочими проводниками. Однако возможно применение также и другого числа рабочих проводников. Ширина каждого отдельного рабочего проводника сведена к минимально возможному ее значению с тем, чтобы способствовать снижению потерь, связанных с возникновением вихревых токов. Наличие целого ряда рабочих проводников, соединенных между собой параллельно, к примеру, таких как рабочие проводники 401а и 401b, обеспечивает соответствующее уменьшение электрического сопротивления и способствует лучшей передаче тепла, отводимого наружу, по сравнению с одиночным рабочим проводником.

На фиг.21 проиллюстрирован еще один возможный вариант исполнения проводника согласно настоящему изобретению. Разветвляющийся проводник 501 показан как рабочий проводник 501а, неразрывно связанный с внутренней контактной площадкой 501b. Указанный рабочий проводник 501а разветвляется в радиальном направлении наружу на рабочие проводники 501d и 501е, которые еще дальше разветвляются снова на рабочие проводники 501f, 501g и 501h. Применение разветвляющегося проводника 501 представляет собой еще один прием, позволяющий снизить потери, связанные с возникновением вихревых токов, уменьшить сопротивление и обеспечить лучшую передачу тепла к наружным кромкам проводникового статора 15.

Как показано на фиг.22 и 23, предусматривается наличие некоторого множества сквозных межсоединений 602, выполняемых в рабочей секции 30 и обеспечивающих перекрестное соединение пары рабочих проводников с одной стороны радиуса 55 на другую. На фиг.22 показан проводник 601, составленный из рабочих проводников 601а, 601b, 601с и 601d. При этом рабочие проводники 601а и 601b соединены между собой, как показано на этом чертеже, а рабочие проводники 601 с и 601d оканчиваются у соответствующих сквозных межсоединений 602, что также показано на чертеже. Электрический ток, проходящий через рабочий проводник 601а, находится по одну сторону радиуса 55, а затем переходит на другую сторону радиуса 55, поступая при этом в рабочий проводник 601b. Электрический ток проходит дальше в проводник 601с, подсоединенный к другому слою электропроводного материала посредством сквозного межсоединения 602, которое по свое конфигурации выполнено так, как показано на фиг.23. Далее электрический ток движется из сквозного межсоединения 602 в рабочий проводник 601с, а затем движется поперечно радиусу 55 к рабочему проводнику 601d. На слое электропроводного материала, показанном на фиг.23, рабочие проводники 601а и 601b оканчиваются у соответствующих сквозных межсоединений 602. Электрический ток проходит по рабочему проводнику 601а, соединенному со слоем электропроводного материала, показанного на фиг.22, где он подсоединяется к рабочему проводнику 601а, а затем движется поперечно радиусу 55 к рабочему проводнику 601b. Перекрестное соединение рабочих проводников, осуществляемое таким образом, как только что было указано в приведенном здесь выше описании, фактически представляет собой соответствующий способ уменьшения контурных токов, которые могут индуцироваться в параллельных проводниках, находящихся в переменном магнитном поле.

На фиг.24 представлен другой вариант исполнения радиального проводника 701, для которого предусмотрено наличие соответствующей средней точки 702, находящейся на расстоянии 703 от радиуса 55 и на расстоянии 704 от центра 705 проводникового статора 15. Для средней точки 702 могут предусматриваться одинаковые или разные величины расстояний 703 и 704 на разных слоях электропроводного материала, имеющегося в проводниковом статоре 15. Выгибание радиального проводника 701 в сторону от радиуса 55 так, как это только что указано в приведенном здесь выше описании, фактически представляет собой соответствующий способ уменьшения вероятности задевания.

Различные конфигурации радиальных проводников, показанные на фиг.14 и 15, а также на фиг.19-24, представляют собой лишь отдельные примеры, не накладывающие каких-либо ограничений, и следует понимать, что возможны также и многие другие конфигурации, обеспечивающие дополнительную оптимизацию параметров применяемых проводников.

Хотя в приведенном здесь описании рассмотрены и показаны фундаментальные новые признаки, характеризующие настоящее изобретение, следует понимать, что специалистами в данной области техники могут быть предложены различные замены, дополнения и изменения, которые не выходят за пределы существа и объема изобретения. Соответственно, все такие изменения и дополнения включаются в объем настоящего изобретения, определенный прилагаемой ниже формулой изобретения.

Настоящее изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения многофазных ротационных электрических машин с аксиальным полем. Сущность изобретения состоит в том, что предлагаемая электрическая машина содержит ротор, имеющий множество полюсов постоянных магнитов, закрепленных на нем, и, кроме того, содержит также статор, изготовленный посредством укладывания в стопку нескольких рабочих проводниковых слоев, выполненных в виде печатных плат, вместе с соответствующим множеством соединительных слоев, также выполненных в виде печатных плат. При этом статор имеет, по меньшей мере, один рабочий проводниковый слой для каждой фазы электрического тока и, по меньшей мере, один соединительный проводниковый слой, связанный с каждым одним рабочим проводниковым слоем. При этом рабочий проводниковый слой и соединительный проводниковый слой каждый имеют соответствующие радиальные проводники, проходящие от сквозного отверстия, выполненного на внутреннем диаметре соответствующего слоя, к сквозному отверстию, выполненному на наружном диаметре этого слоя. Кроме того, предусматривается также наличие соответствующего множества проводников сквозного межсоединения, предназначенных для электрического соединения отдельных радиальных соединителей соединительного проводникового слоя с некоторыми радиальными соединителями рабочего проводникового слоя, соответственно, и пропущенных сквозь соответствующие сквозные отверстия. Технический результат, достигаемый использованием данного изобретения, состоит в снижении расходов и повышении технологичности конструкции ротационной электрической машины с аксиальным магнитным полем при одновременном достижении ее компактности, обеспечении минимального электрического сопротивления и сведении к минимуму вихревых и контурных токов, а также в усилении электромагнитной индукции благодаря обеспечению минимальной величины воздушного зазора между ротором и статором предлагаемой электрической машины. 11 з.п. ф-лы, 28 ил.

1. Ротационная электрическая машина с аксиальным полем, имеющая клеммы положительной и отрицательной полярности для многофазного электрического тока, характеризующаяся тем, что она содержит ротор, имеющий множество полюсов постоянных магнитов, и статор, имеющий множество рабочих проводниковых слоев, выполненных в виде печатных плат, среди которых имеется, по меньшей мере, по одному рабочему проводниковому слою для каждой фазы электрического тока, причем каждый из рабочих проводниковых слоев состоит из множества радиальных проводников, соединяющих внутренние сквозные отверстия с внешними сквозными отверстиями, причем внутренние сквозные отверстия расположены на их внутренней части упомянутого рабочего проводникового слоя, а внешние сквозные отверстия расположены на внешней стороне упомянутого рабочего проводникового слоя; каждый рабочий слой дополнительно имеет пару внешних проводников, предназначенных для электрического соединения положительной и отрицательной клемм одной фазы электрического тока с некоторыми внешними сквозными отверстиями, и множество внутренних проводников, предназначенных для электрического соединения некоторых внутренних сквозных отверстий вместе друг с другом; множество соединительных проводниковых слоев, выполненных в виде печатных плат, по меньшей мере, один из которых связан с рабочим проводниковым слоем, причем каждый слой содержит набор радиальных проводников, проложенных между внутренним сквозным отверстием и внешним сквозным отверстием, при этом внутренние сквозные отверстия расположены по внутренней части упомянутого соединительного проводникового слоя, а внешние сквозные отверстия расположены по внешней части упомянутого соединительного проводникового слоя; каждый соединительный слой дополнительно имеет множество внешних проводников, предназначенных для электрического соединения некоторых внешних сквозных отверстий вместе друг с другом, и множество внутренних проводников, предназначенных для электрического соединения некоторых внутренних сквозных отверстий вместе друг с другом; множество проводников сквозного межсоединения, расположенных внутри выбранных внутренних и внешних сквозных отверстий рабочего проводникового слоя и соединительных слоев и предназначенных для электрического соединения отдельных радиальных соединителей соединительного проводникового слоя с соответствующими радиальными соединителями рабочего проводникового слоя.2. Ротационная электрическая машина по п.1, характеризующаяся тем, что каждый рабочий проводниковый слой, выполненный в виде печатных плат, имеет плоскую форму, и каждый соединительный проводниковый слой, выполненный в виде печатных плат, имеет плоскую форму, а указанный статор выполнен в виде уложенных стопкой друг на друга рабочих проводниковых слоев и соединительных проводниковых слоев со слоем подложки между каждым слоем.3. Ротационная электрическая машина по п.2, характеризующаяся тем, что указанный статор имеет центральное отверстие, проходящее насквозь через него в направлении, перпендикулярном по отношению к плоскости конфигурации слоев, причем указанная машина дополнительно содержит установленный с возможностью вращения приводной вал, проходящий сквозь центральное отверстие, а также дополнительно содержит первый ротор, неподвижно закрепленный на приводном валу по одну сторону от указанного статора, и второй ротор, неподвижно закрепленный на приводном валу на противоположной стороне от указанного статора.4. Ротационная электрическая машина по п.3, характеризующаяся тем, что она дополнительно содержит чувствительное устройство, смонтированное на указанном статоре и предназначенное для определения положения соответствующих полюсов постоянных магнитов при совершении ими вращательного движения.5. Ротационная электрическая машина по п.3, характеризующаяся тем, что полюса постоянных магнитов указанного первого ротора располагаются по отношению к полюсам постоянных магнитов указанного второго ротора таким образом, чтобы линии магнитного потока проходили через указанный статор в направлении, перпендикулярном плоскостям рабочих проводниковых слоев.6. Ротационная электрическая машина по п.3, характеризующаяся тем, что каждый указанный ротор имеет, по меньшей мере, четыре полюса постоянных магнитов.7. Ротационная электрическая машина по п.1, характеризующаяся тем, что указанная машина имеет конфигурацию, рассчитанную, по меньшей мере, на трехфазную электрическую цепь.8. Ротационная электрическая машина по п.1, характеризующаяся тем, что радиальные проводники указанного рабочего проводникового слоя и указанного соединительного проводникового слоя имеют предварительно выбранную ширину, а внутренние проводники указанного рабочего проводникового слоя, а также внешние и внутренние проводники указанного соединительного проводникового слоя выполнены с большей шириной, чем указанная предварительно выбранная ширина.9. Ротационная электрическая машина по п.1, характеризующаяся тем, что каждый указанный рабочий проводниковый слой и каждый указанный соединительный проводниковый слой разделен на секторы, причем каждый сектор связан с положительной или отрицательной полярностью каждой фазы электрического тока, при этом имеются радиальные проводники, проложенные через каждый указанный сектор.10. Ротационная электрическая машина по п.9, характеризующаяся тем, что внутренние проводники каждого рабочего проводникового слоя вместе с внутренними и внешними проводниками каждого соединительного проводникового слоя снабжены последовательными радиальными соединителями в каждом указанном секторе, связанными с соответствующей фазой тока.11. Ротационная электрическая машина по п.10, характеризующаяся тем, что она имеет конфигурацию, рассчитанную, по меньшей мере, на трехфазную электрическую цепь, а также тем, что указанный ротор имеет, по меньшей мере, четыре полюса постоянных магнитов, при этом каждый указанный рабочий проводниковый слой и каждый указанный соединительный проводниковый слой разделен, по меньшей мере, на двенадцать секторов, а также при этом указанный рабочий проводниковый слой включает в себя, по меньшей мере, один внешний проводник, предназначенный для подсоединения сектора, связанного с отрицательной полярностью соответствующей фазы, к сектору, связанному с положительной полярностью этой же фазы.12. Ротационная электрическая машина по п.10, характеризующаяся тем, что радиальные проводники каждого указанного рабочего проводникового слоя и каждого указанного соединительного проводникового слоя расположены с образованием идентичного рисунка, а также тем, что соответствующие радиальные проводники в каждом слое параллельно связаны между собой посредством проводников сквозных межсоединений.