СТРУКТУРЫ КАТУШКИ ИЗ ФОЛЬГИ И СПОСОБЫ ИХ НАМОТКИ ДЛЯ ОСЕВЫХ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ МАШИН Российский патент 2012 года по МПК H02K1/14 H02K3/04 H02K17/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Различные варианты осуществления изобретения относятся, в общем, к электродинамическим машинам и подобному оборудованию, и, особенно, к структурам катушки из фольги и способам их намотки для статоров в электродинамических машинах.

Уровень техники

Хотя традиционные структуры для электродинамических машин, таких как осевые двигатели и генераторы, являются функциональными, при их использовании проявляется несколько недостатков. Обычно традиционные статоры не предусматривают оптимальных структур для генерирования ампер-витков (“АТ”) магнитного потока. Например, традиционные статоры используют катушки, традиционно состоящие из проводов, имеющих круглые сечения, при этом каждый провод отдельно обворачивается вокруг компонента статора, не принимая во внимание другие компоненты. Было бы желательно обеспечить улучшенные технологии и структуры, которые минимизируют один или более недостатков, связанных с осевыми двигателями и генераторами.

Сущность изобретения

Раскрываются структуры катушки из фольги и способы их намотки для статоров в электродинамических машинах, также как и электродинамические машины, которые используют такие структуры катушки. В одном варианте осуществления изобретения структура катушки из фольги сконфигурирована для применения с элементами полюса возбуждения, имеющими поверхности полюса, которые установлены напротив, например конических магнитов.

Краткое описание чертежей

Изобретение и его различные варианты осуществления более полно воспринимаются в связи с последующим детальным описанием в сочетании с сопроводительными чертежами, на которых:

Фиг.1 и 2 отображают примеры активных элементов полюса возбуждения согласно вариантам осуществления изобретения;

Фиг.3 изображает пример структуры катушки, согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления изобретения;

Фиг.4А изображает участок структуры катушки, включающей в себя выполненный на основе фольги соединительный проводник, согласно конкретному варианту осуществления изобретения;

Фиг.4В показывает структуру выполненного на основе фольги соединительного проводника согласно варианту осуществления изобретения;

Фиг.5 изображает участок структуры катушки, включающей в себя участок смещения, согласно конкретному варианту осуществления изобретения;

Фиг.6 иллюстрирует активный элемент полюса возбуждения, использующий составные участки проводника в виде фольги согласно варианту осуществления изобретения;

Фиг.7 является схемой, изображающей участки статора, использующего активные элементы полюса возбуждения, которые соединены вместе, согласно одному варианту осуществления изобретения;

Фиг.8А - вид сверху статора, собранного с подгруппой элементов полюса возбуждения, показанного на фиг.7, согласно варианту осуществления изобретения;

Фиг.8В-8D показывают пример сборки статора согласно одному варианту осуществления изобретения;

Фиг.9, 10А и 10В показывают другую конфигурацию фольги для статора согласно варианту осуществления изобретения;

Фиг.10С показывает пример структуры ротор-статор, включающей в себя различные структуры катушки и статоры, согласно различным вариантам осуществления изобретения;

Фиг.11 и 12 показывают еще один пример конфигурации фольги для статора согласно варианту осуществления изобретения;

Фиг.13 и 14 показывают еще один дополнительный пример конфигурации фольги для относительно еще более многочисленной подгруппы элементов полюса возбуждения согласно варианту осуществления изобретения;

Фиг.15-18В изображают различные применения структуры катушки, использующей переменную ширину проводника из фольги, согласно различным вариантам осуществления изобретения;

Фиг.19А изображает участок структуры катушки, включающей в себя участок смещения, согласно, по меньшей мере, некоторым вариантам осуществления изобретения;

Фиг.19В показывает проводник из фольги, включающий в себя участок смещения, образованный таким образом, чтобы создавать зазор, согласно, по меньшей мере, некоторым вариантам осуществления изобретения; и

Фиг.20А и 20В изображают другие примеры структур катушки согласно, по меньшей мере, некоторым вариантам осуществления изобретения.

Подобные цифровые ссылочные позиции ссылаются на соответствующие части на нескольких видах чертежей. Следует заметить, что большая часть цифровых ссылок включают в себя одну или две самые левые цифры, которые в целом обозначают фигуру, на которой в первый раз вводится эта ссылочная позиция.

Подробное описание

Определения

Следующие определения применяются к некоторым из элементов, описанным в отношении к некоторым вариантам осуществления изобретения. Эти определения могут быть подобным образом подробно изложены здесь.

Как использовано здесь, термин «воздушный зазор» относится, по меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения, к пространству или зазору между поверхностью магнита и расположенной напротив поверхностью полюса. Такое пространство может быть физически описано как объем, ограниченный, по меньшей мере, зонами поверхности магнита и поверхностью полюса. Функция воздушного зазора заключается в том, чтобы позволить относительное перемещение между ротором и статором, и определить зону взаимодействия магнитного потока. Хотя воздушный зазор обычно заполнен воздухом, это необязательно является настолько ограничивающим.

Как использовано здесь, термин «back-iron(магнитопровод)» обычно описывает физическую структуру (а также материалы, служащие для образования физической структуры), которая часто используется, чтобы замкнуть в ином случае являющуюся незамкнутую магнитную цепь. В частности структуры магнитопровода обычно используются только для передачи магнитного потока от одного элемента магнитной цепи к другому, или например, от одного элемента магнитно-проницаемого полюса возбуждения к другому, или от магнитного полюса первого магнита к магнитному полюсу второго магнита, или оба этих примера, без использования промежуточного ампер-витка генерирующего элемента, такого как катушка, между элементами полюса возбуждения или магнитными полюсами. Кроме того, структуры магнитопровода обычно не образованы для того, чтобы принимать соответствующий генерирующий ампер-витки элемент, например одна или более катушек.

Как использовано здесь, термин «катушки» относится, по меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения, к сборке последовательных витков проводника, расположенных таким образом, чтобы образовывать индуктивную связь с магнитно-проницаемым материалом для образования магнитного потока. В некоторых вариантах осуществления изобретения термин «катушка» может быть описан как «обмотка» или «катушечная обмотка». Термин «катушка» может также относиться к катушкам из фольги. По меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления изобретения термин «катушка из фольги» может относиться к проводникам, имеющим любую форму поперечного сечения. Например, катушка из фольги является проводником, имеющим плоскую форму, которая является относительно плоской. В других примерах катушка из фольги может иметь единую структуру или может быть составлена из определенного числа проводников, которые совместно имеют некруглую форму поперечного сечения.

Как использовано здесь, термин «зона катушки», в общем, относится, по меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения к участку элемента полюса возбуждения, вокруг которого намотана катушка.

Как использовано здесь, термин «сердечник» относится, по меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения к участку элемента полюса возбуждения, в котором катушка обычно располагается между полюсными наконечниками и обычно составлена из магнитно-проницаемого материала для обеспечения части пути линий магнитной индукции. Термин «сердечник», по меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения может относиться, в контексте структуры катушки, к структуре, сконфигурированной для поддержки магнитных зон. Например, термин «сердечник» может быть взаимозаменяемым с термином «сердцевина».

Как использовано здесь, термин «элемент полюса возбуждения», в общем, относится, по меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения к элементу, составленному из магнитно-проницаемого материала и сконфигурированного таким образом, чтобы обеспечивать структуру, вокруг которой может быть намотана катушка (т.е. элемент сконфигурирован, чтобы получить катушку с целью генерирования магнитного потока). В частности, элемент полюса возбуждения включает в себя сердечник (т.е. активную центральную зону) и, по меньшей мере, один полюсный наконечник, каждый из которых обычно расположен около соответствующего конца сердечника. В редких случаях элемент полюса возбуждения не сконфигурирован для генерирования ампер-витков магнитного потока. В некоторых вариантах осуществления изобретения термин «элемент полюса возбуждения» может быть описан, в общем, как «статор-сердечник».

Как использовано здесь, термин «активный элемент полюса возбуждения» относится, по меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения, к сборке сердечника одной или более катушек, и, по меньшей мере, двух полюсных наконечников. В частности, активный элемент полюса возбуждения может быть описан как элемент полюса возбуждения, собранный с одной или более катушек для избирательно генерируемого магнитного потока. В некоторых вариантах осуществления изобретения термин «активный элемент полюса возбуждения» может быть, в общем, описан как «элемент статор-сердечник».

Как использовано здесь, термин «ферромагнитный материал» относится, по меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения к материалу, который, в общем, проявляет явления гистерезиса, и чья магнитная проницаемость зависит от напряженности магнитного поля. Кроме того, термин «ферромагнитный материал» может также относиться к магнитно-проницаемому материалу, относительная магнитная проницаемость которого больше единицы и зависит от напряженности магнитного поля.

Как использовано здесь, термин «зона взаимодействия поля» относится, по меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения к зоне, в которой магнитный поток развернут из двух или более источников, векторно взаимодействующих таким образом, что относительно этих источников может производиться механическая сила и/или крутящий момент. Обычно термин «зона взаимодействия магнитного потока» может взаимозаменяемо использоваться с термином «зона взаимодействия поля». Примеры таких источников включают в себя элементы полюса возбуждения, активные элементы полюса возбуждения, и/или магниты, или их участки. Хотя зона взаимодействия поля часто относится на языке, использующемся в области ротационных машин, к такому определению как «воздушный зазор», термин «зона взаимодействия поля» является более широким термином, который описывает область, в которой магнитный поток из двух или более источников векторно взаимодействует таким образом, что относительно этих источников производится механическая сила и/или крутящий момент, и поэтому он не ограничен определением воздушного зазора (т.е. не ограничен объемом, определяемым зонами магнитной поверхности и внешней поверхностью полюса и плоскостями, проходящими от внешних границ поверхности между двумя зонами). Например, зона взаимодействия поля (или, по меньшей мере, ее участок) может быть расположена внутри магнита.

Как использовано здесь, термин «генератор», в общем, относится, по меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения, к электродинамической машине, которая сконфигурирована таким образом, чтобы преобразовывать механическую энергию в электрическую энергию, безотносительно к, например, форме волны выходного напряжения. Поскольку термин «генератор переменного тока» может быть определен подобным образом, то термин «генератор» включает в себя также определение «генератор переменного тока».

Как использовано здесь, термин «магнит» относится, по меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения, к телу, которое генерирует магнитное поле во внешнее окружающее пространство. По существу, термин «магнит» включает в себя постоянные магниты, электромагниты и подобные элементы. Термин «магнит» может также относиться к внутренним постоянным магнитам (“IPMs), установленным на поверхности постоянным магнитам (“SPMs”) и подобным элементам.

Как использовано здесь, термин «двигатель», в общем, относится, по меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения, к электродинамической машине, которая сконфигурирована таким образом, чтобы преобразовывать электрическую энергию в механическую энергию.

Как использовано здесь, термин «магнитно-проницаемый» является описательным термином, который, в общем, относится, по меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения, к материалам, имеющим определимое соотношение между магнитными характеристиками: плотностью («В») магнитного потока и приложенным магнитным полем («Н»). Кроме того, предполагается, что термин «магнитно-проницаемый» является термином с широким значением, который включает в себя, без ограничения, ферромагнитные материалы, такие как обычная раскатанная сталь, холоднокатаная сталь с ориентированным зерном (CRGO), порошковые металлы, магнитно-мягкие композиты (“SMCs”) и подобные материалы.

Как использовано здесь, термин «поверхность а» относится, по меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения, к поверхности полюсного наконечника, который обращен внешней стороной к, по меньшей мере, участку зоны взаимодействия поля (так же, как воздушному зазору). В некоторых вариантах осуществления изобретения термин «поверхность полюса» может быть описан, в общем, как включающий в себя определение «поверхность взаимодействия магнитного потока». В одном варианте осуществления изобретения термин «поверхность полюса» может относиться к «поверхности статора».

Как использовано здесь, термин «полюсный наконечник» относится, по меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения к такому участку элемента полюса возбуждения, который облегчает позиционирование полюсного наконечника таким образом, чтобы он находился напротив ротора (или его участка), таким образом служит для формирования воздушного зазора и управления его магнитным сопротивлением. Полюсные наконечники элемента полюса возбуждения обычно расположены около одного или более концов сердечника, начиная от или рядом с зоной катушки и заканчивая на поверхности полюса. В некоторых вариантах осуществления изобретения термин «полюсный наконечник» может быть описан, в общем, как «зона статора».

Как использовано здесь, термин «магнитно-мягкие композиты» (“SMCs”) относится, по меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения к таким материалам, которые составлены, частично, из изолированных магнитных частиц, таких как материалы из порошкового черного металла с изолируемым покрытием, которые могут быть получены способом формования, чтобы образовать элемент структуры статора настоящего изобретения.

Как использовано здесь, термин «коническая структура магнита» относится, по меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения к структуре конического магнита, которая может использовать магнитный материал и/или сборку компонентов магнита, включающую в себя, но не ограничивающую, магнитные области и/или магнитный материал и структуру сердечника, или любой другой магнит, имеющий, по меньшей мере, одну поверхность, ориентированную на определенный угол к оси вращения. В различных вариантах осуществления изобретения термин «коническая структура магнита» может быть использован взаимозаменяемо с термином «конический магнит». По меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения термин «конический магнит» может относиться к тем магнитам, которые описаны в патентах U.S.Pat. No. 7061152, U.S. Nonprovisional Application (безусловная заявка на патент) No. 12/080788, U.S. Nonprovisional Application No. 11/255404.

Подробное описание

Фиг.1 и 2 изображают примеры активных элементов полюса возбуждения согласно вариантам осуществления изобретения. Как показано на фиг.1, активный элемент 100 полюса возбуждения может включать в себя элемент 102 полюса возбуждения, имеющий поверхность 112 полюса (одна из которых не показана), сконфигурированную, чтобы находиться напротив конического магнита (не показан), и структуру 110 катушки. Структура 110 катушки показана включающей в себя катушку 104, составленную из одного или нескольких проводов, и по меньшей мере первый соединительный проводник 106а (например, соединительный проводник, входящий в катушку 104 как «входящий» соединительный проводник) и второй соединительный проводник 106b (например, соединительный проводник от катушки 104 как «выходящий» соединительный проводник). Соединительные проводники 106а и 106b в этом примере составлены из провода, например такого, как концы провода для катушки 104. Соединительные проводники 106а и 106b могут быть участками целого провода или могут быть другим проводящим материалом, образованным отдельно от катушки, а затем присоединенным к одному или более проводов катушки 104. В различных вариантах осуществления изобретения одна или более катушек 104 могут включать в себя один или более проводов любого типа провода или проводника с поперечными сечениями, имеющими любую форму. Пример включает в себя круглые провода, квадратные провода и аналогичные типы проводов. Элементы полюса возбуждения, такие как элемент 102 полюса возбуждения, могут иметь такую форму, чтобы обеспечивать прямую линию магнитного потока (или, по существу, прямую линию магнитного потока) между поверхностями 112 полюса согласно различным вариантам осуществления изобретения. По меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления изобретения элемент 102 полюса возбуждения сформирован таким образом, чтобы обеспечивать линию магнитного потока, которая исключает непрямой участок траектории линии. Непрямой участок линии магнитного потока может включать в себя сегменты линии магнитного потока, отклоняющиеся на угол около девяносто градусов между поверхностями 112 полюса.

Фиг.2 изображает пример другого активного элемента полюса возбуждения согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления изобретения. Как показано, активный элемент 200 полюса возбуждения может включать в себя элемент 202 полюса возбуждения, имеющий поверхности полюса, сконфигурированные таким образом, чтобы находиться напротив конических магнитов, и структуру 210 катушки. Здесь структура 210 катушки показана включающей в себя катушку 204, которая составлена из одного или более проводников 204 в виде ленты фольги, и, по меньшей мере, первый соединительный проводник 206а (например, проводник, входящий в катушку 204 ) и второй соединительный проводник 206b (например, проводник, выходящий из катушки 204). Соединительные проводники 206а и 206b в этом примере могут быть составлены из провода или любого проводящего материала, подходящего для того, чтобы облегчить прохождение тока через структуру 210 катушки и произвести “АТ” магнитный поток внутри элемента 202 полюса возбуждения. По меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления изобретения элемент 202 полюса возбуждения сформирован таким образом, чтобы обеспечивать любое число участков катушки, на которых могут быть расположены одна или более катушек 204. Следующий пример показывает структуру 210 катушки.

Фиг.3 изображает пример структуры катушки, согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления изобретения. Структура 300 катушки включает в себя проводник 304 из фольги, который, в целом, является удлиненным и включает в себя первую боковую сторону 310а и вторую боковую сторону 310b, причем обе стороны проходят, по существу, параллельно пути тока, установленного между первым концом 308а проводника 304 из фольги и вторым концом 308b проводника 304 из фольги. Соединительные проводники 306а и 306b присоединены, соответственно, к первому концу 308а проводника 304 из фольги и ко второму концу 308b проводника 304 из фольги. В одном случае соединительные проводники 306а и 306b составлены из провода. В различных вариантах осуществления изобретения проводник 304 из фольги может быть выполнен из меди, алюминия или любого другого токопроводящего материала.

В соответствии с различными вариантами осуществления изобретения один или более проводников 304 из фольги структуры 300 могут уменьшать сопротивление собранного двигателя или генератора, например, чтобы минимизировать регулирование выходящего напряжения (например, в генераторах). Индуктивность, в целом, увеличивается с увеличением площади сечения проводников, используемых для создания обмотки. По этой причине, чтобы достигнуть более низкого сопротивления, обычно используется меньшее количество витков провода большей толщины. Размер и расстояние элементов полюса возбуждения относительно друг друга ограничено толщиной используемого провода из-за, например, минимального радиуса изгиба провода. И наоборот, относительно тонкие, но широкие куски проводника 304 из фольги могут иметь площадь поперечного сечения проводника, равную проводу относительно большой толщины, однако могут быть легко намотаны вокруг прямого элемента полюса возбуждения (или, по существу, прямого элемента полюса возбуждения). Следует заметить, что в показанном примере соединительные проводники 306а и 306b составлены из проводов, которые могут облегчить применение проводника 304 из фольги. В других вариантах осуществления изобретения соединительные проводники 306а и 306b могут быть составлены из других проводников, включая проводники из фольги (например, такие случаи, когда проводник 304 из фольги включает в себя алюминий).

Фиг.4а изображает участок структуры катушки, включающей в себя соединительный проводник на основе фольги, согласно конкретному варианту осуществления изобретения. Участок 400 структуры катушки включает в себя участок проводника 404 из фольги с соединительным проводником 402 на основе фольги, образованном на конце 406 проводника 404 из фольги. Соединительный проводник 402 на основе фольги может быть образован из проводника 404 в виде фольги или любого другого проводника из фольги (не показано). В одном варианте осуществления изобретения соединительный проводник 402 на основе фольги включает в себя участок 408 увеличения плотности тока, который сконфигурирован таким образом, чтобы обеспечивать, например, площадь поперечного сечения для соединительного проводника 402 на основе фольги, которая равна, или, по существу, приблизительно равна, площади поперечного сечения на ширине (“width”) 409 проводника 404 из фольги. Например, участок 408 увеличения плотности тока может быть сконфигурирован таким образом, чтобы увеличивать соединение между соединительным проводником 402 на основе фольги и проводником 404 из фольги, и чтобы увеличивать плотность тока, прохождение которого в противном случае может быть затруднено. По меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления изобретения соединительный проводник 402 на основе фольги образован из того же самого проводника в виде фольги, как и участок проводника 404 из фольги (например, соединительный проводник 402 на основе фольги и проводник 404 из фольги образованы из одинакового цельного проводника). Таким образом, надежность структуры может быть увеличена посредством структур, в которых подводящий проводник прикрепляется с использованием любого известного крепления (например, пайка и т.д.) к участку проводника 404 из фольги. Участок 408 увеличения плотности тока может быть сконфигурирован таким образом, чтобы соответствовать токонесущей способности подводящего проводника 402 на основе фольги к проводнику 404 из фольги. Дополнительно подводящий проводник 402 на основе фольги может быть ориентирован на любой угол по отношению к проводнику 404 из фольги за счет сгибания проводника 404 из фольги по линии 410 сгиба. В соответствии с различными вариантами осуществления изобретения одна или более линий сгиба (не показаны) могут быть использованы с линией 410 сгиба, или вместо нее, чтобы определить угол подводящего проводника 402 на основе фольги. Хотя подводящий проводник 402 на основе фольги может быть образован из того же самого проводника в виде фольги, это необязательно необходимо для некоторых вариантов осуществления изобретения. В различных вариантах осуществления изобретения одна или более сторон проводника 404 из фольги могут включать в себя изолирующий слой, который нанесен на одну или более сторон. Следует заметить, что такой изолирующий слой (или участки его) могут быть удалены, чтобы увеличить электрическую проводимость между участками, наложенными друг на друга.

Фиг.4В показывает структуру соединительного проводника 402 на основе фольги согласно варианту осуществления изобретения. Участок 450 структуры катушки включает в себя участок проводника 454 из фольги, имеющего структуру 490 соединительного проводника на основе фольги, образованного на конце проводника 454 из фольги. Структура 490 соединительного проводника на основе фольги может быть сконфигурирована таким образом, чтобы включать в себя сгибаемые участки 470а и 470b, которые сконфигурированы для того, чтобы накладываться друг на друга. Сгибаемые участки 470а и 470b могут включать в себя, соответственно, участки 480а и 480b увеличения плотности тока, которые могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы обеспечивать такую площадь поперечного сечения для структуры 490 соединительного проводника на основе фольги, которая может быть эквивалентной площади поперечного сечения на или вдоль ширины 453 проводника 454 из фольги. В одном варианте осуществления изобретения проводник 454 из фольги может включать в себя зону 460, к которой не подводятся провода, и зону 462 для подведения проводов, которая включает в себя сгибаемые участки 470а и 470b. Следует заметить, что односторонний изолирующий слой может быть достаточным, чтобы электрически изолировать проводник из фольги, когда он наматывается сам на себя, находясь на элементе полюса возбуждения, согласно, по меньшей мере, некоторым вариантам осуществления изобретения.

В конкретном варианте осуществления изобретения одна или более диагональных прорезей, таких как диагональные прорези 456а и 456b, могут быть вырезаны в проводнике 454 из фольги на или около границы между зоной 460, к которой не подводятся провода, и зоной 462 для подведения проводов. В одном примере диагональные прорези 456а и 456b могут быть вырезаны под острыми углами по отношению к боковым сторонам 492а и 492b, причем эти острые углы открыты, например, по направлению к сгибаемым участкам 470а и 470b. Следует заметить, что расстояние (“d”) 488 между диагональными прорезями 456а и 456b может определять ширину участка 472 источника для соединительного проводника, который, в свою очередь, может определять ширину подвода для структуры 490 соединительного проводника на основе фольги после сгибаемых участков 470а и 470b, которые согнуты на участке 472 источника для соединительного проводника (например, согнуты продольно вдоль линий 471). Участок 472 источника для соединительного проводника может быть сконфигурирован таким образом, чтобы он был образован из того же самого цельного материала, как проводник 454 из фольги, и чтобы он мог образовать основание, на котором сгибаются сгибаемые участки 470а и 470b. В некоторых вариантах осуществления изобретения сгибаемые участки 470а и 470b согнуты в виде буквы Z (т.е. имитируют букву Z) на участке 472 источника для соединительного проводника. Следует заметить, что если проводник 454 из фольги имеет слой изоляции на одной или обеих сторонах, то этот слой изоляции может быть удален с линии 410 сгиба до конца проводника 454 из фольги. После сгибания сгибаемых участков 470а и 470b каждый из участков 480а и 480b увеличения плотности тока может быть прикреплен (например, с помощью проводящего клея, пайки или любого другого электрически проводимого клеящего вещества, или зажима) к проводнику 454 из фольги на или около зоны 486, чтобы увеличить плотность тока, который фольга может проводить в этой области. Участок проводника 454 из фольги, который включает в себя структуру 490 соединительного проводника на основе фольги, может быть затем согнут вдоль линии 410 изгиба, чтобы создать соединительный проводник, который, например, является, по существу, перпендикулярным по отношению в фольге. В других примерах линия 410 изгиба может быть сконфигурирована таким образом, чтобы располагать соединительный проводник под любым углом к проводнику 454 из фольги. Следует заметить, что в одном варианте осуществления изобретения участок 472 источника для соединительного проводника может быть расположен около боковой стороны проводника 454 из фольги, таким образом, используя одну диагональную прорезь, например такую, как диагональная прорезь 456а, чтобы образовать соединительный проводник.

Фиг.5 изображает участок структуры катушки, включающий в себя участок смещения, согласно конкретному варианту осуществления изобретения. Участок 500 структуры катушки включает в себя участок 502 смещения, образованный в проводнике 506 из фольги. Участок 502 смещения сконфигурирован таким образом, чтобы образовывать множество участков 501а и 501b проводника из фольги и образовывать между ними зазор 504. В таком случае множество участков 501а и 501b проводника из фольги могут быть намотаны вокруг различных областей (не показаны) элемента полюса возбуждения. По меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления изобретения участок проводника из фольги, такой как участки 501а и 501b проводника из фольги, могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы располагаться на или около соответствующей области катушки на элементе полюса возбуждения. Таким образом, если желательно получить число витков 2N, то каждый из множества участков 501а и 501b проводника из фольги может включать в себя количество витков N, что может уменьшить толщину структуры катушки, намотанной вокруг элемента полюса возбуждения. Уменьшая толщину структуры катушки, можно увеличить плотность компоновки двигателя или генератора, применяющих проводники из фольги в различных вариантах осуществления изобретения. Следует заметить, что каждый из участков 501а и 501b проводника из фольги может иметь любое количество оборотов, при этом нет необходимости ограничиваться одинаковым количеством витков и обмотки могут быть намотаны, например, в противоположных направлениях (например, по часовой стрелке и против часовой стрелки) относительно участка 502 смещения. То есть участок 501а проводника из фольги может быть намотан по часовой стрелке вокруг элемента полюса возбуждения относительно участка 502 смещения, в то время как участок 501b проводника из фольги может быть намотан против часовой стрелки вокруг элемента полюса возбуждения относительно участка 502 смещения. Таким образом, когда ток проходит через участки 501а и 501b проводника из фольги, ток протекает в том же самом направлении в каждом из участков 501а и 501b проводника из фольги, таким образом, индуцируя магнитный поток (т.е. ампер-витки (“AT”) магнитного потока) в элементе полюса возбуждения в том же самом направлении. Соединительные проводники от обеих областей катушки могут быть расположены на их соответствующих наружных слоях, таким образом, делая соединительные проводники доступными. В то же время катушки могут быть также намотанными с одинаковым направлением (например, обе по часовой стрелке или против часовой стрелки) относительно участка 502 смещения, что может привести в результате к тому, что каждая катушка будет индуктировать магнитный поток в противоположных направлениях, таким образом стремясь подавить вклад противоположной катушки в магнитный поток, если количество витков, намотанных на каждой катушке, является одинаковым. В показанном примере участок 502 смещения может быть образован из проводника в виде фольги, который является цельным, так что участок 501а проводника из фольги образован из того же самого неразделенного материала вместе с участком 501b проводника из фольги (например, участок 501а проводника из фольги не является образованным из отдельных частей, чем является участок 501b проводника из фольги). Как описывалось ранее в некоторых примерах, соседний проводник может быть образован как цельный проводник. По меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления изобретения участок 502 смещения может быть образован из другого проводящего материала и присоединен к участкам 501а и 501b проводника из фольги.

Фиг.6 иллюстрирует активный элемент полюса возбуждения, использующий составные участки проводника из фольги, согласно варианту осуществления изобретения. Активный элемент 600 полюса возбуждения включает в себя составные участки 601а и 601b проводника из фольги, имеющие смещение на величину зазора 604, который сконфигурирован, чтобы предотвращать (или минимизировать) образование искрения за счет разности напряжений между составными участками 601а и 601b проводника из фольги. Один из составных участков 601а и 601b проводника из фольги может быть намотан в направлении по часовой стрелке, в то время как другой может быть намотан в направлении против часовой стрелки. Или оба проводника могут быть намотаны в одинаковом направлении. Хотя составные участки 601а и 601b проводника из фольги могут быть выполнены из отдельных проводников из фольги, они также могут быть выполнены из единого проводника из фольги с применением участка 502 (фиг.5) смещения, который не показан на фиг.6. Следует заметить, что участок 502 смещения может быть сконфигурирован, чтобы обеспечивать путь тока для прохождения через составные участки 601а и 601b проводника из фольги в одинаковом направлении, таким образом, создавая дополнительный магнитный поток в элементе 602 полюса возбуждения, который будет поляризован в том же самом направлении. Кроме того, могут быть дополнительно использованы соединительные проводники 608 на основе фольги. Как показано здесь, два соединительных проводника 608 используются для конфигурации, в которой участки 601а и 601b проводника из фольги соединены вместе. В других примерах, когда участки 601а и 601b проводника из фольги не соединяются вместе, могут быть применены два других соединительных проводника, чтобы проводить ток через каждый участок проводника. Следует заметить, что в некоторых вариантах осуществления изобретения для составных участков 601а и 601b проводника из фольги может быть использован алюминий (или другой подобный токопроводящий материал), и окисление алюминия на верхней и нижней сторонах фольги может обеспечить достаточную изоляцию, таким образом, уменьшая необходимость включать в себя изоляцию (например, слой пластиковой изоляции) или любой другой изоляционный материал между каждой обмоткой для каждого из множества участков 601а и 601b проводника из фольги, кроме того, уменьшается относительная толщина.

Обычно двигатели и генераторы согласно различным вариантам осуществления изобретения могут иметь множество элементов полюса возбуждения на фазу, которые соединены, например, последовательно с выводными проводами (или общим проводом), соединенными вместе, чтобы образовать соединение звездой (“Y”). При использовании проводников из фольги количество соединений среди различных элементов полюса возбуждения может быть уменьшено за счет использования непрерывного проводника (например, цельной ленты проводника из фольги), чтобы подсоединить множество элементов полюса возбуждения к фазе. Фиг.7-14 показывают несколько примеров, которые являются репрезентативными примерами многих схем для создания этих непрерывных конфигураций из фольги, согласно различным вариантам осуществления изобретения.

Фиг.7 является схемой, изображающей участки статора, в которых используются соединенные вместе активные элементы полюса возбуждения, согласно одному варианту осуществления изобретения. В этом примере шесть элементов полюса возбуждения используются в статоре и четыре магнитных полюса применяются на конических магнитах (например, структурах конического магнита, имеющего четыре зоны намагничивания). Как показано на фигуре, первая подгруппа 702а элементов полюса возбуждения включает в себя элементы 704а и 706а полюса возбуждения, соединенные через первый проводник из фольги, первая подгруппа 702а включает в себя, по меньшей мере, два элемента полюса возбуждения, соединенные с помощью первого участка 703а проводника из фольги в первой зоне, например, это могут быть верхние зоны, связанные с элементами 704а и 706а полюса возбуждения. Первый проводник из фольги включает в себя первый участок 703а проводника из фольги, намотанный (например, в том же самом направлении против часовой стрелки при виде сверху, т.е. вид сверху Т-Т') на первые зоны. Первый проводник из фольги также включает в себя первый участок 701а проводника из фольги, включающий в себя соединительный проводник (например, подводящий проводник 750а для подведения фазы А тока, чтобы запитывать первую подгруппу 702а), и первый участок 705а проводника из фольги, включающий в себя выходящий проводник (например, выходящий проводник 752а для подключения к общему проводу). Следует заметить, что пунктирные стрелки на элементах 704а и 706а полюса возбуждения обозначают направление магнитного потока, когда ток подведен к проводнику для фазы А, в направлении, показанном с помощью стрелок на участках 701а, 703а и 705а фольги. Следует также заметить, что показанный проводник из фольги должен быть намотан вокруг двух элементов полюса возбуждения в одинаковом направлении. Кроме того, верхние зоны (или первые зоны) показаны в сочетании с пунктирными линиями на последующих фигурах, а нижние зоны (или вторые зоны) показаны в сочетании со сплошными линиями. Эти условные обозначения могут применяться также и для последующих фигур.

Кроме того, вторая подгруппа 702b показанных элементов 704b и 706b полюса возбуждения должна быть соединена через второй проводник из фольги, при этом вторая подгруппа 702b включает в себя, по меньшей мере, два элемента полюса возбуждения, например такие, как элементы 704b и 706b полюса возбуждения, которые соединяются с помощью второго участка 703b проводника из фольги во второй зоне, например такой, как нижние зоны, связанные с элементами 704b и 706b полюса возбуждения. Второй проводник из фольги может включать в себя второй участок 703b проводника из фольги, намотанный (например, в том же самом направлении, таком как против часовой стрелки) на вторые зоны. Второй проводник из фольги может также включать в себя второй участок 701b проводника из фольги, включающий в себя соединительный проводник (например, подводящий проводник 750b для подведения фазы B тока, чтобы запитывать вторую подгруппу 702b), и второй участок 705b проводника из фольги, включающий в себя выходной проводник (например, выходной проводник 752b для подключения к общему проводу). В этом примере участки 701b и 705b связаны с первой зоной. В дополнение к примеру, показанному на фиг.7, применяется третья подгруппа 702с, имеющая соединение между элементами 704с и 706с полюса возбуждения, которое аналогично соединению первой подгруппы 702а, но в отношении к третьей фазе С напряжения. Третий проводник из фольги может включать в себя третий участок 705с проводника из фольги, намотанный (например, в том же самом направлении против часовой стрелки) на вторую зону. Третий проводник из фольги может также включать в себя третий участок 701с проводника из фольги, включающий в себя соединительный проводник (например, подводящий проводник 750с для подведения фазы С тока, чтобы запитывать третью подгруппу 702с), и третий участок 705с проводника из фольги, включающий в себя выходной проводник (например, выходной проводник 752с для подключения к общему проводу).

Следует заметить, что фиг.7 показывает, что элементы полюса возбуждения используют участок смещения (не показан), аналогичный участку смещения, показанному на фиг.5 и 6, при этом «выходящие» соединительные проводники элементов 704а, 704b и 704с полюса возбуждения продолжаются и трансформируются, соответственно, во «входящие» соединительные проводники для элементов 706а, 706b и 706с полюса возбуждения. В частности, проводники из фольги участков 703а, 703b и 703с сконфигурированы, чтобы заменять «выходящие» соединительные проводники и «входящие» соединительные проводники между элементами полюса возбуждения, чтобы, среди прочего, увеличить надежность. Участки 703а, 703b и 703с проводника из фольги могут увеличить надежность структуры за счет уменьшения соединений между отдельными нецельными материалами, например в случае использования проводов, чтобы соединить вместе участки 701b и 705b. Кроме того, участки 703а, 703b и 703с проводника из фольги могут быть сконфигурированы, чтобы обеспечить любую длину между элементами 704а, 704b и 704с полюса возбуждения, и соответственно, элементов 706а, 706b и 706с полюса возбуждения, чтобы собрать подгруппы 702а, 702b и 702с и образовать статор согласно, по меньшей мере, некоторым вариантам осуществления изобретения. То есть такие длины могут быть сконфигурированы, чтобы гарантировать определенное число оборотов на особых зонах катушки, например таких, как верхняя или нижняя зоны. Согласно различным вариантам осуществления изобретения две или более длин участков 703а, 703b и 703с проводника из фольги могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы они были различными по длине, при этом каждая длина определяется как функция переплетающихся моделей (например, модели с переплетением проводников из фольги друг с другом, примеры которых показаны на фиг.8А и описаны далее).

В различных вариантах осуществления изобретения может быть любое количество зон катушки (например, более чем 2 зоны, которые могут включать, а могут и не включать верхнюю и нижнюю зоны, с раздельными соединительными проводниками для каждой катушки или пары катушек), и любое количество элементов полюса возбуждения на подгруппу элементов полюса возбуждения. По меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления изобретения может быть любое количество подгрупп элементов полюса возбуждения. Кроме того, может быть любое количество проводников, которые могут использоваться для соединения элементов полюса возбуждения подгруппы элементов полюса возбуждения. Следует заметить, что хотя фиг.7 показывает шесть элементов полюса возбуждения для четырех магнитных полюсов, различные варианты осуществления изобретения могут включать в себя любое количество элементов полюса возбуждения, любое количество подгрупп и/или любое количество магнитных полюсов.

Фиг.8А является видом 800 сверху статора, собранного с подгруппами элементов полюса возбуждения, показанными на фиг.7, согласно варианту осуществления изобретения. Следует заметить, что подгруппы элементов полюса возбуждения могут быть отдельно намотаны, как показано на фиг.7, с использованием составных зон, на которые должны наматываться проводники из фольги. Затем собранные подгруппы элементов полюса возбуждения могут быть объединены или интегрированы вместе, чтобы образовать статор, например такой, который показан на фиг.8А. Для того чтобы различать проводники из фольги, связанные с различными зонами, в отношении вида сверху Т-Т', следует отметить, что сплошная линия используется для обозначения участков проводника из фольги, которые наматываются совместно с нижними зонами, в то время как пунктирные линии используются для обозначения верхних зон. Следует также заметить, что участок проводника из фольги не наматывается на нижние зоны, которые должны пересекаться или скрещиваться с другим участком проводника из фольги, намотанным на ту же самую нижнюю зону. То же самое относится к любому участку проводника из фольги в верхних зонах, которые пересекаются или скрещиваются с другим участком проводника из фольги, намотанным в верхней зоне. В частности, элементы 704а (“FP1”) и 706а (“FP4”) полюса возбуждения, составляющие подгруппу 702а, располагаются напротив друг друга через центр статора, при этом центр является внутренней зоной, сконфигурированной, чтобы включать в себя вал (не показан). Другие элементы полюса возбуждения в других парах подгрупп 702b и 702с позиционированы аналогичным образом. Таким образом, проводники, которые соединяют вместе пары элементов полюса возбуждения через центр статора в одинаковых зонах расположения катушки, не будут пересекаться друг с другом, согласно различным вариантам осуществления изобретения. Фиг.8А также показывает направления (например, намотка проводников из фольги по часовой стрелке или против часовой стрелки, как видно на виде Т-Т' сверху).

Согласно различным вариантам осуществления изобретения выполнение участков сдвига (не показаны) в проводниках из фольги подгрупп 702а, 702b и 702с может облегчить использование множества зон катушки (например, верхняя и нижняя зоны на фиг.7), которые могут уменьшить или устранить случаи, когда проводники из фольги мешают друг другу при соединении с парами элементов полюса возбуждения. По меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления изобретения длины участков проводников из фольги 703а, 703b и 703с могут быть сконфигурированы, чтобы быть одинаковыми или различными. Различные длины могут помочь в уменьшении или устранении случаев, в которых один из участков проводников из фольги 703а, 703b и 703с может мешать или препятствовать другому при соединении вместе подходящих элементов полюса возбуждения. В различных вариантах осуществления изобретения любой из участков проводников из фольги 703а, 703b и 703с может быть сконфигурирован, чтобы выполнять одно или более из следующих условий: (1) проходить через центр статора, например таким образом, как участок 703b на фиг.8А; (2) проходить через зону внешней границы статора (например, зона 790 наружной поверхности элементов полюса возбуждения, причем поверхности, в общем, расположены на максимальном расстоянии от центра статора), например, как участок 703а проводника из фольги (т.е. он выходит из центра статора между элементами полюса возбуждения (“FP2”) 704b и (“FP3”) 704с и проходит через зону внешней границы, чтобы пройти с наружной стороны поверхностей элементов полюса возбуждения(“FP3”) 704с и (“FP4”) 706а, для того чтобы присоединить его к элементу полюса возбуждения (“FP4”) 706а, например, в направлении против часовой стрелки (как видно на виде Т-Т' сверху); (3) входить и/или выходить из центра статора (например, без прохождения через центр статора), например таким образом, как участок 703а проводника из фольги (например, участок 703а навивается от зоны внешней границы, соседствующей с элементом полюса возбуждения (“FP1”) 704а на границу раздела между полюсами возбуждения элементов полюса возбуждения (“FP1”) 704а и (“FP2”) 704b, чтобы войти в центр статора, и выходит между элементом полюса возбуждения (“FP2”) 704b и элементом полюса возбуждения(“FP3”) 704с, чтобы пройти назад, в зону внешней границы); и/или (4) обеспечивать любую другую конфигурацию, в которой два или более элементов полюса возбуждения соединяются вместе. Могут быть сконфигурированы любое или все положения проводников из фольги, чтобы обеспечить любую или все из вышеупомянутых конфигураций.

Любой из участков проводников из фольги 703а, 703b и 703с может иметь такую же или изменяемую длину относительно одного или более других проводников для сборки в статоре. В показанном примере длина участка 703а проводника из фольги (например, около 55 штрихов «пунктирных линий» между элементами полюса возбуждения, при этом пунктирная линия приблизительно равняется единице длины) изображена большей, чем участок 703с проводника из фольги (например, около 14 штрихов «пунктирных линий» между элементами полюса возбуждения, когда он проходит через центр статора). Эта конфигурация приводит в результате к следующей соединительной схеме: все три общих провода могут быть соединены или связаны вместе, внутренне или внешне, а фазы А, В и С могут быть доступными для соединения с внешним приводом, чтобы завершить стандартную конфигурацию соединения двигателя по схеме “Y” звезды.

Фиг.8В-8С показывают пример сборки статора согласно варианту осуществления изобретения. Фиг.8В изображает сборку подгруппы 702с фиг.7, с фиг.8С, показывающей объединение подгруппы 702а с подгруппой 702с. Как показано на фигуре, участок 703с проводника из фольги имеет часть 760, которая адаптирована для прохождения между элементом полюса возбуждения (“FP2”) 704b, который добавлен на фиг.8D и центром статора. Фиг.8D включает в себя добавление подгруппы 702b, чтобы образовать статор. В некоторых случаях элементы полюса возбуждения (“FP2”) 704b и (“FP5”) 706b подгруппы 702b вставляются со стороны дна сборки статора, показанной на фиг.8С, чтобы образовать статор. Следует заметить, что на фиг.8В-8С соединительные проводники, относящиеся к стадии сборки, наряду с другими, не показаны на фигуре для простоты обсуждения.

Фиг.9, 10А и 10В показывают другую конфигурацию для статора с проводниками из фольги согласно варианту осуществления изобретения. Здесь конфигурации с проводниками из фольги применяются для двигателя с шестью полюсами возбуждения и двумя магнитными полюсами. Следует заметить, что этот пример отличается от примера, показанного на фиг.7-8D, потому что направления магнитного потока в элементах 906а, 906b и 906с полюса возбуждения ориентированы в противоположных направлениях по отношению, соответственно, к элементам 904а, 904b и 904с полюса возбуждения подгрупп 902а, 902b и 902с. Например, первый набор концов участков 903а, 903b и 903с проводника из фольги может быть намотан на элементы 906а, 906b и 906с полюса возбуждения с направлением по часовой стрелке (“CW”), как видно из вида R-R' сверху, в то же время второй набор концов участков 903а, 903b и 903с проводника из фольги может быть намотан на элементы 904а, 904b и 904с полюса возбуждения с направлением против часовой стрелки (“CCW”). Следует также заметить, что проводник из фольги, показанный на фигуре, должен быть намотан вокруг двух элементов полюса возбуждения в противоположных направлениях. Фиг.10А показывает вид 1000 с торца статора, собранного с подгруппами 902а, 902b и 902с с двумя уровнями фольги. Проводники из фольги, намотанные на нижнюю зону, показаны сплошными линиями, в то время как проводники из фольги, намотанные на верхнюю зону, показаны точечными/пунктирными линиями. Следует снова заметить, что слои фольги на одинаковом уровне или в той же самой зоне не пересекаются и не мешают друг другу. Фиг.10В является видом 1050 в перспективе статора, собранного совместно с подгруппами 902 фиг.9, с добавлением конического магнита показанной структуры ротора.

Фиг.10С показывает пример структуры ротор-статор, включающей в себя различные структуры катушки и статоров, согласно различным вариантам осуществления изобретения. Фиг.10С изображает структуру 1090 ротор-статор, включающую в себя ротор, составленный из вала 1094 и магнитов (например, конических магнитов 1092а и 1092b), и статор 1092. В показанном примере статор 1092 подобен по структуре и/или функции статору, показанному на виде 1050 фиг.10В. По меньшей мере в некоторых вариантах осуществления изобретения статор 1092 может включать в себя любое количество элементов полюса возбуждения, любое количество структур катушки и модели любого вида обмоток для соединения вместе наборов элементов полюса возбуждения для каждой фазы, например фаз А, В и С.

Фиг.11 и 12 показывают еще один пример конфигурации проводников из фольги для статора согласно варианту осуществления изобретения. Фиг.11 показывает один набор 1100, из трех наборов трех полюсов возбуждения, которые соединены с проводником 1102 из фольги, включающим в себя участки 1104 перехода, которые сконфигурированы для передачи проводника 1102 из фольги из верхнего уровня (т.е. первой зоны) на нижний уровень (т.е. вторую зону), если смотреть со стороны S-S' вида сверху на точку 1106, которая может быть расположена, например, приблизительно на расстоянии, составляющем две третьих от расстояния между элементами полюса возбуждения в окончательной конфигурации, как показано на схеме 1200 фиг.12. Как использовано здесь, термин «участок перехода» может относиться, по меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления изобретения к участку смещения, который необходимо не располагать между двумя катушками, связанными с тем же самым элементом полюса возбуждения, но также может относиться к участку проводника из фольги, который перемещает проводник из фольги из одной зоны в другую, с двумя катушками, связанными с различными элементами полюса возбуждения. В некоторых случаях зона перехода может быть ориентирована таким образом, что она будет смежной по отношению к другому элементу полюса возбуждения другой подгруппы элементов полюса возбуждения.

Как показано на фиг.12, три набора из трех активных элементов полюса возбуждения (т.е. в общем девять элементов полюса возбуждения) могут быть собраны в перемежающемся или переплетенном виде, чтобы позволить слоям фольги на верхнем уровне или зоне (т.е. как показано пунктирными линиями) быть надлежащим образом заделанными. Эта схема дает возможность применять тот же самый принцип намотки для всех трех наборов полюсов возбуждения, что может упростить производство. Чтобы проиллюстрировать один пример сборки статора, будем считать, что элементы полюса возбуждения FP1, FP4 и FP7 составляют начальную подгруппу элементов полюсов возбуждения, к которым добавляются полюса возбуждения FP2, FP5 и FP8 в качестве следующей подгруппы элементов полюсов возбуждения. Затем элементы полюса возбуждения FP3, FP6 и FP9 добавляются как другая подгруппа элементов полюсов возбуждения, чтобы образовать статор. В одном примере участок 1104 перехода позиционируется таким образом, чтобы он радиально прилегал к элементу N+2 полюса возбуждения или элементу полюса возбуждения FP3. Следует заметить, что хотя фиг.11 и 12 показывают конфигурацию намотки проводника из фольги для электродинамической машины с девятью полюсами возбуждения и с шестью магнитными полюсами, вышеупомянутые технологии могут расширяться до конфигураций с дополнительными, расположенными с равными интервалами полюсами возбуждения в каждой фазе, так же как любое количество элементов полюсов возбуждения, фаз и/или зон.

Фиг.13 и 14 показывают другой дополнительный пример конфигурации проводников из фольги для относительно многочисленного набора элементов полюсов возбуждения согласно варианту осуществления изобретения. Фиг.13 является схемой 1300, показывающей три набора 1302а, 1302b и 1302с элементов полюса возбуждения на виде U-U' сверху, каждый из которых может включать в себя четыре элемента полюса возбуждения, таким образом, обеспечивая двенадцать элементов полюса возбуждения для конфигурации с восемью магнитными полюсами. Фиг.14 является видом 1400 сверху (“U-U”), показывающим, что три набора 1302а, 1302b, и 1302с элементов полюсов возбуждения могут быть собраны в статор без какой-либо фольги в нижней зоне (например, фольги, показанной сплошными линиями) или в верхних зонах (например, как показано пунктирными линиями), которые мешают друг другу или пересекаются между собой.

Принимая во внимание вышесказанное, фиг.7-14 обеспечивают характерные конфигурации и модели обмотки проводника из фольги для конкретных комбинаций элементов полюсов возбуждения и магнитных полюсов. Эти фигуры только иллюстрируют различные конфигурации и модели обмотки проводника из фольги, которые обеспечиваются различными вариантами осуществления изобретения. По существу, специалист обычного среднего уровня сможет понять, каким образом применить описанные здесь технологии, чтобы использовать другие конфигурации обмотки проводника из фольги. Кроме того, чередующиеся модели, показанные для конкретных конфигураций на фиг.7-14, являются только несколькими примерами многих способов, в которых объединяются подгруппы элементов полюсов возбуждения, чтобы образовать статоры. Чередующиеся модели являются моделями проводников (например, проводников из фольги), которые переплетают проводники из фольги относительно элементов полюсов возбуждения, чтобы скрепить или соединить вместе элементы полюсов возбуждения, например, за счет прохождения, по меньшей мере, некоторых проводников из фольги через центр статора, в и/или из центра статора, и/или через внешнюю границу статора.

Фиг.15-18 отображают различные примеры применения структуры катушки, использующей переменную ширину проводника из фольги, согласно различным вариантам осуществления изобретения. Фиг.15 является схемой, показывающей активный элемент 1500 полюса возбуждения, применяющий структуру 1502 катушки, расположенную (например, намотанную вокруг) на элементе 1504 полюса возбуждения. За счет применения участков 1507 структуры 1502 катушки, которая расположена на участках 1508 полюсных наконечников, утечка магнитного потока может быть уменьшена. В противном случае утечка будет существовать, если участки 1508 полюсных наконечников не покрыты проводником из фольги.

Фиг.16 показывает структуру катушки, использующую проводник из фольги, имеющий переменную ширину, согласно варианту осуществления изобретения. Структура 1600 катушки включает в себя проводник 1604 из фольги, имеющий переменную ширину, и соединительные проводники 1602а и 1602b. В частности, проводник 1604 из фольги включает в себя один или более участков 1612 проводника из фольги первого типа, которые сконфигурированы таким образом, чтобы подвергать воздействию поверхность полюса элемента полюса возбуждения, а также один или более участков 1610 проводника из фольги второго типа, которые сконфигурированы таким образом, чтобы покрывать другой участок полюсного наконечника. Следует заметить, что участки 1612 могут быть сконфигурированы, чтобы они были выровнены с поверхностью дна элемента полюсного наконечника (например, самого ближайшего к оси вращения), а участки 1610 могут быть сконфигурированы, чтобы они были выровнены с верхней поверхностью элемента полюсного наконечника (например, самого дальнего от оси вращения, и, например, на внешней границе зоны статора) когда они располагаются (например, наматываются вокруг) на элементе полюсного наконечника. По меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения переменная ширина проводника 1604 из фольги может уменьшать среднее сопротивление всей обмотки из фольги, по сравнению с обмоткой из фольги, показанной на фиг.2, имеющей ширину “W2”, которая может быть относительно постоянной (по меньшей мере, в некоторых случаях), поскольку проводник 1604 из фольги включает в себя более широкие участки (“W1”) 1620, которые имеют более низкое сопротивление, чем узкие участки(“W2”) 1622.

Фиг.17 показывает активный элемент полюса возбуждения, применяющий множественные участки проводника из фольги, согласно варианту осуществления изобретения. Активный элемент 1700 полюса возбуждения включает в себя множественные участки 1701а и 1701b проводника из фольги, которые образуют зазор 1704. Участки 1701а и 1701b проводника из фольги могут быть, соответственно, присоединены к соединительным проводникам 1705а и 1705b. Или соединительные проводники 1705а и 1705b могут быть присоединены к одному из участков 1701а и 1701b проводника из фольги, при этом другой участок проводника из фольги присоединяется к другим соединительным проводникам (не показаны). По меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения участки 1701а и 1701b проводника из фольги могут быть соединены через участок смещения (не показан). В различных вариантах осуществления изобретения составные участки 1701а и 1701b проводника из фольги могут включать в себя любое количество участков проводника на любом количестве зон катушки, с каждой парой катушек, которые включают в себя отдельные соединительные проводники.

Фиг.18А и 18В показывают примеры проводников из фольги и пример одного типа модели складывания, используемой для создания составных участков проводника из фольги, имеющих смещение за счет зазора, согласно, по меньшей мере, некоторым вариантам осуществления изобретения. Фиг.18А показывает проводник 1802 из фольги, включающий в себя участок 1804 смещения для создания составных участков 1801а и 1801b проводника из фольги. Фиг.18А показывает участок 1804 смещения, включающий в себя линии 1890 модели складывания. Проводник 1802 из фольги (показанный как проводник из фольги в состоянии перед складыванием) складывается вдоль линий 1890 модели складывания. Фиг.18В показывает проводник 1802 из фольги (показанный как проводник из фольги в состоянии перед складыванием), включающий в себя участок 1804 смещения, который был согнут, чтобы создать зазор 1808. По меньшей мере в некоторых вариантах осуществления изобретения проводник 1802 из фольги может использовать один или более участков проводника из фольги вместо соединительных проводников, показанных на фиг.18А и 18В, с дополнительными участками 1801а и 1801b проводника из фольги (не показаны), дополнительно используемых для того чтобы, например, предусматривать переменную ширину проводников из фольги для соединения с элементами полюса возбуждения в подгруппе, например такой, как одна или более подгрупп, показанных на фиг.13. Таким образом, подгруппы 1302а, 1302b и 1302с фиг.13, или любой другой структуры, описанной здесь, или относящейся к ней, могут быть сконфигурированы, чтобы использовать переменную ширину проводников из фольги.

Хотя некоторые из примеров для структур проводников из фольги и способы их образования показаны включающими в себя сгибаемые участки, по меньшей мере, некоторые варианты осуществления изобретения не нуждаются в использовании сгибаемых участков проводника из фольги или складывающихся моделей, как описывается, например, в описании к фиг.5. По меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления изобретения участок смещения может быть образован без использования сгибаемых участков проводника. Например, участок смещения может быть образован с помощью штампа (или любой другой технологии обработки с помощью резания, например такой, как использование лазера для вырезки проводника), чтобы вырезать проводники из листа фольги, таким образом, проводник из фольги включает в себя участок смещения.

Фиг.19А изображает участок структуры катушки, включающий в себя участок смещения, согласно, по меньшей мере, некоторым вариантам осуществления изобретения. Участок 1900 структуры катушки показан включающим в себя участок 1902 смещения, образованный в проводнике 1906 из фольги. Участок 1902 смещения сконфигурирован таким образом, чтобы образовывать множественные участки 1901а и 1901b проводника из фольги и образовывать между ними зазор 1904. По существу, участки 1901а и 1901b проводника из фольги могут быть намотаны вокруг различных зон (не показаны) элемента полюса возбуждения. По меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления изобретения участок проводника из фольги, например такой, как любой из участков 1901а и 1901b проводника из фольги, может быть сконфигурирован таким образом, чтобы располагаться на соответствующей зоне катушки элемента полюса возбуждения. В показанном примере участок 1902 смещения образован проводником из фольги, который является цельным, так что участок 1901а проводника из фольги является одним целым с участком 1901b проводника из фольги. По меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления изобретения участок 1902 смещения может быть образован из других проводящих материалов и может присоединяться к участкам 1901а и 1901b проводника из фольги. Следует заметить, что каждый из участков 1901а и 1901b проводника из фольги может иметь любое количество витков, и нет необходимости ограничиваться одинаковым количеством витков, при этом они могут быть намотаны в противоположных направлениях (например, по часовой стрелке и против часовой стрелки) относительно участка 1902 смещения, так что ток, проходящий через каждый из участков 1901а и 1901b проводника из фольги, может индуктировать ампер-витки (“AT”) магнитного потока элемента полюса возбуждения в том же самом направлении. Фиг.19В показывает проводник 1952 из фольги с переменной толщиной, включающий в себя участок 1954 смещения, который был образован (например, с помощью резания), чтобы создать зазор 1958 без необходимости складывать проводник, как это требовалось на фиг.18В.

Фиг.20А и 20В изображают другой набор примеров структур катушки, согласно, по меньшей мере, некоторым вариантам осуществления изобретения. Как показано на фиг.20А, структура 2000 катушки составлена из участка 2002а структуры катушки, который должен быть намотан на первую подгруппу элементов полюса возбуждения, участок 2002b структуры катушки должен быть намотан на вторую подгруппу элементов полюса возбуждения, и участок 2002с структуры катушки должен быть намотан на третью подгруппу элементов полюса возбуждения. Структура катушки, соответствующая показанному на фиг.20А примеру, может быть вырезана из листа фольги, с использованием модели резания, чтобы образовать показанную форму. В показанном примере размеры структуры 2000 катушки не соответствуют масштабу. Например, вертикальные размеры (т.е. длина) были уменьшены по сравнению с горизонтальными размерами (т.е. шириной) для большей ясности. В этом примере участки 2002а, 2002b и 2002с структуры катушки присоединены к общей точке 2009. В частности, участки 2002а, 2002b и 2002с структуры катушки могут быть сконфигурированы как проводники из фольги, соединенные вместе как единое целое (т.е. не образованное из отдельных проводников) в общей точке 2009, таким образом, избегая использования отдельных соединительных проводников для отдельной подгруппы соединительных проводников (например, соединительный проводник для общей нулевой фазы), которые, в свою очередь, обеспечивают взаимные цельные соединения для участков 2002а, 2002b и 2002с структуры катушки. Таким образом, три соединительных проводника для статора являются достаточными, чтобы подвести фазы А, В и С. Дополнительно может быть использован соединительный проводник для присоединения общей точки 2009 к общему нейтральному проводу.

Участки 2002а, 2002b и 2002с структуры катушки при намотке на полюса возбуждения могут быть подобными по структуре и/или функциям подгруппам 702а, 702b и 702с, изображенным на фиг.7, чтобы соответственно облегчать подведение фазных токов А, В и С. Участки 2001а, 2001b и 2001с проводника из фольги сконфигурированы, чтобы предусматривать «вводные» соединительные проводники (не показаны), подобные участкам 701а, 701b и 701с проводника из фольги, изображенным на фиг.7, при этом участки 2005а, 2005b и 2005с проводника из фольги сконфигурированы, чтобы предусматривать «выводные» соединительные проводники к, например, общему проводу, подобно участкам 705а, 705b и 705с проводника из фольги, изображенным на фиг.7. Участки 2003а, 2003b и 2003с проводника из фольги сконфигурированы, чтобы обеспечивать подобные структуры и/или функции, как участки 703а, 703b и 703с проводника из фольги, изображенные на фиг.7, но в этом случае они имеют взаимное цельное соединение. Также показаны участки 2004а, 2006а, 2004b, 2006b, 2004с и 2006с смещения, которые сконфигурированы, чтобы смещать участки проводника из фольги и адаптировать проводники из фольги к различным зонам катушки элементов полюса возбуждения.

Фиг.20В изображает структуру катушки, изображенную на фиг.20А, свернутую таким образом, чтобы позволить катушкам быть намотанными на соответствующие полюса возбуждения в такой модели, которая подобна модели, используемой в примере на фиг.7, согласно, по меньшей мере, некоторым вариантам осуществления изобретения. В частности, фаза В будет иметь «входной» и «выходной» соединительные проводники на верхней зоне полюсов 2 и 5 возбуждения, в то время как фазы А и С будут иметь «входной» и «выходной» соединительные проводники на нижней зоне соответствующих им полюсов возбуждения. Это облегчает схему сборки, которая подобна схеме, описанной в соответствии с фиг.8А-8D, чтобы образовать собранный статор. Получившийся в результате статор имеет цельные соединения внутри сборки, которая может быть особенно предпочтительной, когда структура катушки выполнена из алюминиевой фольги или некоторых других проводников, для которых трудно осуществить надежное взаимное соединение. Согласно, по меньшей мере, некоторым вариантам осуществления изобретения структура катушки, показанная на фиг.20А и 20В, может использовать проводники из фольги с переменной шириной и другую структуру или функцию, описанную здесь.

Приведенное выше описание для целей объяснения использует особую терминологию, чтобы обеспечить всестороннее понимание изобретения. Однако специалисту в данной области техники будет ясно, что характерные детали не требуются для практического использования изобретения. Фактически, это описание не следует понимать таким образом, чтобы ограничивать любые признаки или аспекты настоящего изобретения для любых вариантов его осуществления; в значительной степени признаки и аспекты одного варианта осуществления изобретения могут быть легко заменены другими вариантами изобретения. Например, хотя приведенное выше описание вариантов осуществления изобретения относится к двигателю, обсуждение также применимо ко всем электродинамическим машинам, например таким, как генератор.

Таким образом, приведенные выше описания отдельных вариантов осуществления изобретения представлены с целью иллюстрации и описания. Не предполагается, что они должны быть исчерпывающими или ограничивать изобретение раскрытыми точными формами; очевидно, что возможно много модификаций и вариаций в обзоре приведенных выше идей изобретения. Варианты осуществления изобретения были выбраны и описаны для того, чтобы лучше объяснить принципы изобретения и его практические применения; таким образом, они дают возможность другим специалистам в данной области техники лучше использовать изобретение и различные варианты осуществления изобретения, с различными модификациями, которые являются подходящими для конкретного предполагаемого использования. То есть, не каждой выгоде, описанной здесь, необходимо быть реализованной каждым вариантом осуществления настоящего изобретения; в значительной степени любой конкретный вариант осуществления изобретения может обеспечить одно или более преимуществ, обсуждавшихся выше. Подразумевается, что следующие ниже пункты формулы изобретения и их эквиваленты определяют объем изобретения.

Изобретение относится к электротехнике, к электродинамическим машинам. Технический результат состоит в оптимизации генерирования магнитного потока и улучшении технологии изготовления катушек статора. Статор для электродинамических машин содержит катушку, обеспечивающую возможность генерирования ампер-витков ("AT") магнитного потока. Катушка содержит проводник из фольги, включающий в себя участок смещения проводника из фольги, сконфигурированный с возможностью смещения участков проводника из фольги, и элемент полюса возбуждения, имеющий множественные зоны. Участки проводника из фольги расположены на элементе полюса возбуждения, который содержит первую и вторую зоны, Первый участок проводника из фольги расположен на первой зоне, а второй - на второй зоне. Участок смещения проводника из фольги соединяет первый участок проводника из фольги со вторым участком проводника из фольги. Предложен вариант катушки из фольги для полюса возбуждения, имеющего поверхности полюсов, которые установлены напротив, например, конических магнитов. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Статор для электродинамических машин, содержащий: структуру катушки, сконфигурированную с возможностью генерирования ампер-витков ("AT") магнитного потока, при этом структура катушки содержит: проводник из фольги, включающий в себя: участок смещения проводника из фольги, сконфигурированный с возможностью смещения участков проводника из фольги; и элемент полюса возбуждения, имеющий множественные зоны, в котором участки проводника из фольги расположены на элементе полюса возбуждения, и который содержит: первую зону и вторую зону, при этом первый участок проводника из фольги расположен на первой зоне, а второй участок проводника из фольги расположен на второй зоне, участок смещения проводника из фольги, соединяющий первый участок проводника из фольги со вторым участком проводника из фольги.

2. Статор по п.1, дополнительно содержащий: подгруппу элементов полюса возбуждения, содержащую два элемента полюса возбуждения, которые включают в себя элемент полюса возбуждения и другой элемент полюса возбуждения, которые соединены вместе.

3. Статор по п.2, в котором первый участок проводника из фольги сконфигурирован с возможностью соединения двух элементов полюса возбуждения вместе, при этом первый участок проводника из фольги содержит: цельный проводник из фольги.

4. Статор по п.1, в котором второй участок проводника из фольги содержит: соединительный проводник на основе фольги.

5. Статор по п.1, в котором проводник из фольги содержит: цельный проводник из фольги, имеющий переменную ширину.

6. Статор по п.1, в котором участок смещения проводника из фольги содержит: сгибаемые участки проводника из фольги.

7. Статор по п.1, в котором структура катушки содержит: множество цельных проводников из фольги.

8. Статор по п.1, в котором второй участок проводника из фольги содержит: соединительный проводник, включающий в себя множество сгибаемых участков, которые сгибаются друг на друга, при этом множество сгибаемых участков включает в себя: участок увеличения плотности тока, сконфигурированный с возможностью обеспечения площади поперечного сечения для соединительного проводника, которая эквивалентна площади поперечного сечения по ширине продолговатой катушки.

9. Статор по п.8, в котором проводник из фольги содержит: зону без соединительного проводника; зону соединительного проводника, которая включает в себя множество сгибаемых участков; и одну или более диагональных прорезей, сконфигурированных с возможностью определения зоны без соединительного проводника и зоны соединительного проводника, а также дополнительно сконфигурированных, чтобы обеспечивать участок увеличения плотности тока, причем участок зоны соединительного проводника согнут на участок зоны без соединительного проводника, чтобы образовать участок увеличения плотности тока.

10. Статор по п.1, дополнительно содержащий: подгруппу элементов полюса возбуждения, соединенных через проводник из фольги, при этом подгруппа элементов полюса возбуждения включает в себя элемент полюса возбуждения и другой элемент полюса возбуждения, чтобы образовать два элемента полюса возбуждения, которые соединены вместе с помощью первого участка проводника из фольги; другой проводник из фольги, включающий в себя: другой участок смещения другого проводника из фольги, сконфигурированный с возможностью смещения участков другого проводника из фольги; и другую подгруппу элементов полюса возбуждения, соединенных через другой проводник из фольги, при этом другая подгруппа включает в себя два других элемента полюса возбуждения, которые содержат: первую зону и вторую зону, при этом первый участок другого проводника из фольги присоединяется к двум другим элементам полюса возбуждения в первой зоне, а, по меньшей мере, один из двух других элементов полюса возбуждения включает в себя второй участок другого проводника из фольги во второй зоне.

11. Статор по п.10, в котором проводник из фольги и другой проводник из фольги являются цельными.

12. Статор по п.10, в котором катушка из фольги сконфигурирована с возможностью проходить через зону внешней границы статора.

13. Статор по п.10, в котором катушка из фольги сконфигурирована с возможностью проходить через центр статора.

14. Статор по п.1, в котором, по меньшей мере, один из элементов полюса возбуждения содержит: поверхность полюса, имеющего участок поверхности, ориентированный на острый угол относительно продольной осевой линии, проходящей через центр статора.

15. Статор по п.1, в котором, по меньшей мере, один из элементов полюса возбуждения содержит: по существу прямой элемент полюса возбуждения.

16. Статор для электродинамических машин, содержащий: множество подгрупп элементов полюса возбуждения, сконфигурированных с возможностью использования множественных зон катушки, подгруппы элементов полюса возбуждения, составляющих фазы; и множество проводников из фольги, расположенных в виде моделей с чередующимися слоями, на, по меньшей мере, одной подгруппе из множества проводников из фольги, которые сконфигурированы с возможностью проходить через зону внешней границы статора, и дополнительно сконфигурированы с возможностью присоединения, по меньшей мере, к одной подгруппе из элементов полюса возбуждения, по меньшей мере, на двух множественных зон катушки.

17. Статор по п.16, в котором множество проводников из фольги включают в себя участки проводников из фольги, которые сконфигурированы с возможностью соединения элементов полюса возбуждения вместе, при этом, по меньшей мере, два участка проводников из фольги имеют разные длины.

18. Статор по п.16, в котором множество проводников из фольги содержат: множество зон перехода, по меньшей мере, один из которых, расположен, по существу, между элементами полюса возбуждения.

19. Статор для электродинамических машин, содержащий: элемент полюса возбуждения, включающий в себя зоны катушки; и проводник из фольги, содержащий: участки проводника из фольги, по меньшей мере, два из которых, наматываются вокруг элемента полюса возбуждения на двух или более зонах катушки, и участок смещения проводника из фольги, сконфигурированный с возможностью смещения первого участка проводника из фольги относительно второго участка проводника из фольги.

20. Статор по п.19, в котором элемент полюса возбуждения дополнительно включает в себя поверхности полюсов, при этом элемент полюса возбуждения сконфигурирован с возможностью обеспечивать, по существу, прямой путь магнитного потока между поверхностями полюсов.

21. Статор по п.19, в котором первый участок проводника из фольги сконфигурирован с возможностью присоединения к другому элементу полюса возбуждения.

22. Структура ротор-статор для электродинамических машин, содержащая: ротор, содержащий конические магниты; и статор, содержащий: проводники, включающие в себя: первый проводник, проходящий через зону внешней границы статора, второй проводник, проходящий через внутреннюю зону статора, и участки смещения, сконфигурированные с возможностью смещать участки проводников; и элементы полюса возбуждения, имеющие поверхности полюсов, сконфигурированные, чтобы находиться напротив поверхностей конических магнитов, при этом элементы полюса возбуждения имеют множественные зоны, на которые наматываются участки проводников.

23. Статор по п.22, в котором проводники содержат: плоские проводники, включающие в себя соединительные проводники с множеством сгибаемых участков, которые согнуты друг на друга.