Многофазная статорная обмотка на печатной плате Российский патент 2024 года по МПК H02K3/26 

Техническая область

[0002] Изобретение относится к электроэнергетике и может применяться для аксиальных синхронных и линейных электрических машин преимущественно в диапазоне от 0 Вт до 100 кВт. В частности, для аксиальных генераторов в ветроэнергетических установках, для гидрогенераторов, валогенераторов или навесных генераторов двигательных установок. Также изобретение может быть использовано для аксиальных или линейных двигателей, в особенности для электротранспорта, а также в любых областях техники, в которых требуется регулируемый электропривод.

Предшествующий уровень техники

[0003] Известна статорная обмотка, используемая в тихоходном магнитоэлектрическом генераторе, которая представляет собой якорную обмотку на наружной поверхности статора в виде плоских медных печатных плат, уложенных в три слоя и изолированных между собой композитным материалом (Патент на полезную модель РФ 157778, опубл. 10.12.2015) [1]. В известном решении не используется вся площадь печатной платы под размещение фазной обмотки, выполненной по типу меандра, что снижает эффективность электромагнитного взаимодействия статора и ротора электрической машины. Конструкция известной фазной обмотки также не предполагает возможности последовательного и/или параллельного соединения нескольких плат в единую фазную обмотку для наращивания витков обмотки или увеличения общей площади сечения проводника для адаптации параметров статора под различные технические требования.

[0004] Известна статорная обмотка, используемая в статоре ротационной электрической машины с аксиальным полем. Обмотка размещена на проводниковых слоях, выполненных на печатных платах. При этом каждый проводниковый слой содержит набор радиальных проводников, пару внешних проводников и множество внутренних проводников (Патент на изобретение РФ 2294588, опубл. 27.02.2006) [2]. Конструкция известной обмотки имеет большое число внутренних соединений и высокую технологическая сложность сборки, что существенным образом снижает надежность обмотки в целом. Проводниковые слои обмотки не в полной мере заполнены радиальными проводниками, в том числе из-за большого числа внутренних соединений, что приводит к неэффективному использованию площади проводникового слоя и дополнительным электрическим потерям.

[0005] Известна фазная обмотка, применяемая в статоре электрической машины, содержащем печатные платы, имеющие множество электропроводящих катушек, соединенных между собой внутри печатной платы (межд. заявка WO2019190959, опубл. 03.10.2019) [3]. Известный статор характеризуется высокой сложностью коммутации фазных обмоток, реализуемой с помощью большого числа металлизированных отверстий и посредством заранее подготовленных клеммных площадок. Применение указанных площадок с отверстиями ограничивает возможность наращивания фазных слоев для достижения задаваемых параметров статора. Катушки статорной обмотки на печатных платах имеют высокую удельную длину лобовых частей, что приводит к неэффективному использованию площади плат и дополнительным электрическим потерям.

Краткое изложение изобретения

[0006] Настоящее изобретение представляет собой разновидность статорной обмотки аксиальной или линейной электрической машины, реализуемой в виде катушек из электропроводящих дорожек на печатной плате.

Техническая задача

[0007] Задача изобретения заключается в создании многофазной статорной обмотки аксиальной или линейной электрической машины, характеризующейся высокой эффективностью использования площади печатных плат для размещения обмотки и ее активных радиальных частей, снижением электрических потерь обмотки, возможностью соединения нескольких многослойных печатных плат (далее - МПП) в единую статорную обмотку для наращивания числа витков обмотки и/или увеличения общей площади сечения проводника для адаптации параметров статора под различные технические требования; а также в упрощении конструкции обмотки и уменьшении ее габаритных размеров.

Решение задачи

[0008] Для решения задачи предлагается многофазная статорная обмотка на печатной плате, выполненная в виде МПП с электропроводящими дорожками, сгруппированными в последовательно соединенные катушки, при том, что каждая фазная обмотка размещена на двух слоях многослойной печатной платы, отличающаяся тем, что электропроводящие дорожки каждой фазной обмотки сгруппированы в концентрические катушки по числу полюсов электрической машины;

причем каждая катушка состоит из опорной части на основном слое фазной обмотки и последовательно присоединенной ответной части на дополняющем слое;

от начал первой и последней катушек фазной обмотки на основном слое сделаны отводы к выходным клеммам начала и конца фазной обмотки соответственно;

опорные и ответные части катушек (кроме опорных частей первой и последней катушек в фазной обмотке) раздельно друг от друга образуют на своих слоях чередующиеся, электрически соединенные с соответствующими частями предыдущих или последующих катушек пары, замыкая тем самым последовательную электрическую цепь из катушек в фазную обмотку;

притом, что катушки соединены друг с другом встречно-последовательно, а именно, в паре опорных частей на основном слое катушки соединены начало с началом, а в паре ответных частей на дополняющем слое – конец с концом.

[0009] Многофазная статорная обмотка может состоять из нескольких идентичных МПП, причем каждая фазная обмотка выполнена с дополнительным угловым смещением в 90 электрических градусов для последовательной и/или параллельной коммутации фазных обмоток нескольких МПП и последующего объединения в единую статорную обмотку путем соединения выходных клемм, задействованных в выбранном типе коммутации и расположенных одна над другой.

[0010] Многофазная статорная обмотка может быть размещена на кольцеобразной печатной плате.

[0011] Многофазная статорная обмотка может включать выходные клеммы, расположенные на кольцеобразной печатной плате в зоне между ее наружным кромкой и внешним краем обмотки.

[0012] Многофазная статорная обмотка может включать выходные клеммы, расположенные на кольцеобразной печатной плате в зоне между ее внутренней кромкой и внутренним краем обмотки.

[0013] Многофазная статорная обмотка может быть выполнена развернутой на плоскости и незамкнутой.

[0014] В настоящем изобретении реализована такая компоновка катушек в фазной обмотке и соединений между ними, которая позволяет сориентировать направления укладки витков у любых расположенных рядом катушек в обмотке зеркально-симметрично друг другу с той целью, чтобы полное покрытие ширины одного полюса электрической машины достигалось бы не половиной одной катушки с уложенными в одном направлениями витками, как это реализовано в классическом исполнении у фазных обмоток с числом катушек, равным числу пар полюсов, включая прототип [3], а двумя примыкающими половинами двух соседних катушек с сонаправленными радиальными участками витков в этих катушках.

[0015] Указанная в заявленном изобретении компоновка достигается за счет встречного соединения соседних катушек, когда конец первой катушки соединен не с началом следующей, а с ее концом, а начало второй – с началом третьей и так далее. Таким образом, условное направление укладки витков катушек в фазной обмотке совпадает у катушек, расположенных через одну друг по отношению к другу, а у соседних катушек направление укладки витков зеркально-симметричное.

[0016] Следовательно, для реализации в заявленном изобретении условия, при котором число катушек в фазной обмотке равно числу полюсов электрической машины, для сохранения основных электрических характеристик обмотки необходимо вдвое снизить число витков в катушке, что приводит к существенному сокращению длины непродуктивных с точки зрения электромагнитного взаимодействия в электрической машине пассивных лобовых частей катушек, включая длину их вылета, которую для аксиальных и линейных электрических машин следует рассматривать как превышение габаритной ширины обмотки (для аксиальной машины это разность радиусов по внешнему и внутреннему краям обмотки) над длиной активных радиальных участков витков (или «пазовой части» катушки, как у классических радиальных электрических машин).

[0017] Длина вылета лобовых частей катушек пропорциональна числу витков в катушке и с высокой точностью определяется как удвоенное произведение числа витков в катушке, умноженное на сумму ширины дорожки и ширины межвиткового зазора. Совокупная же длина лобовых частей, включая вылет, находится в квадратичной зависимости от числа витков в катушке и определяется формулой суммы арифметической прогрессии (с незначительными погрешностями, связанными, в-основном, с конфигурацией витков). Но теоретический эффект сокращения длины лобовых частей всей обмотки, близкий к двукратному, при переходе к удвоенному числу катушек незначительно снижается из-за наличия перемычки, встречно соединяющей две смежные катушки, и на практике происходит сокращение длины лобовых частей в 1,7÷1,9 раза, которое варьируется в зависимости от формы такой перемычки, радиуса внешнего края обмотки, ширины дорожек, числа катушек и пр.

[0018] С целью эффективного использования совокупной площади МПП для размещения статорной обмотки, упрощения конструкции обмотки и снижения числа внутренних соединений в предлагаемом изобретении обмотка каждой фазы размещается на двух слоях МПП – основном и дополняющем. Соответственно, каждая катушка состоит из опорной части на основном слое МПП и ответной части на дополняющем слое, что позволяет реализовать требуемую коммутацию катушек описанным ранее образом, одновременно удваивая число витков в катушке по сравнению только с частью катушки на одном слое. Соединение опорной и ответной частей катушки на различных слоях МПП осуществляется при помощи металлизированного отверстия в центре концентрической катушки.

[0019] Конструкция многофазной статорной обмотки на МПП в предлагаемом изобретении подразумевает возможность соединять несколько МПП последовательно и/или параллельно в единую статорную обмотку, например, для увеличения электродвижущей силы (ЭДС) путем последовательного наращивания числа витков обмотки или увеличения номинального тока за счет параллельного подключения и увеличения площади сечения проводника статорной обмотки. Для этого следует произвести следующие действия.

[0020] Для последовательного соединения следует выполнить сначала переворот каждой второй присоединяемой МПП обратной стороной наверх, совмещая, а затем и соединяя выходные клеммы МПП, расположенные одна над другой, например, при помощи пайки по схеме «конец фазной обмотки МПП1 (где 1 означает номер присоединяемой МПП) – конец фазной обмотки МПП2», «начало фазной обмотки МПП2 – начало фазной обмотки МПП3», «конец фазной обмотки МПП3 – конец фазной обмотки МПП4» и далее при необходимости.

[0021] Для параллельного соединения требуется совместить, а затем соединить одноименные выходные клеммы начала и конца фазных обмоток нескольких МПП, например, при помощи пайки.

[0022] Представленная возможность последовательного соединения обеспечена наличием дополнительного углового сдвига каждой фазной обмотки на 90 эл. градусов относительно такого симметричного положения статорной обмотки, при котором переворот обратной стороной наверх приводит к изменению величины фазового сдвига обмотки первой фазы, равному фазному сдвигу обмотки последней фазы, и наоборот. Так, для трехфазной системы сдвиг фазы А относительно фазы В после переворота изменится с -120 электрических градусов на +120, у фазы С – с +120 на -120 электрических градусов, а для фазы В переворот будет безразличным, вектор ЭДС у фазы В после переворота останется неизменным. Такое положение обмотки далее называется симметричным.

[0023] В заявляемом изобретении переворот обратной стороной наверх осуществляется путем поворота МПП на 180 градусов относительно оси, проходящей посередине между выходными клеммами начала и конца фазных обмоток для обеспечения совместимости положения выходных клемм с другими МПП после переворота. Положение фазных обмоток МПП относительно симметричного положения выбрано таким образом, чтобы обеспечить требуемое дополнительное угловое смещение в 90 эл. градусов. Следует отметить, что идентификация фаз и выходных клемм у фазных обмоток будет после переворота определяться не прежними наименованиями, а действующими пространственным положением и фазовыми сдвигами обмоток. В результате переворота МПП обратной стороной наверх произойдут следующие изменения:

[0024] осуществится конвертация выходных клемм начал всех фазных обмоток в концы, и наоборот;

[0025] вектор ЭДС обмотки фазы В сменит свое направление на противоположное из-за совокупного сдвига в 180 эл. градусов между положениями до и после переворота;

[0026] обмотка и клеммы фазы А после переворота преобразуется в обмотку и клеммы фазы С, и наоборот;

[0027] вектора ЭДС обмоток фаз А и С, переименованных после преобразования, сменят свое направление на противоположное из-за совокупного сдвига в 180 эл. градусов по отношению к векторам ЭДС неперевернутых обмоток А и С.

[0028] Таким образом, при переходе к предлагаемой в данном изобретении компоновке катушек статорной обмотки с числом катушек, равным числу полюсов электрической машины, по сравнению с классическим исполнением обмотки на печатной плате и прототипом [3], достигается: снижение длины витков катушек и обмотки в целом на величину сокращаемых в 1,7÷1,9 раза длины лобовых частей катушек; уменьшение габаритных размеров катушек и обмотки в целом по ее ширине на удвоенное значение суммарной ширины дорожек и межвитковых зазоров сокращаемых в катушке витков за вычетом ширины одной дорожки, используемой в качестве перемычки между смежными катушками; а также уменьшение активного сопротивления обмотки на величину, пропорциональную сокращаемой длине лобовых частей, не принимающих участия в электромагнитном взаимодействии.

[0029] При этом конструкция обмотки, в особенности расположение фазных обмоток и их выходных клемм обеспечивают возможность последовательного и/или параллельного соединения нескольких МПП в единую статорную многофазную обмотку.

Положительные эффекты от изобретения

[0030] Технические результаты, достигаемые заявленным изобретением, заключаются в снижении габаритных размеров катушек и обмотки в целом и уменьшении величины активного сопротивления обмотки.

Краткое описание чертежей

[0031] Конструкция заявленного изобретения иллюстрируется чертежами шести слоев МПП статорной обмотки трехфазной аксиальной электрической машины обычной и обращенной конструкции.

[0032] На фиг.1 - первый слой МПП с опорными частями катушек обмотки фазы А обычной электрической машины.

[0033] На фиг.2 – второй слой МПП с ответными частями катушек обмотки фазы А обычной электрической машины.

[0034] На фиг.3 – третий слой МПП с опорными частями катушек обмотки фазы В обычной электрической машины.

[0035] На фиг.4 – четвертый слой МПП с ответными частями катушек обмотки фазы В обычной электрической машины.

[0036] На фиг.5 – пятый слой МПП с опорными частями катушек обмотки фазы С обычной электрической машины.

[0037] На фиг.6 – шестой слой МПП с ответными частями катушек обмотки фазы С обычной электрической машины.

[0038] На фиг.7 – первый слой МПП с опорными частями катушек обмотки фазы А обращенной электрической машины.

[0039] На фиг.8 - второй слой МПП с ответными частями катушек обмотки фазы А обращенной электрической машины.

[0040] На фиг.9 – третий слой МПП с опорными частями катушек обмотки фазы В обращенной электрической машины.

[0041] На фиг.10 - четвертый слой МПП с ответными частями катушек обмотки фазы В обращенной электрической машины.

[0042] На фиг.11 - пятый слой МПП с опорными частями катушек обмотки фазы С обращенной электрической машины.

[0043] На фиг.12 – шестой слой МПП с ответными частями катушек обмотки фазы С обращенной электрической машины

[0044] Для сравнительного анализа заявляемой фазной статорной обмотки и классического исполнения статорной обмотки – с числом катушек в обмотке, равным числу пар полюсов электрической машины (в том числе в решении, используемом в прототипе [3]), представлены следующие чертежи.

[0045] На фиг.13 - основной слой МПП с опорными частями катушек обмотки фазы В в классическом исполнении и с дополнительным фазовым сдвигом 90 эл. градусов.

[0046] На фиг.14 - дополняющий слой МПП с ответными частями катушек обмотки фазы В в классическом исполнении и с дополнительным фазовым сдвигом 90 эл. градусов.

[0047] На фиг.15 - сравнительная схема заявленной и классической фазных обмоток с контурами катушек и обозначениями групп сонаправленных участков витков с дополнительным фазовым сдвигом в 90 электрических градусов.

[0048] На фиг.16 - сравнительная схема заявленной и классической фазных обмоток с контурами катушек и обозначениями групп сонаправленных участков витков для случая симметричного расположения фазной обмотки.

[0049] На указанных фигурах:

1 – основной слой фазной обмотки;

2 –дополняющий слой фазной обмотки;

3 - опорная часть катушки фазной обмотки;

4 – ответная часть катушки фазной обмотки;

5 – пара опорных частей катушки фазной обмотки;

6 – пара ответных частей катушки фазной обмотки;

7 – первая катушка фазной обмотки;

8 – последняя катушка фазной обмотки;

9 – соединительное металлизированное отверстие между опорной и ответной частями катушки;

10 – монтажное отверстие;

11 – выходная клемма начала фазной обмотки фазы А;

12 – выходная клемма начала фазной обмотки фазы В;

13 – выходная клемма начала фазной обмотки фазы С;

14 – выходная клемма конца фазной обмотки фазы А;

15 – выходная клемма конца фазной обмотки фазы В;

16 – выходная клемма конца фазной обмотки фазы С;

17 – контур катушки фазной обмотки предлагаемого изобретения;

18 – контур катушки классической фазной обмотки;

19 – группа сонаправленных участков витков опорной части катушки фазной обмотки;

20 – группа сонаправленных участков витков ответной части катушки фазной обмотки.

Описание вариантов осуществления

[0050] Статор аксиальной необращенной электрической машины с восемью парами полюсов содержит трехфазную обмотку на шестислойной МПП, причем каждая фазная обмотка образована шестнадцатью (по числу полюсов) концентрическими катушками и размещена на двух слоях – основном 1 и дополняющем 2 (фаза А – фиг. 1 и фиг. 2, фаза В – фиг. 3. и фиг 4., фаза С – фиг. 5 и фиг. 6), содержащих опорные 3 и ответные 4 части катушек фазной обмотки, соединенных посредством металлизированных отверстий 9 в центре катушек. На основном слое 1 опорные части катушек 3 объединены в пары 5 и встречно-последовательно соединены с помощью перемычек. Перемычка на основном слое 1 между опорными частями 3 первой 7 и последней 8 катушек фазной обмотки заменена на отводы к выходным клеммам начала и конца фазной обмотки: у фазы А – выходные клеммы начала фазной обмотки 13 и конца обмотки 16, у фазы В – 14 и 17, у фазы С – 15 и 18, соответственно. Аналогично, на дополняющем слое 2 ответные части катушек 4 объединены в пары 6 и встречно-последовательно соединены с помощью перемычек. Обмотка фазы А смещена относительно обмотки фазы В на +120 электрических градусов, обмотка фазы С относительно В на -120 электрических градусов. Для удобства принята условная нумерация и последовательность катушек или их частей в фазной обмотке по часовой стрелке, начиная от первой катушки 7.

[0051] Шестислойная МПП может быть выполнена, например, из стеклотекстолита, специализированных полиэфирных смол и медной фольги по стандартной технологии производства МПП. По внешней границе кольцеобразной шестислойной МПП диаметром 256 мм расположены монтажные отверстия 10. Внутренний диаметр кольца МПП 92 мм.

[0052] Катушки фазной обмотки с числом катушек, равным числу полюсов (фиг. 1-6), образованы электропроводящими медными дорожками шириной 1,91 мм и толщиной 0,105 мм, разделенными технологическим межвитковым зазором в 0,4 мм. Каждая катушка содержит по пять витков на опорной части 3 основного слоя 1 и на ответной части 4 дополняющего слоя 2. Укладка витков первой катушки в паре 5 на основном слое 1 с опорными частями 3 (катушки с четными номерами слоев 1, 3 и 5 МПП на фиг. 1, 3, и 5, соответственно) направлена по часовой стрелке от центра катушки, второй катушки в паре 5 (катушки с нечетными номерами) – против часовой стрелки к центру. На дополняющем слое 2 с ответными частями 4 (2, 4 и 6 слои МПП на фиг. 2, 4, и 6, соответственно) укладка витков катушек обратная: у первой катушки в паре 6 (катушки с нечетными номерами) – от центра против часовой стрелки, у второй катушки в паре 6 (катушки с четными номерами) – к центру по часовой стрелке. Витки опорной части 3 первой катушки 7 в фазной обмотке уложены против часовой стрелки к центру катушки и на ответной части 4 от центра, последней катушки 8 – от центра по часовой стрелке на опорной части 3 и к центру на ответной части 4.

[0053] Для анализа достигнутых технических результатов в таблице (см. графич. часть) произведено сравнение габаритных размеров МПП, параметров токопроводящей дорожек, длины активных (радиальных) и лобовых (включая вылет) частей катушек фазной обмотки для заявляемого изобретения и для классического исполнения фазной обмотки с числом катушек, равным числу пар полюсов. Для сравнения взяты обмотки фазы В, представленные на фиг. 3 и фиг. 4 заявляемого изобретения, и фиг. 13 и фиг. 14 для классического исполнения.

[0054]

[0055] На фиг. 15 дополнительно представлена сравнительная схема обмоток обоих типов с контурами катушек и направлениями витков в катушках фазной обмотки. Так, контур катушки обмотки предлагаемого изобретения 17 показан сплошной линией, а прерывистой – контур катушки классической обмотки 18 с числом катушек, равным числу пар полюсов. Активные и сонаправленные радиальные участки витков катушек для удобства отображения объединены в группы и показаны на фиг. 15 в виде стрелок 19 и 20, причем стрелка 19 представляет группу из сонаправленных участков пяти витков на опорной части 3 катушки, а стрелка 20 – группу из сонаправленных участков пяти витков ответной части 4 катушки. Совмещенная схема на фиг. 15 наглядно показывает, что две примыкающие половины у рядом расположенных катушек фазной обмотки предлагаемого изобретения всегда образуют группу из четырех сонаправленных стрелок, что, как ранее было определено, означает группу из сонаправленных участков двадцати витков и идентично катушке фазной обмотки в классическом исполнении с числом катушек, равным числу пар полюсов, с той лишь разницей, что края катушек обоих типов между собой смещены на 90 электрических градусов. Таким образом, предлагаемая компоновка катушек фазной обмотки с числом катушек, равным числу полюсов, по своим электромагнитным параметрам (число витков на полюс, длина и размещение активных радиальных участков витков, ширина витков и пр.) абсолютно равнозначна обмотке с числом катушек, равным числу пар полюсов.

[0056] Тем не менее, сравнение габаритных и электрических параметров обмоток обоих типов однозначно указывает на существенные преимущества фазной обмотки предлагаемого изобретения с числом катушек, равным числу полюсов электрической машины. Так, габаритная ширина (разность радиусов внешнего и внутреннего краев статорной обмотки у аксиальной электрической машины) обмотки предлагаемого изобретения меньше в 1,27 раза или на 21,4%, чем габаритная ширина обмотки в классическом исполнении с числом катушек, равным числу пар полюсов. Длина витков и, соответственно, величина активного сопротивления обмотки – сокращена в 1,29 раза или на 22,7%, длина лобовых частей – уменьшена в 1,83 раза или на 45,4%. Дополнительно, компоновка катушек и статорной обмотки предлагаемого изобретения позволила повысить ширину электропроводящей дорожки на 1,6%. Что дополнительно скажется на общем снижении активного сопротивления обмотки.

[0057] Для соединения представленной в качестве примера в данном изобретении трехфазной обмотки на печатной плате последовательно и/или параллельно с другими идентичными платами в единую статорную обмотку выходные клеммы начал и концов 11-16 фазных обмоток необходимо должным образом присоединить, как это было описано выше.

[0058] Параллельная коммутация МПП не требуют дополнительного описания. Выходные клеммы 11-16 одной МПП присоединяются к одноименным клеммам начала и конца фазных обмоток другой МПП с использованием перемычек и пайки.

[0059] Для последовательного соединения сначала требуется выполнить переворот каждой второй присоединяемой МПП обратной стороной наверх для достижения сдвига в 180 электрических градусов между векторами ЭДС последовательно присоединяемых МПП и прямой коммутации клемм, расположенных одна над другой. Фактически, переворот МПП означает замену классической схемы последовательного соединения по модели «конец обмотки одной обмотки – начало обмотки другой обмотки», что потребовало бы перекрестного соединения между клеммами, на схему «конец фазной обмотки МПП1 – конец фазной обмотки МПП2», и далее «начало фазной обмотки МПП2 – начало фазной обмотки МПП3», «конец фазной обмотки МПП3 – конец фазной обмотки МПП4» по необходимости.

[0060] Очевидно, что для реализации вышеуказанной схемы необходимо, чтобы перевернутая МПП имела бы обратную полярность вектора ЭДС, что реализовано за счет фазового сдвига между двумя последовательно соединяемыми МПП в 180 электрических градусов. Для реализации этого условия фазные обмотки должны иметь дополнительный фазовый сдвиг в 90 электрических градусов относительно симметричного положения обмотки, представленного на фиг. 16 на примере фазы В трехфазной обмотки. Симметричность обмотки актуальна и для классической обмотки с числом катушек, равным числу пар полюсов, и для обмотки предлагаемого изобретения, т.е. при перевороте изображения обмотки на фиг. 16 относительно вертикальной оси одновременно изменятся на противоположные как направления укладки витков в группах 19 на опорной части 3 катушки фазной обмотки и 20 на ответной части 4, так и полярность полюсов, что не приведет к смене полярности ЭДС.

[0061] У смещенной относительно симметричного положения на +90 электрических градусов обмотки фазы В, представленной на сравнительной схеме на фиг. 15, а также чертежах слоев на фиг. 3 и фиг. 4 предлагаемого изобретения и фиг. 13 и фиг. 14 классического исполнения фазной обмотки, переворот позволит получить требуемый между двумя последовательно соединяемыми фазными обмотками сдвиг в 180 электрических градусов.

[0062] На фиг. 7-12 представлен вариант статорной обмотки на печатной плате для аксиальной электрической машины обращенного типа. Данный вариант помимо своих ключевых признаков, связанных с пространственной неподвижностью внутреннего статора, обладает рядом очевидных отличий, что приводит к сравнительно высокой востребованности данного типа для аксиальных ветро- и гидрогенераторов, моторов с прямым приводом для электрических транспортных средств. Так, при аналогичных параметрах, как и у обмотки необращенной электрической машины, послойно отображенной на фиг. 1-6, наружный диаметр шестислойной МПП для статорной обмотки обращенной машины меньше и составляет в данном примере 240 мм вместо 254 мм. Особенности представленной на фиг. 7-12 обмотки также позволяют максимально эффективно эксплуатировать полезную площадь МПП и совместно использовать пограничную зону между смежными катушками, одновременно располагая в этой зоне, но на разных слоях, дорожки обеих катушек.

[0063] На примере статорной обмотки трехфазной обращенной электрической машины, представленной на фиг. 7-12, предложен также наиболее практичный вариант расположения сквозных металлизированных отверстий 9.

[0064] Соединение фазных обмоток статора в «звезду» или «треугольник» производится путем коммутации выходных клемм 11-16.

[0065] Таким образом, предлагаемая многофазная статорная обмотка на печатной плате с числом катушек, равным числу полюсов электрической машины, позволяет минимизировать длину витков катушек и фазных обмоток в целом за счет существенного сокращения длины лобовых частей, габаритную ширину статорной обмотки, значительно снизить активное сопротивление обмотки, тем самым снижая тепловые потери и повышая общую эффективность статорной обмотки.

Изобретение относится к электроэнергетике. Технический результат - уменьшение активного сопротивления обмотки и снижение габаритных размеров катушек и обмотки. Для этого многофазная статорная обмотка на печатной плате выполнена в виде многослойной печатной платы с катушками в фазной обмотке по числу полюсов электрической машины. Каждая катушка состоит из опорной части [3] на основном слое [1] и ответной части [4] на дополняющем слое [2]; опорные [3] и ответные [4] части катушек раздельно друг от друга образуют на своих слоях чередующиеся и соединенные с соответствующими частями других катушек пары [5] и [6]. Катушки соединены друг с другом встречно-последовательно, а именно в паре опорных частей на основном слое катушки соединены начало с началом, а в паре ответных частей на дополняющем слое – конец с концом. Перемычка между опорными частями первой [7] и последней [8] катушек заменена на отводы к выходным клеммам начала и конца фазной обмотки. 5 з.п. ф-лы, 16 ил., 1 табл.

1. Многофазная статорная обмотка на печатной плате, выполненная в виде многослойной печатной платы с электропроводящими дорожками, сгруппированными в последовательно соединенные катушки, притом что каждая фазная обмотка размещена на двух слоях многослойной печатной платы, отличающаяся тем, что электропроводящие дорожки каждой фазной обмотки сгруппированы в концентрические катушки по числу полюсов электрической машины;

причем каждая катушка состоит из опорной части на основном слое фазной обмотки и последовательно присоединенной ответной части на дополняющем слое;

от начал первой и последней катушек фазной обмотки на основном слое сделаны отводы к выходным клеммам начала и конца фазной обмотки соответственно;

опорные и ответные части катушек (кроме опорных частей первой и последней катушек в фазной обмотке) раздельно друг от друга образуют на своих слоях чередующиеся, электрически соединенные с соответствующими частями предыдущих или последующих катушек пары, замыкая тем самым последовательную электрическую цепь из катушек в фазную обмотку;

притом что катушки соединены друг с другом встречно-последовательно, а именно в паре опорных частей на основном слое катушки соединены начало с началом, а в паре ответных частей на дополняющем слое – конец с концом.

2. Многофазная статорная обмотка по п.1, отличающаяся тем, что каждая фазная обмотка выполнена с дополнительным угловым смещением в 90 электрических градусов для последовательной и/или параллельной коммутации фазных обмоток нескольких идентичных многослойных печатных плат и последующего объединения в единую статорную обмотку путем соединения выходных клемм, задействованных в выбранном типе коммутации и расположенных одна над другой.

3. Многофазная статорная обмотка по п.1, отличающаяся тем, что размещена на кольцеобразной печатной плате.

4. Многофазная статорная обмотка по п.3, отличающаяся тем, что ее выходные клеммы расположены на кольцеобразной печатной плате в зоне между ее наружной кромкой и внешним краем обмотки.

5. Многофазная статорная обмотка по п.3, отличающаяся тем, что ее выходные клеммы расположены на кольцеобразной печатной плате в зоне между ее внутренней кромкой и внутренним краем обмотки.

6. Многофазная статорная обмотка по п.1, отличающаяся тем, что выполнена развернутой на плоскости и незамкнутой.