BR112019025872B1 - FLAT COMPOSITE STRUCTURE FOR USE IN AN AXIAL FLOW MOTOR OR GENERATOR - Google Patents
FLAT COMPOSITE STRUCTURE FOR USE IN AN AXIAL FLOW MOTOR OR GENERATOR Download PDFInfo
- Publication number
- BR112019025872B1 BR112019025872B1 BR112019025872-8A BR112019025872A BR112019025872B1 BR 112019025872 B1 BR112019025872 B1 BR 112019025872B1 BR 112019025872 A BR112019025872 A BR 112019025872A BR 112019025872 B1 BR112019025872 B1 BR 112019025872B1
- Authority
- BR
- Brazil
- Prior art keywords
- radial
- conductors
- winding
- conductive
- radial distance
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 143
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 33
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 170
- WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N alstonine Natural products C1=CC2=C3C=CC=CC3=NC2=C2N1C[C@H]1[C@H](C)OC=C(C(=O)OC)[C@H]1C2 WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N 0.000 claims description 13
- 230000037361 pathway Effects 0.000 claims 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 204
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 4
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 3
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 3
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Abstract
A presente invenção refere-se a uma estrutura compósita plana (PCS) para uso em um motor ou gerador de fluxo axial que pode incluir uma camada condutora disposta em uma camada dielétrica, com a camada condutora compreendendo traços condutores que formam porções de pelo menos dois enrolamentos os quais, quando energizado, geram fluxo magnético para pelo menos duas fases correspondentes do motor ou gerador. A PCS pode adicional ou alternativamente incluir uma primeira camada condutora que compreende primeiros traços condutores que formam uma primeira porção de um enrolamento o qual, quando energizado, gera fluxo magnético para uma primeira fase do motor ou gerador, e uma segunda camada condutora, que é diferente do que a pelo menos uma primeira camada condutora, que compreende segundos traços condutores que formam uma segunda porção do enrolamento. A primeira porção do enrolamento pode ser conectada em série com a segunda porção do enrolamento, e as primeira e segunda porções do enrolamento podem ser configuradas e arranjadas de modo que uma mesma quantidade de corrente flui através de cada uma das primeira e segunda porções do enrolamento.The present invention relates to a planar composite structure (PCS) for use in an axial flux motor or generator that may include a conductive layer disposed on a dielectric layer, with the conductive layer comprising conductive traces forming portions of at least two windings which, when energized, generate magnetic flux to at least two corresponding phases of the motor or generator. The PCS may additionally or alternatively include a first conductive layer comprising first conductive traces that form a first portion of a winding which, when energized, generates magnetic flux to a first phase of the motor or generator, and a second conductive layer, which is other than the at least one first conductive layer, which comprises second conductive traces forming a second portion of the winding. The first portion of the winding may be connected in series with the second portion of the winding, and the first and second portions of the winding may be configured and arranged so that an equal amount of current flows through each of the first and second portions of the winding. .
Description
[0001] O presente pedido reivindica prioridade a cada um de (A) Pedido de Patente US No. de Série 15/852.972, intitulado PLANAR COMPOSITE STRUCTURES AND ASSEMBLIES FOR AXIAL FLUX MOTORS AND GENERATORS, depositado em 22 de Dezembro de 2017, e (B) Pedido de Patente Provisória US No. de Série 62/530.552, intitulado STRUCTURES AND METHODS OF STACKING SUBASSEMBLIES IN PLANAR COMPOSITE STATORS TO OBTAIN HIGHER WORKING VOLTAGES, depositado em 10 de Julho de 2017. Os conteúdos totais dos pedidos, publicações e patentes acima, estão aqui incorporados por referência em suas totalidades e para todos os fins.[0001] The present application claims priority to each of (A) US Patent Application Serial No. 15/852,972, entitled PLANAR COMPOSITE STRUCTURES AND ASSEMBLIES FOR AXIAL FLUX MOTORS AND GENERATORS, filed on December 22, 2017, and ( B) US Provisional Patent Application Serial No. 62/530,552, entitled STRUCTURES AND METHODS OF STACKING SUBASSEMBLIES IN PLANAR COMPOSITE STATORS TO OBTAIN HIGHER WORKING VOLTAGES, filed on July 10, 2017. The total contents of the above applications, publications and patents , are incorporated herein by reference in their entirety and for all purposes.
[0002] É conhecido o uso de uma estrutura compósita plana (PCS) como um estator em um motor ou gerador de fluxo axial. Um exemplo do referido estator é descrito na patente US No. 7.109.625 ("a patente ’625").[0002] It is known to use a flat composite structure (PCS) as a stator in an axial flux motor or generator. An example of said stator is described in US patent No. 7,109,625 ("the '625 patent").
[0003] Em algumas modalidades, a estrutura compósita plana (PCS) para uso em um motor ou gerador de fluxo axial compreende uma camada dielétrica, e uma primeira camada condutora disposta na camada dielétrica. A primeira camada condutora compreende primeiros traços condutores que formam uma primeira porção de um primeiro enrolamento o qual, quando energizado, gera fluxo magnético para uma primeira fase do motor ou gerador, assim como uma primeira porção de um segundo enrolamento o qual, quando energizado, gera fluxo magnético para uma segunda fase do motor ou gerador.[0003] In some embodiments, the planar composite structure (PCS) for use in an axial flux motor or generator comprises a dielectric layer, and a first conductive layer disposed on the dielectric layer. The first conductive layer comprises first conductive traces that form a first portion of a first winding which, when energized, generates magnetic flux to a first phase of the motor or generator, as well as a first portion of a second winding which, when energized, generates magnetic flux for a second stage of the motor or generator.
[0004] Em algumas modalidades, a estrutura compósita plana (PCS) para uso em um motor ou gerador de fluxo axial compreende uma camada dielétrica, a primeira camada condutora localizada em um primeiro lado da camada dielétrica, e uma segunda camada condutora localizada em um segundo lado da camada dielétrica. A primeira camada condutora compreende primeiros traços condutores que formam uma primeira porção de um enrolamento o qual, quando energizado, gera fluxo magnético para uma primeira fase do motor ou gerador. A segunda camada condutora compreende segundos traços condutores que formam uma segunda porção do enrolamento. A primeira porção do enrolamento é conectada em série com a segunda porção do enrolamento, e primeira e segunda porções do enrolamento são configuradas e arranjadas de modo que uma mesma quantidade de corrente flui através de cada uma das primeira e segunda porções do enrolamento.[0004] In some embodiments, the planar composite structure (PCS) for use in an axial flux motor or generator comprises a dielectric layer, the first conductive layer located on a first side of the dielectric layer, and a second conductive layer located on a second side of the dielectric layer. The first conductive layer comprises first conductive traces that form a first portion of a winding which, when energized, generates magnetic flux to a first phase of the motor or generator. The second conductive layer comprises second conductive traces that form a second portion of the winding. The first portion of the winding is connected in series with the second portion of the winding, and the first and second portions of the winding are configured and arranged so that an equal amount of current flows through each of the first and second portions of the winding.
[0005] Em algumas modalidades, a estrutura compósita plana (PCS) para uso em um motor ou gerador de fluxo axial compreende uma primeira camada condutora que compreende primeiros traços condutores, uma segunda camada condutora que compreende segundos traços condutores, uma terceira camada condutora que compreende terceiros traços condutores, e uma quarta camada condutora que compreende quartos traços condutores. Os primeiros traços condutores incluem primeiros condutores radiais que se estendem radialmente a partir de uma primeira distância radial para uma segunda distância radial que é maior do que a primeira distância radial, os segundos traços condutores incluem segundos condutores radiais que se estendem radialmente a partir de uma primeira distância radial para uma segunda distância radial, os terceiros traços condutores que incluem terceiros condutores radiais que se estendem radialmente a partir de uma primeira distância radial para uma segunda distância radial, e os quartos traços condutores que incluem os quartos condutores radiais que se estendem radialmente a partir de uma primeira distância radial para uma segunda distância radial. Os primeiros condutores radiais são eletricamente conectados a uns correspondentes dos segundos condutores radiais por primeiras vias cegas ou enterradas, e os terceiros condutores radiais são eletricamente conectados a uns correspondentes dos quartos condutores radiais por segundas vias cegas ou enterradas.[0005] In some embodiments, the planar composite structure (PCS) for use in an axial flux motor or generator comprises a first conductive layer comprising first conductive traces, a second conductive layer comprising second conductive traces, a third conductive layer comprising comprises third conductive traces, and a fourth conductive layer comprising fourth conductive traces. The first conductive traces include first radial conductors that extend radially from a first radial distance to a second radial distance that is greater than the first radial distance, the second conductive traces include second radial conductors that extend radially from a first radial distance to a second radial distance, third conductor traces that include third radial conductors that extend radially from a first radial distance to a second radial distance, and fourth conductive traces that include fourth radial conductors that extend radially from a first radial distance to a second radial distance. The first radial conductors are electrically connected to corresponding second radial conductors by first blind or buried conductors, and the third radial conductors are electrically connected to corresponding fourth radial conductors by second blind or buried conductors.
[0006] Em algumas modalidades, a estrutura compósita plana (PCS) para uso em motor ou gerador de fluxo axial compreende um subconjunto que compreende primeiras camadas condutoras que incluem primeiros condutores radiais que se estendem radialmente a partir de uma primeira distância radial para uma segunda distância radial que é maior do que a primeira distância radial, primeiros condutores de volta de extremidade, e segundos condutores de volta de extremidade. Os primeiros condutores de volta de extremidade interconectam um primeiro grupo dos primeiros condutores radiais para formar um primeiro enrolamento para uma primeira fase do motor ou gerador de fluxo axial. Os segundos condutores de volta de extremidade interconectam um segundo grupo dos primeiros condutores radiais para formar um segundo enrolamento para uma segunda fase do motor ou gerador de fluxo axial. O primeiro subconjunto inclui mais segundos condutores de volta de extremidade do que primeiros condutores de volta de extremidade.[0006] In some embodiments, the planar composite structure (PCS) for use in an axial flux motor or generator comprises a subassembly comprising first conductive layers that include first radial conductors that extend radially from a first radial distance to a second radial distance that is greater than the first radial distance, first end-turn conductors, and second end-turn conductors. The first end loop conductors interconnect a first group of first radial conductors to form a first winding for a first stage of the axial flux motor or generator. The second end loop conductors interconnect a second group of first radial conductors to form a second winding for a second stage of the axial flux motor or generator. The first subset includes more second end loop conductors than first end loop conductors.
[0007] A Figura 1A ilustra uma "camada de voltas" de um estator plano tendo uma configuração de enrolamento tal como aquela descrita na Patente US No. 7.109.625 ("a patente ’625");[0007] Figure 1A illustrates a "layer of turns" of a flat stator having a winding configuration such as that described in US Patent No. 7,109,625 ("the '625 patent");
[0008] A Figura 1B ilustra uma "camada de ligação" de um estator plano tendo uma configuração de enrolamento tal como aquela descrita na patente ’625;[0008] Figure 1B illustrates a "connection layer" of a flat stator having a winding configuration such as that described in the '625 patent;
[0009] A Figura 1C ilustra a camada de ligação mostrada na Figura 1B em cima da camada de voltas como mostrado na Figura 1A, com as linhas ocultas removidas;[0009] Figure 1C illustrates the bond layer shown in Figure 1B on top of the lap layer as shown in Figure 1A, with the hidden lines removed;
[00010] A Figura 2 mostra uma vista seletiva de uma porção de uma configuração do estator tendo uma pilha de três subconjuntos de seis camadas;[00010] Figure 2 shows a selective view of a portion of a stator configuration having a stack of three six-layer subassemblies;
[00011] A Figura 3 mostra traços radiais em uma única posição angular, através de doze camadas condutoras de uma PCS, organizada em três grupos paralelos conectados por vias cegas ou enterradas;[00011] Figure 3 shows radial traces in a single angular position, through twelve conductive layers of a PCS, organized in three parallel groups connected by blind or buried vias;
[00012] A Figura 4 mostra voltas de extremidade interna do tipo descrito na patente ’625, que são similares às voltas de extremidade interna mostrada na Figura 1A;[00012] Figure 4 shows internal end turns of the type described in the '625 patent, which are similar to the internal end turns shown in Figure 1A;
[00013] As Figuras 5A e 5B mostram um arranjo alternativo de voltas de extremidade interna nas duas respectivas camadas condutoras de uma PCS;[00013] Figures 5A and 5B show an alternative arrangement of internal end turns in the two respective conductive layers of a PCS;
[00014] A Figura 6 mostra voltas de extremidade externa do tipo descrito na patente ’625, que são similares às voltas de extremidade externa mostradas na Figura 1A;[00014] Figure 6 shows outer end turns of the type described in the '625 patent, which are similar to the outer end turns shown in Figure 1A;
[00015] As Figuras 7A e 7B mostram um arranjo alternativo de voltas de extremidade externa nas duas respectivas camadas condutoras de uma PCS;[00015] Figures 7A and 7B show an alternative arrangement of outer end turns in the two respective conductive layers of a PCS;
[00016] A Figura 8 mostra voltas de extremidade interna e as voltas de extremidade externa que interconectam traços radiais para formar uma única espiral de um estator de acordo com a configuração de enrolamento ensinada pela patente ’625;[00016] Figure 8 shows inner end turns and outer end turns that interconnect radial traces to form a single spiral of a stator in accordance with the winding configuration taught by the '625 patent;
[00017] A Figura 9 mostra um arranjo alternativo de voltas de extremidade interna e externa para uma única fase em uma vista plana de múltiplas camadas;[00017] Figure 9 shows an alternative arrangement of inner and outer end turns for a single phase in a multi-layer plan view;
[00018] A Figura 10A mostra uma vista em perspectiva expandida (no eixo z) de um subconjunto que inclui quatro camadas condutoras, com voltas de extremidade interna e as voltas de extremidade externa que correspondem a uma fase selecionada por uma questão de maior clareza;[00018] Figure 10A shows an expanded perspective view (on the z axis) of a subassembly that includes four conductive layers, with inner end turns and outer end turns corresponding to a phase selected for the sake of clarity;
[00019] A Figura 10B ilustra as posições das voltas de extremidade interna e as voltas de extremidade externa para uma primeira fase dentro do subconjunto mostrado na Figura 10A;[00019] Figure 10B illustrates the positions of the inner end turns and the outer end turns for a first stage within the subassembly shown in Figure 10A;
[00020] A Figura 11A ilustra as posições das voltas de extremidade interna e as voltas de extremidade externa para uma segunda fase dentro do subconjunto mostrado na Figura 10A;[00020] Figure 11A illustrates the positions of the inner end turns and the outer end turns for a second phase within the subassembly shown in Figure 10A;
[00021] A Figura 11B ilustra as posições das voltas de extremidade interna e as voltas de extremidade externa para uma terceira fase dentro do subconjunto mostrado na Figura 10A.[00021] Figure 11B illustrates the positions of the inner end turns and the outer end turns for a third phase within the subassembly shown in Figure 10A.
[00022] A Figura 12A mostra uma vista em perspectiva expandida (no eixo z) de um conjunto de três subconjuntos, cada um similar ao subconjunto mostrado na Figura 10A;[00022] Figure 12A shows an expanded perspective view (on the z axis) of a set of three subsets, each similar to the subset shown in Figure 10A;
[00023] A Figura 12B ilustra as posições das voltas de extremidade interna e as voltas de extremidade externa para uma primeira fase dentro da pilha de três subconjuntos mostrados na Figura 12A;[00023] Figure 12B illustrates the positions of the inner end turns and the outer end turns for a first stage within the stack of three subassemblies shown in Figure 12A;
[00024] A Figura 13A ilustra as posições das voltas de extremidade interna e as voltas de extremidade externa para uma segunda fase dentro da pilha de três subconjuntos mostrados na Figura 12A;[00024] Figure 13A illustrates the positions of the inner end turns and the outer end turns for a second stage within the stack of three subassemblies shown in Figure 12A;
[00025] A Figura 13B ilustra as posições das voltas de extremidade interna e as voltas de extremidade externa para uma terceira fase dentro da pilha de três subconjuntos mostrados na Figura 12A;[00025] Figure 13B illustrates the positions of the inner end turns and the outer end turns for a third stage within the stack of three subassemblies shown in Figure 12A;
[00026] A Figura 14 mostra uma vista em perspectiva expandida (no eixo z) de um exemplo de modalidade de um estator que emprega enrolamentos em serpentina tais como aqueles mostrados na Figura 9, e nos quais as voltas de extremidade interna do tipo mostrado nas Figuras 5A e B e as voltas de extremidade externa do tipo mostrado nas Figuras 7A e 7B são empregadas para estabelecer todas as conexões do enrolamento necessárias para três fases em um conjunto que inclui apenas duas camadas condutoras;[00026] Figure 14 shows an expanded perspective view (on the z axis) of an example embodiment of a stator which employs serpentine windings such as those shown in Figure 9, and in which internal end turns of the type shown in Figures 5A and B and outer end turns of the type shown in Figures 7A and 7B are employed to establish all necessary winding connections for three phases in an assembly that includes only two conductive layers;
[00027] A Figura 15A mostra uma vista em perspectiva expandida (no eixo z) apenas das porções do conjunto mostrado na Figura 14 que corresponde a uma primeira fase do estator;[00027] Figure 15A shows an expanded perspective view (on the z axis) of only those portions of the assembly shown in Figure 14 that correspond to a first phase of the stator;
[00028] A Figura 15B mostra as porções da camada condutora superior mostrada na Figura 15A que contribui para os enrolamentos para a primeira fase;[00028] Figure 15B shows the portions of the upper conductive layer shown in Figure 15A that contribute to the windings for the first phase;
[00029] A Figura 15C mostra as porções da camada condutora inferior mostrada na Figura 15A que contribui para os enrolamentos para a primeira fase;[00029] Figure 15C shows the portions of the lower conductive layer shown in Figure 15A that contribute to the windings for the first phase;
[00030] A Figura 16A ilustra como os enrolamentos para uma segunda fase podem passar através do conjunto mostrado na Figura 14, com as porções do conjunto que correspondem às outras duas fases removidas por questões de ilustração;[00030] Figure 16A illustrates how the windings for a second phase can pass through the assembly shown in Figure 14, with the portions of the assembly that correspond to the other two phases removed for illustration purposes;
[00031] A Figura 16B ilustra como os enrolamentos para uma terceira fase podem passar através do conjunto mostrado na Figura 14, com as porções do conjunto que correspondem às outras duas fases removidas por questões de ilustração;[00031] Figure 16B illustrates how the windings for a third phase can pass through the assembly shown in Figure 14, with the portions of the assembly that correspond to the other two phases removed for illustration purposes;
[00032] As Figuras 17A e 17B ilustram um exemplo de um processo para formar um conjunto/subconjunto de PCS de multicamadas;[00032] Figures 17A and 17B illustrate an example of a process for forming a set/subset of multilayer PCS;
[00033] A Figura 18A ilustra um sistema no qual uma PCS tal como a descrita aqui é empregada como um estator em um motor ou gerador de fluxo axial; e[00033] Figure 18A illustrates a system in which a PCS such as that described here is employed as a stator in an axial flux motor or generator; It is
[00034] A Figura 18B ilustra uma vista expandida do sistema mostrado na Figura 18A.[00034] Figure 18B illustrates an expanded view of the system shown in Figure 18A.
[00035] A estrutura compósita plana (PCS) que pode ser usada, por exemplo, como um estator em um motor ou gerador de fluxo axial, pode ser construída por formar múltiplas camadas de traços condutores (camadas condutoras) em uma ou mais camadas de material dielétrico não condutor (camadas dielétricas). Exemplos de estatores desse tipo são descritos na Patente US No. 7.109.625 ("a patente ’625"), Patente US No. 9.673.688, Patente US No. 9.673.684, e Patente US No. 9.800.109, os conteúdos totais das quais se encontra aqui incorporado por referência em suas totalidades.[00035] The planar composite structure (PCS) that can be used, for example, as a stator in a motor or axial flux generator, can be constructed by forming multiple layers of conductive traces (conductive layers) on one or more layers of non-conductive dielectric material (dielectric layers). Examples of stators of this type are described in US Patent No. 7,109,625 ("the '625 patent"), US Patent No. 9,673,688, US Patent No. 9,673,684, and US Patent No. 9,800,109, the total contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.
[00036] As Figuras 1A a 1C mostram vistas planas de duas camadas condutoras de um estator plano tendo uma configuração de enrolamento tal como aquela descrita na patente ’625. Juntas, as camadas mostradas estabelecem as "voltas de extremidade" interna e externa necessárias para uma única fase. A Figura 1A mostra uma única "camada de voltas" L1 com voltas de extremidade interna 102a e as voltas de extremidade externa 106 que arranjam os traços radiais 104 em espirais que são cada uma das quais associadas com um par de polo. Nesse estator de dezesseis polos, há oito das referidas espirais. No exemplo mostrado, as espirais se espiralam para dentro de modo que o ponto final de cada espiral não pode ser encaminhado para o ponto inicial de uma espiral subsequente na mesma camada. A referida dificuldade de encaminhamento é descrita em mais detalhes abaixo em conexão com a Figura 8. A Figura 1B mostra uma "camada de ligação" L2, que inclui ligações 108 que servem para conectar espirais subsequentes sem interferência com a camada de voltas L1. Cada um dos traços radiais 104 na camada L1 é conectado a um traço radial correspondente (e paralelo) 104 na camada L2, por exemplo, usando vias (não mostrada). A camada de ligação L2 também inclui voltas de extremidade interna 102b que são redundantes com as voltas de extremidade interna 102a na camada de voltas L1. A Figura 1C mostra a camada de ligação L2 em cima da camada de voltas L1, com linhas ocultas removidas. Como visto, na referida configuração, as voltas de extremidade externa 106 e as ligações 108 ocupam algum do mesmo espaço no raio externo do estator. Assim, um estator completo de três fases tendo uma configuração de enrolamento tal como aquela ensinada pela patente ’625 requer um mínimo de seis camadas condutoras (isto é, três fases times duas camadas por fase). Um estator equilibrado que emprega um layout de enrolamento requer, portanto, um múltiplo de seis camadas condutoras. Conforme usado aqui, um "estator balanceado" refere-se a um estator no qual as características de carga elétrica (no modo motor) ou as características da fonte elétrica (no modo gerador) de cada fase são iguais a um ângulo de fase elétrico.[00036] Figures 1A to 1C show plan views of two conductive layers of a flat stator having a winding configuration such as that described in the '625 patent. Together, the layers shown establish the internal and external "end turns" required for a single phase. Figure 1A shows a single "loop layer" L1 with inner end turns 102a and outer end turns 106 that arrange the radial traces 104 into spirals that are each associated with a pole pair. In this sixteen-pole stator, there are eight of the aforementioned spirals. In the example shown, the spirals spiral inward so that the end point of each spiral cannot be routed to the starting point of a subsequent spiral in the same layer. Said routing difficulty is described in more detail below in connection with Figure 8. Figure 1B shows a "bond layer" L2, which includes bonds 108 that serve to connect subsequent coils without interference with the loop layer L1. Each of the radial traces 104 in the L1 layer is connected to a corresponding (and parallel) radial trace 104 in the L2 layer, for example, using vias (not shown). The L2 bond layer also includes inner end turns 102b that are redundant with the inner end turns 102a in the L1 loop layer. Figure 1C shows the L2 bond layer on top of the L1 loop layer, with hidden lines removed. As seen, in said configuration, the outer end turns 106 and the connections 108 occupy some of the same space on the outer radius of the stator. Thus, a complete three-phase stator having a winding configuration such as that taught by the '625 patent requires a minimum of six conductive layers (i.e., three phases times two layers per phase). A balanced stator employing a winding layout therefore requires a multiple of six conductive layers. As used herein, a "balanced stator" refers to a stator in which the electrical load characteristics (in motor mode) or the electrical source characteristics (in generator mode) of each phase are equal to an electrical phase angle.
[00037] Em relação às Figuras 1A a 1C, deve se considerar que certos detalhes do projeto representado, por exemplo, estruturas e/ou configurações particulares para gerenciamento térmico e redução de perdas, como os descritos nas patentes US 9.673.684 e 9.800.109, não são descritos no documento ' 625. As Figuras 1A a 1C, portanto, ilustram apenas as posições relativas de traços radiais, voltas de extremidade interna, voltas de extremidade externa e ligações conforme ensinado pela patente '625, e não as estruturas ou configurações particulares que a patente' 625 descreve para esses elementos.[00037] In relation to Figures 1A to 1C, it must be considered that certain details of the represented design, for example, particular structures and/or configurations for thermal management and loss reduction, such as those described in US patents 9,673,684 and 9,800. 109, are not described in the '625 document. Figures 1A through 1C, therefore, illustrate only the relative positions of radial traces, inner end turns, outer end turns, and connections as taught by the '625 patent, and not the structures or particular configurations that the '625 patent describes for these elements.
[00038] Os estatores foram projetados em que vários subconjuntos de estator balanceados trifásicos (com seis camadas condutoras cada) foram empilhados na mesma estrutura compósita plana (PCS) e conectados em paralelo. Os referidos projetos podem, por exemplo, aumentar a capacidade e a eficiência atuais das respectivas fases do estator, porque a corrente para cada fase pode ser transportada ao longo de caminhos paralelos dentro dos respectivos subconjuntos. A Figura 2 mostra uma vista selecionada de uma porção de uma configuração de estator tendo três subconjuntos de seis camadas empilhados dessa maneira, que se concentram em um único traço radial 204 ao mesmo tempo em que é conectado em paralelo através de dezoito camadas condutoras (usando vias 210). Na última camada L18, dois traços radiais adjacentes 204a, 204b também são mostrados como um guia visual. O arranjo paralelo dos traços radiais 204 na região ativa, conectado pelas vias 210, proporciona a oportunidade de organizar voltas e ligações internas e externas (como nas Figuras 1A a 1C) através de múltiplas camadas condutoras. Uma vez que os referidos dezoito traços radiais são paralelos entre si, entretanto, eles podem contribuir apenas para uma única estrutura de voltas.[00038] The stators were designed in which several three-phase balanced stator subassemblies (with six conductive layers each) were stacked on the same planar composite structure (PCS) and connected in parallel. Said designs can, for example, increase the current capacity and efficiency of the respective stator phases, because the current for each phase can be transported along parallel paths within the respective subassemblies. Figure 2 shows a selected view of a portion of a stator configuration having three six-layer subsets stacked in this manner, which focus on a single radial trace 204 while being connected in parallel through eighteen conductive layers (using routes 210). In the last layer L18, two adjacent radial traces 204a, 204b are also shown as a visual guide. The parallel arrangement of radial traces 204 in the active region, connected by vias 210, provides the opportunity to arrange internal and external loops and connections (as in Figures 1A to 1C) across multiple conductive layers. Since said eighteen radial strokes are parallel to each other, however, they can only contribute to a single loop structure.
[00039] A Figura 3 mostra uma estrutura análoga à Figura 2, mas relacionada a presente descrição. Em particular, a Figura 3 mostra traços radiais 304 em uma única posição angular, através de doze camadas condutoras de uma PCS. Como mostrado, cada traço radial 304 se estende de uma primeira distância radial R1 a uma segunda distância radial R2 que é maior do que a primeira distância radial R1. Nesse caso, os traços radiais 304 são organizados em três grupos paralelos 312a, 312b, 312c conectados por vias cegas ou enterradas 310. Por razões de fabricação, é mais conveniente para cada um desses grupos ter um múltiplo de duas camadas condutoras. Ao contrário de um estator construído de acordo com a patente '625, os respectivos grupos paralelos 312a, 312b, 312c de traços radiais 304 podem ser conectados em série, permitindo assim uma contagem mais alta de voltas para cada espiral do estator. A contagem de voltas para a estrutura mostrada na Figura 3, compreendendo três grupos de traços radiais conectados em paralelo, pode, por exemplo, ser três vezes maior que a contagem de voltas para a estrutura mostrada na Figura 2. Um exemplo de implementação de estator no qual vários grupos de traços radiais conectados em paralelo são conectados em série de tal maneira é descrito abaixo em relação às Figuras 12A, 12B, 13A e 13B.[00039] Figure 3 shows a structure analogous to Figure 2, but related to the present description. In particular, Figure 3 shows radial traces 304 at a single angular position, through twelve conductive layers of a PCS. As shown, each radial trace 304 extends from a first radial distance R1 to a second radial distance R2 that is greater than the first radial distance R1. In this case, the radial traces 304 are organized into three parallel groups 312a, 312b, 312c connected by blind or buried vias 310. For manufacturing reasons, it is more convenient for each of these groups to have a multiple of two conductive layers. Unlike a stator constructed in accordance with the '625 patent, respective parallel groups 312a, 312b, 312c of radial traces 304 may be connected in series, thus allowing a higher turn count for each stator spiral. The turn count for the structure shown in Figure 3, comprising three groups of radial traces connected in parallel, may, for example, be three times greater than the turn count for the structure shown in Figure 2. An example of a stator implementation in which several groups of parallel-connected radial traces are connected in series in such a manner is described below in relation to Figures 12A, 12B, 13A and 13B.
[00040] A Figura 4 mostra uma pluralidade de traços radiais 404 que cada um se estende de uma primeira distância radial R1 a uma segunda distância radial R2 que é maior do que a primeira distância radial R1, bem como voltas de extremidade interna 402 do tipo descrito na patente ’625, que são similares às voltas de extremidade interna 102 mostradas na Figura 1A. As referidas voltas de extremidade interna 402, juntas com voltas de extremidade externa 606 (mostrada na Figura 6), formam todas as conexões entre traços radiais respectivos 404 que são necessários para estabelecer três voltas por par de polo de uma única fase. Assim, de acordo com os ensinamentos da patente ’625’, uma camada condutora que inclui voltas de extremidade interna 402 tais como as mostradas na Figura 4 e as voltas de extremidade externa 606 tais como as mostradas na Figura 6 (descrito abaixo) são necessárias para conectar uma única fase. Para uma placa trifásica construída de acordo com a presente configuração, um mínimo de três das referidas camadas condutoras é necessário.[00040] Figure 4 shows a plurality of radial traces 404 that each extend from a first radial distance R1 to a second radial distance R2 that is greater than the first radial distance R1, as well as internal end turns 402 of the type described in the '625 patent, which are similar to the inner end loops 102 shown in Figure 1A. Said inner end turns 402, together with outer end turns 606 (shown in Figure 6), form all connections between respective radial traces 404 that are necessary to establish three turns per pole pair of a single phase. Thus, in accordance with the teachings of the '625' patent, a conductive layer that includes inner end turns 402 such as those shown in Figure 4 and outer end turns 606 such as those shown in Figure 6 (described below) is required. to connect a single phase. For a three-phase board constructed in accordance with the present configuration, a minimum of three of said conductive layers is required.
[00041] As Figuras 5A e 5B mostram um arranjo alternativo de voltas de extremidade interna 502 nas duas respectivas camadas condutoras L3, L4. Deve ser observado que a camada números usado aqui, por exemplo, "L3," são proporcionados apenas para permitir a identificação das várias camadas sendo descritas e não é pretendido que implique em uma ordem na qual as várias camadas são posicionadas. No arranjo ilustrado, quando traços radiais 404 na camada L3 são conectados em paralelo com os traços radiais (e paralelos) correspondentes 404 na camada L4, por exemplo, usando vias (não mostrado nas Figuras 5A e 5B) similares às vias 310 mostradas na Figura 3, conexões de voltas de extremidade interna para todos os traços radiais 404 mostrados nas Figuras 5A e 5B podem ser estabelecidas apenas em duas camadas condutoras. Como explicado em mais detalhes abaixo, o referido arranjo permite que voltas de extremidade interna 502 para múltiplas fases sejam proporcionadas na mesma camada condutora e também permite que voltas de extremidade interna 502 para a mesma fase sejam distribuídas dentre múltiplas camadas condutoras. Isso é um contraste para a configuração da Figura 4, onde as voltas de extremidade interna 402 para apenas uma única fase são proporcionadas em uma determinada camada e as voltas de extremidade interna 402 para uma determinada fase são todas incluídas na mesma camada condutora.[00041] Figures 5A and 5B show an alternative arrangement of internal end turns 502 in the two respective conductive layers L3, L4. It should be noted that the layer numbers used here, for example, "L3," are provided only to permit identification of the various layers being described and are not intended to imply an order in which the various layers are positioned. In the illustrated arrangement, when radial traces 404 in layer L3 are connected in parallel with corresponding radial (and parallel) traces 404 in layer L4, for example, using vias (not shown in Figures 5A and 5B) similar to the vias 310 shown in Figure 3, inner end loop connections for all radial traces 404 shown in Figures 5A and 5B can be established only in two conductive layers. As explained in more detail below, said arrangement allows internal end turns 502 for multiple phases to be provided on the same conductive layer and also allows internal end turns 502 for the same phase to be distributed among multiple conductive layers. This is in contrast to the configuration of Figure 4, where the inner end turns 402 for only a single phase are provided in a given layer and the inner end turns 402 for a given phase are all included in the same conductive layer.
[00042] Adicionalmente, como discutido em mais detalhes abaixo, em algumas implementações, uma ou ambas as camadas L3 e L4 pode adicionalmente incluir voltas de extremidade externa, que podem, por exemplo, ser arranjadas similares às voltas de extremidade externa 606 ilustradas na Figura 6 (descrito abaixo). Exemplos de modalidades desse tipo são descritos abaixo em relação às Figuras 10A, 10B, 11A, 11B, 12A, 12B, 13A, e 13B. Alternativamente, as voltas de extremidade externa proporcionadas nas camadas L3 e L4 podem ser as mesmas ou similares às voltas de extremidade externa 706 descrita abaixo em relação às Figuras 7A e 7B. Um exemplo de modalidade do último tipo é descrito abaixo em relação às Figuras 14, 15A, 15B, 15C, 16A, e 16B. Outras configurações de voltas de extremidade externa em uma ou ambas as camadas L3 e L4, ou mesmo configurações nas quais todas as voltas de extremidade externa são incluídas nas camadas diferente das camadas L3 e L4, são também possíveis e contempladas.[00042] Additionally, as discussed in more detail below, in some implementations, one or both layers L3 and L4 may additionally include outer end turns, which may, for example, be arranged similar to the outer end turns 606 illustrated in FIG. 6 (described below). Examples of embodiments of this type are described below in relation to Figures 10A, 10B, 11A, 11B, 12A, 12B, 13A, and 13B. Alternatively, the outer end turns provided in layers L3 and L4 may be the same or similar to the outer end turns 706 described below in relation to Figures 7A and 7B. An example embodiment of the latter type is described below in relation to Figures 14, 15A, 15B, 15C, 16A, and 16B. Other configurations of outer end turns in one or both layers L3 and L4, or even configurations in which all outer end turns are included in layers other than layers L3 and L4, are also possible and contemplated.
[00043] Dois conjuntos complementares de voltas de extremidade interna 502 são mostrados nas Figuras 5A e 5B, com um primeiro conjunto de voltas de extremidade interna 502a, 502b, 502c, 502d, 502e e 502f sendo representados na camada L3 na Figura 5A e um segundo conjunto de voltas de extremidade interna 502g, 502h, 502i, 502j, 502k, 502l sendo representados na camada L4 na Figura 5B Comparando essas conexões complementares, e observando que as voltas finais 502 para múltiplas fases podem ser fornecidas na mesma camada condutora e que as voltas finais 502 para uma determinada fase podem ser distribuídas entre várias camadas condutoras, é evidente que toda a extremidade interna as conexões de giro necessárias para um estator trifásico podem ser alcançadas apenas nas duas camadas L3 e L4 ilustradas. Por exemplo, uma primeira fase pode ser suportada pelas voltas de extremidade interna 502a e 502d na camada L3 na Figura 5A e as voltas de extremidade interna 502h e 502k na camada L4 na Figura 5B, uma segunda fase pode ser suportada pelas voltas de extremidade interna 502b e 502e na camada L3 na Figura 5A e as voltas de extremidade interna 502i e 502l na camada L4 na Figura 5B, e uma terceira fase pode ser suportada pelas voltas de extremidade interna 502c e 502f na camada L3 na Figura 5A e as voltas de extremidade interna 502g e 502j na camada L4 na Figura 5B. Em uma tal implementação, uma vez que as voltas de extremidade interna 502 para cada fase consomem um terço da camada L3 e um terço da camada L4, as voltas de extremidade interna 502 para cada fase consomem um total de dois terços de uma camada de estado real nas camadas L3 e L4. No exemplo de implementação mostrado, além disso, são necessárias duas camadas condutoras mínimas para formar conexões de volta de extremidade interna para todas as três fases, e a contagem de camadas condutoras deve ser um múltiplo de dois para que o estator seja equilibrado em relação às voltas de extremidade interna.[00043] Two complementary sets of inner end turns 502 are shown in Figures 5A and 5B, with a first set of inner end turns 502a, 502b, 502c, 502d, 502e and 502f being depicted in layer L3 in Figure 5A and a second set of inner end turns 502g, 502h, 502i, 502j, 502k, 502l being depicted in layer L4 in Figure 5B Comparing these complementary connections, and noting that end turns 502 for multiple phases can be provided on the same conductive layer and that the final turns 502 for a given phase may be distributed among several conductive layers, it is evident that all the inner end turning connections required for a three-phase stator can be achieved only in the two layers L3 and L4 illustrated. For example, a first phase may be supported by the inner end turns 502a and 502d in layer L3 in Figure 5A and the inner end turns 502h and 502k in layer L4 in Figure 5B, a second phase may be supported by the inner end turns 502b and 502e in layer L3 in Figure 5A and the inner end turns 502i and 502l in layer L4 in Figure 5B, and a third stage may be supported by the inner end turns 502c and 502f in layer L3 in Figure 5A and the inner end turns 502c and 502f in layer L3 in Figure 5A and the inner end 502g and 502j in layer L4 in Figure 5B. In such an implementation, since the inner edge turns 502 for each phase consume one-third of the L3 layer and one-third of the L4 layer, the inner edge turns 502 for each phase consume a total of two-thirds of a state layer. real in layers L3 and L4. In the example implementation shown, in addition, two minimum conductive layers are required to form inner-end loop connections for all three phases, and the conductive layer count must be a multiple of two for the stator to be balanced with respect to the inner end turns.
[00044] Adicionalmente, deve ser observado que, com o exemplo de configuração mostrada nas Figuras 5A e B, pelo fato de que há um total de doze grupos de voltas de extremidade 502a a 502l disponíveis para estabelecer os respectivos polos, cada fase de um estator trifásico que emprega a referida configuração deve preferivelmente ter quatro polos. Em outras palavras, para uma configuração de voltas de extremidade interna densamente embalada tal como aquela mostrada nas Figuras 5A e B, a equação a seguir é preferivelmente satisfeita para um estator trifásico (onde "k" é um número inteiro): 4*k = 3 * polos[00044] Additionally, it should be noted that, with the example configuration shown in Figures 5A and B, due to the fact that there are a total of twelve groups of end turns 502a to 502l available to establish the respective poles, each phase of a Three-phase stator employing said configuration should preferably have four poles. In other words, for a densely packed inner end turn configuration such as that shown in Figures 5A and B, the following equation is preferably satisfied for a three-phase stator (where "k" is an integer): 4*k = 3 * poles
[00045] A Figura 6 mostra voltas de extremidade externa 606 do tipo descrito na patente ’625, que são similares às voltas de extremidade externa 106 mostradas na Figura 1A. As referidas voltas de extremidade externa 606, juntas com as voltas de extremidade interna 402 (mostrada na Figura 4), formam todas as conexões entre traços radiais respectivos 404 que são necessárias para estabelecer três voltas por par de polo de uma única fase. Assim, de acordo com os ensinamentos da patente ’625’, uma camada que inclui ambas as voltas de extremidade externa 606 tais como as mostradas na Figura 6 e as voltas de extremidade interna 402 tais como as mostradas na Figura 4 são necessárias para conectar uma única fase. Para uma placa trifásica construída de acordo com a presente configuração, um mínimo de três das referidas camadas condutoras é necessário.[00045] Figure 6 shows outer end turns 606 of the type described in the '625 patent, which are similar to the outer end turns 106 shown in Figure 1A. Said outer end turns 606, together with inner end turns 402 (shown in Figure 4), form all connections between respective radial traces 404 that are necessary to establish three turns per pole pair of a single phase. Thus, in accordance with the teachings of the '625' patent, a layer including both outer end turns 606 such as those shown in Figure 6 and inner end turns 402 such as those shown in Figure 4 is necessary to connect a single phase. For a three-phase board constructed in accordance with the present configuration, a minimum of three of said conductive layers is required.
[00046] Similar às Figuras 5A e 5B, as Figuras 7A e 7B mostram um arranjo alternativo de voltas de extremidade externa 706 nas duas respectivas camadas condutoras L5, L6. No arranjo ilustrado, quando traços radiais 404 na camada L5 são conectados em paralelo com os traços radiais (e paralelos) correspondentes 404 na camada L6, por exemplo, usando vias (não mostradas nas Figuras 7A e 7B) similares às vias 310 mostradas na Figura 3, as conexões de voltas de extremidade externa para todos os traços radiais 404 mostrados nas Figuras 7A e 7B podem ser estabelecidas apenas em duas camadas. Como explicado em mais detalhes abaixo, o referido arranjo permite que voltas de extremidade externa 706 para múltiplas fases sejam proporcionadas na mesma camada condutora e também permite que voltas de extremidade externa 706 para a mesma fase sejam distribuídas dentre múltiplas camadas condutoras. Isso é um contraste em relação a configuração da Figura 6, onde as voltas de extremidade externa 606 para apenas uma única fase são proporcionadas em uma determinada camada condutora e as voltas de extremidade externa 606 para uma determinada fase são todas incluídas na mesma camada condutora.[00046] Similar to Figures 5A and 5B, Figures 7A and 7B show an alternative arrangement of outer end turns 706 in the two respective conductive layers L5, L6. In the illustrated arrangement, when radial traces 404 in layer L5 are connected in parallel with corresponding radial (and parallel) traces 404 in layer L6, for example, using vias (not shown in Figures 7A and 7B) similar to the vias 310 shown in Figure 3, the outer end loop connections for all radial traces 404 shown in Figures 7A and 7B can be established in two layers only. As explained in more detail below, said arrangement allows outer end turns 706 for multiple phases to be provided on the same conductive layer and also allows outer end turns 706 for the same phase to be distributed among multiple conductive layers. This is in contrast to the configuration of Figure 6, where the outer end turns 606 for only a single phase are provided in a given conductive layer and the outer end turns 606 for a given phase are all included in the same conductive layer.
[00047] Adicionalmente, como discutido em mais detalhes abaixo, em algumas implementações, uma ou ambas as camadas L5 e L6 pode adicionalmente incluir voltas de extremidade interna, que podem, por exemplo, ser arranjadas similares às voltas de extremidade interna 402 ilustradas na Figura 4. Alternativamente, as voltas de extremidade interna proporcionadas nas camadas L5 e L6 podem ser as mesmas ou similares às voltas de extremidade interna 502 descritas acima em relação às Figuras 5A e 5B. Um exemplo de modalidade do último tipo é descrito abaixo em relação às Figuras 14, 15A, 15B, 15C, 16A, e 16B. Outras configurações de voltas de extremidade interna em uma ou ambas as camadas L5 e L6, ou mesmo configurações nas quais todas as voltas de extremidade interna são incluídas nas camadas diferentes das camadas L5 e L6, são também possíveis e contempladas.[00047] Additionally, as discussed in more detail below, in some implementations, one or both layers L5 and L6 may additionally include internal end turns, which may, for example, be arranged similar to the internal end turns 402 illustrated in FIG. 4. Alternatively, the inner end loops provided in layers L5 and L6 may be the same or similar to the inner end loops 502 described above in relation to Figures 5A and 5B. An example embodiment of the latter type is described below in relation to Figures 14, 15A, 15B, 15C, 16A, and 16B. Other configurations of internal end turns in one or both layers L5 and L6, or even configurations in which all internal end turns are included in layers other than layers L5 and L6, are also possible and contemplated.
[00048] Independentemente da implementação, deve ser considerado que algum mecanismo precisará ser usado para, de alguma forma, atualizar as respectivas fases. No exemplo ilustrado nas Figuras 7A e 7B, isso é conseguido configurando os grupos de voltas de extremidade externa 706b, 706c e 706h de maneira diferente dos outros grupos de extremidade externa para estabelecer as entradas 708a, 708b e 708c nos respectivos circuitos de enrolamento. Em outras implementações, a corrente pode adicional ou alternativamente ser introduzida em uma ou mais das fases de alguma outra maneira, como de uma ou mais outras camadas condutoras, por exemplo, usando vias / almofadas de solda / contatos de pressão ou pinos para camadas de conexão dedicadas, conectar os fios diretamente às almofadas dentro das voltas de extremidade externa 706, ou outra técnica semelhante.[00048] Regardless of the implementation, it must be considered that some mechanism will need to be used to somehow update the respective phases. In the example illustrated in Figures 7A and 7B, this is accomplished by configuring the groups of outer end turns 706b, 706c and 706h differently from the other groups of outer ends to establish the inputs 708a, 708b and 708c in the respective winding circuits. In other implementations, current may additionally or alternatively be introduced into one or more of the phases in some other way, such as from one or more other conductive layers, e.g., using solder vias/pads/pressure contacts or pins to conductive layers. dedicated connection, connect the wires directly to the pads within the outer end turns 706, or another similar technique.
[00049] Adicionalmente, deve ser observado que, em algumas implementações, a corrente pode adicionalmente ou alternativamente ser alimentada para as respectivas fases a partir da região interna do estator, com um ou mais grupos internos de voltas de extremidade 402, 502 tais como as mostradas nas Figuras 4 e 5 sendo configuradas de modo diferente do que os outros grupos internos de voltas de extremidade para permitir entradas similares às entradas 708a, 708b, e/ou 708c, mas em vez de serem localizadas em uma região interna do estator. Ademais, em algumas implementações, em vez de possuir um eixo que atravessa a região central do estator, um rotor pode, em vez disso, rodar "fora" do estator, por exemplo, uma estrutura de rotor anular ou tubular poderia circundar e girar em torno do estator. Essa implementação pode fazer sentido, por exemplo, em uma modificação nas quais a corrente é alimentada nas respectivas fases a partir da região interna do estator.[00049] Additionally, it should be noted that, in some implementations, current may additionally or alternatively be fed to the respective phases from the internal region of the stator, with one or more internal groups of end turns 402, 502 such as shown in Figures 4 and 5 being configured differently than the other internal groups of end turns to allow inputs similar to inputs 708a, 708b, and/or 708c, but instead of being located in an internal region of the stator. Furthermore, in some implementations, rather than having an axis that passes through the central region of the stator, a rotor may instead rotate "outside" the stator, for example, an annular or tubular rotor structure could surround and rotate in around the stator. This implementation may make sense, for example, in a modification in which the current is fed to the respective phases from the internal region of the stator.
[00050] Dois conjuntos complementares de voltas de extremidade externa 706 são mostrados nas Figuras 7A e 7B, com um primeiro conjunto de voltas de extremidade externa 706a, 706b, 706c, 706d, 706e e 706f sendo ilustrado na camada L5 na Figura 7A e um segundo conjunto de voltas de extremidade externa 706g, 706h, 706i, 706j, 706k e 706l sendo ilustrado na camada L6 na Figura 7B. Ao se comparar essas conexões complementares, e apreciando que as voltas de extremidade externa 706 para várias fases podem ser fornecidas na mesma camada condutora e que as voltas de extremidade externa 706 para uma determinada fase podem ser distribuídas dentre as várias camadas condutoras, é evidente que todas as conexões de voltas de extremidade externa necessárias para um estator trifásico podem ser obtidas apenas nas duas camadas L5 e L6 ilustradas. Por exemplo, uma primeira fase pode ser suportada pelas voltas de extremidade externa 706a e 706d na camada L5 na Figura 7A e as voltas de extremidade externa 706h e 706k na camada L6 na Figura 7B, uma segunda fase pode ser suportada pelas voltas de extremidade externa 706b e 706e na camada L5 na Figura 7A e as voltas de extremidade externa 706i e 706l na camada L6 na Figura 7B, e uma terceira fase pode ser suportada pelas voltas de extremidade externa 706c e 706f na camada L5 na Figura 7A e as voltas de extremidade externa 706g e 706j na camada L6 na Figura 7B. Em tal implementação, uma vez que as voltas de extremidade externa 706 para cada fase consomem um terço da camada L5 e um terço da camada L6, as voltas de extremidade externa 706 para cada fase consomem um total de dois terços de uma camada viável de estado real nas camadas L5 e L6. Na implementação de exemplo mostrada, além disso, são necessárias duas camadas condutoras mínimas para formar as conexões de voltas de extremidade externa para todas as três fases, e a contagem de camadas condutoras deve ser um múltiplo de dois para que o estator seja equilibrado em relação às voltas de extremidade externa.[00050] Two complementary sets of outer end turns 706 are shown in Figures 7A and 7B, with a first set of outer end turns 706a, 706b, 706c, 706d, 706e and 706f being illustrated in layer L5 in Figure 7A and a second set of outer end turns 706g, 706h, 706i, 706j, 706k and 706l being illustrated in layer L6 in Figure 7B. By comparing these complementary connections, and appreciating that the outer end turns 706 for several phases may be provided on the same conductive layer and that the outer end turns 706 for a given phase may be distributed among the various conductive layers, it is evident that all the outer end turns connections required for a three-phase stator can be obtained only in the two layers L5 and L6 illustrated. For example, a first phase may be supported by the outer end turns 706a and 706d in layer L5 in Figure 7A and the outer end turns 706h and 706k in layer L6 in Figure 7B, a second phase may be supported by the outer end turns 706b and 706e on layer L5 in Figure 7A and the outer end turns 706i and 706l on layer L6 in Figure 7B, and a third stage may be supported by outer end turns 706c and 706f on layer L5 in Figure 7A and the outer end turns 706c and 706f on layer L5 in Figure 7A and the outer end 706g and 706j in layer L6 in Figure 7B. In such an implementation, since the outer edge turns 706 for each phase consume one-third of the L5 layer and one-third of the L6 layer, the outer edge turns 706 for each phase consume a total of two-thirds of a viable state layer. real in layers L5 and L6. In the example implementation shown, additionally, two minimum conductive layers are required to form the outer end turn connections for all three phases, and the conductive layer count must be a multiple of two for the stator to be balanced relative to around the outer edge.
[00051] A Figura 8 mostra as voltas de extremidade interna 802 e as voltas de extremidade externa 806 que interconectam traços radiais 804 para formar uma única espiral de um estator de acordo com a configuração de enrolamento ensinada pela patente ’625. A espiral ilustrada pode ser vista seja para iniciar em um ponto 808 e espiralar "para dentro" no ponto 810, ou iniciar no ponto 810 e espiralar "para fora" no ponto 808. Observar que, na referida estrutura, há quatro voltas de extremidade interna 802 mas apenas três voltas de extremidade externa 806. A volta de extremidade externa "que está faltando" 806 não pode ser encaminhada na mesma camada que as outras voltas, pelo fato de que precisa estabelecer uma conexão a partir do lado de dentro da espiral (por exemplo, o ponto 810) para o lado de fora da próxima espiral, ou vice-versa. Na medida em que esse tipo de conexão prossegue em torno do estator, ela circunda o ponto central do estator apenas uma vez.[00051] Figure 8 shows the inner end turns 802 and the outer end turns 806 that interconnect radial traces 804 to form a single spiral of a stator in accordance with the winding configuration taught by the '625 patent. The illustrated spiral can be seen to either start at point 808 and spiral "in" at point 810, or start at point 810 and spiral "out" at point 808. Note that, in said structure, there are four end turns internal 802 but only three outer end turns 806. The "missing" outer end turn 806 cannot be routed in the same layer as the other turns, due to the fact that it needs to establish a connection from the inside of the spiral (e.g. point 810) to the outside of the next spiral, or vice versa. As this type of connection proceeds around the stator, it circles the center point of the stator only once.
[00052] A Figura 9 mostra um arranjo alternativo de voltas de extremidade interna e externa para uma única fase em uma vista plana de múltiplas camadas condutoras. Três voltas são efetuadas nas camadas mostradas. Em algumas implementações, as voltas de extremidade interna 502 tais como as mostradas nas Figuras 5A e 5B podem ser empregadas, e as referidas voltas de extremidade interna 502 podem ser distribuídas através de duas (ou mais) camadas condutoras. Em algumas implementações, por exemplo, as voltas de extremidade interna ilustradas na Figura 9 podem incluir dois grupos de voltas de extremidade interna 502 a partir de uma camada (por exemplo, voltas de extremidade interna 502b e 502e na camada L3 mostrada na Figura 5A) e dois grupos de voltas de extremidade interna 502 a partir de outra camada (por exemplo, voltas de extremidade interna 502i e 502l na camada L4 mostrada na Figura 5B). Como discutido acima em relação às Figuras 5A e 5B, o uso de voltas de extremidade interna 502 a partir de duas ou mais camadas condutoras pode permitir a formação de um completo conjunto de conexões de voltas de extremidade interna para uma única fase. Alternativamente, em algumas implementações, algumas ou todas as voltas de extremidade interna ilustrada na Figura 9 podem ser do tipo mostrado na Figura 4, isto é, tais como as voltas de extremidade interna 402, e podem ser dispostas em uma camada condutora comum.[00052] Figure 9 shows an alternative arrangement of inner and outer end turns for a single phase in a plan view of multiple conductive layers. Three turns are made on the layers shown. In some implementations, internal end turns 502 such as those shown in Figures 5A and 5B may be employed, and said internal end turns 502 may be distributed across two (or more) conductive layers. In some implementations, for example, the inner end turns illustrated in Figure 9 may include two groups of inner end turns 502 from one layer (e.g., inner end turns 502b and 502e in the L3 layer shown in Figure 5A). and two groups of inner end turns 502 from another layer (e.g., inner end turns 502i and 502l in layer L4 shown in Figure 5B). As discussed above in relation to Figures 5A and 5B, the use of inner end loops 502 from two or more conductive layers can allow the formation of a complete set of inner end loop connections for a single phase. Alternatively, in some implementations, some or all of the inner end turns illustrated in Figure 9 may be of the type shown in Figure 4, i.e., such as inner end turns 402, and may be arranged in a common conductive layer.
[00053] Em algumas implementações, algumas ou todas as voltas de extremidade externa mostradas na Figura 9 podem ser do tipo mostrado na Figura 6, isto é, tal como as voltas de extremidade externa 606, e podem ser dispostas em uma camada condutora comum. Alternativamente, algumas ou todas as voltas de extremidade externa ilustradas podem ser do tipo mostrado na Figura 7, isto é, tal como as voltas de extremidade externa 706, e podem ser distribuídas através de duas (ou mais) camadas condutoras. Em algumas implementações, por exemplo, as voltas de extremidade externa ilustradas na Figura 9 podem incluir dois grupos de voltas de extremidade externa 706 a partir de uma camada condutora (por exemplo, voltas de extremidade externa 706a e 706d na camada L5 mostrada na Figura 7A) e dois grupos de voltas de extremidade externa 706 a partir de outra camada condutora (por exemplo, voltas de extremidade externa 706h e 706k na camada L6 mostrada na Figura 7B). Como discutido acima em relação às Figuras 7A e 7B, o uso de voltas de extremidade externa 706 a partir de duas ou mais camadas condutoras pode permitir a formação de um conjunto completo de conexões de voltas de extremidade externa para uma única fase.[00053] In some implementations, some or all of the outer end turns shown in Figure 9 may be of the type shown in Figure 6, i.e., such as outer end turns 606, and may be arranged in a common conductive layer. Alternatively, some or all of the illustrated outer end turns may be of the type shown in Figure 7, i.e., such as outer end turns 706, and may be distributed across two (or more) conductive layers. In some implementations, for example, the outer end turns illustrated in Figure 9 may include two groups of outer end turns 706 from a conductive layer (e.g., outer end turns 706a and 706d in layer L5 shown in Figure 7A). ) and two groups of outer end turns 706 from another conductive layer (e.g., outer end turns 706h and 706k in layer L6 shown in Figure 7B). As discussed above in relation to Figures 7A and 7B, the use of outer end loops 706 from two or more conductive layers can allow the formation of a complete set of outer edge loop connections for a single phase.
[00054] Independentemente da implementação, deve ser considerado que, ao contrário da Figura 8, para a maioria dos grupos de voltas de extremidade, o número de voltas dentro de um determinado grupo de voltas externas 606, 706 é igual ao número de voltas dentro de um grupo adjacente de voltas de extremidades internas 402, 502 e vice-versa. Traçando as conexões do terminal superior direito 902, os traços radiais 404, voltas de extremidades internas 402, 502 e voltas de extremidades externas 606, 706 formam um padrão de serpentina que é capaz de ser encaminhado em uma única camada condutora. Na implementação mostrada na Figura 8, pelo contrário, apenas enrolamentos não conectados poderiam ser encaminhados em uma única camada condutora. Como mostrado na Figura 9, o padrão de serpentina que começa no terminal 902 e termina no terminal 904 envolve um ponto central 906 do estator três vezes (ou voltas).[00054] Regardless of implementation, it should be considered that, contrary to Figure 8, for most groups of end turns, the number of turns within a given group of outer turns 606, 706 is equal to the number of turns within of an adjacent group of internal end turns 402, 502 and vice versa. Tracing the upper right terminal connections 902, the radial traces 404, inner end turns 402, 502 and outer end turns 606, 706 form a serpentine pattern that is capable of being routed in a single conductive layer. In the implementation shown in Figure 8, on the contrary, only unconnected windings could be routed in a single conductive layer. As shown in Figure 9, the serpentine pattern starting at terminal 902 and ending at terminal 904 wraps around a center point 906 of the stator three times (or turns).
[00055] As Figuras 10A, 10B, 11A, 11B, 12A, 12B, 13A, e 13B ilustram exemplos de modalidades de estatores que empregam enrolamentos em serpentina tais como aqueles mostrados na Figura 9, e nos quais voltas de extremidade interna 502 do tipo mostrado nas Figuras 5A e B e as voltas de extremidade externa 606 do tipo mostrado na Figura 6 são empregadas para estabelecer conexões do enrolamento para um ou mais subconjuntos em que cada um inclui quatro camadas condutoras. Características de um único do referido subconjunto S1 são ilustradas nas Figuras 10A, 10B, 11A, e 11B, e características de um conjunto empilhado de três dos referidos subconjuntos S1, S2, e S3 são ilustradas nas Figuras 12A, 12B, 13A, e 13B. No exemplo mostrado nas referidas Figuras, para cada subconjunto S1, S2, e S3 que é ilustrado, cada um dos conectores radiais 404 em uma determinada camada condutora daquele subconjunto é conectado a uns correspondentes (e paralelos) dos conectores radiais 404 nas outras camadas condutoras do mesmo subconjunto usando vias 310, da maneira ilustrada na Figura 3. Uma técnica ilustrativa para formar conjuntos/subconjuntos de multicamada PCS tais como os mostrados é descrita abaixo em relação às Figuras 17A e 17B.[00055] Figures 10A, 10B, 11A, 11B, 12A, 12B, 13A, and 13B illustrate examples of stator embodiments that employ serpentine windings such as those shown in Figure 9, and in which internal end turns 502 of the type shown in Figures 5A and B and outer end turns 606 of the type shown in Figure 6 are employed to establish winding connections to one or more subassemblies each including four conductive layers. Features of a single one of said subset S1 are illustrated in Figures 10A, 10B, 11A, and 11B, and features of a stacked set of three of said subsets S1, S2, and S3 are illustrated in Figures 12A, 12B, 13A, and 13B . In the example shown in said Figures, for each subset S1, S2, and S3 that is illustrated, each of the radial connectors 404 on a given conductive layer of that subset is connected to corresponding (and parallel) radial connectors 404 on the other conductive layers. of the same subassembly using vias 310, in the manner illustrated in Figure 3. An illustrative technique for forming multilayer PCS assemblies/subassemblies such as those shown is described below in relation to Figures 17A and 17B.
[00056] A Figura 10A mostra uma vista em perspectiva expandida (no eixo z) de um subconjunto S1 tendo quatro camadas condutoras, com voltas de extremidade interna 502b, 502e, 502i, 502l e voltas de extremidade externa 606 que correspondem a uma fase selecionada por uma questão de maior clareza. As posições das voltas de extremidade interna adicionais 502 e das voltas de extremidade externa 606 que podem ser incorporadas dentro da estrutura da Figura 10A para estabelecer as outras duas fases de um estator trifásico são ilustradas nas Figuras 11A-11B abaixo. A Figura 10B é similar à Figura 10A mas, por questões de ilustração, tem porções adicionais do subconjunto S1 que correspondem às outras duas fases removidas. A Figura 10B assim ilustra como os enrolamentos para uma única fase de um estator trifásico podem passar através de um subconjunto S1 tendo quatro camadas condutoras.[00056] Figure 10A shows an expanded perspective view (on the z axis) of a subassembly S1 having four conductive layers, with inner end turns 502b, 502e, 502i, 502l and outer end turns 606 that correspond to a selected phase for the sake of greater clarity. The positions of additional inner end turns 502 and outer end turns 606 that may be incorporated within the structure of Figure 10A to establish the other two phases of a three-phase stator are illustrated in Figures 11A-11B below. Figure 10B is similar to Figure 10A but, for illustration purposes, has additional portions of subset S1 that correspond to the other two phases removed. Figure 10B thus illustrates how the windings for a single phase of a three-phase stator can pass through a subassembly S1 having four conductive layers.
[00057] Similar à Figura 10B, as Figuras 11A a 11B ilustram como os enrolamentos das duas fases restantes podem funcionar através do subconjunto S1 mostrado na Figura 10A, com as porções do subconjunto que correspondem às outras duas fases removidas por questões de ilustração. Desse modo, a Figura 10B ilustra as posições das voltas de extremidade interna 502b, 502e, 502i, 502l e das voltas de extremidade externa 606 para uma primeira fase dentro do subconjunto S1, a Figura 11A ilustra as posições das voltas de extremidade interna 502a, 502d, 502h, 502k e das voltas de extremidade externa 606 para uma segunda fase dentro do subconjunto S1, e a Figura 11B ilustra as posições das voltas de extremidade interna 502c, 502f, 502g, 502j e das voltas de extremidade externa 606 para uma terceira fase dentro do subconjunto S1.[00057] Similar to Figure 10B, Figures 11A to 11B illustrate how the windings of the remaining two phases can operate through the subset S1 shown in Figure 10A, with the portions of the subset that correspond to the other two phases removed for illustration purposes. Thus, Figure 10B illustrates the positions of the inner end turns 502b, 502e, 502i, 502l and the outer end turns 606 for a first phase within the subassembly S1, Figure 11A illustrates the positions of the inner end turns 502a, 502d, 502h, 502k and the outer end turns 606 for a second stage within the subassembly S1, and Figure 11B illustrates the positions of the inner end turns 502c, 502f, 502g, 502j and the outer end turns 606 for a third phase within subset S1.
[00058] As voltas de extremidade interna 502b, 502e, 502i, 502l para a primeira fase ilustrada nas Figuras 10A e 10B aparecem com multiplicidade de duas ao longo de quatro camadas condutoras, com as voltas de extremidade interna 502b e 502e aparecendo em duas das quatro camadas ilustradas e as voltas de extremidade interna 502i e 502l aparecendo nas duas camadas restantes. O mesmo vale também para as voltas de extremidade interna 502 para as outras duas fases ilustradas nas Figuras 11A e 11B. Ou seja, para a segunda fase ilustrada na Figura 11A, as voltas de extremidade interna 502a, 502d, 502h, 502k aparecem com multiplicidade de duas sobre as quatro camadas, com as voltas de extremidade interna 502a e 502d aparecendo em duas das quatro camadas ilustradas e as voltas de extremidade interna 502h e 502k aparecendo nas duas camadas restantes e para a terceira fase ilustrada na Figura 11B, as voltas de extremidade interna 502c, 502f, 502g, 502j aparecem com multiplicidade de duas nas quatro camadas, com as voltas de extremidade interna 502c e 502f aparecendo em duas das quatro camadas ilustradas e as voltas de extremidade interna 502g e 502j aparecendo nas duas camadas restantes. Por conseguinte, para todas as três fases do subconjunto S1 mostrado nas Figuras 10A, 10B, 11A e 11B, as extremidades internas 502 aparecem com uma multiplicidade de duas sobre as quatro camadas condutoras e são equilibradas (iguais para cada fase) porque o subconjunto S1 tem um múltiplo de duas camadas condutoras.[00058] The inner end turns 502b, 502e, 502i, 502l for the first phase illustrated in Figures 10A and 10B appear in multiplicity of two across four conductive layers, with the inner end turns 502b and 502e appearing in two of the four layers illustrated and inner end loops 502i and 502l appearing in the remaining two layers. The same also applies to the internal end turns 502 for the other two phases illustrated in Figures 11A and 11B. That is, for the second phase illustrated in Figure 11A, the inner end loops 502a, 502d, 502h, 502k appear in multiplicity of two over the four layers, with the inner end loops 502a and 502d appearing in two of the four illustrated layers. and the inner end turns 502h and 502k appearing in the remaining two layers and for the third phase illustrated in Figure 11B, the inner end turns 502c, 502f, 502g, 502j appear in multiplicity of two in the four layers, with the inner end turns 502h and 502k appearing in the remaining two layers inner end loops 502c and 502f appearing in two of the four illustrated layers and inner end loops 502g and 502j appearing in the remaining two layers. Therefore, for all three phases of the subset S1 shown in Figures 10A, 10B, 11A and 11B, the inner ends 502 appear with a multiplicity of two over the four conductive layers and are balanced (equal for each phase) because the subset S1 has a multiple of two conductive layers.
[00059] Para a fase particular mostrada nas Figuras 10A e 10B, isto é, a primeira fase, as voltas de extremidade externa 606 também aparecem com uma multiplicidade de duas sobre as quatro camadas ilustradas. Para a referida fase, as voltas de extremidade externa 606 ocupam duas das quatro camadas condutoras. As voltas de extremidade externa 606 para as outras duas fases (mostrada nas Figuras 11A e 11B) são nas outras duas camadas condutoras, mas sem redundância. Ou seja, as voltas de extremidade externa 606 para a segunda fase (mostrada na Figura 11A) aparecem apenas em uma única camada condutora, assim como as voltas de extremidade externa 606 para a terceira fase (mostrada na Figura 11B). Assim, o subconjunto S1 mostrado nas Figuras 10A, 10B, 11A e 11B tem todas as conexões necessárias de um estator trifásico, mas é desequilibrado devido à redundância desigual das voltas de extremidade externa 606 sobre as fases.[00059] For the particular phase shown in Figures 10A and 10B, that is, the first phase, the outer end turns 606 also appear with a multiplicity of two over the four illustrated layers. For said phase, the outer end turns 606 occupy two of the four conductive layers. The outer end turns 606 for the other two phases (shown in Figures 11A and 11B) are in the other two conductive layers, but without redundancy. That is, the outer end turns 606 for the second phase (shown in Figure 11A) appear only in a single conductive layer, as do the outer end turns 606 for the third phase (shown in Figure 11B). Thus, the subassembly S1 shown in Figures 10A, 10B, 11A and 11B has all the necessary connections of a three-phase stator, but is unbalanced due to the unequal redundancy of the outer end turns 606 over the phases.
[00060] A Figura 12A mostra uma vista em perspectiva expandida (no eixo z) de um conjunto de três subconjuntos S1, S2, e S3, cada um dos quais similar ao subconjunto mostrado na Figura 10A. Em algumas modalidades, dois ou mais dos respectivos subconjuntos podem ser laminados juntos para formar uma única PCS. Como na Figura 10A, a Figura 12A mostra voltas de extremidade interna 502 e as voltas de extremidade externa 606 associadas apenas com uma das três fases por uma questão de maior clareza. As posições das voltas de extremidade interna 502 adicionais e das voltas de extremidade externa 606 que podem ser incorporadas na estrutura da Figura 12A para estabelecer as outras duas fases de um estator trifásico são ilustradas nas Figuras 13A a -13B abaixo.[00060] Figure 12A shows an expanded perspective view (on the z axis) of a set of three subsets S1, S2, and S3, each of which is similar to the subset shown in Figure 10A. In some embodiments, two or more of the respective subassemblies may be laminated together to form a single PCS. As in Figure 10A, Figure 12A shows inner end turns 502 and outer end turns 606 associated with only one of the three phases for the sake of clarity. The positions of additional inner end turns 502 and outer end turns 606 that can be incorporated into the structure of Figure 12A to establish the other two phases of a three-phase stator are illustrated in Figures 13A to -13B below.
[00061] A Figura 12B é similar à Figura 12A mas, por questões de ilustração, te, porções adicionais dos subconjuntos S1, S2, e S3 que correspondem às outras duas fases removidas. A Figura 12B assim ilustra como os enrolamentos para uma única fase de um estator trifásico podem passar através de um conjunto empilhado de três subconjuntos S1, S2, e S3, com cada subconjunto tendo quatro camadas condutoras. Os subconjuntos S1, S2, S3 podem ser eletricamente conectados, seja em paralelo ou em série, por vias diretas 1202a, 1202b, 1202c, 1204a, 1204b, 1204c, 1206a, 1206b, e 1206c. No exemplo mostrado, os enrolamentos dos três subconjuntos S1, S2, e S3 são conectados em série de modo que a contagem de voltas para cada fase de todo o conjunto é três vezes maior do que a contagem de voltas de qualquer um dos subconjuntos individuais S1, S2, e S3.[00061] Figure 12B is similar to Figure 12A but, for illustration purposes, has additional portions of subsets S1, S2, and S3 that correspond to the other two phases removed. Figure 12B thus illustrates how the windings for a single phase of a three-phase stator can pass through a stacked assembly of three subassemblies S1, S2, and S3, with each subassembly having four conductive layers. Subassemblies S1, S2, S3 can be electrically connected, either in parallel or in series, via direct paths 1202a, 1202b, 1202c, 1204a, 1204b, 1204c, 1206a, 1206b, and 1206c. In the example shown, the windings of the three subassemblies S1, S2, and S3 are connected in series so that the turn count for each phase of the entire assembly is three times greater than the turn count of any of the individual subassemblies S1. , S2, and S3.
[00062] A maneira pela qual a corrente pode fluir através de e entre os enrolamentos dos subconjuntos S1, S2, e S3 para a fase ilustrada na Figura 12B será explicada agora. Embora não descrito separadamente, deve ser observado que trajetos similares podem ser seguidos para os enrolamentos das outras duas fases (mostradas nas Figuras 13A e 13B - descrito abaixo), mas usando diferentes grupos das vias diretas 1202, 1204, e 1206. Para a fase ilustrada na Figura 12B, a corrente pode fluir para dentro dos enrolamentos do subconjunto S1 a partir da via direta 1202b. A corrente pode então sair dos enrolamentos do subconjunto S1 por meio do traço condutor 1208. A corrente a partir do traço condutor 1208 pode então fluir através da via direta 1204b para o traço condutor 1210, onde a mesma pode entrar nos enrolamentos do subconjunto S2. A corrente pode então sair dos enrolamentos de subconjunto S2 por meio dos traços condutores 1212a e 1212b. A corrente a partir dos traços condutores 1212a, 1212b pode então fluir através da via direta 1206b para os traços condutores 1214a e 1214b, onde a mesma pode entrar nos enrolamentos do subconjunto S3. A corrente pode então sair dos enrolamentos de subconjunto S3 e fluir para um condutor neutro, junto com as correntes a partir das outras duas fases (mostradas nas Figuras 13A e 13B).[00062] The manner in which current can flow through and between the windings of subassemblies S1, S2, and S3 for the phase illustrated in Figure 12B will now be explained. Although not described separately, it should be noted that similar paths can be followed for the windings of the other two phases (shown in Figures 13A and 13B - described below), but using different groups of direct paths 1202, 1204, and 1206. For phase illustrated in Figure 12B, current can flow into the windings of subassembly S1 from direct path 1202b. The current can then leave the windings of subassembly S1 through the conductive trace 1208. Current from the conductive trace 1208 can then flow through the direct path 1204b to the conductive trace 1210, where it can enter the windings of the subassembly S2. Current may then exit the subassembly windings S2 via conductive traces 1212a and 1212b. The current from the conductive traces 1212a, 1212b can then flow through the direct path 1206b to the conductive traces 1214a and 1214b, where it can enter the windings of the subassembly S3. Current can then exit the S3 subassembly windings and flow into a neutral conductor, along with the currents from the other two phases (shown in Figures 13A and 13B).
[00063] Similar à Figura 12B, as Figuras 13A a 13B ilustram como os enrolamentos das duas fases restantes podem funcionar nos três subconjuntos S1, S2, e S3 mostrados na Figura 12A, com as porções dos subconjuntos que correspondem às outras duas fases removidas por questões de ilustração. Desse modo, a Figura 12B ilustra as posições das voltas de extremidade interna 502b, 502e, 502i, e 502l e das voltas de extremidade externa 606 para uma primeira fase dentro da pilha de três subconjuntos S1, S2, e S3, a Figura 13A ilustra as posições das voltas de extremidade interna 502a, 502d, 502h, e 502k e das voltas de extremidade externa 606 para uma segunda fase dentro da pilha de três subconjuntos S1, S2, e S3, e a Figura 13B ilustra as posições das voltas de extremidade interna 502c, 502f, 502g, e 502j e das voltas de extremidade externa 606 para uma terceira fase dentro da pilha de três subconjuntos S1, S2, e S3.[00063] Similar to Figure 12B, Figures 13A to 13B illustrate how the windings of the remaining two phases can function in the three subassemblies S1, S2, and S3 shown in Figure 12A, with the portions of the subassemblies that correspond to the other two phases removed by illustration questions. Thus, Figure 12B illustrates the positions of the inner end turns 502b, 502e, 502i, and 502l and the outer end turns 606 for a first phase within the stack of three subassemblies S1, S2, and S3, Figure 13A illustrates the positions of the inner end turns 502a, 502d, 502h, and 502k and the outer end turns 606 for a second phase within the stack of three subassemblies S1, S2, and S3, and Figure 13B illustrates the positions of the end turns inner 502c, 502f, 502g, and 502j and the outer end turns 606 to a third stage within the stack of three subassemblies S1, S2, and S3.
[00064] Cada subconjunto S1, S2, e S3 compreende quatro camadas condutoras, tal como a Figura 10A, mas a camada com voltas de extremidade externa 606 da multiplicidade de duas em cada subconjunto é diferente. Assim, para a fase ilustrada nas Figuras 12A e 12B, o subconjunto de topo S1 tem duas camadas paralelas de voltas de extremidade externa 606, mas os outros dois subconjuntos S2 e S3 não; para a fase ilustrada na Figura 13A, o subconjunto de fundo S3 tem duas camadas paralelas de voltas de extremidade externa 606, mas os outros dois subconjuntos S1 e S2 não; e para a fase ilustrada na Figura 13B, o subconjunto do meio S2 tem duas camadas paralelas de voltas de extremidade externa 606, mas os outros dois subconjuntos S1 e S3 não. Desse modo, o conjunto empilhado mostrado pela combinação das Figuras 12A, 12B, 13A e 13B é arranjado de modo que cada uma das três fases tem o mesmo número de camadas conectadas em paralelo ou em série de voltas externas 606, além de ter o mesmo número de camadas conectadas em paralelo ou em série de voltas de extremidade interna 502, tornando assim o conjunto como um todo equilibrado.[00064] Each subset S1, S2, and S3 comprises four conductive layers, such as Figure 10A, but the layer with outer end turns 606 of the multiplicity of two in each subset is different. Thus, for the phase illustrated in Figures 12A and 12B, the top subassembly S1 has two parallel layers of outer end turns 606, but the other two subassemblies S2 and S3 do not; for the stage illustrated in Figure 13A, the bottom subset S3 has two parallel layers of outer end turns 606, but the other two subsets S1 and S2 do not; and for the stage illustrated in Figure 13B, the middle subset S2 has two parallel layers of outer end turns 606, but the other two subsets S1 and S3 do not. Thus, the stacked assembly shown by the combination of Figures 12A, 12B, 13A and 13B is arranged so that each of the three phases has the same number of layers connected in parallel or in series of external turns 606, in addition to having the same number of layers connected in parallel or in series of internal end turns 502, thus making the assembly as a whole balanced.
[00065] As Figuras 14, 15A, 15B, 15C, 16A, e 16B ilustram um exemplo de modalidade de um estator que emprega enrolamentos em serpentina tais como aqueles mostrados na Figura 9, e nos quais as voltas de extremidade interna 502 do tipo mostrado nas Figuras 5A e B e as voltas de extremidade externa 706 do tipo mostrado nas Figuras 7A e 7B são empregadas para estabelecer todas as conexões do enrolamento necessárias para três fases em um conjunto que inclui apenas duas camadas condutoras. No exemplo mostrado nas referidas Figuras, cada um dos conectores radiais 404 na camada condutora superior é conectada a um conector radial (e paralelo) correspondente 404 na camada condutora inferior usando vias 1410, que são similares às vias 310 mostradas na Figura 3.[00065] Figures 14, 15A, 15B, 15C, 16A, and 16B illustrate an example embodiment of a stator which employs serpentine windings such as those shown in Figure 9, and in which internal end turns 502 of the type shown in Figures 5A and B and outer end turns 706 of the type shown in Figures 7A and 7B are employed to establish all necessary winding connections for three phases in an assembly that includes only two conductive layers. In the example shown in said Figures, each of the radial connectors 404 on the upper conductive layer is connected to a corresponding radial (and parallel) connector 404 on the lower conductive layer using vias 1410, which are similar to the vias 310 shown in Figure 3.
[00066] A Figura 15A mostra uma vista em perspectiva expandida (no eixo z) apenas das porções do conjunto mostrado na Figura 14 que corresponde a uma primeira fase do estator. Como mostrado, a primeira fase pode empregar voltas de extremidade interna 502b, 502e, 502i, 502l mostradas nas Figuras 5A e 5B, e as voltas de extremidade externa 706a, 706d, 706h, e 706k mostradas nas Figuras 7A e 7B. A Figura 15A assim ilustra como os enrolamentos para uma única fase de um estator trifásico podem passar através do conjunto mostrado na Figura 14. As Figuras 15B e 15C mostram, respectivamente, as porções das camadas condutoras superior e inferior mostradas na Figura 15A que contribuem para os enrolamentos para a primeira fase.[00066] Figure 15A shows an expanded perspective view (on the z axis) of only those portions of the assembly shown in Figure 14 that correspond to a first phase of the stator. As shown, the first stage may employ inner end turns 502b, 502e, 502i, 502l shown in Figures 5A and 5B, and outer end turns 706a, 706d, 706h, and 706k shown in Figures 7A and 7B. Figure 15A thus illustrates how the windings for a single phase of a three-phase stator can pass through the assembly shown in Figure 14. Figures 15B and 15C show, respectively, the portions of the upper and lower conductive layers shown in Figure 15A that contribute to the windings for the first phase.
[00067] Similar à Figura 15A, as Figuras 16A e 16B ilustram como os enrolamentos das duas fases restantes podem passar através do conjunto mostrado na Figura 14, com as porções do conjunto que correspondem às outras duas fases removidas por questões de ilustração. Como mostrado na Figura 16A, uma segunda fase pode empregar voltas de extremidade interna 502a, 502d, 502h, 502k mostradas nas Figuras 5A e 5B, e as voltas de extremidade externa 706c, 706f, 706g, e 706j mostradas nas Figuras 7A e 7B. Como mostrado na Figura 16B, a terceira fase pode empregar voltas de extremidade interna 502c, 502f, 502g, 502j mostradas nas Figuras 5A e 5B, e as voltas de extremidade externa 706b, 706e, 706i, e 706l mostradas nas Figuras 7A e 7B.[00067] Similar to Figure 15A, Figures 16A and 16B illustrate how the windings of the remaining two phases can pass through the assembly shown in Figure 14, with the portions of the assembly that correspond to the other two phases removed for illustration purposes. As shown in Figure 16A, a second stage may employ inner end turns 502a, 502d, 502h, 502k shown in Figures 5A and 5B, and the outer end turns 706c, 706f, 706g, and 706j shown in Figures 7A and 7B. As shown in Figure 16B, the third stage may employ inner end turns 502c, 502f, 502g, 502j shown in Figures 5A and 5B, and the outer end turns 706b, 706e, 706i, and 706l shown in Figures 7A and 7B.
[00068] As duas implementações de camada condutora mostradas nas Figuras 14, 15A, 15B, 16A, e 16B representam o limite prático de redução do número de camadas necessárias para um completo estator trifásico. Deve ser observado, no entanto, que para a referida configuração algum mecanismo será necessário para estabelecer uma conexão elétrica a partir de um circuito de acionamento (não mostrado) a um local dentro do o enrolamento em serpentina para cada fase. Por exemplo, com referência à Figura 15A, uma conexão elétrica terá que ser produzida a partir do referido circuito de acionamento para a via 1410b (ou outro condutor), de modo a permitir que o circuito de acionamento estabeleça um circuito completo para a primeira fase. Uma conexão elétrica com a outra extremidade do enrolamento em serpentina para a primeira fase pode ser estabelecida por meio da via direta 1402b mostrada na Figura 15A. De modo similar, com referência às Figuras 16A e 16B, conexões elétricas terão que ser produzidas a partir de um circuito de acionamento para as vias 1410c e 1410a (ou outros condutores), respectivamente, de modo a permitir que o circuito de acionamento estabeleça circuitos completos para as segunda e terceira fases. As conexões elétricas com as outras extremidades dos enrolamentos de serpentina para a segunda e terceira fases podem ser estabelecidas por meio das vias passantes 1402c e 1402a mostradas nas FIGS. 16A e 16B, respectivamente.[00068] The two conductive layer implementations shown in Figures 14, 15A, 15B, 16A, and 16B represent the practical limit of reducing the number of layers required for a complete three-phase stator. It should be noted, however, that for said configuration some mechanism will be required to establish an electrical connection from a drive circuit (not shown) to a location within the serpentine winding for each phase. For example, with reference to Figure 15A, an electrical connection will have to be made from said drive circuit to track 1410b (or other conductor) so as to allow the drive circuit to establish a complete circuit for the first phase . An electrical connection to the other end of the serpentine winding for the first phase can be established via the direct path 1402b shown in Figure 15A. Similarly, with reference to Figures 16A and 16B, electrical connections will have to be made from a drive circuit to tracks 1410c and 1410a (or other conductors), respectively, in order to allow the drive circuit to establish circuits. complete for the second and third phases. Electrical connections to the other ends of the serpentine windings for the second and third phases can be established via the through paths 1402c and 1402a shown in FIGS. 16A and 16B, respectively.
[00069] As referidas conexões elétricas podem ser estabelecidas usando qualquer um de vários mecanismos, incluindo através de vias / almofadas de solda / contatos de pressão ou pinos a camadas de conexão dedicadas, conectando fios diretamente às almofadas dentro das voltas de extremidade externa ou outra técnica semelhante. A vantagem máxima de uma abordagem de duas camadas condutoras como a ilustrada nas Figuras 14, 15A, 15B, 15C, 16A e 16B - supondo que nenhuma camada adicional seja necessária para efetuar uma conexão elétrica - é que o número de voltas por camada pode ser aumentado por um fator de três em uma configuração como a descrita em '625, ou por um fator de dois sobre a configuração descrita acima em conexão com as Figuras 10A, 10B, 11A, 11B, 12A, 12B, 13A e 13B. Se camadas adicionais são necessárias, por exemplo, para construir um estator completo com conexão neutra e terminais fora do raio das voltas de extremidade externa, essa vantagem diminui. Além disso, as voltas de extremidade externa de alta densidade podem afetar a capacidade de usar recursos térmicos conectados diretamente à região ativa.[00069] Said electrical connections may be established using any of a number of mechanisms, including via solder vias/pads/pressure contacts or pins to dedicated connection layers, connecting wires directly to the pads within the outer end turns or otherwise. similar technique. The ultimate advantage of a two-layer approach such as that illustrated in Figures 14, 15A, 15B, 15C, 16A, and 16B - assuming that no additional layers are required to make an electrical connection - is that the number of turns per layer can be increased by a factor of three in a configuration such as that described in '625, or by a factor of two over the configuration described above in connection with Figures 10A, 10B, 11A, 11B, 12A, 12B, 13A and 13B. If additional layers are required, for example to build a complete stator with neutral connection and terminals outside the radius of the outer end turns, this advantage diminishes. Additionally, high-density outer edge turns can affect the ability to use thermal resources connected directly to the active region.
[00070] Embora não mostrado nos desenhos, deve ser também observado que também é possível empilhar dois ou mais conjuntos semelhantes aos mostrados nas Figuras 14, 15A, 15B, 15C, 16A e 16B e conectar os enrolamentos desses conjuntos juntos, em paralelo ou em série. Em algumas implementações, por exemplo, a via 1410a mostrada na Figura 15A pode ser conectada a uma "entrada" de enrolamento em serpentina de outro conjunto semelhante com duas camadas condutoras, por exemplo, usando uma das técnicas de conexão descritas no parágrafo anterior, estabelecendo assim uma conexão em série com voltas adicionais para a primeira fase. Em algumas modalidades, o referido enrolamento em serpentina no segundo conjunto pode atravessar um caminho em serpentina semelhante, por exemplo, no sentido anti-horário, como o primeiro conjunto, mas pode, em vez disso, se enrolar para fora em direção às voltas de extremidade externa mais externa 706. Uma conexão elétrica adicional também poderia da mesma forma ser estabelecida a partir da volta de extremidade mais externa do segundo conjunto para uma entrada de mais um enrolamento em serpentina em outro conjunto com apenas duas camadas condutoras, e esse enrolamento em serpentina adicional poderia, por exemplo, atravessar um trajeto em serpentina similar, por exemplo, no sentido anti-horário como o segundo conjunto, mas pode novamente se enrolar "para dentro", semelhante à configuração da Figura 15A. A referida técnica de enrolar "para dentro" e então enrolar "para fora" nas respectivas camadas conectadas em série pode ser repetida inúmeras vezes para continuar aumentando a contagem de voltas das respectivas fases. Em algumas modalidades, dois ou mais dos referidos respectivos conjuntos podem ser laminados juntos para formar uma única estrutura composta plana (PCS).[00070] Although not shown in the drawings, it should also be noted that it is also possible to stack two or more sets similar to those shown in Figures 14, 15A, 15B, 15C, 16A and 16B and connect the windings of these sets together, in parallel or in series. In some implementations, for example, the via 1410a shown in Figure 15A may be connected to a serpentine winding "input" of another similar assembly with two conductive layers, for example, using one of the connection techniques described in the previous paragraph, establishing thus a series connection with additional turns for the first phase. In some embodiments, said serpentine winding in the second set may traverse a similar serpentine path, e.g., counterclockwise, as the first set, but may instead wind outward toward the turns of outermost end turn 706. An additional electrical connection could also be established from the outermost end turn of the second set to an input of yet another serpentine winding in another set with only two conducting layers, and that winding in Additional serpentine could, for example, traverse a similar serpentine path, e.g., counterclockwise as the second set, but may again coil "inward", similar to the configuration of Figure 15A. The said technique of winding "in" and then winding "out" on the respective layers connected in series can be repeated countless times to keep increasing the turn count of the respective phases. In some embodiments, two or more of said respective assemblies may be laminated together to form a single planar composite structure (PCS).
[00071] As Figuras 17A e 17B ilustram um exemplo de um processo para formar um conjunto/subconjunto de PCS de multicamadas 1700. No exemplo mostrado, o conjunto/subconjunto de PCS 1700 inclui quatro camadas condutoras CL1, CL2, CL3, e CL4, e três camadas dielétricas não condutoras DL1, DL2, e DL3. Deve ser observado, no entanto, que a técnica descrita pode adicional ou alternativamente ser usada para formar subconjuntos de PCS e/ou subconjuntos com diferentes números de camadas.[00071] Figures 17A and 17B illustrate an example of a process for forming a multilayer PCS set/subset 1700. In the example shown, the PCS set/subset 1700 includes four conductive layers CL1, CL2, CL3, and CL4, and three non-conductive dielectric layers DL1, DL2, and DL3. It should be noted, however, that the described technique can additionally or alternatively be used to form PCS subsets and/or subsets with different numbers of layers.
[00072] Em algumas modalidades, duas ou mais camadas dielétricas DL1, DL2, DL3 podem ser intercaladas com múltiplas camadas condutoras CL1, CL2, CL3, CL4 e laminadas juntas. Os padrões dos traços condutores em cada camada condutora CL1, CL2, CL3, CL4 podem ser arranjados para formar condutores para um ou mais elementos de circuito (por exemplo, porções dos enrolamentos do estator) e podem ser formados de um material eletricamente condutor, tal como cobre. Cada camada condutora CL1, CL2, CL3, CL4 pode ser mecanicamente suportada por pelo menos uma camada dielétrica DL1, DL2, DL3. As camadas dielétricas podem ser formadas de um material não condutor, tal como fibra de vidro. Cada camada dielétrica DL1, DL2, DL3 pode assim eletricamente isolar um respectivo par das camadas condutoras CL1, CL2, CL3, CL4.[00072] In some embodiments, two or more dielectric layers DL1, DL2, DL3 can be interspersed with multiple conductive layers CL1, CL2, CL3, CL4 and laminated together. The patterns of conductive traces in each conductive layer CL1, CL2, CL3, CL4 may be arranged to form conductors for one or more circuit elements (e.g., portions of the stator windings) and may be formed of an electrically conductive material, such as like copper. Each conductive layer CL1, CL2, CL3, CL4 can be mechanically supported by at least one dielectric layer DL1, DL2, DL3. The dielectric layers may be formed from a non-conductive material, such as fiberglass. Each dielectric layer DL1, DL2, DL3 can thus electrically isolate a respective pair of the conductive layers CL1, CL2, CL3, CL4.
[00073] Os padrões de condutor de cada camada condutora CL1, CL2, CL3, CL4 podem ser produzidos por vários métodos, incluindo, mas não se limitados a gravação, estampagem, pulverização, corte ou usinagem. Em algumas implementações, por exemplo, os padrões do condutor podem ser quimicamente gravados em cada lado de uma pluralidade de placas de circuito de dois lados, com cada uma dessas placas de circuito incluindo uma folha de fibra de vidro (por exemplo, camada dielétrica DL1 ou DL3 na Figura 17A) disposta entre duas folhas de cobre (por exemplo, CL1 e CL2 ou CL3 e CL4 na Figura 17A). Várias placas de circuito de dois lados formadas dessa maneira podem então ser empilhadas juntas, com uma folha dielétrica (por exemplo, fibra de vidro) (por exemplo, camada dielétrica DL2 na Figura 17A) sendo disposta entre cada par. As placas de circuito de dois lados empilhadas e as folhas de fibra de vidro podem então ser laminadas juntas usando calor e pressão para formar um arranjo de múltiplas placas, como o mostrado na Figura 17B. Como observado, a PCS resultante pode, por exemplo, ser usada como um estator para um motor ou gerador de fluxo axial.[00073] The conductor patterns of each conductive layer CL1, CL2, CL3, CL4 can be produced by various methods, including, but not limited to, engraving, stamping, spraying, cutting or machining. In some implementations, for example, conductor patterns may be chemically etched onto each side of a plurality of two-sided circuit boards, with each such circuit board including a glass fiber sheet (e.g., DL1 dielectric layer or DL3 in Figure 17A) arranged between two copper sheets (for example, CL1 and CL2 or CL3 and CL4 in Figure 17A). Several double-sided circuit boards formed in this manner can then be stacked together, with a dielectric (e.g., fiberglass) sheet (e.g., dielectric layer DL2 in Figure 17A) being disposed between each pair. The stacked double-sided circuit boards and fiberglass sheets can then be laminated together using heat and pressure to form a multi-board array, such as that shown in Figure 17B. As noted, the resulting PCS can, for example, be used as a stator for an axial flux motor or generator.
[00074] Em algumas modalidades, a PCS do tipo descrito acima pode empregar folhas de cobre que são mais espessas do que as folhas de cobre usadas na maior parte das placas de circuito comumente produzidas. Em algumas implementações, por exemplo, as folhas de cobre podem ter espessuras que variam a partir de 0,004 polegadas a 0,007 polegadas. Os furos 1702 podem ser perfurados em locais precisos através de uma ou mais (ou todas) das múltiplas placas de circuito de uma PCS 1700 e as paredes internas dos furos podem ser revestidas com um material condutor tal como cobre. Os orifícios galvanizados, também conhecidos como vias (por exemplo, vias cegas ou enterradas 310 mostradas na Figura 3 ou vias 1202a, 1202b, 1202c, 1204a, 1204b, 1204c, 1206a, 1206b e 1206c mostradas nas Figuras 12A) e podem atuar como condutores entre camadas que interconectam eletricamente os traços condutores em diferentes camadas condutoras da PCS. Deve ser considerado, no entanto, que outros tipos de condutores entre camadas podem ser utilizados adicional ou alternativamente, incluindo, mas não limitados a furos cheios de material condutor, pinos de metal, pontos de encrespamento, soldas por pontos, ou fios. Os vários condutores nas diferentes camadas da PCS podem ser conectados juntos em série e/ou em paralelo por essas vias ou outros condutores entre camadas.[00074] In some embodiments, PCS of the type described above may employ copper sheets that are thicker than the copper sheets used in most commonly produced circuit boards. In some implementations, for example, the copper sheets may have thicknesses ranging from 0.004 inches to 0.007 inches. Holes 1702 may be drilled at precise locations through one or more (or all) of the multiple circuit boards of a PCS 1700 and the inner walls of the holes may be coated with a conductive material such as copper. Galvanized holes, also known as vias (e.g., blind or buried vias 310 shown in Figure 3 or vias 1202a, 1202b, 1202c, 1204a, 1204b, 1204c, 1206a, 1206b, and 1206c shown in Figures 12A) and can act as conductors between layers that electrically interconnect the conductive traces in different conductive layers of the PCS. It should be considered, however, that other types of interlayer conductors may be used additionally or alternatively, including, but not limited to, holes filled with conductive material, metal pins, crimp points, spot welds, or wires. The various conductors in the different layers of the PCS can be connected together in series and/or in parallel by these vias or other interlayer conductors.
[00075] Como mostrado na Figura 17B, a PCS 1700 pode adicionalmente incluir um furo central 1704 para acomodar um eixo de um rotor de um motor ou gerador de fluxo axial, como descrito abaixo.[00075] As shown in Figure 17B, the PCS 1700 may additionally include a central hole 1704 to accommodate a shaft of a rotor of an axial flux motor or generator, as described below.
[00076] Os conjuntos e/ou subconjuntos descritos aqui podem ser empregados em qualquer motor ou gerador conhecido ou desenvolvido no futuro, que inclui os motores/geradores de fluxo axial descritos na patente ’625, assim como os motores e geradores descritos na Patente US No. 9.673.688, Patente US No. 9.673.684, e/ou Patente US No. 9.800.109, os conteúdos totais de todas as quais estão incorporados por referência acima.[00076] The assemblies and/or subassemblies described here can be employed in any engine or generator known or developed in the future, which includes the axial flow engines/generators described in the '625 patent, as well as the engines and generators described in the U.S. Pat. No. 9,673,688, US Patent No. 9,673,684, and/or US Patent No. 9,800,109, the entire contents of all of which are incorporated by reference above.
[00077] A Figura 18A mostra um exemplo de um sistema 1800 que emprega um estator de compósito plano 1810 em um conjunto com componentes de rotor 1804a e 1804b, eixo 1808, parafusos 1802, fios 1814, e controlador 1812. Uma vista expandida mostrando os referidos componentes e meios para a montagem dos mesmos é mostrada na Figura 18B. O padrão de polos magnéticos nas porções magnetizadas permanentemente 1806a, 1806b do conjunto do rotor também é evidente na vista expandida da Figura 18B. A Figura 18A é um exemplo de uma modalidade em que as conexões elétricas 1814 são tomadas no raio externo da PCS 1810, e o estator é montado em uma estrutura ou caixa na periferia externa. Outra configuração útil, a configuração "fora de canal", envolve a montagem do estator no raio interno, fazendo as conexões elétricas 1814 no raio interno e substituindo o eixo 1808 por um anel anular que separa as metades do rotor. Também é possível configurar o sistema com apenas um ímã, 1806a ou 1806b, ou interpor vários estatores entre conjuntos de ímãs sucessivos. Os fios 1814 também podem transmitir informações sobre a posição do rotor com base nas leituras de efeito Hall ou sensores similares montados no estator. Não mostrado, mas com propósito semelhante, um codificador conectado ao eixo 1808 pode fornecer informações de posição ao controlador 1812.[00077] Figure 18A shows an example of a system 1800 that employs a flat composite stator 1810 in an assembly with rotor components 1804a and 1804b, shaft 1808, screws 1802, wires 1814, and controller 1812. An expanded view showing the said components and means for assembling the same is shown in Figure 18B. The pattern of magnetic poles in the permanently magnetized portions 1806a, 1806b of the rotor assembly is also evident in the expanded view of Figure 18B. Figure 18A is an example of an embodiment in which the electrical connections 1814 are taken on the outer radius of the PCS 1810, and the stator is mounted on a frame or box on the outer periphery. Another useful configuration, the "out-of-channel" configuration, involves mounting the stator on the inner radius, making the electrical connections 1814 on the inner radius, and replacing the shaft 1808 with an annular ring that separates the rotor halves. It is also possible to configure the system with just one magnet, 1806a or 1806b, or interpose several stators between sets of successive magnets. The 1814 wires can also transmit information about the position of the rotor based on readings from Hall effect or similar sensors mounted on the stator. Not shown, but for a similar purpose, an encoder connected to shaft 1808 may provide position information to controller 1812.
[00078] O sistema 1800 nas Figuras 18A e 18B pode funcionar como um motor ou um gerador, dependendo da operação do controlador 1812 e dos componentes conectados ao eixo 1808. Como sistema de motor, o controlador 1812 opera os interruptores para que as correntes no estator 1810 criem um torque em torno do eixo, em virtude do fluxo magnético no espaço proveniente dos ímãs 1806a, 1806b conectados ao eixo 1808. Dependendo da configuração do controlador 1812, o fluxo magnético no espaço e/ou a posição do rotor pode ser medida ou estimada para operar os interruptores para alcançar a saída de torque no eixo 1808. Como um sistema gerador, uma fonte de energia de rotação mecânica conectada ao eixo 1808 cria formas de onda de tensão nos terminais 1812 do estator. As referidas tensões podem ser aplicadas diretamente a uma carga ou podem ser retificadas com um retificador trifásico (ou polifásico) dentro do controlador 1812. A implementação do retificador 1812 pode ser "auto-comutada" usando diodos no modo gerador, ou pode ser construída usando os interruptores controlados do controlador do motor, mas operado de modo que o torque do eixo se oponha ao torque fornecido pela fonte mecânica e a energia mecânica seja convertida em energia elétrica. Assim, uma configuração idêntica na Figura 18A pode funcionar não só como um gerador, mas também como um motor, dependendo de como o controlador 1812 é operado. Além disso, o controlador 1812 pode incluir componentes de filtro que atenuam os efeitos de comutação, reduzem EMI/RFI dos fios 1814, reduzem perdas e fornecem flexibilidade adicional na energia fornecida ou enviada a partir do controlador.[00078] The system 1800 in Figures 18A and 18B can function as a motor or a generator, depending on the operation of the controller 1812 and the components connected to the shaft 1808. As a motor system, the controller 1812 operates the switches so that the currents in the stator 1810 create a torque around the shaft, due to the magnetic flux in space from magnets 1806a, 1806b connected to shaft 1808. Depending on the configuration of controller 1812, the magnetic flux in space and/or the position of the rotor can be measured or estimated to operate the switches to achieve torque output on shaft 1808. As a generator system, a mechanical rotation power source connected to shaft 1808 creates voltage waveforms at stator terminals 1812. Said voltages may be applied directly to a load, or may be rectified with a three-phase (or polyphase) rectifier within the 1812 controller. The 1812 rectifier implementation may be "self-switched" using diodes in generator mode, or may be constructed using the motor controller controlled switches, but operated so that the shaft torque opposes the torque provided by the mechanical source and the mechanical energy is converted into electrical energy. Thus, an identical configuration in Figure 18A can function not only as a generator, but also as a motor, depending on how the controller 1812 is operated. Additionally, the controller 1812 may include filter components that mitigate switching effects, reduce EMI/RFI from the wires 1814, reduce losses, and provide additional flexibility in the power supplied to or sent from the controller.
[00079] Tendo assim descrito vários aspectos de pelo menos uma modalidade da presente invenção, deve ser apreciado que várias alterações, modificações e aprimoramentos ocorrerão prontamente para aqueles versados na técnica. Tais alterações, modificações e aprimoramentos devem fazer parte da presente descrição e devem estar dentro do espírito e escopo da invenção. Por conseguinte, a descrição e os desenhos anteriores são apenas a título de exemplo.[00079] Having thus described various aspects of at least one embodiment of the present invention, it should be appreciated that various changes, modifications and improvements will readily occur to those skilled in the art. Such changes, modifications and improvements shall form part of the present description and shall be within the spirit and scope of the invention. Therefore, the above description and drawings are by way of example only.
[00080] Vários aspectos da presente invenção podem ser utilizados sozinhos, em combinação ou em uma variedade de arranjos não discutidos especificamente nas modalidades descritas a seguir e, portanto, não estão limitados no presente pedido aos detalhes e disposição dos componentes estabelecidos na descrição anterior ou ilustrada nos desenhos. Por exemplo, os aspectos descritos em uma modalidade podem ser combinados de qualquer maneira com os aspectos descritos em outras modalidades.[00080] Various aspects of the present invention can be used alone, in combination or in a variety of arrangements not specifically discussed in the embodiments described below and, therefore, are not limited in the present application to the details and arrangement of the components set out in the previous description or illustrated in the drawings. For example, aspects described in one embodiment may be combined in any way with aspects described in other embodiments.
[00081] Além disso, a presente invenção pode ser incorporada como um método, do qual um exemplo foi fornecido. Os atos praticados como parte do método podem ser ordenados de qualquer maneira adequada. Por conseguinte, modalidades podem ser construídas nas quais os atos são executados em uma ordem diferente da ilustrada, o que pode incluir a realização de alguns atos simultaneamente, mesmo que mostrados como atos sequenciais nas modalidades ilustrativas.[00081] Furthermore, the present invention can be incorporated as a method, of which an example has been provided. The acts performed as part of the method may be ordered in any suitable manner. Accordingly, embodiments may be constructed in which acts are performed in an order different from that illustrated, which may include performing some acts simultaneously, even if shown as sequential acts in the illustrative embodiments.
[00082] O uso de termos ordinais como "primeiro", "segundo", "terceiro" etc. nas reivindicações para modificar um elemento de reivindicação, por si só não implica em nenhuma prioridade, precedência ou ordem de um elemento de reivindicação sobre outro ou o elemento ordem temporal na qual os atos de um método são executados, mas são usados apenas como rótulos para distinguir um elemento reivindicado com um determinado nome de outro elemento com o mesmo nome (mas para uso do termo ordinal) para distinguir os elementos da reivindicação.[00082] The use of ordinal terms such as "first", "second", "third" etc. in claims to modify a claim element, by itself does not imply any priority, precedence or order of one claim element over another or the temporal order element in which the acts of a method are performed, but are used only as labels for distinguishing a claimed element with a given name from another element with the same name (but for use of the term ordinal) to distinguish the elements of the claim.
[00083] Além disso, a fraseologia e terminologia aqui utilizadas são usadas para fins de descrição e não devem ser consideradas limitativas. O uso de "incluindo", "compreendendo" ou "tendo", "contendo", "envolvendo" e variações aqui contidas, visa abranger os itens listados a seguir e seus equivalentes, bem como itens adicionais.[00083] Furthermore, the phraseology and terminology used herein are used for descriptive purposes and should not be considered limiting. The use of "including", "comprising" or "having", "containing", "involving" and variations herein is intended to cover the items listed below and their equivalents, as well as additional items.
Claims (31)
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201762530552P | 2017-07-10 | 2017-07-10 | |
US62/530,552 | 2017-07-10 | ||
US15/852,972 US10170953B2 (en) | 2015-10-02 | 2017-12-22 | Planar composite structures and assemblies for axial flux motors and generators |
US15/852,972 | 2017-12-22 | ||
PCT/US2018/039500 WO2019013968A1 (en) | 2017-07-10 | 2018-06-26 | Improved planar composite structures and assemblies for axial flux motors and generators |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
BR112019025872A2 BR112019025872A2 (en) | 2020-07-14 |
BR112019025872B1 true BR112019025872B1 (en) | 2024-06-04 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10170953B2 (en) | Planar composite structures and assemblies for axial flux motors and generators | |
ES2857909T3 (en) | Printed Circuit Board Stator | |
CN103997137B (en) | Segmented stator for an axial field device | |
TWI551008B (en) | Motor winding assembly | |
RU2294588C2 (en) | Rotational electric machine with axial field | |
US8319595B2 (en) | Coil apparatus | |
JP2023068153A (en) | Axial-direction magnetic flux motor, flat-surface composite construction improved for dynamo-electric generator, and assembly | |
US11509180B2 (en) | Stator | |
JP2005287109A (en) | Stator of rotary electric machine | |
US11616423B1 (en) | Printed circuit board stator winding enhancements for axial field rotary energy device | |
US20200091805A1 (en) | Dynamo-electric machine with reduced cogging torque | |
JP2020527014A5 (en) | ||
EP4311080A1 (en) | Multiphase stator winding on a printed circuit board | |
JP6743668B2 (en) | Laminated coil, stator and motor | |
BR112019025872B1 (en) | FLAT COMPOSITE STRUCTURE FOR USE IN AN AXIAL FLOW MOTOR OR GENERATOR | |
JP2009055664A (en) | Three-level power converter | |
TWI759247B (en) | Planar transformer | |
JP2023540144A (en) | Conductor arrangement for electromechanical windings | |
RU2784009C1 (en) | Stator of an axial three-phase electric machine with windings on printed circuit boards | |
RU2823259C1 (en) | Stator winding on printed-circuit board with adaptive topology of concentric coils | |
JP2021077746A (en) | Multilayer coil substrate and coil substrate for motor | |
CN117811258A (en) | Stator structure of PCB winding motor | |
JP2022052890A (en) | Lamination coil substrate and coil substrate for motor | |
JP2003319598A (en) | Connecting board | |
JP2003319596A (en) | Connecting board |