CN104718689A

CN104718689A - 有效利用空间的平面定子

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Publication number: CN104718689A
Application number: CN201380053597.XA
Authority: CN
Inventors: 亚历山大·什罗姆
Original assignee: This Technology Co Ltd Of Alba
Current assignee: This Technology Co Ltd Of Alba
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2033-08-27
Also published as: EP2888807A1; EP2888806A1; EP2888807B1; EP2888806B1; WO2014033715A1; US10141805B2; WO2014033716A8; US20150229173A1; CN104604108A; EP2888806A4; WO2014033716A1; EP2888807A4; US20150229194A1; CN104718689B

Abstract

提供了用于构造特别是可用于轴向气隙式电机的平面定子的设计和方法。在一些实施例中，这些设计使得定子占据的空间的利用率高，有效导电体基本上填充了其大多数体积。一些实施例包括至少一个柔性导电元件(例如，扁平电缆)，该至少一个柔性导电元件被周期性地弯曲约180°，以形成两层外周和内周。在一些实施例中，利用盘状或者环状件成形和/或者固定柔性导电体。在一些实施例中，粘合件和/或者导电体元件的封装和/或者装入提供实心并且刚性的(各)定子。在一些实施例中，多个平面定子与多个平面转子交错，产生有效系统的电动机和/或者发电机。

Description

有效利用空间的平面定子

相关申请的引用

本申请根据35 USC 119(e)要求2012年8月27日提交的美国临时专利申请61/693,375和2013年3月6日提交的美国临时专利申请61/773,295的好处和优先权，在此通过引用合并这两个美国临时专利申请的公开内容。

技术领域和背景技术

本发明在其一些实施例中涉及平面定子，并且更特别地涉及但并不仅仅涉及用于诸如电动机和/或者发电机的轴向气隙式电机的定子。

含有平面定子的现有技术的无刷轴向气隙式电机通常包括绕组，该绕组包括分相线圈或者全相线圈回路。在这两种情况下，有效绕组导电段仅占据定子的平面结构限定的盘状体积的一部分，因为该绕组设计不允许线绕部件重叠。

授予Shigeki Morinaga等人的美国专利4,336,475公开了一种由三分相线圈构成的多相多层平面绕组。该定子体积的利用率可约为50％，因为位于线圈内和线圈外的约一半的体积未使用。

Koji Miyata等人的美国专利申请2010/0253173A1公开了一种由嵌入实心构造内的三分相线圈构成的单相单层平面绕组。该定子体积的利用率可约为50％，因为位于线圈内和线圈外的约一半的体积未使用。

Derek Grassman的美国专利申请2010/0295316A1公开了一种由嵌入实心构造内的三分相线圈构成的单相单层平面绕组。该定子体积的利用率可约为67％，因为位于线圈内的约三分之一的体积未使用。

Peter D.Witt的美国专利申请2008/000678833A1公开了一种由互相叠压并且粘合的三个半圆形线圈回路构成的三相两层平面绕组。这种情况下的定子体积的利用率也可约为50％，因为线圈内约一半的体积未使用。

授予Chrystopher W.Gabrys的美国专利7,084,548B1公开了一种由分相线圈构成的三相单层非平面绕组。定子体积的利用率可约为100％，但是Gabrys公开的定子不是平面的，并且因此具有固有功能缺陷，包括这种定子在多定子设计中不能有效面对面叠压，不能容易地用于模块化多定子/转子电机中，并且限制了兼容转子的设计。

授予Tadashi Fukami的美国专利4,476,409公开了一种三相杯形绕组。该定子体积的利用率可约为100％，但是该定子也不是平面的，并且仅可以有效用于单定子单模电机中。

Matthew Greaves等人的美国专利申请2010/0117481A1公开了一种由扭绞相导电体构成的三相两层非平面绕组。该定子体积的利用率可约为100％，但是该定子也不是平面的，并且因此也具有上述非平面定子设计固有的功能缺陷。

发明内容

本发明的一些实施例提供了一种定子绕组占据容纳定子的大多数体积的平面定子(选择性地是无芯的)，因为在定子绕组内和绕组的径向段之间空间的浪费小。这样做的结果是改善电功率密度，因为现有技术的设计要产生与下面公开的本发明的一些实施例可产生的机械效果和/或者电效果可比的机械效果和/或者电效果通常需要较大体积的机构。

在此公开的组件和方法包括含有平面定子的轴向气隙式电机，该平面定子包括，绕组的导电段占据含有定子的盘状体积的75％以上。在一些实施例中，与本技术领域内当前已知的定子相比，下面描述的定子设计在某些情况下可以提供较不庞大并且/或者较有效的定子。

根据本发明的一些实施例，轴向磁通电机的定子包括横切在该电机的转子处发出的磁通线的75％以上或者至少85％或者至少95％的绕组，并且横过含有该定子的最小筒状体积。

根据本发明的一些实施例的一个方面，提供了一种线绕组件，该线绕组件包括线绕导电体的材料占据含有该组件的筒状体积的75％以上的线绕导电体。

根据本发明的一些实施例，该组件可以连接该组件，作为天线。

根据本发明的一些实施例，该组件包括在轴向气隙式电机中。

根据本发明的一些实施例，该组件包括导电元件，该导电元件被周期性地弯曲约180°，以形成外周和内周以及位于该周之间的第一和第二平面表面。

根据本发明的一些实施例的一个方面，提供了一种包括平面盘状定子的轴向气隙式电机，该平面盘状定子包括被周期性地弯曲约180°，以形成外周和内周以及位于该周之间的第一和第二平面表面。

根据本发明的一些实施例，导电元件包括在扁平电缆中，该扁平电缆包括多个位于绝缘套内的导电元件。

根据本发明的一些实施例，该电机包括多个导电元件。

根据本发明的一些实施例，该导电元件被成形为宽度比深度宽的扁平导电元件。

根据本发明的一些实施例，该导电元件包括绞合线。

根据本发明的一些实施例，该导电元件包括利兹线。

根据本发明的一些实施例，该导电元件位于外周与内周之间的部分接近径向方向。

根据本发明的一些实施例，该导电元件位于外周与内周之间的部分是固定宽度的。

根据本发明的一些实施例，该导电元件位于外周与内周之间的部分是变化宽度的。

根据本发明的一些实施例，导电元件靠近外周的部分比导电元件靠近内周的部分宽。

根据本发明的一些实施例，该导电元件的一部分的宽度接近与该部分离开定子的几何中心的距离成正比。

根据本发明的一些实施例，该导电元件包括多个不同相的独立导电体。

根据本发明的一些实施例，该电机包括多个平面定子。

根据本发明的一些实施例，平行地安装多个定子。

根据本发明的一些实施例，多个定子在轴向上离开小于每个定子的宽度的距离。

根据本发明的一些实施例，内周处的和外周处的弯曲处于相同方向。

根据本发明的一些实施例，内周处的和外周处的弯曲处于相反方向。

根据本发明的一些实施例，该弯曲导电元件包括多个电分离的并且相邻定位的导电体，从而形成多相定子。

根据本发明的一些实施例，该定子包括多个互相相对角位移并且交错的导电元件。

根据本发明的一些实施例，该弯曲导电元件固定于在内周处和外周处弯曲的基底带上。

根据本发明的一些实施例，该带具有粘合面。

根据本发明的一些实施例，该带包括铁磁材料。

根据本发明的一些实施例，该导电元件具有扁平型式和贴在其扁平侧中的一个上的粘合剂。

根据本发明的一些实施例，该弯曲导电元件包括链条，链条含有多个实心扁平子链和位于所述子链之间的柔性导电连接体，子链在定子的内周处和外周处由柔性导电连接体连结。

根据本发明的一些实施例，该导电元件是多个围绕中心圆盘相邻缠绕的电独立的导电体。

根据本发明的一些实施例，该中心圆盘包括铁氧材料。

根据本发明的一些实施例，连接地线导电元件外的三个分导电体，作为包括装在公共隔离元件内的三个导电体元件的电缆。

根据本发明的一些实施例，导电元件被实现为绞合线和利兹线中的一个。

根据本发明的一些实施例，该中心圆盘包括多个未到达圆盘的内周和外周的梯形径向肋。

根据本发明的一些实施例，该圆盘包括多个延伸到其内周和外周的肋。

根据本发明的一些实施例，每个肋都包括直部分和弯曲部分。

根据本发明的一些实施例，围绕：

限定定子的内周的内环，和

限定定子的外周的外环

重复缠绕导电元件。

根据本发明的一些实施例，该导电元件封装在实心圆盘结构内。

根据本发明的一些实施例，该定子位于两个永磁转子之间。

根据本发明的一些实施例，该电机包括多个平面定子。

根据本发明的一些实施例，该电机包括多个平面转子。

根据本发明的一些实施例的一个方面，提供了一种构造定子的方法，包括通过在一起限定绕组的接近圆形外周的第一位置处和一起限定绕组的接近圆形内周的第二位置处将导电体周期性地弯曲接近180°，缠绕扁平导电体。

根据本发明的一些实施例，该方法还包括围绕圆盘的边缘缠绕电缆，从而围绕所述圆盘的外缘形成外周并且围绕圆盘的内缘形成内周。

根据本发明的一些实施例，该方法还包括围绕内环和外环缠绕电缆，从而形成内周和外周。

根据本发明的一些实施例，该电缆包括或者装接到粘性面。

根据本发明的一些实施例，该方法还包括安装该绕组，作为轴向气隙式电机的定子。

根据本发明的一些实施例，该方法还包括安装作为轴向气隙式电机的定子连接的并且互相平行地安装的且与多个转子间置的多个线圈。

除非另外说明，在此使用的所有技术术语和/或者科学术语具有本发明所属技术领域内的普通技术人员通常理解的意义。下面描述了示例性方法和/或者材料，但是在实施或者测试本发明的实施例中能够使用与在此描述的方法和材料相同或者等同的方法和材料。如果矛盾，则由包括定义的专利说明书限定。此外，材料、方法和例子仅是说明性的并且无意是必然限制

附图说明

在此，仅作为例子，参考附图描述本发明的一些实施例。关于现在具体详细参考附图，强调所示的细节仅作为例子并且为了说明性地讨论本发明实施例。在这方面，在此利用附图所做的描述使得本技术领域内的技术人员对于可以如何实施本发明的实施例显而易见。

附图中：

图1包括根据现有技术的方法，平面无芯定子的等角图和插入该定子内的分相线圈的俯视图；

图2示出根据现有技术的方法，平面无芯定子和包括在内的线圈回路的等角图、俯视图和轮廓图；

图3包括根据现有技术的方法，采用非平面无芯定子的轴向磁通电机的截面图和三相绕组的示意图；

图4包括根据现有技术的方法，非平面无芯定子的等角图和采用其的轴向磁通电机的截面图；

图5包括根据现有技术的方法，非平面无芯定子的局部等角图和采用该定子的轴向磁通电机的截面图；

图6是根据本发明的一些实施例，包括在其内圆周处弯曲20次并且在其外圆周处以同样的方向弯曲20次的扁平固定宽度柔性电缆的定子绕组结构的等角图；

图7是根据本发明的一些实施例，包括在其内圆周处弯曲20次并且在其外圆周处以同样的方向弯曲20次的扁平变化宽度柔性电缆的定子绕组结构的等角图；

图8A是根据本发明的一些实施例，包括三个分立但是成组的导电体且在其内圆周处弯曲20次并且在其外圆周处以同样的方向弯曲20次的三相的40磁极三相定子绕组结构(输入和输出未示出)的等角图；

图8B示出根据本发明的一些实施例，图8A所示定子绕组的前视图和轮廓图；

图9是根据本发明的一些实施例，图7所示定子绕组结构中采用的扁平变化宽度电缆的局部俯视图；

图10是根据本发明的一些实施例，图8A所示定子绕组结构中采用的三相定子绕组电缆的局部俯视图；

图11A和11B是根据本发明的一些实施例，包括两个分别与图6所示的定子绕组结构相同的定子绕组结构的40磁极定子的视图；

图12是根据本发明的一些实施例，包括两个与图7所示定子绕组结构相同的定子绕组结构的40磁极无芯定子的等角图；

图13是根据本发明的一些实施例，包括与图6所示的绕组结构相同，但是被分割为5个分别包括8个磁极的相等扇区的绕组结构的40磁极定子的等角图；

图14A是根据本发明的一些实施例，包括在其内圆周处以第一方向弯曲20次并且在其外圆周处以第二方向或者相反方向弯曲20次的扁平变化宽度柔性电缆的定子绕组结构的等角图；

图14B示出根据本发明的一些实施例，两个组合使用的与图14A所示绕组相同的绕组；

图15是根据本发明的一些实施例，在其内圆周处弯曲20次并且在其外圆周处以相同的方向弯曲20次可用于支承定子绕组结构的变化宽度柔性基底的等角图；

图16是根据本发明的一些实施例，包括固定在与图15所示变化宽度基带相同的变化宽度基带上的3个互相间隔的导电体的三相定子绕组结构(输入和输出未示出)的等角图；

图17是根据本发明的一些实施例，包括含有40个实心扁平匝链的回路的三相定子绕组结构的等角图，该回路在其内圆周处弯曲20次并且在其外圆周处弯曲20次；

图18A和18B是根据本发明的一些实施例，包括两个交错的与图17所示的绕组结构相同的绕组结构的40个磁极的三相无芯定子的视图；

图19是根据本发明的一些实施例，包括围绕中心薄圆盘件缠绕的三个互相间隔的导电体的40个磁极的三相定子绕组结构(输入和输出未示出)的等角图；

图20是根据本发明的一些实施例，包括围绕内细环缠绕而形成绕组的内圆周并且围绕外细环缠绕而形成绕组的外圆周的三个互相间隔的导电体的40个磁极的三相绕组结构(输入和输出未示出)的等角图；

图21A是根据本发明的一些实施例，定子绕组可以围绕其缠绕的中心圆盘件的等角图，该圆盘包括多个未到达该圆盘的内圆周和外圆周的梯形径向肋；

图21B是根据本发明的一些实施例，定子绕组可以围绕其缠绕的中心圆盘件的等角图，该圆盘包括多个延伸到该圆盘的内圆周和外圆周的弯曲肋；

图22是引入了两个与图8A和8B所示定子绕组结构相同的定子绕组结构并且还包括如图20所示的中心圆盘件的40个磁极的三相无芯定子的等角图；

图23是根据本发明的一些实施例，示出封装在实心圆盘结构内的图22所示定子的40个磁极的三相无芯定子的等角图；

图24是根据本发明的一些实施例，包括多个诸如图22所示的定子圆盘的定子圆盘的多圆盘无芯定子的等角图，该圆盘在轴向上互相“面对面”地和/或者稍许分离地装接，并且任选地电连接；

图25是根据本发明的一些实施例，采用插在两个永磁转子之间的无芯定子(例如，图23所示的无芯定子)的轴向磁通机的分解等角图；以及

图26A和26B是根据本发明的一些实施例，采用六个插在七个永磁转子之间的无芯定子的多级模块化轴向磁通机的视图；

图27是生产特别是在电机内可用作定子的空间有效线绕组件的方法的简化流程图。

具体实施方式

本发明在其一些实施例中涉及一种平面无芯定子，并且更特别地但不仅仅涉及一种用于诸如电动机和/或者发电机的轴向气隙式电机的定子以及包括这种定子的电机。

本公开和权利要求书中使用的术语“机”和“电机”被认为既包括电动机又包括发电机。

现有技术设计的无刷电机，特别是包括平面定子的无刷电机的空间利用率和电效率被认为有点低。现有技术设计的具有平面定子的电机在线圈内和/或者在定子绕组的径向段之间具有非常大量的空闲(例如，空气填充的)空间。本发明的一些实施例利用导电绕组填充包含定子的最小截断圆筒的大部分(例如，一些实施例大于70％，一些大于75％，一些大于85％并且一些大于95％)体积(例如，盘状体积)，并且与一些现有技术设计相比，可以改善电效率和/或者改善空间利用率。

同样，可以注意到，本发明的一些实施例的设计包括在轴向磁通电机中横切从与这些绕组一起使用的转子延伸的磁通线的至少70％或者至少75％或者至少85％或者至少95％的绕组。

在本发明的一些实施例中，平面定子和/或者其他物体具有至少一个或者任选地具有两个在其表面积的至少80％或者90％上或者更大表面积上具有接近几何平面的表面。任选地，当在通过该表面的扁平面的5％或者10％内时，该表面接近平面，该百分比是定子的算术平均厚度。在本发明的示例性实施例中，两个表面基本上是平行的(例如，在分别接近(例如，利用该表面的各部分质量的RMS近似)表面的两个平面之间具有介于175度与195度之间的角度)。

在本发明的示例性实施例中，平面定子具有比定子的最大尺寸小30％、20％、10％或者中间百分比的厚度。

在一些实施例中，采用接近(例如，每个尺寸在10％、5％或者更好范围内)其基表面的尺寸小于其高度(例如，20％、10％或者中间百分比或者更小百分比)的直棱柱的盘状。

在一些实施例中，盘状物体是例如直径小于其其他尺寸的最大范围的20％、10％或者中间百分比的平面物体。

为了更好地理解本发明的一些实施例，如图附图中的图6－26B所示，首先参考图1－5，为了在下面对现有技术的讨论中说明某些观点，提供了图1－5。无意详细分析所列举的系统。

图1是平面无芯定子的等角图和插入该定子内的分相线圈的俯视图，这公开于授予Shigeki Morinaga的美国专利No.4,336,475。

图2示出平面无芯定子和包括在内的线圈回路的等角图、俯视图和轮廓图，这公开于Peter D.Witt等人的美国专利申请2008/0067883A1。

图3是采用非平面无芯定子的轴向磁通电机的截面图和三相绕组的示意图，这公开于授予Chrystopher W.Gabrys的美国专利No.7,084,548B1。

图4是非平面无芯定子的等角图和采用其的轴向磁通电机的截面图，这公开于授予Tadashi Fukami的美国专利4,476,409。

图5是非平面无芯定子的局部等角图和采用该定子的轴向磁通电机的截面图，这公开于Matthew Greaves等人的美国专利申请2010/0117481A1。

在一些现有技术的轴向气隙式电机的设计中，定子绕组是平面的并且由分相平面绕线线圈构成。例子有授予Shigeki Morinaga的美国专利No.4,336,475(附图中的图1)、Derek Grassman的美国专利申请2010/0295316A1、以及KojiMiyata等人的美国专利申请2010/0253173A1。在图1中可以看出，在这些情况下，定子是扁平的，但是线圈A的有效段B仅占据定子占据的一部分体积，因为被动式线圈部E的重叠是不可能的。因此，定子体积C和D未被使用，并且因此，空间利用率(由绕组填充的空间与包含定子的圆筒内可用的空间之比测量)相当低(通常约为50％－65％)。

图2示出包括由同一个导电体缠绕的线圈环连结的并且一起形成三相两层平面构造B的相回路A。还是在这种情况下，定子体积利用率约为50％。

图3－5提供了具有非平面定子绕组的电机的例子。这些设计通常可用具有非常高的定子体积利用率，有时接近100％，但是不是平面型式的。不是平面型式的定子不能互相面对面层叠在一起，因此，它们不能容易地用于模块化层叠电机设计中，并且因此，如果/当这些模块被组合时，空间利用率低。

例子：

○在图3中，相线圈具有重叠的部分。在该图中可以看出，发生重叠的部分D比平面部C厚，因此，浪费空间。

○在图4中，相线圈E1、E2、E3缠绕在一起，形成三相杯形定子A，在该三相杯形定子A中，有效绕组段构成平面部E，而被动式绕组段构成后边缘部G。

○在图5中，定子A由互插式扭绞导电体B1、B2和B3构成。这些有效段形成定子A的平面部C，而其被动式段形成“缘形”厚部D。

在所有情况下，有效部分至少接近平面，但是如果要层叠模块，则将电流送到有效部分的被动式互联形成的增厚部分使一个模块的有效部分与下一个模块的有效部分分离。

本发明的一些实施例提供包括一个或者多个平面定子、可用于例如轴向磁通无刷电动机和/或者发电机、其扁平轮廓利用定子空间的效率比现有技术的设计高的平面定子系统。在一些实施例中，定子包括多个扁平导电体结构(例如，扁平电缆)，该扁平导电体结构被周期性地弯曲约180°，以形成外部和内部(大致圆形)定子圆周，从而产生缠绕其形成盘状两层平面构造的之字形线。

在一些实施例中，扁平导电体结构的内表面互相粘合在一起，以形成整体单元。在一些实施例中，扁平导电体结构由材料浸渍或者被灌封，以构成刚性定子构造。在一些实施例中，围绕任选地由绝缘材料制成的细平面盘状芯缠绕扁平导电体结构。该缠绕体任选地粘合到芯，以形成实心刚性定子构造。在一些实施例中，提供了包括多个与多个转子交错的平面定子的电动机。

在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应当明白，本发明的应用不一定局限于构造的细节和部件的布置并且/或者下面的描述中描述的和/或者附图所示的和/或者例子中描述的方法。本发明能够有其他实施例或者能够以各种方式实施或者实现本发明。

现在参考图6－26B，首先注意图6，图6是根据本发明的一些实施例，包括任选地是包括多个导电体的固定宽度柔性电缆的扁平导电体(在此以及下面的权利要求书中还称为“导电件”)的定子绕组结构的等角图。在该图所示的示例性实施例中，扁平电缆在其内圆周处被弯曲20次，并且在其外圆周处以相同的方向被弯曲20次，从而形成有时在此以及所附权利要求书中所称的“线绕组件”。

图6示出能够包括在例如“轴向磁通”型平面(并且任选地可层叠的)电机内的定子。如图6所示的定子可以用作例如包括一个或者多个周期性地弯曲约180°以形成外部和内部(接近圆形)定子外周的扁平导电体结构(例如，扁平电缆)的平面定子内的部件。图6所示的示例性实施例包括由固定宽度电缆型结构以圆形缠绕的两层40个磁极的定子绕组1100。在所示的示例性实施例中，电缆围绕外周(位置110)缠绕20次并且围绕内周(位置1102)缠绕20次，缠绕始终是同一个方向(即，始终顺时针，或者始终逆时针)。获得的绕组包括上层段1161、下层段1162和末端1103。段1161上基本上从结构的中心射出的直电流通路1181和段1161上基本上射向结构的中心的电流通路1182形成40个磁极(20个磁极对)的绕组。在示例性实施例中，其中“d”是定子外径，eps是定子内外径之比(通常介于0.45与0.65之间)，并且p是磁极对的数量(例如，在该图所示的示例性实施例中为20)，因此，在一些实施例中，电缆的宽度接近eps*πd/(2p)。

在一些实施例中，绕组1100包括电缆式结构，电缆式结构包括与电缆的导电元件电隔离的铁磁材料。例如，在一些实施例中，电缆可以在电缆的一个面上包括铁磁材料，如该图所示缠绕了电缆后，该铁磁材料位于段1161的导电元件与段1162的导电元件之间。(然而，请注意，一些实施例是无芯的，并且不使用铁磁材料。)

请注意，尽管图6示出并且一般地说图6－26B示出最适合用作电机的定子的示例性绕组设计，但是在此所示的绕组方法和构造也可以用于其他情况。例如，能够连接诸如图6－26B所示绕组的绕组，以用作天线。

现在注意图7，图7是根据本发明的一些实施例的定子绕组结构的等角图。图7所示的结构与图6所示的结构相同，但是将扁平、宽度变化柔性电缆1200用于绕组结构。在该图所示的示例性实施例中，电缆1200绕着外周缠绕20次(标线1201)并且以相同的方向(即，始终顺时针，或者始终逆时针)绕着内周缠绕20次(标线1202)。绕组包括上层段1261和下层段1262并且具有末端1203。至少接近从定子的几何中心射出的弯曲电流通路1181和段1162上至少接近射向结构的中心的电流通路1182形成40个磁极(20个磁极对)的绕组。该图所示的变化宽度形状允许绕组的大多数有效部分具有径向取向。

在根据图7的示例性实施例中，每个电流段(即，在内周和外周处，电缆的弯曲之间的每个段)由3个部分构成：(a)很长的内部部分，其作用较小并且具有内卷形状，其长度取决于磁极对的数量(p越大，则内部部分的长度越短)；(b)中心最长的最有效部分，其具有由两个半径限定的接近梯形形状；以及(c)很短的外部部分，其作用较小，并且具有与平行四边形相同的形状，其长度取决于磁极对数量p(p越大，则外部部分的长度越短)。

位于变化宽度有效中心部分上的任何点的宽度接近πr/(p)，其中r是绕组上给定位置的径向距离，而p是磁极对数量(例如，在该图所示的示例性实施例中为20)。

在一些实施例中，导电元件的(例如，电缆1200，如该图所示)位于绕组结构的外周与内周之间的部分是变化宽度的。在一些实施例中，导电元件靠近结构的外周的部分比靠近内周的部分宽。可选地，一部分导电元件的宽度大致与该部分离开定子的几何中心的距离成正比。

现在，请注意图8A，图8A是根据本发明的一些实施例，40磁极三相定子绕组结构(输入和输出未示出)的等角图。在这些实施例中，三个分立但成组的导电体(在此还称为“导电元件”)在绕组的内圆周处弯曲20次并且在绕组的外圆周弯曲20次，弯曲位于相同方向上，如上所述。任选地，这些导电元件可以是绞合线和/或者利兹线(Litz wire)。图8B示出图8A所示定子绕组结构的前视图和轮廓图。在该图中可以看出，示例性定子绕组2100由围绕外周缠绕20次(标线2101)和围绕内周缠绕20次(标线2102)的分导电体2111、2112、2113制成，该缠绕始终处于同一个方向上。绕组包括上层段2161和下层段2162。末端在该图中不可见。基本上从该结构的几何中心射出的直有效电流通路2181A、B、C和基本上射向该结构的几何中心的直有效电流通路2182A、B、C一起形成40个磁极(20个磁极对)的绕组。

请注意，在此，在该图和其他图中，绕组导电体的迹线是示例性的，并且不被看作是限制性的。特别是，在图8A所示的示例性实施例中，绕组在内周和外周弯曲的方向始终相同(即，始终是顺时针或者始终是逆时针)，并且的确，该布置具有空间利用率的优点，但是交替方向或者其他方向的组合也是所期望的。

现在，请注意图9，图9是根据本发明的一些实施例，图7所示定子绕组结构中采用的扁平变化宽度电缆的局部俯视图。该图示出能够用于构建图7所示定子1200的变化宽度式结构，图9所示的是其在为了构建定子而被缠绕之前呈现的样子。弯曲位置(弯曲电缆以形成外周1201和内周1202的位置)和下层段1261和上层段1262如图所示交替。在上面对图7的讨论中讨论了该图所示的示例性电缆1200内出现的几段型任选示例性尺寸和描述。

现在，请注意图10，图10是图8A所示三相定子绕组电缆的局部俯视图，图10所示的是其在为了形成定子而被缠绕之前的型式。外周和内周的弯曲标线2101和2102以及下层段2161和上层段2162如该图所示交替。绕组任选地呈现为被隔离而被物理连接的导电体的电缆。任选地，可以使隔离元件的尺寸最小，并且/或者一些或者全部所述连接导电体能够呈现扁平形状和/或者梯形中心段，任选地，在绕组上产生几乎连续导电面。例如，金属涂层或者其他导体涂层可以大于包括有效元件的平面的80％，或者大于90％，或者大于95％。

现在，请注意图11A和11B，图11A和11B分别是根据本发明的一些实施例，包括两个图6所示定子绕组结构的示例性40磁极(20个磁极对)定子的等角图和前视图。定子4100由两个分别如图6所示结构的相同定子绕组1100A和1100B构成。绕组1100A和1100B交错以形成小型平面定子构造。绕组中的每个都包括20个围绕外周的绕线(标线1101A、1101B)和20个围绕内周的绕线(标线1102A、1102B)，每个弯曲都处于相同方向上。这样，形成上层段1161A和1161B和下层段1162A和1162B。在该图中可以看到末端1103A、1103B、1104A和1104B。分别从结构的几何中心射出的直电流通路1181A和1181B以及分别接近射向结构的几何中心的电流通路1182A和1182B形成40磁极(20个磁极对)绕组。将两个绕组1100A和1100B组合产生空间高效的定子。

在示例性实施例中，如果“d”是定子外径，eps是定子内外径之比(通常在0.45与0.65之间)，并且p是磁极对的数量(例如，在该图所示的示例性实施例中为20)，则电缆宽度接近eps*πd/(2p)。

现在，请注意图12，图12是根据本发明的一些实施例，包括两个图7所示定子绕组结构的40磁极无芯定子的等角图。图12示出包括两个任选地相同的定子绕组1200A和1200B的定子4200，每个定子绕组1200A和1200B都任选地是如图7所示的绕组结构。如该图所示，绕组1200A和1200B以非常高的可用空间利用率组合为小型平面构造。在对该图的研究中可以看出，定子是圆形的并且扁平。(请注意，因为光照，所绘制的表面不象是扁平的，但是在此描述了包括弯曲导电体的各区段(圆周处的弯曲，而非它们之间的弯曲)的扁平面，并且如同本发明的一些实施例中所包括的)。可以注意到，各区段具有的几何形状使有效区段处于绘制接近处于径向取向(为了增强利用率)，而接近圆周连接段的对角线(相对于半径)使绕组在横向偏移了一定计算量，使绕组在横向偏移，从而使得下一个绕组不重叠。

如果该图所示的盘状形状是扁平的，则可以认为获得的结构非常接近实心的基本上扁平圆盘(即，非常短的截断圆筒)。这种结构例如可以被封装在具有截断圆筒型式(宽但是非常短)的盘状外壳内。如果我们将“容纳圆筒”定义为因此可容纳线绕组件的最小圆筒，则从该图可以看出，其大多数体积含有线绕导电体材料。

换句话说，存在的空间浪费非常小：放置图12所示实施例(以及在此提供的其他实施例)所需的大多数空间被导电材料占据。在一些实施例中，线绕组件包括线绕导电体，并且所述线绕导电体的材料占据容纳所述组件的最小圆筒体积的75％以上。这是本技术领域内未知的本发明的实施例的优点。在一些实施例中，如此占据85％以上的体积。在一些实施例中，如此占据90％以上的体积。在一些实施例中，如此占据95％以上的体积。

在一些实施例中，在电机内包括作为定子的图12所示实施例，并且放置该图所示的线绕导电体，以与该电机的转子发出的75％以上(或者作为一种选择，85％以上或者95％以上)的磁通线相切。

这里的图12和其他图所示的线绕组件的结果空间利用率使得能够构造高效电机和小型电机，并且能够在其他环境下实现空间高效(例如，作为诸如蜂窝电话的便携式电子装置的天线)。

在该图所示的示例性实施例中，每个绕组结构被缠绕20次，以形成外周(标线1201A和1201B)并且被缠绕20次以形成内周(标线1202A、1202B)。在图7中清楚地看出，定子4200包括上层段、下层段和末端1203A和1204A以及末端1203B和1204B。接近从定子4200的中心射出的直电流通路1281A和1281B与接近射向结构的中心的电流通路(在此未指出)一起形成40磁极对绕组。

现在，请注意图13，图13是与图6所示的绕组结构相同，但是与其不同之处在于被分割为5个分别独立电连接的并且分别包括8个磁极(四个磁极对)的基本上相等扇区的示例性40磁极定子绕组结构的等角图。(数“5”是示例性的，没有限制性。也可以设想其他数量的磁极和/或者其他数量的扇区。)图13示出与图11所示定子相同但是包括每个分别具有其自己的端子1103－1、1103－2、1103－3、1103－4、1103－5以及1104－1、1104－2、1104－3、1104－4、1104－5的独立扇区4110－1、4110－2、4110－3、4110－4、4110－5的定子4300。每个扇区4110内(例如，4110－1内)的电流开始从端子1103(例如，1103－1)流过通路1181(例如，1181－1)、到达最后扇区通路1182(例如，1182－1)、使得通过段1105(例如，1105－1)闭合、开始返回通路1183(例如，1183－1)并且在端子1104(例如，1104－1)内使通路1184中(例如，1184－1)的回路闭合。这种绕组拓扑使得该装置通过调节串联或者并联区段连接区分电压/电流要求。例如，对于高压低电流应用，可以串联扇区，而对于低压大电流应用，可以并联扇区。

图11－13公开的定子包括一起缠绕的两个单独绕组。这种布置有效，但是要求组合缠绕处理两个独立导电体结构(例如，扁平电缆)，这样可能要求复杂的制造工艺。

使能使用两个能够容易地互相层叠的独立缠绕绕组的变型构造示于图14A和14B中，图14A和14B是根据本发明的一些实施例的定子绕组结构的等角图。在该示例性实施例中，扁平变化宽度柔性电缆在其内圆周中弯曲20次，并且在其外圆周中弯曲20次，但是弯曲处于相反方向上(例如，内周处为顺时针，而外周处为逆时针，反之亦然)。

在图14A中可以看出，由在第一方向上(例如，顺时针)围绕外周弯曲20次并且在第二方向上(例如逆时针)围绕内周弯曲20次的变化宽度电缆型导电体结构缠绕两层40个磁极的圆形绕组4400，产生之字形绕组。在此，所有径向段不位于一层(下层或者上层)中，如图11－13所示，而是从上层向下层偏移，并且再从下层回到上层。段1162(该图中的暗区域)包括两个部分：位于上层中的部分11621和位于下层中的部分11622。段1161包括两个部分：位于下层中的11611和位于上层中的11612。

图14B示出如何可以容易地将图14A所示类型的在此被标注为4400A和4400B的两个相同角位移绕组互相层叠在一起从而构建定子4500。

现在，请注意图15，图15是根据本发明的一些实施例的变化宽度缠绕柔性基底3100的等角图。任选地在相同方向上，基底3100任选地在其内圆周中弯曲20次并且在其外圆周中弯曲20次。(所示的弯曲数量是示例性的，没有限制性)。基底3100、任选地粘合带3105可以用于支持并且固结诸如图7所示定子绕组结构的定子绕组结构以及在此所示的其他物体。基底的弯曲标线3101和3102至少接近与定子结构中的弯曲点重合，其弯曲点示于图7中并且在上面做了讨论。在一些实施例中，粘合面3161和3162用于粘合(或者固定)定子绕组2100。图16示出这种应用的例子，图16是根据本发明的实施例，与图8A所示的结构相同用于保持绕组的结构3100(任选地粘合带3105)。诸如前面的许多附图所示的定子导电体的定子导电体可以被固定在基底3100上，产生刚性结构的定子4500。在一些实施例中，扁平导电体可以与粘合基底组合，以形成粘合剂贴在其扁平侧中的一个上的扁平可弯曲导电体。在一些实施例中，采用自粘接基底。

在一些实施例中，基底3100可以包括或者连接到铁磁材料，例如，铁氧体材料。在一些实施例中，基底3100在其一面上设置有粘合剂而在另一面上设置有铁磁材料。

现在，请注意图17，图17是根据本发明的一些实施例的三相定子绕组结构的等角图。在该示例性实施例中，定子由包括40个实心扁平匝链、在内圆周处弯曲20次并且在外圆周处弯曲20次的回路制成。圆形定子结构5100由40个与刚性段5162(下层)交替的刚性段5161(上层)构成的并且在柔性外周(标记5101)处弯曲20次且在内周处(标记5102)弯曲20次的回路制成。刚性段5161、5162是被封装的和/或者被封入和/或者被铸入并且/或者使其刚性的导电体段。柔性外围段(例如，5120和5102处的)是没有封装材料的短导电体段。

图18A是根据本发明的一些实施例，包括图17公开的绕组结构的40个磁极的三相无芯定子的等角图。图18B示出该结构的前视图和轮廓图。图18A和18B示出由分别如图16所示的两个相同定子绕组5100A和5100B构成的定子5200。从该图可以看出，它们一起形成空间利用率高的小型平面构造。在所示的示例性实施例中，每个段都围绕外周(在被标记为5101A和5101B的柔性段内)缠绕20次并且围绕内周(在被标记为5102A和5102B的柔性段内)缠绕20次。定子5200包括刚性上层段5161A和5161B、刚性下层段5162A和5162B以及末端5103A和5104B以及5103B和5104B。

现在，请注意图19，图19是根据本发明的一些实施例，由围绕中心薄圆盘件缠绕的三个分离导电体制成的40个磁极的三相定子绕组结构(输入和输出未示出)的等角图。

图19示出三个互相分离的导电体2100围绕中心薄圆盘件6110缠绕(40次，在该示例性附图中)，导电体在外周地点2101处和内周地点2102处(每个都标记在该图中)弯曲。任选地，导电体2100可以粘合在中心件6110上。任选地，圆盘件6110可以包括诸如铁氧体的铁氧材料。

现在，请注意图20，根据本发明的一些实施例40个磁极的三相绕组结构(输入和输出未示出)的等角图。该图示出围绕薄中心环6510缠绕从而形成绕组的内圆周并且还围绕薄外环6520缠绕从而形成绕组的外圆周的三个互相分离的导电体2100。在位置2102处可以看到围绕内环4210的缠绕体。(为了清楚起见，该图中仅标出一个这种位置。)在位置2101处可以看到围绕外环4220的缠绕体。(为了清楚起见，该图中仅标出一个这种位置。)

现在，请注意图21A和21B，图21A和21B是根据本发明的一些实施例，适于围绕该结构缠绕定子绕组结构的中心圆盘件的等角图。图21A示出在圆盘面上具有多个梯形径向肋的中心圆盘4300，该肋未到达圆盘的外周。图21B示出具有多个确实位于圆盘外周之间的肋的中心圆盘4400。例如，在图19所示的采用圆盘的定子构造中，可以采用图21A和21B的设计。

图21A和21B都示出具有承载多个肋的内周4310/4410和外周4320/4420的薄圆盘芯，在该图所示的示例性实施例中有120个肋。在圆盘件4300中，梯形肋4330不到达圆盘周并且形成固定宽度直槽4340。在圆盘件4400中，肋4430从内周4410延伸到外周4420，并且形成固定宽度槽4340。这些肋包括：形成直槽(以固定有效导电体段)的梯形段4432以及内周弯曲段4431和外周弯曲段4433，从而固定被动式导电体段。弯曲槽段4431、4433用于引导靠近外周和内周的导电体段。(请注意，该图所示的和上面描述的详细构造型式仅是示例性的，并且不认为是限制性的，设想其他肋型式，并且其他肋型式包括在本发明的范围内。)

现在，请注意图22，图22是根据本发明的一些实施例的40个磁极的三相无芯定子的等角图。该示例性实施例引入了两个图8公开的定子绕组结构和图21A公开的中心圆盘件。在该示例性实施例中，三相定子7100包括三个互相分离的分导电体2100，每个分别围绕中心圆盘件4300缠绕80次，在其外周4320处缠绕40次，在其内周4310处缠绕40次。导电体的有效段2111固定在肋4330之间的槽内。

现在，请注意图23，图23是根据本发明的一些实施例的40个磁极的三相无芯定子的等角图。图23示出封装在实心圆盘结构7510内的图22所示定子7100。(为了清楚地说明定子结构，示出从定子的一部分上卸下的封装装置。)绕组端子2103任选地封装在矩形径向偏置凸出部7503内。

现在，请注意图24，图24是根据本发明的一些实施例的多圆盘无芯定子的等角图。该图所示的实施例包括多个在轴向上互相面对面装接的或者稍许分离装接的并且任选地电连接的定子圆盘(诸如图22和23公开的定子圆盘或者在此公开的其他定子圆盘)。该图所示的多圆盘无芯定子7900包括多个面对面层叠的定子圆盘7500－1、7500－2、7500－3。

现在，请注意图25，图25是根据本发明的一些实施例，采用插在两个永磁转子8100A和8100B之间的无芯定子7500(例如，如图23所公开的无芯定子)的轴向磁通机8000的分解等角图。

现在，请注意图26A和26B，图26A和26B分别是根据本发明的一些实施例的多级模块化轴向磁通机的示例性实施例等角图和截面图。这些示例性实施例包括多个插在多个永磁转子(在该图中可以看到六个)之间的无芯定子(例如，图24所公开的定子和/或者在此所公开的其他定子设计，该图示出六个定子)。从该图可以看出，在此提供的模块化设计要求弯曲平面型式的定子7500，诸如在上面和附图中详细描述的定子。

现在，请注意图27，图27是根据本发明的一些实施例，弯曲导电体的方法的简化流程图。

在步骤300，可以选择要采用的子结构。变型可以包括：支承构件(例如，空心圆盘、一对环等等)、任选地柔性引导件(粘接基底、本身折叠的粘合带等)以及任何其他支承件。作为一种选择，可以不采用子基底。

在步骤310，一个或者多个导电体(任选地具有扁平轮廓)在外周和内周处连续弯曲约180°，形成具有第一和第二接近平面表面的盘状绕组。

在步骤320，任选地，利用封入和/或者封装和/或者嵌装的技术，改善获得的构造。

在任选步骤330，所构造的单元适于作为电机的定子或者作为另一种装置(例如，天线)安装和/或者被安装。

预期在由该申请获得的专利的有效期内，将开发出许多相关定子，并且事先推测术语“定子”的范围意在包括所有这些新技术。

在此使用的术语“约”和“接近”指±10％。

术语“包括”、“包含”、“含盖”、“含有”、“具有”以及它们的变形意味着“包括但并不局限于”。

在本申请中，以范围方式描述了本发明的各种实施例。应当明白，范围方式的描述仅是为了方便和简洁，并且不应当看作是对本发明范围的刚性限制。因此，应当认为范围的描述已经具体公开了所有可能子范围和该范围内的各数值。例如，应当认为诸如从1到6的范围的描述已经具体公开了诸如从1到3、从1到4、从1到5、从2到4、从2到6、从3到6等的子范围以及该范围内的各数值，例如，1、2、3、4、5和6。这均适用，而与范围的宽度无关。

每当在此指出数值范围时，就意味着包括所指范围内列举的任何数值(小数或者整数)。在此互换使用短语“在”第一指示数与第二指示数之间的“范围/幅度”内与“从”第一指示数“到”第二指示数的“范围/幅度”内，并且意味着包括第一指示数和第二指示数以及其间的所有小数和整数。

应当明白，为了简洁起见根据单独实施例描述的本发明的特定特征还可以在单个实施例中以组合方式实现。相反，为了简洁起见根据单个实施例描述的本发明的各种特征还可以分别地或者以任何适当分组合方式实现或者在所描述的本发明的任何其他实施例中适当实现。根据各种实施例描述的特定特征不被看作这些实施例的实质特征，除非没有这些要素，该实施例不工作。

尽管结合本发明的特定实施例描述了本发明，但是显然，对于本技术领域内的技术人员，许多替换、修改和变型显而易见。因此，意在包括落入所附权利要求书的广泛实质范围内的所有这些替换、修改和变型。

通过以如同具体并且分别指出在此通过引用合并每个单独公开、专利或者专利申请书的程度引用到该说明书中，在此完整合并本说明书中提到的所有公开、专利和专利说明书。此外，在本说明书中列举或者确定任何参考文献不能被理解为认可将这些参考文献用作本发明的现有技术。就使用小节标题的范围，不应当认为其是必然限制。

Claims

1.一种线绕组件，该线绕组件包括线绕导电体，所述线绕导电体的材料占据含有所述组件的柱状体积的75％以上。

2.根据权利要求1所述的组件，其被连接用作天线。

3.根据权利要求1所述的组件，其被包括在轴向气隙式电机中。

4.根据权利要求3所述的组件，其中所述绕线导电体被放置为与所述电机的转子处发出的磁通线的75％以上相切。

5.根据权利要求1所述的组件，该组件包括导电元件，该导电元件被周期性地弯曲约180°从而形成外周和内周以及位于所述外周和内周之间的第一和第二平面表面。

6.一种包括平面盘状定子的轴向气隙式电机，该平面盘状定子包括被周期性地弯曲约180°从而形成外周和内周以及位于所述外周和内周之间的第一和第二平面表面。

7.根据权利要求6所述的电机，其中所述导电元件被包括在扁平电缆中，该扁平电缆包括多个位于绝缘套内的导电元件。

8.根据权利要求6所述的电机，该电机包括多个所述导电元件。

9.根据权利要求6所述的电机，其中所述导电元件被成形为宽度比厚度大的扁平导电元件。

10.根据权利要求6所述的电机，其中所述导电元件包括绞合线。

11.根据权利要求6所述的电机，其中所述导电元件包括利兹线。

12.根据权利要求6所述的电机，其中所述导电元件的位于所述外周与所述内周之间的部分具有接近径向的方向。

13.根据权利要求6所述的电机，其中所述导电元件位于所述外周与所述内周之间的部分是固定宽度的。

14.根据权利要求6所述的电机，其中所述导电元件位于所述外周与所述内周之间的部分是变化宽度的。

15.根据权利要求6所述的电机，其中所述导电元件靠近所述外周的部分比所述导电元件靠近所述内周的部分宽。

16.根据权利要求15所述的电机，其中所述导电元件的一部分的宽度与所述部分离开所述定子的几何中心的距离大致成正比。

17.根据权利要求6所述的电机，其中所述导电元件包括多个不同相的独立导电体。

18.根据权利要求6所述的电机，该电机包括多个所述平面定子。

19.根据权利要求18所述的电机，其中所述多个定子为平行地安装。

20.根据权利要求18所述的电机，其中所述多个定子在轴向上离开小于每个定子的厚度的距离。

21.根据权利要求6所述的电机，其中所述内周处的弯曲和所述外周处的弯曲是相同方向。

22.根据权利要求6所述的电机，其中所述内周处的弯曲和所述外周处的弯曲是相反方向。

23.根据权利要求6所述的电机，其中所述弯曲的导电元件包括多个电分离的并且相邻设置的导电体，从而形成多相定子。

24.根据权利要求6所述的电机，该电机包括多个导电元件，该多个导电元件相对彼此角度偏移并且交错。

25.根据权利要求6所述的电机，其中所述弯曲导电元件固定于在内周处和外周处弯曲的基底带上。

26.根据权利要求25所述的电机，其中所述带具有粘合面。

27.根据权利要求25所述的电机，其中所述带包括铁磁材料。

28.根据权利要求6所述的电机，其中所述导电元件具有扁平形状并且和粘合剂衬在所述导电元件的一个扁平侧面上。

29.根据权利要求6所述的电机，其中所述弯曲导电元件包括链条，所述链条含有多个实心扁平子链和位于所述子链之间的柔性导电连接体，所述子链在所述定子的内周处和外周处由所述柔性导电连接体连结。

30.根据权利要求6所述的电机，其中所述导电元件是多个围绕中心圆盘相邻缠绕的电独立的导电体。

31.根据权利要求30所述的电机，其中所述圆盘包括铁磁材料。

32.根据权利要求30所述的电机，其中三个分立但是成组的导电元件作为一个电缆而被连接，所述电缆包括装在公共隔离元件内的三个导电元件。

33.根据权利要求30所述的电机，其中所述导电元件被实现为绞合线和利兹线中的一个。

34.根据权利要求30所述的电机，其中所述中心圆盘包括多个未到达所述圆盘的内周和外周的梯形径向肋。

35.根据权利要求30所述的电机，其中所述圆盘包括多个延伸到其内周和外周的肋。

36.根据权利要求35所述的电机，其中每个所述肋都包括直部分和弯曲部分。

37.根据权利要求6所述的电机，其中围绕：

a)限定所述定子的内周的内环，和

b)限定所述定子的外周的外环

重复缠绕所述导电元件。

38.根据权利要求6所述的电机，其中所述导电元件封装在实心圆盘结构内。

39.根据权利要求6所述的电机，其中所述定子设置在两个永磁转子之间。

40.根据权利要求6所述的电机，进一步包括多个所述平面定子。

41.根据权利要求40所述的电机，进一步包括多个平面转子。

42.一种构造定子的方法，其包括缠绕扁平导电体，在第一位置处和第二位置处周期性地弯曲所述导电体近180°，所述第一位置一起限定绕组的接近圆形的外周，所述第二位置一起限定绕组的接近圆形的内周。

43.根据权利要求42所述的方法，进一步包括围绕圆盘的边缘缠绕所述扁平导电体，从而所述外周围绕所述圆盘的外缘而形成并且所述内周围绕所述圆盘的内缘而形成。

44.根据权利要求42所述的方法，进一步包括围绕内环和外环缠绕所述扁平导电体，从而形成所述内周和所述外周。

45.根据权利要求42所述的方法，其中所述扁平导电体包括或者附着至粘性面。

46.根据权利要求42所述的方法，还包括安装所述绕组，作为轴向气隙式电机的定子。

47.根据权利要求46所述的方法，还包括安装多个所述绕组，所述多个绕组连接作为轴向气隙式电机的定子，并且所述多个绕组互相平行地安装且与多个转子间置。

48.根据权利要求5所述的组件，其中至少所述平面表面中的一些包括梯形区段。

49.根据权利要求5所述的组件，其中至少所述平面表面中的一些包括区段，所述区段的侧面相对于所述绕组的中心呈大致径向的。

50.根据权利要求5所述的组件，其中所述平面表面中的一个上的特定点处的宽度大致为eps*πd/(2p)，其中“d”是所述线绕组件的外径，eps是绕组内外径之比，并且p是磁极对的数量。

51.根据权利要求5所述的组件，其中所述平面表面中的一个上的特定点处的宽度大致为πr/(p)，其中r是所述点离开所述绕组的中心的径向距离，并且p是磁极对的数量。