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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Statorstruktur mit einer Leiterplattewicklung.
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STAND DER TECHNIK
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Der Stator ist ein stationärer Teil des Elektromotors, wobei der Stator im Zusammenhang mit dem Läufer verwendet wird. Der Stator ist üblicherweise durch einen Statoreisenkern, eine Statorwicklung und eine Basis ausgebildet. Die Hauptfunktion des Stators liegt darin, ein Rotationsmagnetfeld zu generieren, während die Hauptfunktion des Läufers darin liegt, ein Drehmoment auszugeben. Das chinesische Patent mit der Anmeldenummer
CN200480009416.4 offenbart eine leiteroptimierte Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, welche hauptsächlich durch einen Läufer und einen Stator ausgebildet ist, und wobei ein im Stator betroffener Radialleiter sich von der Innendurchmesser-Durchgangsbohrung zur Außendurchmesser-Durchgangsbohrung erstreckt. Da der Durchmesser der Durchgangsbohrung viel größer als die Breite des Axialleiters ist, führt es dazu, dass jede Phase der Wicklungen eine kleine Umdrehungsanzahl hat, unter gleicher Leistung bestehen eine niedrige Spannung und ein großer Strom zwischen den Wicklungsphasen, dabei kann die Vorrichtung schwierig in Situationen mit relativ hoher Spannung verwendet werden, dadurch wird der Einsatzbereich des Patents beschränkt. Es ist ein zu lösendes technisches Problem für den Fachmann auf diesem Gebiet, die obigen technischen Probleme zu lösen.
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INHALT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Es ist ein zu lösendes technisches Problem der vorliegenden Erfindung, eine Statorstruktur mit einer Leiterplattewicklung mit hoher Effizienz, einer leichter Wärmeableitung und einen breiten Einsatzbereich zur Verfügung zu stellen, um die obigen Mängel aus dem Stand der Technik zu überwinden.
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Um die obigen technischen Probleme zu lösen, verwendet die vorliegende Erfindung die folgende technische Lösung: eine Statorstruktur mit einer Leiterplattenwicklung, umfassend einen durch mindestens drei Phasen der Wicklungen mit gleicher Struktur ausgebildeten Stator, wobei jede Wicklung ein Paar von Wicklungseinheiten mit gleicher Struktur umfasst, und wobei die Wicklungseinheit eine aus einer Leiterplatte hergestellte obere leitende Schicht und eine aus einer Leiterplatte hergestellte untere leitende Schicht umfasst, und wobei in Umfangsrichtung an der oberen und der unteren leitenden Schicht jeweils mehrere an zugeordneten Positionen befindliche rahmenförmige Drehspulen angeordnet sind, und wobei zwei an zugeordneten Positionen befindliche rahmenförmige Drehspulen einen Drehspulensatz bilden, und wobei die rahmenförmigen Drehspulen mehrere abwechselnd miteinander verbundene Antriebsführungsstangen und Verbindungsführungsstangen umfassen, und wobei die beiden Enden der rahmenförmigen Drehspule jeweils einem inneren Verbindungs-Ende und einem äußeren Verbindungs-Ende entsprechen, und wobei die Antriebsführungsstangen jeweils mit einem Ende auf den Mittelpunkt des Umfangskreises weisen, und wobei die beiden inneren Verbindungs-Enden der an zugeordneten Positionen befindlichen rahmenförmigen Drehspulen jeweils durch einen senkrechten leitenden Stab in Reihe geschaltet sind, und wobei die beiden äußeren Verbindungs-Enden eines benachbarten Drehspulensatzes durch einen ersten in Reihe geschalteten leitenden Stab in Reihe geschaltet sind, und wobei die obere leitende Schicht und die untere leitende Schicht der Wicklungseinheit einen Durchgang bilden, und wobei zwei Wicklungseinheiten jeder Phase der Wicklung jeweils entlang der Aufwärts- und Abwärtsrichtung angeordnet sind, und wobei die beiden äußeren Verbindungs-Enden der beiden Wicklungseinheiten durch einen zweiten in Reihe geschalteten leitenden Stab in Reihe geschaltet sind und somit einen Durchgang bilden; und wobei beim Vorhandensein mehrerer gleichphasiger Wicklungen diese zueinander parallel oder in Reihe geschaltet sind.
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Bevorzugt ist die Breite der Antriebsführungsstange an der rahmenförmigen Drehspule kleiner als die Breite der Verbindungsführungsstange.
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Bevorzugt sind an der oberen leitenden Schicht und der unteren leitenden jeder Wicklungseinheit jeweils drei rahmenförmige Drehspulen angeordnet sind, wobei die drei rahmenförmigen Drehspulen in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind.
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Bevorzugt sind die obere und die untere leitende Schicht jeweils eine Kupferfolienschicht.
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Bevorzugt sind die Verbindungsführungsstangen an der rahmenförmigen Drehspule jeweils eine nach außen gerichtete bogenförmige Struktur.
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Bevorzugt sind die rahmenförmigen Drehspulen jeweils fächerförmig ausgebildet.
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Bevorzugt sind die Drehspulensätze der einzelnen Phasen der Wicklungen entlang der Umfangsrichtung abwechselnd verteilt.
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Wie oben erwähnt hat eine Statorstruktur mit einer Leiterplattewicklung gemäß der vorliegenden Erfindung folgende Vorteile:
- 1) die Wicklung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Struktur der rahmenförmigen Drehspule (Helix-Struktur), deshalb kann eine höhere Windungsanzahl (Umdrehungsanzahl) erhalten werden, was förderlich für Erhöhen der gegenelektromotorischen Kraft und Verringern des Stroms in der Wicklung ist; darüber hinaus wird bei der vorliegenden Erfindung die Windungsanzahl jeder Phase der Wicklungen maximiert, und der Widerstand jeder Phase der Wicklungen wirksam reduziert, durch eine Optimierung des Layouts der rahmenförmigen Drehspule wird der Wirbelstromverlust wirksam verringert;
- 2) die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung hat eine flache Struktur, und die radiale Größe ist größer als die axiale Länge, dadurch kann die Vorrichtung leicht unmittelbar an einem zugeordneten Gerät installiert werden, die Wicklung der vorliegenden Erfindung hat eine gute Zuverlässigkeit und eine gute Konsistenz;
- 3) die vorliegende Erfindung hat ein kleines Gesamtgewicht, eine gute Wärmeableitung und eine gute Haltbarkeit und eignet sich zum Antriebsmotor von vielen Verkehrsmitteln, wie Motor eines Elektrofahrzeugs, eines elektrischen Fahrrades und eines Hubschraubers;
- 4) die vorliegende Erfindung kann in einem Elektromotor oder einer Kraftmaschine verwendet, ohne Verwendung eines Getriebes oder eines mittleren Getriebeelements kann die vorliegende Erfindung ein externes Gerät unmittelbar antreiben oder unmittelbar durch ein externes Gerät geschleppt werden; da das durch die Wicklungen generierte Magnetfeld eine axiale Struktur ist, wird in der radialen Richtung keine Magnetfeldkraft auf das Lager in einem Elektromotor oder einer Generator ausgeübt, dadurch wird die Lebensdauer des Lagers verlängert;
- 5) in der tatsächlichen Anwendung der vorliegenden Erfindung bestehen ein kleiner Widerstand, ein kleines Volumen und ein großes Torsionsmoment, so dass die vorliegende Erfindung eine hohe Effizienz, eine hohe Leistungsdichte und eine hohe Überlastungsenergie.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 zeigt eine schematische Strukturansicht einer in der vorliegenden Erfindung verwendeten Dreiphasenwickelung des Stators.
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2 zeigt eine schematische Strukturansicht gemäß 1 nach Abnehmen einer Phase der Wicklungen.
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3 zeigt eine schematische Strukturansicht gemäß 1 nach Abnehmen von zwei Phasen der Wicklungen.
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4 zeigt eine erste Strukturansicht der Drehspulensatz in der vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht gemäß 4.
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6 zeigt eine zweite Strukturansicht der Drehspulensatz in der vorliegenden Erfindung.
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht gemäß 6.
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8 zeigt eine erste Strukturansicht der rahmenförmigen Drehspule in der vorliegenden Erfindung.
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9 zeigt eine zweite Strukturansicht der rahmenförmigen Drehspule in der vorliegenden Erfindung.
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10 zeigt eine Materialsstrukturansicht der oberen und unteren leitenden Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung.
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11 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Antriebsführungsstange gemäß der vorliegenden Erfindung.
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12 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Antriebsführungsstange gemäß der vorliegenden Erfindung.
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13 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Antriebsführungsstange gemäß der vorliegenden Erfindung.
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14 zeigt eine Explosionsansicht einer ersten Gebrauchsstruktur der vorliegenden Erfindung.
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15 zeigt eine schematische Strukturansicht der vorliegenden Erfindung gemäß 14.
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16 zeigt eine schematische Strukturansicht des Läufers gemäß 14.
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17 zeigt eine Querschnittsansicht gemäß 14 nach der Montage.
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18 zeigt eine Entfaltungsansicht des Stator und des Läufers gemäß 17.
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19 zeigt eine Explosionsansicht einer zweiten Gebrauchsstruktur der vorliegenden Erfindung.
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20 zeigt eine schematische Strukturansicht der vorliegenden Erfindung gemäß 19.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 11
- Signalanschlusspunkt
- 12
- Temperatursensor
- 13
- Luftspalt
- 2
- Wicklung
- 21
- Obere leitende Schicht
- 21
- Untere leitende Schicht
- 211/221
- Rahmenförmige Drehspule
- 2111/2211
- Antriebsführungsstange
- 2112/2212
- Verbindungsführungsstange
- 2113/2213
- Inneres Verbindungs-Ende
- 2114/2214
- Äußeres Verbindungs-Ende
- 23
- Doppelseitige kupferplattierte Platte
- 231
- Kupferfolienschicht
- 232
- Kernplattenschicht
- 24
- Halbaushärtende Platte
- 31
- Senkrechter leitender Stab
- 32
- Erster in Reihen geschalteter leitender Stab
- 33
- Zweiter in Reihen geschalteter leitender Stab
- 331
- Mittlere Führungsstange
- 34
- Parallel geschalteter leitender Stab
- 41
- Innenseitenbogen
- 42
- Außenseitenbogen
- 43/44
- Lineares Segment
- 51
- Außenschale
- 52
- Lager
- 53
- Haltefeder
- 54
- Läufer
- 541
- Starres Tragelement
- 542
- Permanentmagnet
- 55
- Drehwelle
- 551
- Klemmschlitz
- 552
- Verbindungstaste
- 56
- Steuerplatine
- 57
- Signalanschlussgerät
- 58
- Steuerdeckel
- 61
- Drehwelle
- 611
- Hohlraum
- 62
- Haltefeder
- 63
- Läufer
- 64
- Außenschale
- 65
- Permanentmagnet
- 66
- Lager
- 67
- Wellenscheibe
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die in Figuren dargestellten Strukturen, Verhältnisse und Größen etc. dienen jeweils nur dazu, dass eine Person, die mit der Technik vertraut ist, im Zusammenhang mit dem durch die vorliegende Beschreibung offenbarten Inhalt sie kennen und lesen kann, statt dazu dienen, die Beschränkungsbedingungen für die Ausführbarkeit der vorliegenden Erfindung zu beschränken, deshalb verfügen sie über keinen technischen essentiellen Sinn. Alle strukturellen Modifikationen, Änderungen der Verhältnisbeziehungen oder Einstellungen der Größen sollen als vom durch die vorliegende Erfindung offenbarten technischen Inhalt gedeckt angesehen werden, solange sie die durch die vorliegende Erfindung zu erzeugenden Funktionen und die zu erreichenden Ziele nicht beeinflussen. Gleichzeitig dienen die in der vorliegenden Beschreibung verwendeten Worte wie ”oben”, ”unten”, ”vorne”, ”hinten”, ”mitten” etc. ebenfalls nur zum Erleichtern der Erläuterung, statt dazu dienen, den ausführbaren Bereich der vorliegenden Erfindung zu beschränken. Die Änderungen oder Einstellungen der Relativbeziehungen sollen auch als vom ausführbaren Umfang der vorliegenden Erfindung gedeckt angesehen werden, solange sie den technischen Inhalt nicht essentiell andern.
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Wie in 1 bis 13 dargestellt, eine Statorstruktur mit einer Leiterplattenwicklung, umfassend einen mindestens drei Phasen der Wicklungen mit gleicher Struktur ausgebildeten Stator 1, wobei jede Wicklung 2 ein Paar von Wicklungseinheiten mit gleicher Struktur umfasst, und wobei die Wicklungseinheit eine aus einer Leiterplatte hergestellte obere leitende Schicht 21 und eine aus einer Leiterplatte hergestellte untere leitende Schicht 22 umfasst, und wobei in Umfangsrichtung an der oberen und der unteren leitenden Schicht 21, 22 jeweils mehrere an zugeordneten Positionen befindliche rahmenförmige Drehspulen 211,221 angeordnet sind, und wobei zwei an zugeordneten Positionen befindliche rahmenförmige Drehspulen 211,221 einen Drehspulensatz bilden, und wobei die rahmenförmigen Drehspulen 211, 221 mehrere abwechselnd miteinander verbundene Antriebsführungsstangen 2111, 2211 und Verbindungsführungsstangen 2112, 2212 umfassen, und wobei die beiden Enden der rahmenförmigen Drehspule 211, 221 jeweils einem inneren Verbindungs-Ende 2113, 2213 und einem äußeren Verbindungs-Ende 2114, 2214 entsprechen, nämlich sind die rahmenförmigen Drehspulen 211, 221 an der oberen und unteren leitenden Schicht 21, 22 jeweils in Form eines Helixes ausgebildet. Die Antriebsführungsstangen 2111, 2211 weisen jeweils mit einem Ende auf den Mittelpunkt des Umfangskreises weisen, nämlich kann ein Ende der Antriebsführungsstangen 2111, 2211 sowohl auf den Mittenpunkt als auch im Wesentlichen auf den Mittelpunkt weisen, dabei liegt das Ziel darin, dass beim Strömen des Wechselstroms durch die Antriebsführungsstangen 2111, 2211 ein Rotationsmagnetfeld gebildet werden kann. In der vorliegenden Erfindung sind die beiden inneren Verbindungs-Enden 2113, 2213 der an zugeordneten Positionen befindlichen rahmenförmigen Drehspulen 211, 221 an der oberen und unteren leitenden Schicht 21, 22 jeweils durch einen senkrechten leitenden Stab 31 in Reihe geschaltet sind, wobei die beiden äußeren Verbindungs-Enden 2114, 2214 eines benachbarten Drehspulensatzes durch einen ersten in Reihe geschalteten leitenden Stab 32 in Reihe geschaltet sind, und wobei die obere leitende Schicht 21 und die untere leitende Schicht 22 der Wicklungseinheit einen Durchgang bilden, und wobei zwei Wicklungseinheiten jeder Phase der Wicklung 2 jeweils entlang der Aufwärts- und Abwärtsrichtung angeordnet sind, und wobei die beiden äußeren Verbindungs-Enden der beiden Wicklungseinheiten durch einen zweiten in Reihe geschalteten leitenden Stab 33 in Reihe geschaltet sind und somit einen Durchgang bilden, zu diesem Zeitpunkt umfassen die beiden Enden des Durchgangs jeweils ein weder in Reihen geschaltetes noch parallel geschaltetes äußeres Verbindungs-Ende. Beim Vorhandensein mehrerer gleichphasiger Wicklungen 2 sind diese zueinander parallel oder in Reihe geschaltet. Wie in 3 dargestellt, sind bei der Parallelschaltung die äußeren Verbindungs-Enden an beiden Enden eines durch jede Wicklung 2 ausgebildeten Durchgangs jeweils durch einen parallel geschalteten leitenden Stab 34 parallel geschaltet; durch den zweiten in Reihen geschalteten leitenden Stab 33 bilden mehrere Wicklungen derart einen Durchgang aus, dass ihre Kopfabschnitte und Schwanzabschnitte jeweils miteinander verbunden sind. Weiter wird eine Dreiphasenwickelung als Beispiel genommen. Wenn mehrere Sätze von den Dreiphasenwickelungen vorhanden sind und eine Parallelschaltung benötigt ist, sind die Position der gleichphasigen Wicklungen 2 in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung zugeordnet, um es zu erleichtern, dass der parallel geschaltete leitende Stab 34 eine Verbindung dazu durchführt, und die gleichphasigen Wicklungen 2 haben identische Struktur und Verbindungsmethode. Eine Dreiphasenwickelung wird als Beispiel genommen. Die Drehspulensätze der Dreiphasenwickelung sind entlang der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet, d. h. schließen alle zwei Wicklungen unter den Dreiphasenwickelungen räumlich jeweils einen elektrischen Winkel von 120° ein, und die obere und untere leitende Schicht 21, 22 jeder Phase der Wicklungen befinden sich jeweils innerhalb einer gleichen Ebene, um die axiale Länge des Stators 1 weiter zu verringern und somit den Raum wirksam zu benutzen; in der vorliegenden Ausführungsform soll der elektrische Winkel anhand der Phasenanzahl der Wicklungen festgestellt werden, nämlich elektrischer Winkel = 360°/Phasenanzahl der Wicklungen, und das ist in der vorliegenden Ausführungsform nur beispielhaft.
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In der vorliegenden Erfindung sind die gleichphasigen Wicklungen 2 in der axialen Richtung (Aufwärts- und Abwärtsrichtung) jeweils zusammengedrückt, d. h. sind die an zugeordneten Positionen befindlichen leitenden Schichten (alle oberen und unteren leitenden Schichten mit mehreren Wicklungen) jeweils zusammengedrückt.
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Wie in 3 dargestellt, kann an beide Enden des zweiten in Reihen geschalteten leitenden Stabs 33 weiter jeweils eine mittlere Führungsstange 331 angeschlossen sein, wobei die beiden Enden durch die mittlere Führungsstange 331 mit einem einschlägigen äußeren Verbindungs-Ende verbunden sind, um die Positionsbedürfnisse der tatsächlichen Arbeiten zu erfüllen.
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Die an zugeordneten Positionen befindlichen rahmenförmigen Drehspulen 211, 221 im Drehspulensatz gemäß der vorliegenden Erfindung können sowohl eine gleiche Struktur als auch unterschiedliche Strukturen haben, solange sie sich an zugeordneten Positionen befinden und eine umdrehende Form haben. Die rahmenförmigen Drehspulen 211, 221 haben jeweils eine Mehrkreisform, in 4 bis 7 sind zwei Strukturen von zwei zugeordneten rahmenförmigen Drehspulen 211, 221 der oberen und unteren leitenden Schicht 21, 22 dargestellt; wie in 4 und 5 dargestellt, befinden sich die beiden äußeren Verbindungs-Ende 2114, 2214 des ausgebildeten Drehspulensatzes jeweils an der Innenseite; wie in 6 und 7 dargestellt, befindet sich eines unter den beiden äußeren Verbindungs-Enden 2114, 2214 des ausgebildeten Drehspulensatzes an der Innenseite und das andere an der Außenseite, dabei haben die beiden Strukturen ein gleiches Prinzip, nach den tatsächlichen Verdrahtungsbedürfnissen werden sie ausgewählt und verwendet. Das Strukturprinzip des Drehspulensatzes ist wie folgt: siehe 4, die Pfeilrichtung in Figur ist die Stromrichtung, siehe 3, der Strom strömt durch von der rahmenförmigen Drehspule 211 an der oberen leitenden Schicht 21 ein, von dem Außenkreis einer rahmenförmigen Drehspule 211 der oberen leitenden Schicht 21 an strömt der Strom nach außen nach innen nacheinander durch die jeweiligen Antriebsführungsstangen 2111 und Verbindungsführungsstangen 2112, nämlich erfolgt eine Anschaltung in Form eines Helixes von außen nach innen, beim Eintreten ins innere Verbindungs-Ende 2113 des letzten Kreises strömt der Strom durch den senkrechten leitenden Stab 31 ins innere Verbindungs-Ende 2213 der unteren leitenden Schicht 22 ein, jetzt vom Innenkreis der unteren leitenden Schicht 22 strömt der Strom von innen nach außen nacheinander durch die jeweiligen Antriebsführungsstangen 2211 und Verbindungsführungsstangen 2212, dabei erfolgt immer noch eine Anschaltung in Form eines Helixes von innen nach außen. Wenn der Strom durch das äußere Verbindungs-Ende 2214 des letzten Kreises der rahmenförmigen Drehspule 221 der unteren leitenden Schicht 22 strömt, wird der Einströmungs- und Ausströmungsvorgang des Stroms in einem Drehspulensatz abgeschlossen; dann strömt der Strom von dem äußeren Verbindungs-Ende 2214 in einen benachbarten Drehspulensatz ein, nach dem gleichen Prinzip strömt der Strom durch eine Wicklungseinheit; nach der Anschaltung einer Wicklungseinheit strömt der Strom durch einen zweiten in Reihen geschalteten leitenden Stab 33 in eine andere Wicklungseinheit ein, somit strömt der Strom durch eine Wicklung 2, am Ende wird der Einströmungs- und Ausströmungsvorgang des Stroms innerhalb einer Wicklung 2 abgeschlossen.
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In der vorliegenden Erfindung ist die Breite der Antriebsführungsstangen 2111, 2211 an der rahmenförmigen Drehspule 211, 221 der oberen und unteren leitenden Schicht 21, 22 kleiner als die Breite der Verbindungsführungsstangen 2112, 2212. Der Grund liegt darin: den Widerstand der Wicklung 2 zu verringern und somit den Kupferverlust der Wicklung zu reduzieren; darüber hinaus wird es mit einer relativ kleinen Breite der Antriebsführungsstangen ermöglicht, dass die Wicklungen nach der Parallelschaltung eine Auswirkung ähnlich wie Litzendraht erreichen können, was förderlich für die Verringerung des Wirbelstromverlusts der Wicklung ist. Um eine relativ große Windungsanzahl zu erreichen, kann bevorzugt beim Erfüllen der Arbeitsanforderungen und der Anforderungen an die physikalischen Eigenschaften die Breite der Antriebsführungsstangen möglichst klein gestaltet werden. Bevorzugt wird eine rahmenförmige Drehspule 211 als Beispiel genommen, wie in 11 bis 13 dargestellt, bestehen drei spezifische Strukturen, dabei dient der Mittelpunkt des durch die Wicklungen 2 eingeschlossenen Umfangskreises als Ausgangspunkt, die erste Struktur ist wie in 11 dargestellt, in einem durch den Innenseitenbogen 41 und den Außenseitenbogen 42 eingeschlossenen Magnetfeldbereich wird das Magnetfeld auf die Antriebsführungsstange 2111 (der Magnetbereich wird durch Versuche festgestellt), und auf alle Verbindungsführungsstangen 2112 außer der Antriebsführungsstange 2111 wirkt das Magnetfeld nicht. Ein an der Innenseite befindliches Ende der Antriebsführungsstange 2111 ist durch ein lineares Segment 43 mit der Verbindungsführungsstange 2112 verbunden, wobei ein an der Außenseite befindliches Ende durch ein lineares Segment 44 mit der Verbindungsführungsstange 2112 verbunden ist. Die Breiten der beiden linearen Segmente 43, 44 werden jeweils mit d1 und d2 dargestellt, wobei die Breite der Antriebsführungsstange 2111 d3 entspricht. Um den Wirbelstromverlust zu verringern, ist die Breite d3 der Antriebsführungsstange 2111 jeweils kleiner als d1 und d2; um die Windungsanzahl der Spule zu erhöhen, kommen die Breite des linearen Segments 43 an der Innenseite und die Breite der Antriebsführungsstange 2111 näher; um den Widerstand der Wicklung 2 zu reduzieren, ist die Breite der mit dem linearen Segment 43 an der Innenseite verbundenen Verbindungsführungsstange 2112 größer als die Breite d1 des linearen Segments 43 und die Breite der mit dem linearen Segment 44 an der Außenseite verbundenen Verbindungsführungsstange 2112 größer als die Breite d2 des linearen Segments 44. Die zweite Struktur ist wie in 12 dargestellt. Die Antriebsführungsstange 2111 umfasst zwei zueinander parallel ausgerichtete Leiterabschnitte a1 und a2, die Breite von jedem Leiterabschnitt wird minimiert, um den Wirbelstromverlust zu reduzieren, darüber hinaus wird der Widerstand weiter verringert, und es ist förderlich für die Wärmeableitung; in der vorliegenden Ausführungsform wird nur eine mit zwei Leiterabschnitten versehenen Antriebsführungsstange als Beispiel erläutert, bevorzugt kann eine Antriebsführungsstange mit mehr Leiterabschnitten ausgebildet werden. Die dritte Struktur ist wie in 13 dargestellt. Die Antriebsführungsstange 2111 ist in Form eines Zweigs ausgebildet. Von der Innenseite an ist die Antriebsführungsstange 2111 entlang der Längenrichtung zuerst ein Leiterabschnitt b1, dann wird b1 in Leiterabschnitte b2 und b3 aufgeteilt und dann weiter in Leiterabschnitte b4, b5 und b6 aufgeteilt. Die Struktur kann ebenfalls den Wirbelstromverlust und den Widerstand wirksam verringern und ist förderlich für die Wärmeableitung; in der vorliegenden Ausführungsform wird die Antriebsführungsstange nur zweimal abgezweigt, bevorzugt kann das Abzweigen mehrmals durchgeführt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind an der oberen leitenden Schicht 21 und der unteren leitenden Schicht 22 jeder Wicklungseinheit jeweils drei rahmenförmige Drehspulen 211, 221 angeordnet, wie in 3 dargestellt, wobei die drei rahmenförmigen Drehspulen 211, 221 in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind. Siehe 1 bis 3, da die vorliegende Erfindung mehr als drei Phasen der Wicklungen haben kann, sind die rahmenförmigen Drehspulen 211, 221 an jeder Phase der Wicklungen 2 gleichmäßig an ganzem Umfangskreis verteilt, nämlich wenn N Phasen der Wicklungen vorhanden sind, nehmen die rahmenförmigen Drehspulen an jeder Phase der Wicklungen 2 1/N im gesamten Umfangskreis ein, dadurch werden die Einstellungsanforderungen erfüllt, um den Raum zu sparen, so dass die Gesamtstruktur kompakter wird. Die Anzahl der rahmenförmigen Drehspulen an der oberen und unteren leitenden Schicht 21, 22 in der vorliegenden Ausführungsform wird nur zur beispielhaften Erläuterung des Strukturprinzips verwendet, in der tatsächlichen Anwendung wird die Anzahl anhand der spezifischen Anzahl der Motorpole festgestellt. Nach den tatsächlichen Strukturanforderungen sind die Verbindungsführungsstangen 2112, 2212 an der rahmenförmigen Drehspule 211, 221 der oberen und unteren leitenden Schicht 21, 22 jeweils eine nach außen gerichtete bogenförmige Struktur, und die Bogenlänge der Verbindungsführungsstange an der Innenseite ist kleiner als die Bogenlänge der Verbindungsführungsstange an der Außenseite, so dass die rahmenförmigen Drehspulen 211, 221 fächerförmig ausgebildet sind; wie in 8 und 9 dargestellt, wird eine rahmenförmige Drehspule 211 der oberen leitenden Schicht 21 als Beispiel genommen. Wenn die rahmenförmige Drehspule fächerförmig ausgebildet ist, kann beim Anordnen der Dreiphasenwickelungen der Raum im Umfangskreis vollständig verwendet werden. Da in der vorliegenden Ausführungsform die rahmenförmige Drehspule fächerförmig ausgebildet ist, schließen zwei an äußersten Positionen befindliche Antriebsführungsstangen einen Winkel α1 ein, siehe 8. Beim Herstellen der rahmenförmigen Drehspulen soll der tatsächlich durch zwei an äußersten Positionen befindliche Antriebsführungsstangen eingeschlossene Winkel etwas kleiner als α1 sein, so dass benachbarte rahmenförmige Drehspulen einen angemessenen Passspalt, nämlich können die nicht gleichphasigen rahmenförmigen Drehspulen sich ohne Berührung innerhalb einer gleichen horizontalen Ebene befinden; durch Einstellen des Winkels α2 zwischen den jeweiligen mittleren Antriebsführungsstangen und des Winkels α3 zwischen den Antriebsführungsstangen an der Innenseite kann die harmonische Welle im Inneren der Spulenwicklungen optimiert werden, so dass die Wellenform der gegenelektromotorischen Kraft der Wicklung der Sinuswellenform nähst kommt, deshalb eignet sich die Struktur gemäß 8 am besten zu dem Elektromotor. Die Struktur gemäß 9 kann die Amplitude der Wellenform der elektromotorischen Kraft erhöhen, aufgrund dessen eignet die Struktur sich zum Generator.
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Wie in 4, 6, 8 oder 9 dargestellt, ist das Innere der rahmenförmigen Drehspule in der vorliegenden Erfindung hohl ausgebildet, im hohlen Abschnitt besteht keine Leiterstruktur, in der Bedingung, die mechanische Festigkeit sicherzustellen, ist der hohle Abschnitt einerseits förderlich für die Verringerung des Gesamtvolumens und andererseits förderlich für die Wärmeableitung der Wicklung 2.
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Siehe 3 und 10, sind die obere und untere leitende Schicht 21, 22 in der vorliegenden Erfindung jeweils eine Kupferfolienschicht 231. In tatsächlichen Anwendungen sind die obere und untere leitende Schicht 21, 22 zusammengedrückt, beim Zusammendrücken sind zwischen den Kupferfolienschichten 231 eine Kernplattenschicht 232 angeordnet. Nach dem Zusammendrücken bilden die obere und untere leitende Schicht 21, 22 eine Leiterplatte mit doppelten Kupferfolienschichten aus. Beim Vorhandensein von mehreren gleichphasigen Wicklungen sind die an zugeordneten Positionen in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung befindlichen Leiterplatten zusammenzudrücken, am Ende wird ein Stator 1 ausgebildet; beim Zusammendrücken ist jeweils eine halbaushärtende Platte 24 zwischen den Leiterplatten angeordnet. Die Kernplattenschicht 232 und die halbaushärtende Platte 24 können üblicherweise aus Hochtemperatur-Harz-Material (wie duroplastisches Polyimid nach Schlagzähmodifizierung) hergestellt sein, sie verfügen über Hochtemperaturbeständigkeit, Wärmebeständigkeit, geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten, gute mechanische Eigenschaften, ausgezeichnete thermische Stabilität und andere Eigenschaften und dienen zur mechanischen Stützung und elektrischen Isolation in der Leiterplatte. In tatsächlichen Anwendungen wird die Anzahl jeder Phase der Wicklungen nach Bedarf festgestellt, solange es sichergestellt wird, dass die Leiterplatte und die halbaushärtende Platte 24 abwechselnd zusammengedrückt werden. Durch die Versuche wird es bewiesen, dass die Dicke der Kupferfolienschicht 231 einen bevorzugten Bereich zwischen 0,5 Unzen und 2 Unzen hat, innerhalb des Bereichs kann die Leitfähigkeit der Kupferfolienschicht 231 sichergestellt werden, während kein zu hoher Raumbedarf besteht, darüber hinaus wird keine Verschwendung verursacht.
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Wie in 10 dargestellt, ist in der vorliegenden Erfindung die durch die obere und untere leitende Schicht 21, 22 ausgebildete Leiterplatte durch eine doppelseitige kupferplattierte Platte 23 hergestellt. Im Herstellungsprozess erscheinen die Antriebsführungsstangen und die Verbindungsführungsstangen jeweils als Kupferfolien, während der senkrechte leitende Stab 31, der erste in Reihen geschaltete leitende Stab 32, der zweite in Reihen geschaltete leitende Stab 33 und der parallel geschaltete leitende Stab 34 als Durchgangsloch erscheinen. Die Muster auf der Leiterplatte können mit einer automatisierten Design-Software von PCB gezeichnet werden, dann werden Gerber-Dateien (allgemein als Gaber-Datei bezeichnet) hergestellt. In der automatisierten PCB-Design-Software erscheinen die Kupferfolien üblicherweise als Gerade und Kreisbogen, durch Gerade, Kreisbogen und Durchgangslocher werden Gerber-Dateien gezeichnet, anhand der Gerber-Dateien und der für jeden PCB-Prozess bereitgestellten Daten führen die Hersteller der Leiterplatte Ätzen, Bohren, Plattieren, Schneiden, Zusammendrücken und andere Prozesse für die doppelseitige kupferplattierte Platte 23 durch, um eine benötigte Leiterplatte herzustellen, am Ende wird eine Leiterplatte mit der oberen und unteren leitenden Schicht ausgebildet.
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In 14 bis 17 werden spezifische Anwendungen der vorliegenden Erfindung dargestellt, sie sind Elektromotor oder Generator, umfassend: zwei miteinander zusammenwirkende Außenschalen 51, zwei Lager 52, zwei Metallhaltefedern 53, zwei Läufer 54 mit axialem Magnetfeld, einen Stator 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, eine Drehwelle 55, eine elektronische Steuerplatine 56, ein Signalanschlussgerät 57, einen Steuerdeckel 58, mehrere Temperatursensoren 12 und mehrere Verbindungsschrauben. Die beide Läufer 54 befinden sich auf beiden Seiten des Stators 1, im starren Tragelement 541 des Läufers 54 sind Permanentmagneten 542 entlang der Umfangsrichtung verteilt, die Permanentmagneten 542 sind aus permanent magnetischem Material mit einer breiten Hystereseschleife, einer hohen Koerzitivkraft und einem hohen Restmagnetismus (wie Seltenerden-Kobalt-Permanentmagnetmaterial und NdFeB-Permanentmagnetmaterial) hergestellt, das starre Tragelement 541 kann aus magnetischem Material, Magnesiums und Aluminium enthaltendem Leichtlegierung oder Kohlefaser-Verbundmaterial hergestellt sein. Wenn das starre Tragelement 541 aus magnetischem Material hergestellt wird, kann es als Magnetjoch des Permanentmagneten 542 verwendet werden, um eine Schleife der Magnetlinie auszubilden. Die Mittenposition des starren Tragelements 541 ist durch eine Kerbverzahnung mit der Drehwelle 55 gekoppelt und befestigt. Die an der Außenseite des Läufers 54 befindliche Haltefeder 53 ist am Klemmschlitz 551 an der Drehwelle 55 befestigt, um eine axiale Bewegung des Läufers 54 zu verhindern. An der Außenseite der beiden Läufers 54 besteht jeweils ein Lager 52, die Außenkreise der Lager 52 sind jeweils innerhalb der Außenschale 51 auf beiden Seiten befestigt, die Innenkreise der Lager 53 sind jeweils auf die beiden Enden der Welle 55 abgestimmt. Am Stator 1 ist ein auf den Positionierstift an der Außenschale 51 abgestimmtes Positionierloch vorgesehen, um die Montage und die Positionierung des Stators 1 zu erleichtern. Der Steuerdeckel 58 ist mit einer Außenschale 51 verbunden, um die elektronische Steuerplatine 56 zu schützen. Der Temperatursensor 12 ist am Stator 1 installiert, um die Temperatur der jeweiligen Phasen der Wicklungen zu erfassen. Darüber hinaus ist am Stator 1 der vorliegenden Erfindung ein Signalanschlusspunkt 11 vorgesehen, der Signalanschlusspunkt 11 ist mit dem Signalanschlussgerät 57 verbunden, um ein Antriebssignal und ein Steuersignal an die elektronische Steuerplatine 56 zu übertragen, die elektronische Steuerplatine 56 ist mit einer externen Stromversorgung verbunden. In der tatsächlichen Anwendung kann ein Codierer an der Drehwelle 55 installiert sein, wenn eine Positionssteuerung benötigt ist. An der Drehwelle 55 in der vorliegenden Ausführungsform ist eine Verbindungstaste 552 angeordnet, welche dazu verwendet wird, mit einem externen Gerät zu verbinden und somit eine Umwandlung der Energie durchzuführen. Die beiden äußeren Verbindungs-Enden der mehreren Drehspulensätze jeder Phase der Wicklungen in der vorliegenden Ausführungsform sind jeweils derart eingestellt, dass ein Ende sich an der Innenseite und das andere Ende sich an der Außenseite befindet, nämlich die Struktur gemäß 6 und 7. Das an der Innenseite befindliche äußere Verbindungs-Ende von jedem Drehspulensatz wird zur Reihenschaltung mit dem benachbarten Drehspulensatz verwendet, das an der Außenseite befindliche äußere Verbindungs-Ende realisiert von einer Randposition des Stators 1 eine Durchführung nach außen, deshalb befindet sich der Signalanschlusspunkt 11 an einer Randposition des Stators 1.
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Siehe 14, 17 und 18, um auf der Grundlage der obigen Ausführungsformen die magnetische Flussdichte (auch als magnetische Induktionsintensität bezeichnet) des Luftspalts 13 zwischen dem Stator 1 und dem Läufer 54 zu erhöhen, haben die jeweiligen Permanentmagneten 542 eine Halbach-Array-Struktur, nämlich wie in 16 dargestellt, sind die jeweiligen Permanentmagneten 542 radial und tangential in Arrays versetzt einreihend kombiniert, mit der Struktur wird es realisiert, dass das Magnetfeld auf einer Seite sich verstärkt und das Magnet auf anderer Seite sich schwächt. Gemäß 18 kann die Struktur des Halbach-Arrays des Läufers 54 nach räumlichem Entfalten im Umfangskreis herausgelesen werden, der Pfeil in Figur zeigt die Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten 542 an. Wenn eine durch den Permanentmagneten 542 generierte Magnetlinie durch die Dreiphasenwickelungen hindurchgeht, gehen sie durch die Abschnitte der Antriebsführungsstangen 2111, 2211 der Dreiphasenwickelungen hindurch, statt durch die Abschnitte der Verbindungsführungsstangen 2112, 2212, darüber hinaus ist die Magnetlinie senkrecht zu einer Ebene ausgerichtet, auf der die Antriebsführungsstangen 2111, 2211 sich befinden. Nach dem Prinzip der Lorentz-Kräfte entsteht beim Durchströmen des Stroms durch die Antriebsführungsstangen 2111, 2211 eine senkrecht zu den Antriebsführungsstangen 2111, 2211 ausgerichtete Kraft, die Richtung der Kraft kann mit der Regel der linken Hand festgestellt. Wenn der Strom durch alle Wicklungen 2 strömt, wird ein Rotationsmagnetfeld generiert, das Rotationsmagnetfeld wirkt auf den Permanentmagneten 542, um ein Rotationsdrehmoment der elektromagnetischen Kraft auszubilden, so dass der Läufer 54 weiter zur Rotation angetrieben wird, da der Läufer 54 an der Drehwelle. 55 befestigt ist, wird die Drehwelle 55 unter Antrieb des Läufers 54 rotieren, jetzt ist die Einrichtung ein Elektromotor. Wenn die Drehwelle 55 durch ein externes Gerät zur Rotation angetrieben wird, rotiert der an der Drehwelle 55 befestigte Läufer 54 gemeinsam, jetzt wird es durch den Permanentmagnet 542 ermöglicht, dass die Antriebsführungsstangen 2111, 2211 an der Dreiphasenwickelung am Stator 1 eine Bewegung zum Schneiden der Magnetlinie durchführt, darüber hinaus wird eine induktive elektromotorische Kraft in der Wicklung generiert, somit wird ein Strom generiert, jetzt ist die Einrichtung ein Generator.
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19 zeigt eine Querschnittsansicht einer anderen Gebrauchsstruktur der vorliegenden Erfindung, die dargestellt Struktur in Figuren ist eine Vorrichtung des äußeren Läufers, im Zusammenhang mit 20 sind ein Signalanschlusspunkt 11, ein Temperatursensor 12 und andere einschlägige Strukturen am Stator 1 angeordnet. Die Drehwelle 61 und der Stator 1 sind durch ein Verbindungsverfahren wie Kerbverzahnung miteinander befestigt, das linke und rechte Ende des Stators 1 sind jeweils mit einer Haltefeder 62 befestigt, um eine axiale Bewegung zu verhindern, die Läufer 63 auf linker und rechter Seite des Stators 1 sind jeweils durch eine Außenschale 64 und einen Permanentmagneten 65 in der Außenschale 64 ausgebildet. Die beiden Läufer 63 sind jeweils durch ein Lager 66 auf der Drehwelle 61 gestützt, gleichzeitig ist am Außenkreis des Lagers 66 auf der linken Seite eine wellenförmige Scheibe 67 zum Einstellen der axialen Spalts angeordnet. Darüber hinaus sind die beiden Läufer 63 durch Schrauben und andere Verbindungselemente miteinander verbunden; gleichzeitig ist an der Innenseite des Stators 1 ein Loch vorgesehen, der Signalanschlusspunkt 11 befindet sich an der Position des Lochs, so dass die aus dem Loch hinausgeführte Linie unmittelbar mit dem Signalanschlusspunkt 11 verbunden sein kann; im Inneren der Drehwelle 61 ist ein axialer Hohlraum 611 vorgesehen, durch das Loch und den Hohlraum 611 wird das Signal zu einer externen Motorantriebsvorrichtung hinausgeführt. In der vorliegenden Ausführungsform wird hauptsächlich eine Struktur des Drehspulensatzes gemäß 4 und 5 verwendet, die beiden äußeren Verbindungs-Enden 2114, 2214 des Drehspulensatzes befinden sich jeweils an der Innenseite, um somit eine Durchführung von der Innenseite zu realisieren, das ist der Hauptunterschied zwischen der vorliegenden Ausführungsform und den obigen Ausführungsformen.
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Zusammenfassend gesagt, kann eine Statorstruktur mit einer Leiterplattewicklung gemäß der vorliegenden Erfindung im Elektromotor und Generator verwendet werden, sie kann sich zu Umständen mit relativ hoher Spannung eignen und hat einen breiten Einsatzbereich. Aufgrund dessen überwindet die vorliegende Erfindung einige tatsächliche Probleme aus dem Stand der Technik und verfügt somit über einen hohen industriellen Nutzwert und Verwendungssinn.
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Die obigen Ausführungsbeispiele erläutern nur beispielhaft das Prinzip und die Funktionen der vorliegenden Erfindung und beschränken die vorliegende Erfindung nicht. An vielen Aspekten kann die vorliegende Erfindung ohne Abweichung von dem gesamten Gedanken verbessert werden. Jede Person, die mit dieser Technik vertraut ist, kann die obigen Ausführungsformen modifizieren oder ändern, solange sie den Gedanken und Umfang der vorliegenden Erfindung nicht zuwiderlaufen. Deshalb sollen alle äquivalenten Modifikationen oder Änderungen, die durch eine Person auf diesem technischen Gebiet mit einem Menschenverstand ohne Abweichen von dem durch die vorliegende Erfindung offenbarten Gedanken und technischen Inhalt ausgeführt sind, als vom Schutzumfang der Ansprüche der vorliegenden Erfindung gedeckt angesehen werden.
