DE112018000356T5

DE112018000356T5 - System und gerät für eine segmentierte axialfeld-rotationsenergievorrichtung

Info

Publication number: DE112018000356T5
Application number: DE112018000356.6T
Authority: DE
Inventors: Bernhard L. Schuler; Rich Lee; Jorgen Rasmussen
Original assignee: Infinitum Electric Inc
Current assignee: Infinitum Electric Inc
Priority date: 2017-01-11
Filing date: 2018-01-10
Publication date: 2019-09-26
Also published as: US20180198342A1; WO2018132473A1; US10340760B2; EP4007123A1; BR112019014253A2; BR112019013471A2; US10141803B2; GB2576828B; US20240146135A1; CN110235338B; US20180198340A1; WO2018132484A1; BR112019013471B1; US20180198338A1; WO2018132492A1; CA3049983A1; US20180198327A1; US20180198355A1; WO2018132488A1; CN110192329B

Abstract

Eine Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung (31) kann einen Rotor (33) beinhalten, der eine Rotationsachse (35) und einen Magneten (37) umfasst. Außerdem kann ein Stator (141) koaxial zu dem Rotor sein. Außerdem kann ein Stator eine Vielzahl von Statorsegmenten (142) beinhalten, die um die Achse miteinander gekoppelt sind, Jedes Statorsegment kann eine Leiterplatte (PCB) (145) umfassen, die eine PCB-Schicht (147) aufweist, die eine Spule (149) umfasst, Jedes Statorsegment kann ebenfalls nur eine elektrische Phase beinhalten. Der Stator selbst kann eine oder mehrere elektrische Phasen beinhalten.

Description

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der am 11. Januar 2017 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/445,091 , der am 11. Januar 2017 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/445,211 der am 12. Januar 2017 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/445,289 , der am 10. Februar 2017 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/457,696 , der am 22. Dezember 2017 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/609,900 , und der am 8. Januar 2018 eingereichten US-Anmeldung Nr. 15/864,604 ,von denen jede durch Bezugnahme hierin in seiner Gesamtheit aufgenommen ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung und insbesondere ein System, ein Verfahren und ein Gerät für modulare Motoren und Generatoren, die eine oder mehrere Statoren mit Leiterplatte (PCB) aufweisen.
Herkömmlicherweise sind bürstenlose Motoren mit axialem Luftspalt mit geschichteten Scheibenstatoren bekannt, wie zum Beispiel US 5789841 . Dieses Patent offenbart eine Statorwicklung, die Drähte verwendet, die in einer Wellen- oder Wickelausgestaltung miteinander verbunden sind. Derartige Motoren sind verhältnismäßig groß und schwierig herzustellen. Elektrische Axialfeld-Vorrichtungen, die PCB-Statoren verwenden, sind ebenfalls bekannt, wie zum Beispiel US 6411002 , US 7109625 und US 8823241 . Einige dieser Gestaltungen sind jedoch kompliziert, verhältnismäßig teuer und sie sind nicht modular. Daher sind Verbesserungen bei kostengünstigen, Axialfeld-Rotationsenergievorrichtungen weiterhin von Interesse.
Es werden Ausführungsformen eines Systems, eines Verfahrens und eines Geräts für eine Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung offenbart. Eine Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung kann zum Beispiel einen Rotor beinhalten, der eine Rotationsachse und einen Magneten umfasst; und einen Stator, der koaxial zu dem Rotor ist, wobei der Stator eine Vielzahl von Statorsegmenten umfasst, die um die Achse miteinander gekoppelt sind, jedes Statorsegment eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die eine PCB-Schicht aufweist, die eine Spule umfasst, und jedes Statorsegment nur eine elektrische Phase umfasst.
Eine weitere Ausführungsform einer Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung kann einen Rotor beinhalten, der eine Rotationsachse und einen Magneten umfasst; und einen Stator, der koaxial zu dem Rotor ist, wobei der Stator eine Vielzahl von Statorsegmenten umfasst, die um die Achse miteinander gekoppelt sind, jedes Statorsegment eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die eine Vielzahl von PCB-Schichten aufweist, die jeweils eine Spule umfassen, die PCB-Schichten in axialer Richtung voneinander beabstandet sind, jede der PCBs eine gerade Anzahl an PCB-Schichten aufweist, die PCB-Schichten Schichtpaare umfassen, jedes Schichtpaar als zwei PCB-Schichten definiert ist, die mit einer Durchkontaktierung elektrisch miteinander gekoppelt sind, und jedes Schichtpaar über eine weitere Durchkontaktierung mit einem anderen Schichtpaar gekoppelt ist.
Noch eine weitere Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung kann einen Rotor beinhalten, der eine Rotationsachse und einen Magneten umfasst; und einen Stator, der koaxial zu dem Rotor ist, wobei der Stator eine Vielzahl von Statorsegmenten und eine Vielzahl von elektrischen Phasen umfasst, jedes Statorsegment eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die mindestens eine PCB-Schicht mit einer Spule aufweist, und jedes Statorsegment nur eine elektrische Phase umfasst.
Die vorstehenden und anderen Aufgaben und Vorteile dieser Ausführungsformen werden dem Fachmann bei Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich, wenn sie in Zusammenhang mit den angehängten Patentansprüchen und den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden.
Damit die Art und Weise, in der die Merkmale und Vorteile der Ausführungsformen erreicht werden und genauer verstanden werden kann, kann eine genauere Beschreibung durch Bezug auf die Ausführungsformen davon, die in den angehängten Zeichnungen veranschaulicht sind, erhalten werden. Die Zeichnungen veranschaulichen jedoch nur einige Ausführungsformen und sind daher nicht als den Umfang beschränkend zu betrachten, da andere, ebenfalls wirksame Ausführungsformen vorhanden sein können.

1 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform einer Axialfeld-Rotationsenergievorrichtu ng.
2 ist eine seitliche Schnittansicht der Vorrichtung aus 1 entlang der Linie 2-2 aus 1.
3 ist eine isometrische Explosionsansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung aus den 1 und 2.
4 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform eines einphasigen Stators, der eine Leiterplatte (PCB) aufweist.
5 ist eine vergrößerte isometrische Ansicht einer Ausführungsform nur der Spulenschichten eines Stators.
6A ist eine vergrößerte, isometrische Explosionsansicht einer weiteren Ausführungsform nur der Spulenschichten eines Stators.
6B ist eine vergrößerte isometrische Ansicht eines Abschnitts des in 5 gezeigten Stators. 5.
6C ist eine vergrößerte isometrische Explosionsansicht eines Abschnitts des in 5 gezeigten Stators.
6D ist eine vergrößerte isometrische Ansicht eines Abschnitts des in 5 gezeigten Stators.
7 ist eine schematische, teilweise seitliche Explosionsansicht einer Ausführungsform der Leiterbahnen auf den Schichten eines Stators.
8 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform eines mehrphasigen Stators, der eine PCB aufweist.
9 ist eine Draufsicht einer alternativen Ausführungsform der oberen Spulenschicht eines Stators und der Magnete der vertikal benachbarten Rotoren.
10 ist eine vereinfachte Draufsicht einer Ausführungsform einer weiteren Ausführungsform einer Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung.
11 ist eine vereinfachte seitliche Schnittansicht der Vorrichtung aus 10.
12 ist eine vereinfachte isometrische Explosionsansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung aus den 10 und 11.
13 ist eine vereinfachte Draufsicht einer Ausführungsform eines segmentierten Stators.
14 ist eine vereinfachte Draufsicht einer weiteren Ausführungsform eines segmentierten Stators.
15 ist eine vereinfachte Draufsicht einer Ausführungsform von Leiterbahnen für eine PCB.
16 ist eine vereinfachte isometrische Ansicht der Ausführungsform aus 15.
17 ist eine schematische, isometrische Explosionsansicht einer Ausführungsform von Leiterbahnschichten der PCB aus den 15 und 16.
18 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform eines Moduls.
19 ist eine seitliche Schnittansicht des Moduls aus 18 entlang der Linie 19-19 aus 18.
20A ist eine isometrische Explosionsansicht einer Ausführungsform des Moduls aus den 18 und 19.
Die 20B-20H sind isometrische und seitliche Schnittansichten von Ausführungsformen des Moduls aus 20A.
21 ist eine isometrische Explosionsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Moduls.
22 ist eine zusammengesetzte isometrische Ansicht einer Ausführungsform des Moduls aus 21.
Die 23 und 24 sind isometrische Ansichten einer Ausführungsform von gestapelten Modulen mit geöffneten beziehungsweise geschlossenen Verriegelungen.
25 ist eine Innenansicht von oben einer Ausführungsform eines Moduls.
26 ist eine isometrische Explosionsansicht einer Ausführungsform eines Körpers für Module.
27 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform eines PCB-Stators für eine Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung.
28 ist eine vergrößerte Draufsicht eines Abschnitts einer Ausführungsform des PCB-Stators aus 27.
29 ist eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform eines Stators, der angebrachte Sensoren beinhaltet.
30 ist eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform eines Stators, der eingebettete Sensoren beinhaltet.
31 ist eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform einer Anordnung für Statorsegmente.
32 ist eine isometrische Ansicht von der gegenüberliegenden Seite einer Ausführungsform einer Anordnung für Statorsegmente.

Die Verwendung derselben Bezugssymbole in unterschiedlichen Zeichnungen gibt ähnliche oder identische Elemente an.
FIG. Die 1-3 stellen verschiedene Ansichten einer Ausführungsform einer Vorrichtung 31 dar, die eine Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung (AFRED) umfasst. Je nach der Patentanmeldung kann die Vorrichtung 31 einen Motor umfassen, der elektrische Energie in mechanische Leistung umwandelt, oder einen Generator, der mechanische Leistung in elektrische Energie umwandelt.
PLATTEN
Ausführungsformen der Vorrichtung 31 können mindestens ein Rotor 33, der eine Rotationsachse 35 umfasst, und einen Magneten (d. h. mindestens einen Magneten 37) beinhalten. Eine Vielzahl von Magneten 37 ist in der Ausführungsform aus 3 gezeigt. Jeder Magnet 37 kann mindestens einen Magnetpol beinhalten.
Die Vorrichtung 31 kann auch einen Stator 41 beinhalten, der koaxial zu dem Rotor 33 ist. Der Rotor 33 kann auf einer Welle 43 und mit anderer Hardware gekoppelt sein, wie zum Beispiel mit einem oder mehreren der folgenden Elemente: einem Montageplatten-, Befestigungs-, Scheiben-, Lager-, Abstands- oder Ausrichtungselement. Ausführungsformen des Stators 41 können eine einzelne einstückige Platte beinhalten, wie zum Beispiel die in 4 gezeigte Leiterplatte (PCB) 45. Die PCB 45 kann mindestens eine PCB-Schicht 47 beinhalten. Bestimmte hierin beschriebene Ausführungsformen beinhalten zwölf PCB-Schichten 47. Die PCB-Schichten 47 können parallel verlaufen und in axialer Richtung beabstandet sein. Jede PCB-Schicht 47 kann mindestens eine leitende Bahn 49 beinhalten. Jede Leiterbahn 49 ist ein getrenntes leitendes Merkmal, das auf einer gegebenen PCB-Schicht 47 ausgebildet ist. In 4 sind zum Beispiel acht Leiterbahnen 49 gezeigt. Die Leiterbahnen 49 können in einem gewünschten Muster konfiguriert sein, wie zum Beispiel die in 4 veranschaulichten Spulen.
4 stellt eine Ausführungsform einer PCB-Schicht 47 innerhalb einer zwölfschichtigen PCB 45 dar. Die anderen elf PCB-Schichten sind ähnlich, mit den unten mit Bezug auf die nachfolgenden Figuren beschriebenen Unterschieden. Auf der veranschaulichten PCB-Schicht 47 beinhaltet jede Leiterbahn 49 (die eine einzelne Spule bildet) einen ersten Anschluss 51 an der Außenkante der Spule und einen zweiten Anschluss 53 in der Mitte der Spule. Die Leiterbahnen 49 sind unter Verwendung von Durchkontaktierungen 55 mit anderen Leiterbahnen 49 verbunden. Eine erste Gruppe von Durchkontaktierungen 55 ist benachbart zu dem ersten Anschluss 51 an der Außenkante jeder Spule angeordnet und eine zweite Gruppe von Durchkontaktierungen 55 ist benachbart zu dem zweiten Anschluss in der Mitte jeder Spule angeordnet. In dieser Ausführungsform sind die Leiterbahnen 49 auf der veranschaulichten PCB-Schicht 47 nicht direkt mit einer benachbarten Leiterbahn 49 auf dieser veranschaulichten PCB-Schicht 47 verbunden, sondern sind stattdessen jeweils direkt mit einer entsprechenden Leiterbahn 49 auf einer anderen PCB-Schicht 47 verbunden, wie ausführlicher mit Bezug auf 5 und die 6A-6D erläutert.
In dieser Ausführungsform ist jede Leiterbahn 49 von ihrem ersten Anschluss 51 zu ihrem zweiten Anschluss 53 durchgehend und ununterbrochen, und Verbindungen zu einer derartigen Leiterbahn 49 erfolgen nur zu dem ersten und dem zweiten Anschluss 51, 53. Jede Leiterbahn 49 beinhaltet keine weiteren Anschlüsse für elektrische Verbindungen. Anders gesagt kann jede Leiterbahn 49 zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss 51, 53 nahtlos durchgehend mit keinen anderen elektrischen Verbindungen sein, einschließlich keiner anderer Durchkontaktierungen 55. Wie ebenfalls in 4 gezeigt, kann die Breite einer gegebenen Leiterbahn 49 nicht einheitlich sein. Die Breite 171, die einer externen Leiterbahnecke entspricht, kann zum Beispiel größer sein als die Breite 173, die einer inneren Leiterbahnecke entspricht. Die Lücke 175 zwischen benachbarten konzentrischen Leiterbahnabschnitten, die eine einzelne Spule bilden, kann gleich oder anders sein als die Lücke 177 zwischen benachbarten Leiterbahnen (d. h. getrennte Spulen). In einigen Ausführungsformen kann eine gegebene Leiterbahn eine äußere Breite, die benachbart zu einem Außendurchmesser der PCB ist und in einer Ebene verläuft, die senkrecht zu der Achse 35 ist, und eine innere Breite umfassen, die benachbart zu einem Innendurchmesser der PCB ist und in der Ebene verläuft. In einigen Ausführungsformen kann die äußere Breite größer sein als die innere Breite. In einigen Ausführungsformen kann eine gegebene Leiterbahn gegenüberliegende innere und äußere Kanten umfassen, die nicht parallel zueinander verlaufen.
5 stellt eine Ausführungsform einer zwölfschichtigen PCB 45 dar, die die in 4 gezeigte PCB-Schicht 47 enthält. Jede der zwölf PCB-Schichten 47 sind eng beabstandet und bilden ein „Sandwich“ aus den PCB-Schichten 47, die als 47.1-12 markiert sind. Auf der obersten PCB-Schicht 47.1 ist eine erste Leiterbahn 49.11 (hierin auch als „Spule 49.11“ beschrieben) gezeigt, deren erster Anschluss 51.1 mit einem externen Anschluss 61 für die Vorrichtung 31 gekoppelt ist. Auf der untersten PCB-Schicht 47.12 ist eine Leiterbahn 49.128 gezeigt, deren erster Anschluss 51.12 mit einem externen Anschluss 63 für die Vorrichtung 31 gekoppelt ist. In dieser Ausführungsform sind acht Leiterbahnen 49 (Spulen) auf jeder von zwölf PCB-Schichten 47.1-12 vorhanden. Diese Leiterbahnen sind miteinander gekoppelt (wie unten ausführlicher beschrieben), sodass Strom, der in den externen Anschluss 61 fließt, durch die sechsundneunzig Spulen fließt, dann aus dem externen Anschluss 63 heraus fließt (oder umgekehrt in den externen Anschluss 63 hinein und aus dem externen Anschluss 61 heraus fließt). In dieser Ausführungsform ist nur eine Leiterbahn 49 (z. B. Spule 49.11) mit dem externen Anschluss 61 für die Vorrichtung 31 gekoppelt, und nur eine Leiterbahn 49 (z. B. Spule 49.128) ist mit dem externen Anschluss 63 für die Vorrichtung 31 gekoppelt. Bei einem Motor sind beide externen Anschlüsse 61, 63 Eingangsanschlüsse und bei einem Generator sind beide externen Anschlüsse 61, 63 Ausgangsanschlüsse. Wie in dieser Ausführungsform zu erkennen ist, beinhaltet jede PCB-Schicht eine Vielzahl von Spulen, die koplanar sind und winklig und symmetrisch voneinander um die Achse beabstandet sind, und die Spulen in benachbarten PCB-Schichten, relativ zur Achse, sind umfänglich relativ zu der Achse zueinander ausgerichtet, um symmetrische Stapel von Spulen in axialer Richtung zu definieren.
6A ist eine Explosionsansicht eines Abschnitts der in 5 gezeigten zwölfschichtigen PCB 45, die gekennzeichnet ist, um besser zu veranschaulichen, wie die Spulen über Durchkontaktierungen 55, 59 miteinander gekoppelt sind, und um somit besser zu veranschaulichen, wie Strom in den externen Anschluss 61 durch die sechsundneunzig Spulen fließt, dann aus dem externen Anschluss 63 heraus fließt. Es wird davon ausgegangen, dass Eingangsstrom 81.1 in den externen Anschluss 61 fließt. Dieser Strom fließt als Strom 81.2 und 81.3 „spiralförmig“ um die Spule 49.11 herum (auf der PCB-Schicht 47.1) und erreicht den zweiten Anschluss 53 der Spule 49.11. Eine Durchkontaktierung 55.1 koppelt den zweiten Anschluss 53 der Spule 49.11 mit dem zweiten Anschluss der entsprechenden Spule 49.21 auf der PCB-Schicht 47.2 direkt unterhalb der Spule 49.11. Somit fließt der Strom durch die Durchkontaktierung 55.1 als Strom 81.4, fließt dann spiralförmig als Strom 81.5 um die Spule 49.21 herum, bis er den ersten Anschluss 51 für die Spule 49.21 erreicht. Eine Durchkontaktierung 55.2 koppelt den ersten Anschluss 51 der Spule 49.21 mit dem ersten Anschluss der Spule 49.12 auf der PCB-Schicht 47.1, die benachbart zu der ersten Spule 49.11 ist. In dieser Ausführungsform sind die Leiterbahnen 49 auf der ersten PCB-Schicht 47.1 relativ zu denen auf der zweiten PCB-Schicht 47.2 allgemein umgekehrt ausgerichtet (spiegelbildlich ausgebildet), sodass die Durchkontaktierung 55.1 mit beiden „Laschen“ auf dem jeweiligen zweiten Anschluss 53 der Spule 49.11 und 49.21 überlappt, und ebenfalls, sodass die Durchkontaktierung 55.2 mit beiden „Laschen“ auf dem jeweiligen ersten Anschluss 51 der Spulen 49.12 und 49.21 überlappt, wie ausführlicher unten mit Bezug auf die nachfolgenden Figuren beschrieben wird. Somit fließt der Strom als Strom 82.1 durch die Durchkontaktierung 55.2 zu dem ersten Anschluss 51 der Spule 49.12 auf der PCB-Schicht 47.1.
Von diesem Anschluss fließt der Strom durch die Spule 49.12 und 49.22 auf ähnliche Weise wie für die Spule 49,11 und 49.21 beschrieben. Der Strom fließt zum Beispiel um die Spule 49.21 (auf der PCB-Schicht 47.1) herum als Strom 82.2 und 82.3 zu dem zweiten Anschluss 53 der Spule 49.21, fließt durch die Durchkontaktierung 55.3 als Strom 82.4 zu dem zweiten Anschluss 53 der Spule ist 49.22, fließt dann als Strom 82.5 und 82.6 um die Spule 49.22 herum, bis er den ersten Anschluss 51 für die Spule 49.22 erreicht. Wie zuvor koppelt eine Durchkontaktierung 55.4 den ersten Anschluss 51 der Spule 49.22 mit dem ersten Anschluss 51 der Spule 49.13 auf der PCB-Schicht 47.1, die benachbart zu der Spule 49.12 ist. Diese Kopplungskonfiguration wird für alle verbleibenden Leiterbahnen 49 auf den oberen zwei PCB-Schichten 47.1, 47.2 wiederholt und der Strom fließt durch diese verbleibenden Leiterbahnen 49, bis er die letzte Spule 49.28 auf der PCB-Schicht 47.2 erreicht. Der Strom wird, nachdem er bereits durch alle sechzehn Spulen auf den oberen zwei PCB-Schichten 47.1, 47.2 geflossen ist, jetzt zu der nächsten PCB-Schicht 47.3 geleitet. Eine Durchkontaktierung 59.1 koppelt insbesondere den ersten Anschluss 51 der Spule 49.28 mit dem ersten Anschluss der Spule 49.31 auf der PCB-Schicht 47.3, die sich direkt unterhalb der Spulen 49.11 und 49.21 befindet. In dieser Ausführungsform ist nur eine derartige Durchkontaktierung 59 vorhanden, die eine Spule auf der PCB-Schicht 47.2 mit einer Spule auf der PCB-sticht 47.3 koppelt. Umgekehrt sind fünfzehn derartige Durchkontaktierungen 55 vorhanden, die zusammen Spulen auf den PCB-Schichten 47.1, 47.2 koppeln. In dieser Ausführungsform erfolgt eine derartige Kopplung nur an dem ersten und dem zweiten Anschluss 51, 53 der Spulen.
Die Durchkontaktierungen 55 zwischen der dritten und der vierten PCB-Schicht 47.3, 47.4 sind identisch mit denjenigen zwischen der oben beschriebenen ersten und zweiten PCB-Schicht 47.1, 47.2 konfiguriert, und daher müssen die Durchkontaktierungskonfiguration und der entsprechende Stromfluss nicht wiederholt werden. Sie setzt sich nach unten durch die PCB-„Sandwich“-Schicht fort, bis die unterste PCB-Schicht 47.12 erreicht wird (hier nicht gezeigt). Wie oben beschrieben, ist der erste Anschluss 51 für die Leiterbahn (Spule) 49.128 mit dem externen Anschluss 63 gekoppelt. Folglich fließt der Strom, der durch den externen Anschluss 61 nach innen fließt, nachdem er durch alle sechsundneunzig Spulen geflossen ist, durch den externen Anschluss 63 nach außen.
6B ist eine vergrößerte Ansicht einer Gruppe von Durchkontaktierungen 55, die in 5 gezeigt sind. Diese Durchkontaktierungsgruppe ist benachbart zu dem jeweiligen zweiten Anschluss 53 für jede aus einer Gruppe vertikal ausgerichteter Spulen 49.1-12 auf jeder der zwölf PCB-Schichten 47.1-12. Wie oben angeführt, sind die Leiterbahnen 49 auf der zweiten PCB-Schicht 47.2 relativ zu denen auf der ersten PCB-Schicht 47.1 allgemein umgekehrt ausgerichtet (spiegelbildlich ausgebildet), sodass die Durchkontaktierung 55 mit beiden „Laschen“ auf dem jeweiligen zweiten Anschluss 53 dieser vertikal benachbarten Spulen überlappt. Wie in 6B gezeigt, beinhaltet der zweite Anschluss 53.18 auf der Spule 49.18 (erste Schicht, achte Spule) eine Lasche, die sich zur Seite der Leiterbahn hin erstreckt. Spiegelbildlich gesehen beinhaltet der zweite Anschluss 53.28 auf der Spule 49.28 (zweite Schicht, achte Spule) eine Lasche, die sich in die gegenüberliegende Richtung zu der Seite der Leiterbahn erstreckt, sodass diese beiden Laschen überlappen. Eine Durchkontaktierung 55 koppelt diese beiden überlappenden Laschen miteinander. Da die gezeigte Ausführungsform 12 PCB-Schichten 47 beinhaltet, koppelt jede der fünf zusätzlichen Durchkontaktierungen 55 auf ähnliche Weise jeweils die überlappenden Anschlüsse 53.38 und 53.48, die überlappenden Anschlüsse 53.58 und 53.68, die überlappenden Anschlüsse 53.78 und 53.88, die überlappenden Anschlüsse 53.98 und 53.108 und die überlappenden Anschlüsse 53.118 und 53.128.
6C zeigt zwei dieser Durchkontaktierungen 55 in einem explodierten Format. Der Anschluss 53.38 der Spule 49.38 überlappt mit dem Anschluss 53.48 der Spule 49.48 und sie sind über eine erste Durchkontaktierung 55 miteinander gekoppelt. Der Anschluss 53.58 der Spule 49.58 überlappt mit dem Anschluss 53.68 der Spule 49.68 und sie sind über eine zweite Durchkontaktierung 55 miteinander gekoppelt. Wie aus den Figuren deutlich ersichtlich ist, sind diese Paare überlappender Laschen, zusammen mit ihren entsprechenden Durchkontaktierungen 55, in radialer Richtung versetzt, sodass derartige Durchkontaktierungen 55 unter Verwendung von plattierten Durchgangsloch-Kontaktierungen ausgeführt sein können. Alternativ können derartige Durchkontaktierungen 55 als vergrabene Durchkontaktierungen ausgeführt sein, wobei in diesem Fall die Durchkontaktierungen nicht versetzt sein müssen, sondern eher vertikal ausgerichtet sein können.
6D ist eine vergrößerte Ansicht einer Gruppe von Durchkontaktierungen 59, die ebenfalls in 5 gezeigt sind. In dieser Ausführungsform sind diese Durchkontaktierungen 59 in der Lücke zwischen einem spezifischen benachbarten Paar vertikal ausgerichteter Spulen 49 (z. B. zwischen der obersten Schichtspule 49.11 und 49.18) angeordnet, während die Durchkontaktierungen 55 in den anderen Lücken zwischen anderen benachbarten Paaren vertikal ausgerichteter Spulen 49 angeordnet sind. In dieser Figur sind die Durchkontaktierungen 59 als platzierte Durchgangsloch-Durchkontaktierungen gezeigt. Die Durchkontaktierungen 55, 59 überlappen mit beiden „Laschen“ auf dem entsprechenden ersten Anschluss 51 der entsprechenden Spulen. Die Durchkontaktierungen 55 koppeln horizontal benachbarte Spulen auf vertikal benachbarten Schichten, während die Durchkontaktierungen 59 horizontal ausgerichtete Spulen auf vertikal benachbarten Schichten koppeln, beide wie in 6A gezeigt. In dieser Ausführungsform sind nur fünf Durchkontaktierungen 59 gezeigt, da der erste Anschluss 51 auf der obersten Spule 49.11 mit dem externen Anschluss 61 gekoppelt ist und der erste Anschluss 51 der Spule 49.128 auf der untersten PCB-Schicht 47.12 mit dem externen Anschluss 63 gekoppelt ist, sodass nur 10 PCB-Schichten (47.2-11) verbleiben, die Spulen aufweisen, deren jeweilige erste Anschlüsse 51 miteinander paarweise gekoppelt sind. Die innerste Durchkontaktierung 59.5 koppelt zum Beispiel eine jeweilige Spule auf der PCB-Schicht 47.10 mit einer jeweiligen Spule auf der PCB-Schicht 47.11.
In verschiedenen Ausführungsformen kann jede Leiterbahn 49 elektrisch mit einer anderen Leiterbahn 49 mit mindestens einer Durchkontaktierung 55 gekoppelt sein. In dem Beispiel aus 6A weist jede PCB-Schicht 47 acht Leiterbahnen 49 und nur eine Durchkontaktierung 55 zwischen den Leiterbahnen 49 auf. In einigen Ausführungsformen ist jede Leiterbahn 49 elektrisch mit einer anderen Leiterbahn 49 gekoppelt. Zwei Leiterbahnen 49 definieren zusammen ein Leiterbahnpaar 57. In 7 sind zwölf PCB-Schichten 47.1-12 vorhanden und es sind sechs Leiterbahnpaare 57.1-6 vorhanden.
Jedes Leiterbahnpaar 57 kann elektrisch mit einem anderen Leiterbahnpaar 57 mit mindestens einer Durchkontaktierung 59 (z. B. wie zum Beispiel nur eine Durchkontaktierung 59) gekoppelt sein. In einigen Versionen können sich die Leiterbahnen 49 (z. B. Spulen) in jedem Leiterbahnpaar 57 (z. B. Spulenpaar) auf verschiedenen PCB-Schichten 47 befinden, wie in 6A gezeigt. In anderen Versionen können die Leiterbahnen 49 in jedem Leiterbahnpaar 57 jedoch koplanar sein und sich auf derselben PCB-Schicht 47 befinden.
In einigen Ausführungsformen sind mindestens zwei der Leiterbahnen 49 (z. B. Spulen) elektrisch in Reihe gekoppelt. In anderen Versionen sind mindestens zwei der Leiterbahnen 49 (z. B. Spulen) elektrisch parallel gekoppelt. In noch anderen Versionen sind mindestens zwei der Leiterbahnen 49 elektrisch parallel gekoppelt und mindestens zwei andere Leiterbahnen 49 sind elektrisch in Reihe gekoppelt.
Ausführungsformen der Vorrichtung 31 können mindestens zwei der elektrisch parallel gekoppelten Leiterbahnpaare 57 beinhalten. In anderen Versionen sind mindestens zwei der Leiterbahnpaare 57 elektrisch in Reihe gekoppelt. In noch anderen Versionen sind mindestens zwei der Leiterbahnpaare 57 elektrisch parallel gekoppelt und mindestens zwei andere Leiterbahnpaare 57 sind elektrisch in Reihe gekoppelt.
Wie in den 4 und 6 dargestellt, umfasst jede PCB-Schicht 47 (nur die oberste PCB-Schicht 47 ist in den Draufsichten gezeigt) einen Oberflächenbereich der PCB-Schicht (LSA), der der gesamte Oberflächenbereich (TSA) der gesamten (oberen) Fläche der PCB 45 ist. Der TSA beinhaltet nicht die Löcher in der PCB 45, wie zum Beispiel das Mittelloch und die Montagelöcher, die veranschaulicht sind. Die eine oder die mehreren Leiterbahnen 49 (acht in 4 gezeigte Spulen) auf der PCB-Schicht 47 können einen Spulenoberflächenbereich (CSA) umfassen. Der CSA beinhaltet die gesamten Fußabdrücke der Spulen (d. h. innerhalb ihrer Umfänge), nicht nur ihren „Kupferoberflächenbereich“. Der CSA kann in einem Bereich von mindestens etwa 50 % des Oberflächenbereichs der PCB-Schicht liegen, wie zum Beispiel mindestens etwa 55 %, mindestens etwa 60 %, mindestens etwa 65 %, mindestens etwa 70 %, mindestens etwa 75 %, mindestens etwa 80 %, mindestens etwa 85 %, mindestens etwa 90 %, mindestens etwa 95 %, mindestens etwa 97 % oder sogar mindestens etwa 99 % des Oberflächenbereichs der PCB-Schicht. In anderen Ausführungsformen kann der Spulenoberflächenbereich nicht größer sein als 99 % des Oberflächenbereichs der PCB-Schicht, wie zum Beispiel nicht größer als etwa 95 %, nicht größer als etwa 90 %, nicht größer als etwa 85 %, nicht größer als etwa 80 %, nicht größer als etwa 75 % oder sogar nicht größer als etwa 70 % des Oberflächenbereichs der PCB-Schicht. In anderen Ausführungsformen kann der Spulenoberflächenbereich in einem Bereich zwischen beliebigen dieser Werte liegen.
Der CSA kann auch mit Bezug auf beliebige Sensoren oder Schaltungen (wie z. B. IOT-Elemente) auf oder in der PCB berechnet werden. Die IOT-Elemente können auf nicht mehr als 50 % des TSA begrenzt sein. Außerdem können die IOT-Elemente innerhalb des CSA eingebettet oder in mindestens einem Teil des TSA, das nicht in dem CSA enthalten ist, eingebettet sein.
Der gesamte Bereich jeder Leiterbahn, der eine Spule bildet (d. h. der die leitenden Bahnen beinhaltet, aber nicht notwendigerweise der Räume zwischen den leitenden Bahnen beinhalten kann) kann als Spulenoberflächenbereich betrachtet werden. Es wird angenommen, dass die Leistung der Vorrichtung 31 mit einem steigenden aggregierten Spulenoberflächenbereich relativ zu dem darunterliegenden Oberflächenbereich der PCB-Schicht, auf dem die Spule(n) ausgebildet ist, verbessert wird.
In einigen Ausführungsformen (4) kann die Vorrichtung 31 einen Stator 41 umfassen, der eine einzelne elektrische Phase umfasst. Versionen des Stators 41 können aus einer einzelnen elektrischen Phase bestehen. Jede PCB-Schicht 47 kann eine Vielzahl von Spulen umfassen, die koplanar symmetrisch um die Achse 35 herum beabstandet sind (2 und 3). In einem Beispiel besteht jede Spule aus einer einzelnen elektrischen Phase,
8 stellt einer Ausführungsform der Stators 41 dar, der mindestens zwei elektrische Phasen umfasst (z. B. die drei gezeigten Phasen). Jede PCB-Schicht 47 kann eine Vielzahl von Spulen (wie zum Beispiel die Leiterbahnen 49) beinhalten, wie für jede elektrische Phase gezeigt. 8 veranschaulicht zum Beispiel Spulen, die den drei Phasen A, B und C entsprechen. Die Spulen für jede elektrische Phase A, B, C können innerhalb jeder PCB-Schicht 47 gegeneinander winkelversetzt mit Bezug auf die Achse 35 sein (2 und 3) sein, um eine gewünschte Phasenverschiebung zwischen den elektrischen Phasen A, B, C zu definieren. In 6 sind neun Leiterbahnen 49 auf jeder PCB-Schicht 47 vorhanden. Da die Ausführungsform des Stators 41 in 8 drei Phasen ist, ist jede Leiterbahn 49 in Phase A 120 elektrische Grade von den anderen Leiterbahnen 49 für Phase A beabstandet und 40 elektrische Grade von den benachbarten Leiterbahnen 49 für die Phasen B und C beabstandet. Die Leiterbahnen 49 für Phase B (relativ zu den Phasen A und C) und für Phase C (relativ zu den Phasen A und B) sind gleichermaßen beabstandet.
In einigen Ausführungsformen kann jede Spule (z. B. Leiterbahn 49) aus einer einzelnen elektrischen Phase bestehen. Alternativ können die Spulen konfiguriert sein, um den Stator 41 mit zwei oder mehr elektrischen Phasen (z. B. den drei in 8 gezeigten Phasen) zu aktivieren.
Das Beispiel aus 9 ist eine vereinfachte Ansicht von nur einigen inneren Komponenten einer Ausführungsform der Vorrichtung 31. Jeder der Magnete 37 kann eine radiale Magnetkante oder ein radiales Magnetelement 67 beinhalten (hierin auch als „radiale Magnetkante 67“ bezeichnet) und jede der Leiterbahnen 49 kann eine radiale Leiterbahnkante oder ein radiales Leiterbahnelement 69 beinhaltet (hierin auch als „radiale Spulenkante 69“ bezeichnet). Die Magnete 37 sind Teil des Rotors 33 (2) und drehen sich um die Achse 35 mit Bezug auf den feststehenden Stator 41. Wenn radiale Kantenabschnitte der Magnete 37 und der Leiterbahnen 49 sich während des Betriebs der Vorrichtung 31 relativ zu der Achse drehend ausrichten, können mindestens Abschnitte der radialen Elemente 67, 69 relativ zueinander schräg (d. h. nicht parallel) angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen, wenn radiale Kantenabschnitte der Magnete und der Spulen sich relativ zu der Achse drehend ausrichten, sind die radialen Magnetkanten und die radialen Spulenkanten nicht parallel und sind winklig schräg relativ zueinander angeordnet. 9 veranschaulicht eine Drehposition der Magnete 37, für die ein radialer Kantenabschnitt des Magneten 37 (d. h. die radiale Magnetkante 69 nähert sich der Ecke des Magneten 37 an) sich mit einem radialen Kantenabschnitt der Spule 49 drehend ausrichtet und die die Schrägstellung zwischen der radialen Magnetkante 69 und der radialen Spulenkante 67 veranschaulicht. In einer Version können die radialen Elemente 67, 69 vordere radiale Kanten oder hintere radiale Kanten der Magnete 37 und der Leiterbahnen 49 sein. In einem anderen Beispiel können die radialen Magnet- und Leiterbahnkanten oder -elemente 67, 69 wie gezeigt linear verlaufen und die Abschnitte der radiale Magnet- und Leiterbahnelemente 67, 69 sind nicht parallel, wenn die Magnete 37 und die Leiterbahnen 49 sich in axialer Richtung drehend ausrichten.
In einigen Ausführungsformen können die radialen Magnetelemente 67 winklig schräg relativ zu den radialen Leiterbahnelementen 69 verlaufen, und die winklige Schrägstellung kann größer sein als 0 Grad, zum Beispiel größer als 0,1 Grad, mindestens etwa 1 Grad, mindestens etwa 2 Grad, mindestens etwa 3 Grad, mindestens etwa 4 Grad oder sogar mindestens etwa 5 Grad. In anderen Versionen kann die winklige Schrägstellung nicht größer als etwa 90 Grad sein, wie zum Beispiel nicht größer als etwa 60 Grad, nicht größer als etwa 45 Grad, nicht größer als etwa 30 Grad, nicht größer als etwa 25 Grad, nicht größer als etwa 15 Grad, nicht größer als etwa 10 Grad oder sogar nicht größer als etwa 5 Grad. Alternativ kann die winklige Schrägstellung in einem Bereich zwischen beliebigen dieser Werte liegen.
In einer alternativen Ausführungsform können mindestens Abschnitte der radialen Elemente 67, 69 während der Drehausrichtung parallel zueinander verlaufen.
II. SEGMENTE
Einige Ausführungsform einer Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung können auf eine ähnliche Art und Weise wie der für die Vorrichtung 31 beschriebenen konfiguriert sein, einschließlich der Montagehardware, außer dass der Stator etwas unterschiedlich konfiguriert sein kann. Die 10-12 stellen beispielsweise eine vereinfachte Version einer Vorrichtung 131 mit nur einigen Elementen für ein leichteres Verständnis dar. Die Vorrichtung 131 kann einen Stator 141 beinhalten, der koaxial zu einem Rotor 133 ist. Optional kann jeder Rotor 133 einen oder mehrere Schlitze oder Nuten 136 (10) beinhalten, die sich dadurch erstrecken. In einigen Versionen sind die Nuten 136 winklig mit Bezug auf die Achse 135 (12) angeordnet und verlaufen daher nicht nur vertikal. Die Winkel der Nuten 136 können bei konstanten Neigungen bereitgestellt sein und können einen Kühlluftstrom innerhalb der Vorrichtung 131 ermöglichen. Die Nuten 136 können einen Luftstrom ermöglichen, der durch und/oder um die Rotoren 133 herum gezogen oder gedrückt wird und die Statoren 141 wirksam kühlen. Zusätzliche Nuten können in Rotor-Distanzstücken bereitgestellt sein, wie zum Beispiel ein Rotor-Distanzstück 143 (12), insbesondere in Ausführungsformen, die eine Vielzahl von Statorsegmenten aufweisen, und insbesondere in Ausführungsformen, die einen Innendurchmesser R-INT der Statoranordnung (14) ungeachtet des Außendurchmessers R-EXT aufweist.
Statt eine Einzelplatten-PCB 45, wie für den Stator 41 beschrieben, kann der Stator 141 eine Vielzahl von Statorsegmenten 142 beinhalten, von denen jedes eine getrennte PCB 145 sein kann. Die Statorsegmente 142 können miteinander gekoppelt sein, zum Beispiel mechanisch und elektrisch miteinander gekoppelt. Jedes Statorsegment 142 kann eine Leiterplatte (PCB) beinhalten, die eine oder mehrere PCB-Schichten 147 aufweist (13), wie hierin an anderer Stellte beschrieben. In einem Beispiel kann jede PCB 145 eine gerade Anzahl von PCB-Schichten 147 aufweisen. In einer alternativen Ausführungsform kann jede PCB 145 eine ungerade Anzahl von PCB-Schichten 147 aufweisen.
Ausführungsformen der Statorsegmente 142 können nur eine elektrische Phase umfassen oder ihr entsprechen. Außerdem kann der Stator 141 der Vorrichtung 131 aus nur einer elektrischen Phase bestehen oder ihr entsprechen. In anderen Versionen kann der Stator 141 eine Vielzahl von elektrischen Phasen umfassen oder ihr entsprechen. Wie in 13 gezeigt, beinhaltet jedes Statorsegment 142 mindestens eine PCB-Schicht 147, die mindestens eine leitende Bahn 149 aufweist, wie zum Beispiel die veranschaulichte Spule. In einigen Versionen (14), kann jedes Statorsegment 142 mindestens eine PCB-Schicht 147 aufweisen, die eine Vielzahl von Leiterbahnen 149 (z. B. Spulen) aufweist, die koplanar sind und winklig voneinander relativ zu der Achse 135 beabstandet sind (11 und 12). In einem Beispiel kann jede Leiterbahn 149 eine einzelne elektrische Phase umfassen. In einer anderen Version kann jedes Statorsegment 142 eine Vielzahl von PCB-Schichten 147 beinhalten, von denen jede konfiguriert sein kann, um nur einer elektrischen Phase zu entsprechen. In einigen Versionen kann jede PCB-Schicht 147 auf jedem Statorsegment 142 eine Vielzahl von axial koplanaren Leiterbahnen 149 beinhalten, die konfiguriert sind, um nur einer elektrischen Phase zu entsprechen.
In einigen Ausführungsformen (13) kann jede PCB-Schicht 147 mindestens eine radiale Leiterbahn 150 beinhalten, die sich von etwa einem Innendurchmesser (ID) der PCB 145 zu etwa einem Außendurchmesser (OD) der PCB 145 erstreckt. In einem Beispiel kann jede PCB-Schicht 147 eine Leiterbahn 149 beinhalten, die von einem äußersten Leiterbahnabschnitt 152 zu einem innersten konzentrischen Leiterbahnabschnitt 154 durchgehend ist. Die Leiterbahnen 149 können radiale Leiterbahnen 150 beinhalten, die lineare Seiten und abgeschrägte Ecken 156 aufweisen. Die linearen Seiten der radialen Leiterbahnen können verjüngt sein, wobei sie eine sich vergrößernde Leiterbahnbreite mit sich vergrößerndem radialem Abstand aufweisen. Leiterbahnen an der Innenendwindung 146 und Leiterbahnen an der Außenendwindung 148 erstrecken sich zwischen den radialen Leiterbahnen 150, um eine konzentrische Spule zu bilden.
Hinsichtlich der verjüngten Leiterbahnen und Spulen können die Verjüngungen die Menge an leitendem Material (z. B. Kupfer) verbessern, die in einem PCB-Stator beinhaltet sein können. Da viele Motoren und Generatoren eine runde Form umfassen, können die Spulen allgemein kreisförmig sein und um insgesamt zusammen auf einen Stator zu passen, können die Umfänge der Spulen leicht tortenstückförmig oder dreieckig sein. In einigen Versionen können die Spulen eine gleiche Breite in einer Ebene senkrecht zu der Achse aufweisen und in anderen Versionen können die Spulen verjüngt sein, um die Dichten des Leiters (z. B. Kupfer) der Spulen zu erhöhen. Das Verbessern der Kupferdichte kann von beträchtlichem Wert sein, um den elektrischen Widerstand, I²R-Verluste und Wärmeerzeugung zu verringern und die Fähigkeit zu erhöhen, einen höheren elektrischen Strom zu übertragen, um eine Maschine mit höherer Effizienz bereitzustellen.
In einer anderen Version kann jede PCB-Schicht 147 nur lineare Leiterbahnen 149 beinhalten (15-17). Lineare Leiterbahnen 149 können von einer äußersten Leiterbahn 152 zu einer konzentrischen innersten Leiterbahn 154 durchgehend sein. In einem Beispiel ist keine Leiterbahn 149 der PCB-Schichten 147 nichtlinear. Ausführungsformen der nur linearen Leiterbahnen 149 können jedoch Windungen beinhalten, wie zum Beispiel gerundete Ecken oder abgeschrägte Ecken. Wie hierin verwendet, beinhaltet eine „Windung“ einen Leiterbahnabschnitt, der eine radiale Leiterbahn mit einer Wicklungsendspur verbindet. In anderen Ausführungsformen kann die PCB-Schicht 147 eine oder mehrere nichtlineare, wie zum Beispiel gekrümmte Leiterbahnen beinhalten.
Wie hierin angegeben, kann die PCB 145 eine Vielzahl von PCB-Schichten 147 beinhalten, die in axialer Richtung voneinander beabstandet sind. Die PCB-Schichten 147 können Schichtpaare 157 umfassen (17; siehe Paare 157.1 bis 157.4). Jedes Schichtpaar 157 kann als zwei PCB-Schichten definiert sein, die elektrisch miteinander gekoppelt sind. In einer Version ist mindestens eine der PCB-Schichten 147 elektrisch mit einer anderen PCB-Schicht 147 in Reihe oder parallel gekoppelt. In einer anderen Version ist mindestens ein Schichtpaar 157 elektrisch mit einem anderen Schichtpaar 157 in Reihe oder parallel gekoppelt. In einer Ausführungsform umfasst mindestens eines der Schichtpaare 157 zwei PCB-Schichten 147.6 und 147.7, die axial benachbart zueinander sind. In einer anderen Ausführungsform umfasst mindestens eines der Schichtpaare 157 zwei PCB-Schichten 147.1 und 147.3, die nicht axial benachbart zueinander sind. Ebenso kann mindestens eines der Schichtpaare 157 axial benachbart zu dem Schichtpaar 157 sein, mit dem mindestens eines der Schichtpaare elektrisch gekoppelt ist. Umgekehrt kann mindestens eines der Schichtpaare 157 nicht axial benachbart zu dem Schichtpaar 157 sein, mit dem mindestens eines der Schichtpaare 157 elektrisch gekoppelt ist.
Ausführungsformen der PCB-Schichten 147 können mindestens eine Schichtgruppe 181 beinhalten (17). Die Schichtgruppe 181 kann zum Beispiel eine erste Schicht 147.1, eine zweite Schicht 147.2, eine dritte Schicht 147.3 und eine vierte Schicht 147.4 beinhalten. In einigen Versionen kann eine erste Durchkontaktierung 159 die erste Schicht 147.1 mit der dritten Schicht 147.3 koppeln, eine zweite Durchkontaktierung 155 kann die dritte Schicht 147.3 mit der zweiten Schicht 147.2 koppeln und eine dritte Durchkontaktierung 159 kann die zweite Schicht 147.2 mit der vierten Schicht 147.4 koppeln. In einem Beispiel sind die erste, zweite und dritte Durchkontaktierung 159, 155, 159 die einzigen Durchkontaktierungen, die die Schichtgruppe 181 miteinander koppeln. In diesen Beispielen sind die zwei direkt axial benachbarten PCB-Schichten 147.1 und 147.2 nicht direkt elektrisch miteinander gekoppelt. In 17 koppelt jede der Durchkontaktierungen 159 ein Paar nicht benachbarter PCB-Schichten 147, während die PCB-Zwischenschicht 147 umgangen wird (d. h. kein Kontakt hergestellt wird). Die Durchkontaktierung 159.1 koppelt zum Beispiel die PCB-Schicht 147.1 mit der PCB-Schicht 147.3 und stellt keinen Kontakt mit der PCB-Schicht 147.2 her. Umgekehrt koppelt jede der Durchkontaktierungen 155 ein Paar benachbarter PCB-Schichten 147. Die Durchkontaktierung 155.2 koppelt zum Beispiel die PCB-Schicht 147.2 mit der PCB-Schicht 147.3. Jede Durchkontaktierung 155, 159, die zusammen ein jeweiliges Paar von PCB-Schichten koppelt, bildet ein entsprechendes Schichtpaar 157. Das Schichtpaar 157.1 beinhaltet zum Beispiel die PCB-Schicht 147.1 und die PCB-Schicht 147.3. Das Schichtpaar 157.2 beinhaltet die PCB-Schicht 147.2 und die PCB-Schicht 147.3. Das Schichtpaar 157.3 beinhaltet die PCB-Schicht 147.2 und die PCB-Schicht 147.4. Das Schichtpaar 157.4 beinhaltet die PCB-Schicht 147.4 und die PCB-Schicht 147.5. Das Schichtpaar 157.5 beinhaltet die PCB-Schicht 147.5 und die PCB-Schicht 147.7. Das Schichtpaar 157.6 beinhaltet die PCB-Schicht 147.6 und die PCB-Schicht 147.7. Das Schichtpaar 157.7 beinhaltet die PCB-Schicht 147.6 und die PCB-Schicht 147.8.
In 17 ist jede Durchkontaktierung mit einem stumpfen Ende und einem spitzen Ende dargestellt. Diese Form soll keine strukturellen Unterschiede zwischen den beiden Enden jeder Durchkontaktierung implizieren, sondern soll stattdessen eine kohärente Angabe der Richtung des Stromflusses durch jede Durchkontaktierung bereitstellen. Da jede Durchkontaktierung auch als sich nur so weit wie nötig vertikal erstreckend dargestellt ist, um das entsprechende Paar von PCB-Schichten 147 zu koppeln, kann in bestimmten Ausführungsformen jede Durchkontaktierung außerdem als plattierte Durchgangsloch-Kontaktierung ausgeführt sein, die sich durch die gesamte PCB erstreckt (siehe z. B. Durchkontaktierungen 59 in 6D). Jede dieser plattierten Durchgangsloch-Kontaktierungen kann Kontakt mit einer beliebigen PCB-Schicht 147 herstellen, die eine Leiterbahn 149 aufweist, die eine derartige Durchkontaktierung überlappt. In der in 17 gezeigten Ausführungsform überlappt eine gegebene Durchgangsloch-Kontaktierung und stellt eine Verbindung her mit nur zwei PCB-Schichten 147, während die Leiterbahnen 149 aller verbleibenden PCB-Schichten 147 nicht die gegebene Durchkontaktierung überlappen und nicht mit der gegebenen Durchkontaktierung verbunden sind. Alternativ können einige Ausführungsformen vergrabene Durchkontaktierungen beinhalten, die sich vertikal nur zwischen den entsprechenden zu verbindenden PCB-Schichten 147 erstrecken.
III. MODULE
Die 18, 19, 20A-20H offenbaren Ausführungsformen eines Moduls 201 für eine oder mehrere Axialfeld-Rotationsenergievorrichtungen 231. Die Vorrichtung(en) 231 kann/können beliebige der hierin offenbarten Ausführungsformen von Axialfeld-Rotationsenergievorrichtungen umfassen. In den in diesen Figuren gezeigten Ausführungsformen beinhaltet das Modul 201 ein Gehäuse 203, das eine Seitenwand 211 aufweist, drei Statoren (als PCB-Statorplatte 245 gezeigt) und vier Rotoranordnungen 242, 244. Jede Rotoranordnung 244 ist vertikal zwischen zwei Statoren 245 angeordnet und beinhaltet ein Paar identischer Rotorplatten 236 und eine Gruppe von Rotor-Permanentmagneten 237. Jede Rotorplatte 236 beinhaltet eine Gruppe vertiefter Einkerbungen, um jeden der Rotormagneten 237 zu positionieren, und die zwei Rotorplatten 236 sind aneinander befestigt, um jede der Gruppen von Rotormagneten zwischen den gegenüberliegenden oberen und unteren Rotorplatten 236 sandwichartig anzuordnen. Jede Rotoranordnung 242 ist vertikal zwischen einem Stator 245 und einem Gehäuse 203 angeordnet und beinhaltet eine Drehmomentplatte 233, eine Rotorplatte 234 und eine Gruppe von Rotor-Permanentmagneten 237.
Der vertikale Abstand zwischen zwei Rotoranordnungen (z. B. 242, 244) wird durch Distanzstücke (z. B. 262, 263) aufrechterhalten, die sich von einer Rotoranordnung zu der benachbarten Rotoranordnung durch ein Loch in der Stator-Zwischenplatte 245 erstrecken. Der Rotorabstand entspricht der Dicke der Statorplatte 245 und dem gewünschten Luftspaltabstand (zum Beispiel oberhalb und/oder unterhalb) der Statorplatte 245. Jedes Rotor-Distanzstück kann den Luftspalt zwischen der Rotoranordnung und dem Stator definieren (und kann auch die Höhe 215 der Seitenwandschlitze definieren, wie oben genannt). Jedes Rotor-Distanzstück ist zwischen zwei Rotoranordnungen positioniert. Das Rotor-Distanzstück 262 ist zum Beispiel zwischen der obersten Rotoranordnung 242 und der benachbarten inneren Rotoranordnung 244 positioniert (und ebenso für die unterste Rotoranordnung 242). Jedes Rotor-Distanzstück 263 ist zwischen benachbarten inneren Rotoranordnungen 244 positioniert. Wie hier dargestellt, kann ein derartiges Rotor-Distanzstück 263 aufgrund von mechanischen Unterschieden in der oberen und unteren Rotoranordnung 242 relativ zu den inneren Rotoranordnungen 244 eine andere Dicke aufweisen als das Rotor-Distanzstück 262, um denselben Luftspaltabstand zwischen allen Rotoren und Statoren zu definieren. Die Verwendung der Rotor-Distanzstücke 262, 263 ermöglicht das Stapeln mehrerer Rotoren (z. B Rotoranordnungen 242, 244), was eine bedeutende Flexibilität bei der Konfiguration des Moduls 201 bereitstellt.
Ausführungsformen des Gehäuses 203 können eine Seitenwand 211 beinhalten ( 20A-20H und 21). Die Seitenwand 211 kann konfiguriert sein, um den Stator (z. B. Statorplatte 245) in einer gewünschten Winkelausrichtung mit Bezug auf die Achse 235 auszurichten. Bei Anwendungen, die eine Vielzahl von Statoren 245 beinhalten, kann die Seitenwand 211 eine Vielzahl von Seitenwandsegmenten 212 umfassen. Die Seitenwandsegmente 212 können konfiguriert sein, um die Vielzahl von Statoren 245 bei gewünschten elektrischen Phasenwinkeln (siehe z. B. 20C und 25) für das Modul 201 relativ zu der Achse winkelversetzt anzuordnen. In einem Beispiel kann die Seitenwand 211 eine radiale Innenfläche beinhalten, die einen oder mehrere darin ausgebildete Schlitze 214 aufweist. Jeder Schlitz 214 kann konfiguriert sein, um die Außenkante des Stators 245 aufzunehmen und zu halten, um die gewünschte Winkelausrichtung des Stators 245 mit Bezug auf die Achse 235 aufrechtzuerhalten. In der in den 20A-20H gezeigten Ausführungsform beinhaltet jede Seitenwand 211 drei Schlitze 214, die zwischen zusammenpassenden Paaren von Seitenwandsegmenten 212 ausgebildet sind. In einigen Ausführungsformen sind die oberen und unteren Seitenwandsegmente 212 eines derartigen zusammenfassenden Paares identisch und können daher austauschbar verwendet werden, aber in anderen betrachteten Ausführungsformen können die oberen und unteren Seitenwandsegmente 212 aufgrund von Unterschieden durch asymmetrische Schlitze 214 bei der Befestigungslochpositionierung oder anderen Aspekten unterschiedlich sein.
Zusätzlich zu dem Bereitstellen des Winkelversatzes der Statoren 245, wie oben beschrieben, können die Schlitze 214 konfiguriert sein, um die Außenkante jedes Stators 245 an vorgeschriebenen axialen Positionen mit Bezug auf andere Statoren 41 axial, wie zum Beispiel vertikal, zu positionieren. Da die Rotor-Distanzstücke 262, 263 den axialen Abstand zwischen jedem Stator 245 (in seiner innersten Ausdehnung) und der entsprechenden Rotoranordnung (z. B. 242, 244 in den 20A, 20B und 20D) auf jeder axialen Seite (z. B. oberhalb und unterhalb) jedes Stators 245 bestimmen, dient die Kombination der Seitenwandschlitze 214 (d. h. die Höhe 215 derartiger Schlitze 214) und der Rotor-Distanzstücke 262, 263 dazu, einen genauen Luftspaltabstand zwischen den Statoren 245 und den Rotoranordnungen 242, 244 aufrechtzuerhalten. In anderen Ausführungsformen, die einen einzelnen Stator 245 aufweisen, kann jedes Seitenwandsegment 212 konfiguriert sein, um einen Seitenwandschlitz 214 bereitzustellen. Die Gruppe von Seitenwandsegmenten 212 stellt zusammen zahlreiche Schlitze 214 bereit (z. B. acht derartiger Schlitze 214), die radial um das Modul 201 herum beabstandet sind. Derartige Seitenwandschlitze 214 können insgesamt so betrachtet werden, dass sie den Luftspaltabstand zwischen dem Stator und dem benachbarten Rotor ermöglichen.
Versionen des Moduls 201 können ein Gehäuse 203 beinhalten, das mechanische Merkmale aufweist (z. B. Keilwellen 209 in 21), die konfiguriert sind, um das Gehäuse 203 mit einem zweiten Gehäuse 203 eines zweiten Moduls 201 mechanisch zu koppeln. Außerdem kann das Gehäuse 203 mit elektrischen Elementen (z. B. den elektrischen Verbinderkupplungen 204 in den 21 und 22) konfiguriert sein, um das Gehäuse 203 mit dem zweiten Gehäuse 203 elektrisch zu koppeln. In einem Beispiel ist das Modul 201 luftgekühlt und ist nicht flüssigkeitsgekühlt. In anderen Versionen können flüssigkeitsgekühlte Ausführungsformen verwendet werden.
In einigen Beispielen kann das Modul 201 konfiguriert sein, um mit dem zweiten Modul 201 mit einer Zwischenstruktur, wie zum Beispiel einem Rahmen 205 (21-22), indirekt gekoppelt zu sein. Das Modul 201 kann konfiguriert sein, um direkt mit dem Rahmen 205 gekoppelt zu sein, sodass das Modul 201 konfiguriert ist, um je nach Anwendung indirekt mit dem zweiten Modul 201 mit anderen Komponenten gekoppelt zu sein. In einem weiteren Beispiel kann das Modul 201 konfiguriert sein, um ohne Rahmen, Gestell oder sonstige Zwischenstruktur direkt mit dem zweiten Modul 201 gekoppelt zu sein.
In einigen Ausführungsformen können mindestens ein Rotor 233, mindestens ein Magnet 237 und mindestens ein Stator 241, der mindestens eine PCB 245 mit mindestens einer PCB-Schicht 147 aufweist, die mindestens eine Leiterbahn 149 aufweist, innerhalb des Gehäuses 203 und von ihm umgeben angeordnet sein.
In einigen Versionen besteht jedes Modul 201 aus einer einzelnen elektrischen Phase, In anderen Versionen umfasst jedes Modul 201 eine Vielzahl von elektrischen Phasen. Beispiele jedes Moduls 201 können eine Vielzahl von PCB-Platten 245 beinhalten (20A-20H). Jede PCB-Platte 245 kann eine einzelne elektrische Phase oder eine Vielzahl von elektrischen Phasen umfassen. Die PCB-Platten können einteilige Platten sein oder können Statorsegmente umfassen, wie an anderer Stelle hierin beschrieben.
In einer Version können das Modul 201 und das zweite Modul 201 als miteinander identisch konfiguriert sein. In einer anderen Version können das Modul 201 und das zweite Modul 201 sich unterscheiden. Das Modul 201 kann sich zum Beispiel durch mindestens eine der folgenden Variablen von dem zweiten Modul 201 unterscheiden: Eingangs- oder Ausgangsleistung, Anzahl der Rotoren 233, Anzahl der Magnete 237, Anzahl der Statoren 41 (siehe vorhergehende Zeichnungen), Anzahl der PCBs 245, Anzahl der PCB-Schichten 47 (siehe vorhergehende Zeichnungen), Anzahl der Leiterbahnen 49 (siehe vorhergehende Zeichnungen) und Winkelausrichtung mit Bezug auf die Achse 235. In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere dieser Variablen zum Beispiel verändert werden, um Unterschiede bei der Leistungseffizienz, dem Drehmoment, den erreichbaren Umdrehungen pro Minute (U/min) zu erreichen, sodass verschiedene Module 201 verwendet werden können, um den Betrieb in Abhängigkeit von der Last oder anderen gewünschten Betriebsparametern besser anzupassen.
Einige Ausführungsformen des Moduls 201 können mindestens eine Verriegelung 207 beinhalten (23 und 24), die konfiguriert ist, um die Module mechanisch aneinander zu befestigen. 23 stellt Module dar, die mit den geöffneten Verriegelungen 207 verschachtelt angeordnet sind, und 24 stellt Module dar, die mit den geschlossenen Verriegelungen 207 verschachtelt angeordnet sind. In einem Beispiel können die Verriegelungen 207 symmetrisch mit Bezug auf die Achse 235 angeordnet sein. In einer anderen Version kann ein oberes Modul (nicht gezeigt) konfiguriert sein, um axial oben auf einem anderen Modul angeordnet zu sein, und das obere Modul kann sich strukturell von dem zweiten Modul unterscheiden. Das obere Modul 201 kann zum Beispiel Verriegelungen 207 nur auf seiner Unterseite beinhalten und derartige Verriegelungen 207 auf seiner Oberseite weglassen. Als weiteres Beispiel kann die Welle 209 sich von dem unteren Modul 201, aber nicht von dem oberen Modul 201 erstrecken.
Wie in den 21-24 gezeigt, kann das Modul 201 eine Keilwelle 209 beinhalten. Das Modul 201 kann an der Keilwelle montiert sein, die konfiguriert sein kann, um mechanisch mit einem anderen Modul 201 gekoppelt zu sein.
Einige Ausführungsformen können ferner einen Körper 213 umfassen (26) (hierin auch als „Umhüllung“ bezeichnet). Der Körper 213 kann konfiguriert sein, um eine Vielzahl der Module 201 innerhalb des Körpers 213 zu enthalten und sie koaxial zu montieren. In dem veranschaulichten Beispiel umfasst der Körper 213 zwei Hälften, die mit Befestigungsmitteln miteinander gekoppelt sind. Bei Versionen, in denen jedes Modul 201 eine einzelne elektrische Phase umfasst, kann der Körper 213 konfiguriert sein, um die Module 201 in einem gewünschten elektrischen Phasenwinkel mit Bezug auf die Achse 235 zu halten. Bei Versionen, in denen der Körper 213 eine Vielzahl elektrischer Phasen umfasst, kann der Körper 213 konfiguriert sein, um die Module 201 in gewünschten elektrischen Phasenwinkeln mit Bezug auf die Achse 235 zu halten.
In anderen Versionen kann eine Vielzahl von Körpern 213 vorhanden sein. Jeder Körper 213 kann mechanische Merkmale beinhalten, wie zum Beispiel Kupplungsstrukturen, die konfiguriert sind, um jeden Körper 213 mit mindestens einem anderen Körper 213 mechanisch zu koppeln, und elektrische Elemente, die konfiguriert sind, um jeden Körper 213 mit mindestens einem anderen Körper 213 elektrisch zu koppeln. Jeder Körper 213 kann konfiguriert sein, um direkt oder indirekt mit mindestens einem anderen Körper 213 gekoppelt zu werden.
In einigen Ausführungsformen von Generatoren kann ein Körper (oder mehr als ein miteinander gekoppelter Körper) eine Anzahl von elektrischen Phasen beinhalten (wie zum Beispiel etwa 4 bis 99; z. B. mindestens 10, 11, 12, 13, 14, 15 oder mehr) elektrische Phasen der Wechselstromabgabe. Daher kann die Wechselstromabgabe wie eine gleichstromartige Ausgangswelligkeit fungieren, ohne dass sie gleichgerichtet ist oder eine Leistungsumwandlung erfordert. In anderen Versionen kann eine derartige Wechselstromabgabe gleichgerichtet sein.
Es werden ebenfalls Ausführungsformen eines Systems zum Bereitstellen von Energie offenbart. Das System kann zum Beispiel eine Vielzahl von Modulen 201 beinhalten, die Axialfeld-Rotationsenergievorrichtungen umfassen. Die Module 201 können austauschbar miteinander verbunden sein, um das System für eine gewünschte Leistungsabgabe zu konfigurieren. Jedes Modul kann basierend auf beliebigen der hierin beschriebenen Ausführungsformen konfiguriert sein. Das System kann einen Generator oder einen Motor umfassen. Ausführungsformen des Systems können mindestens zwei der Module 201 beinhalten, die unterschiedlich konfiguriert sind. Die Module 201 können sich zum Beispiel durch mindestens eine der folgenden Variablen voneinander unterscheiden: Eingangs- oder Ausgangsleistung, Anzahl der Rotoren, Anzahl der Magnete, Anzahl der Statoren, Anzahl der PCBs, Anzahl der PCB-Schichten, Anzahl der Spulen und Winkelausrichtung mit Bezug auf die Achse.
Es werden ebenfalls Ausführungsformen eines Verfahrens zum Reparieren einer Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung offenbart. Das Verfahren kann zum Beispiel die folgenden Schritte beinhalten: Bereitstellen eines Körpers 213, der eine Vielzahl von Modulen 201 aufweist. Jedes Modul 201 kann wie für beliebige der hierin beschriebenen Ausführungsformen beschrieben konfiguriert sein. Das Verfahren kann auch das mechanische und elektrische Koppeln der Module 201 beinhalten, sodass die Module 201 koaxial verlaufen; Betreiben der Axialfeld-Energievorrichtung; Erkennen eines Problems mit einem der Module 201 und Stoppen des Betriebs der Axialfeld-Energievorrichtung; Öffnen des Körpers 213 und Lösen das problematischen Moduls 201 von allen anderen Modulen 201, an denen das problematische Modul 201 befestigt ist; Installieren eines Ersatzmoduls 201 in dem Körper 213 anstelle des problematischen Moduls 201 und Befestigen des Ersatzmoduls 201 an den anderen Modulen 201, an denen das problematische Modul 201 befestigt war; und dann erneutes Betreiben der Axialfeld-Energievorrichtung.
Andere Ausführungsformen des Verfahrens beinhalten das winklige Ausrichten der Module an mindestens einem gewünschten elektrischen Phasenwinkel mit Bezug auf die Achse. In einer anderen Version kann das Verfahren das Bereitstellen einer Vielzahl von Körpern 213 und das mechanische und elektrische Koppeln der Körper 213 beinhalten.
Noch andere Ausführungsformen eines Verfahrens zum Betreiben einer Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung können das Bereitstellen einer Umhüllung, die eine Vielzahl von Modulen aufweist, beinhalten, wobei jedes Modul ein Gehäuse, Rotoren, die drehbar an dem Gehäuse montiert sind, umfasst, jeder Rotor eine Achse und einen Magneten umfasst, Statoren, die an dem Gehäuse koaxial mit den Rotoren montiert sind, wobei jeder Stator eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die eine Spule aufweist, jeder Stator aus einer einzelnen elektrischen Phase besteht und ausgewählte Statoren in gewünschten Phasenwinkeln mit Bezug auf die Achse eingestellt sind; mechanisches und elektrisches Koppeln der Module, sodass die Module innerhalb der Umhüllung koaxial verlaufen; und dann Betreiben der Axialfeld-Energievorrichtung. Anders gesagt kann das Einstellen der einzelnen Phasenstatoren im selben Phasenwinkel eine einphasige Maschine bilden und das Einstellen der Einzelphasenstatoren auf variierende Phasenwinkel kann eine mehrphasige Maschine (oder mit mehr als 2 Phasen) bilden.
Optional können die Umhüllung und jedes Modul eine einzelne elektrische Phase umfassen, und das Verfahren kann das winklige Ausrichten der Module in einem gewünschten elektrischen Phasenwinkel mit Bezug auf die Achse umfassen. Das Verfahren kann die Umhüllung mit einer Vielzahl elektrischer Phasen, wobei jedes Modul eine einzelne elektrische Phase umfasst, und das winklige Ausrichten der Module in gewünschten elektrischen Phasenwinkeln mit Bezug auf die Achse beinhalten. Die Umhüllung und jedes Modul können eine Vielzahl elektrischer Phasen und das winklige Fehlausrichten der Module in gewünschten elektrischen Phasenwinkeln mit Bezug auf die Achse beinhalten.
Einige Versionen des Verfahrens können das Bereitstellen einer Vielzahl von Körpern beinhalten und das Verfahren umfasst ferner das mechanische und elektrische Koppeln der Körper, um ein integriertes System zu bilden. Jedes Modul kann eine Vielzahl von Statoren beinhalten, die mit Bezug auf die Achse winklig in gewünschten elektrischen Phasenwinkeln gegeneinander winkelversetzt sind. In einem Beispiel besteht jeder Stator aus nur einer PCB. In anderen Beispielen umfasst jeder Stator zwei oder mehrere PCBs, die miteinander gekoppelt sind, um jeden Stator zu bilden. In noch einer anderen Version kann die Umhüllung eine Anzahl elektrischer Phasen der Wechselstrom-(AC-)Abgabe aufweisen, die im Wesentlichen mit einer sauberen, Gleichstrom-(DC-)ähnlichen Welligkeit ohne Leistungsumwandlung übereinstimmt, wie hierin beschrieben.
In anderen Versionen kann ein Verfahren zum Reparieren einer Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung das Bereitstellen einer Vielzahl von Körpern beinhalten, die miteinander gekoppelt sind, wobei jede Umhüllung eine Vielzahl von Modulen aufweist, wobei jedes Modul ein Gehäuse, umfasst, wobei ein Rotor drehbar an dem Gehäuse montiert ist, der Rotor eine Achse und einen Magneten umfasst, ein Stator koaxial mit dem Rotor an dem Gehäuse montiert ist und der Stator eine Leiterplatte (PCB) umfasst; mechanisches und elektrisches Koppeln der Module; Betreiben der Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung; Erkennen eines Problems mit einem ersten Modul in einer ersten Umhüllung und Stoppen des Betriebs der Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung; Öffnen der ersten Umhüllung und Demontieren des ersten Moduls aus der ersten Umhüllung und beliebiger anderer Module, an denen das erste Modul befestigt ist; Installieren eines zweiten Moduls in der ersten Umhüllung anstelle des ersten Moduls und Befestigen des zweiten Moduls an dem beliebigen anderen Modul, an dem das erste Modul befestigt war; und dann erneutes Betreiben der Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung.
Ausführungsformen jedes Moduls können nur eine Ausrichtung innerhalb der Umhüllung aufweisen, sodass jedes Modul auf einzigartige Weise relativ zu der Umhüllung installiert oder deinstalliert werden kann. Der Zweck derartiger Gestaltungen besteht darin, dass die Person, die an dem System arbeitet, neue Module nicht wieder in einer falschen Position in einem bestehenden System installieren kann. Es kann nur in eine Ausrichtung erfolgen. Das Verfahren kann erfolgen, während der Betrieb der AFRED unterbrochen ist, und eine Behandlung des ersten Moduls findet statt, ohne ein anderes Modul zu unterbrechen und ohne ein anderes Modul zu verändern oder zu beeinflussen.
27 stellt eine weitere Ausführungsform eines PCB-Stators 311 für eine Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung dar, wie zum Beispiel die hierin offenbarten. Der PCB-Stator 311 umfasst ein Substrat, das eine oder mehrere Leiterbahnen 313 aufweist, die elektrisch leitend sind. In der gezeigten Version umfasst der PCB-Stator 311 acht Spulen von Leiterbahnen 313. Außerdem kann der PCB-Stator 311 mehr als eine Schicht von Leiterbahnen 313 umfassen. Die Leiterbahnen 313 auf jeder Schicht verlaufen koplanar mit der Schicht. Außerdem sind die Leiterbahnen 313 um eine Mittelachse 315 auf dem PCB-Stator angeordnet.
28 ist eine vergrößerte Draufsicht eines Abschnitts des PCB-Stators aus 27. In der gezeigten Ausführungsform umfasst jede Leiterbahn 313 radiale Abschnitte 317 (relativ zur Achse 315) und Endwindungen 319, die sich zwischen den radialen Abschnitten 317 erstrecken. Jede Leiterbahn 313 kann mit einem Schlitz 321 getrennt sein. In einigen Versionen umfassen nur radiale Abschnitt 317 Schlitze 321. Die Schlitze 321 können helfen, Wirbelstromverluste während des Betriebs zu verringern. Wirbelströme wirken dem magnetischen Feld während des Betriebs entgegen. Das Verringern von Wirbelströmen vergrößert die Magnetstärke und erhöht die Effizienz des Systems. Im Gegensatz dazu können breite Leiterbahnen den Aufbau von Wirbelströmen ermöglichen. Die Schlitze in den Leiterbahnen 313 können die Möglichkeit verringern, dass sich Wirbelströme bilden. Die Schlitze können den Strom dazu zwingen, effektiver durch die Leiterbahnen 313 zu fließen.
Die Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung kann eine „smarte Maschine“ umfassen, die eine oder mehrere darin integrierte Sensoren beinhaltet. In einigen Ausführungsformen kann ein derartiger Sensor konfiguriert sein, um Daten betreffend den Betrieb der Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung zu überwachen, zu erkennen oder zu erzeugen. In bestimmten Ausführungsformen können die Betriebsdaten mindestens eines aus Leistungs-, Temperatur-, Drehzahl-, Rotorpositions- oder Vibrationsdaten beinhalten.
Versionen der Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung können eine integrierte Maschine umfassen, die eine oder mehrere darin integrierte Steuerschaltungen beinhaltet. Andere Versionen der Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung können eine vollständig integrierte Maschine umfassen, die eine oder mehrere Sensoren und eine oder mehrere darin integrierte Steuerschaltungen beinhaltet. Ein oder mehrere Sensoren und/oder Steuerschaltungen können zum Beispiel in der PCB integriert sein und/oder in dem Gehäuse integriert sein. Für Motorausführungsformen können diese Steuerschaltungen verwendet werden, um die Maschine zu steuern oder anzutreiben. In einigen Motorausführungsformen kann eine derartige Steuerschaltung zum Beispiel einen Eingang beinhalten, der gekoppelt ist, um eine externe Leistungsquelle aufzunehmen, und kann ebenfalls einen Ausgang beinhalten, der gekoppelt ist, um einen Strom bereitzustellen, der durch eine oder mehrere Statorspulen fließt. In einigen Ausführungsformen ist die Steuerschaltung konfiguriert, um ein Drehmoment und/oder Drehmomentbefehle an die Maschine zu liefern. In einigen Generatorausführungsformen kann eine derartige Steuerschaltung einen Eingang beinhalten, der gekoppelt ist, um den Strom aufzunehmen, der durch die Spule fließt, und kann ebenfalls einen Ausgang beinhalten, der gekoppelt ist, um eine externe Leistungsquelle zu erzeugen.
Ein oder mehrere Sensoren und/oder Steuerschaltungen können zum Beispiel in dem PCB-Stator 311 integriert sein. 29 zeigt einen anderen beispielhaften Stator 340, der integrierte Sensoren (z. B. 342, 346) aufweist, die an seiner obersten PCB-Schicht 47 befestigt sind. Ein derartiger Sensor 342 ist mit einer sekundären Spule 344 gekoppelt, die verwendet werden kann, um Daten an eine/von einer externen Vorrichtung zu senden/empfangen, und kann auch verwendet werden, um Leistung zu dem Sensor 342 zu koppeln. In einigen Ausführungsformen kann die sekundäre Spule konfiguriert sein, um einen Magnetstrom zu benutzen, der während des Betriebs entsteht, um Leistung für den Sensor 342 bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen kann die sekundäre Spule konfiguriert sein, um induktiv gekoppelte Leistung von einer externen Spule (nicht gezeigt) zu empfangen. Die sekundäre Spule 344 kann hierin auch als Mikrospule oder Miniaturspule bezeichnet werden, da eine derartige sekundäre Spule in einigen Ausführungsformen wesentlich kleiner sein kann als eine Statorspule 49, aber es ist keine relative Größeninferenz beabsichtigt. Eine derartige sekundäre Spule 344 unterscheidet sich vielmehr von den Statorspulen 49, die mit den Rotormagneten zusammenwirken, wie oben beschrieben. Eine derartige sekundäre Spule, die in dem PCB-Stator 311 integriert ist, kann in bestimmten Ausführungsformen auf dem PCB-Stator 311 angeordnet sein (z. B. auf seiner obersten PCB-Schicht 47 hergestellt oder daran befestigt). Eine derartige sekundäre Spule, die in dem PCB-Stator 311 integriert ist, kann in bestimmten Ausführungsformen innerhalb des PCB-Stators 311 angeordnet (d. h. darin eingebettet) sein. In einigen Ausführungsformen stellt die sekundäre Spule 344 Leistung an einen damit verbundenen Sensor bereit. Eine derartige gekoppelte Leistung kann eine primäre oder Hilfsleistung für den Sensor sein.
Der Sensor 346 ist mit dem ersten Anschluss 51 für eine der Leiterbahnen 49 auf der oberen PCB-Schicht 47 gekoppelt und kann einen Betriebsparameter, wie zum Beispiel Spannung, Temperatur an dieser Stelle, erfassen und kann auch von der daran befestigten Spule (z. B. einer der Spule 49) angetrieben werden. Der Sensor 348 ist mit einem externen Anschluss 350 gekoppelt und kann ebenso einen Betriebsparameter, wie zum Beispiel Spannung, Temperatur an dieser Stelle erfassen und kann auch durch die Spannung, die mit dem externen Anschluss 350 gekoppelt ist, angetrieben werden. Der Sensor 350 ist an einer Außenkante des PCB-Stators 340 angeordnet, ist aber nicht mit einem Leiter der PCB-Schicht 47 gekoppelt.
In einigen Ausführungsformen kann ein derartiger Sensor direkt in einer der Spulen 49 eingebettet sein und kann direkt von der Spule 49 elektrisch angetrieben sein. In einigen Ausführungsformen kann ein derartiger Sensor von der Spule 49 durch eine getrennte Verbindung, die auf oder innerhalb der PCB-Schicht 47 angeordnet ist, wie zum Beispiel die Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 51 und dem Sensor 346, angetrieben und damit verbunden sein. Eine derartige Verbindung kann auf der PCB-Schicht 47 angeordnet sein oder kann innerhalb der PCB angeordnet sein (z. B. auf einer inneren Schicht der PCB). In anderen Ausführungsformen können der Sensor und/oder die Schaltung Leistung von einer externen Leistungsquelle bekommen. Ein Typ einer externen Leistungsquelle kann zum Beispiel eine herkömmliche elektrische Wandsteckdose sein, die mit dem Gehäuse des Motors oder Generators gekoppelt sein kann.
Die Sensoren können an Betreiber von Generator- oder Motorprodukten Echtzeit-Betriebsdaten sowie in bestimmten Ausführungsformen Vorhersagedaten über verschiedene Parameter des Produkts bereitstellen. Dies kann beinhalten, wie die Ausrüstung arbeitet und wie und wann eine Wartung zu planen ist. Derartige Informationen können Ausfallzeiten des Produkts verringern und die Produktlebensdauer erhöhen. In einigen Ausführungsformen kann der Sensor innerhalb des Gehäuses integriert sein. In einigen Beispielen können die Sensoren innerhalb des PCB-Stators 340 eingebettet sein, wie in 30 gezeigt (z. B. die Sensoren 362, 366, 368, 372 und die Spule 364).
Ein Beispiel eines Sensors für diese Anwendung ist ein Hall-Effekt-Sensor. Hall-Effekt-Sensoren werden verwendet für Näherungsschaltungs-, Positionierungs-, Geschwindigkeitserkennungs- und Stromerfassungsanwendungen. In seiner einfachsten Form arbeitet der Hall-Effekt-Sensor als analoger Wandler, der eine Spannung direkt rückführt.
Ein weiteres Beispiel eines Sensors ist ein optischer Sensor. Optische Sensoren können die Intensität elektromagnetischer Wellen in einem Wellenlängenbereich zwischen UV-Licht und nahem Infrarotlicht messen. Die grundlegende Messvorrichtung ist eine Fotodiode. Durch Kombinieren einer Fotodiode mit Elektronik entsteht ein Pixel. In einem Beispiel kann der optische Sensor einen optischen Kodierer beinhalten, der Optik verwendet, um die Positionen des Magnetrotors zu messen oder zu erkennen.
Ein weiteres Beispiel eines Sensors ist ein Thermoelementsensor, um Temperatur zu messen. Thermoelemente umfassen zwei Drahtschenkel, die aus verschiedenen Metallen hergestellt sind. Die Drahtschenkel sind an einem Ende zusammengeschweißt und bilden eine Verbindung. Die Verbindung befindet sich dort, wo die Temperatur gemessen wird. Wenn die Verbindung eine Temperaturveränderung feststellt, wird eine Spannung erzeugt.
Ein anderer optionaler Sensor ist ein Geschwindigkeitsmesser. Geschwindigkeitsmesser sind eine elektromechanische Vorrichtung, die verwendet wird, um Beschleunigungskräfte zu messen. Derartige Kräfte können statisch, wie die kontinuierliche Schwerkraft oder, wie es bei vielen mobilen Vorrichtungen der Fall ist, dynamisch sein, um eine Bewegung oder Vibrationen zu erfassen. Eine Beschleunigung ist die Messung der Veränderung einer Geschwindigkeit oder Drehzahl geteilt durch Zeit.
Ein Kreiselsensor, der wie ein Kreisel arbeitet, kann in diesen Systemen ebenfalls eingesetzt werden. Kreiselsensoren können verwendet werden, um Stabilität bereitzustellen oder eine Referenzrichtung in Navigationssystemen, Autopiloten und Stabilisatoren beizubehalten.
Der PCB-Stator 340 kann auch einen Drehmomentsensor beinhalten. Ein Drehmomentsensor, Drehmomentwandler oder Drehmomentmesser ist eine Vorrichtung zum Messen und Aufzeichnen des Drehmoments bei einem Rotationssystem, wie zum Beispiel der Axialfeld- Rotationsenerg ievorrichtu ng.
Ein anderer optionaler Sensor ist ein Vibrationssensor. Vibrationssensoren können lineare Geschwindigkeit, Verschiebung und Nähe oder Beschleunigung messen, anzeigen und analysieren. Vibration, sogar geringe Vibration, kann ein eindeutiges Zeichen für den Zustand einer Maschine sein.
In verschiedenen Ausführungsformen können die in 29 und 30 dargestellten Sensoren auch Steuerschaltungen darstellen, die in den PCB-Stator 345 integriert sind. Derartige Steuerschaltungen können auf einer Oberfläche der PCB angeordnet sein (analog zu den in 29 dargestellten Sensoren), innerhalb der PCB angeordnet (d. h. darin eingebettet) sein (analog zu den in 30 dargestellten Sensoren) und/oder in oder innerhalb des Gehäuses integriert sein (z. B. Gehäuse 203 in 18).
In einigen Generatorausführungsformen kann die Steuerschaltung eine Leistungsumwandlung von einer Wechselspannung, die in den Starterspulen entsteht, zu einer externen gewünschten Leistungsquelle implementieren (z. B. eine Wechselspannung, die eine andere Größe aufweist als die Spulenspannung, eine Gleichspannung, die durch Gleichrichten der Spulenspannung entsteht). In einigen Motorausführungsformen kann die Steuerschaltung eine integrierte Antriebsschaltung implementieren, die gewünschte Wechselstromwellenformen den Statorspulen bereitstellen, um den Motor anzutreiben. In einigen Beispielen kann der integrierte Antrieb ein variabler Frequenzantrieb (VFD) sein und kann in demselben Gehäuse wie der Motor integriert sein. Die hierin offenbarten Sensoren und/oder die Schaltung können drahtlos oder mit einem beliebigen Element des Gehäuses, auf oder in dem Gehäuse fest verdrahtet sein. Alternativ können die Sensoren und/oder die Schaltung sich relativ zu dem Gehäuse entfernt befinden.
Jeder dieser Sensoren und Steuerschaltungen können eine drahtlose Kommunikationsschaltung beinhalten, die konfiguriert ist, um über eine drahtlose Netzwerkumgebung mit einer externen Vorrichtung zu kommunizieren. Eine derartige drahtlose Kommunikation kann unidirektional oder bidirektional sein und kann sinnvoll sein zum Überwachen eines Status des Systems, zum Betreiben des Systems, zum Kommunizieren von Vorhersagedaten, usw. Die drahtlose Kommunikation über das Netzwerk kann unter Verwendung von zum Beispiel mindestens einem aus Long-Term Evolution (LTE), LTE-Advanced (LTE-A), Code Division Multiple Access (CDMA), Breitband-CDMA (WCDMA), einem universalen mobilen Telekommunikationssystem (UMTS), drahtlosem Breitband (WiBro) oder einem globalem System für mobile Kommunikation (GSM) als zellulares Kommunikationsprotokoll durchgeführt werden.
Zusätzlich oder alternativ kann die drahtlose Kommunikation zum Beispiel eine Nahbereichskommunikation beinhalten. Die Nahbereichskommunikation kann zum Beispiel von mindestens einem aus Wireless Fidelity (WiFi), Bluetooth®, Nahfeldkommunikation (NFC) oder GNSS durchgeführt werden. GNSS kann zum Beispiel mindestens eines aus einem globalen Positionierungssystem (GPS), einem Glonass® Globalen Navigationssatellitensystem, einem Beidou® Navigationssatellitensystem oder Galileo®, dem europäischen globalen satellitenbasierten Navigationssystem beinhalten. In der vorliegenden Offenbarung sind die Ausdrücke ,GPS' und ,GNSS' untereinander austauschbar. Das Netzwerk kann ein Kommunikationsnetzwerk, zum Beispiel mindestens eines aus einem Computernetzwerk (zum Beispiel Local Area Network (LAN) oder Wide Area Network (WAN)), das Internet oder ein Telefonnetzwerk sein.
In bestimmten Ausführungsformen kann eine derartige drahtlose Kommunikationsschaltung mit einer sekundären Spule (z. B. der sekundären Spule 344) gekoppelt sein, um Telemetrieinformationen zu kommunizieren, wie zum Beispiel die oben beschriebenen Betriebsdaten.
Die 31 und 32 zeigen eine Ausführungsform einer Anordnung zum mechanischen Koppeln von Statorsegmenten 380 miteinander, um einen Stator zu bilden. Eine Klammer 382 gleitet über Abschnitte einer Montagefläche 381 auf zwei benachbarten Statorsegmenten 380, welche durch ein Paar Muttern auf jedem der beiden Bolzen (z. B. Bolzen 384) befestigt ist. Die Klammer 382 beinhaltet eine Ausrichtlasche 392, die in einem Seitenwandschlitz 214 positioniert werden kann, wie oben beschrieben. Die Kante des Innendurchmessers der beiden benachbarten Statorsegmente 380 gleitet in ein profiliertes Rotor-Distanzstück 390 in Form eines ringförmigen Ringes. In einigen Ausführungsformen kann dieses Rotor-Distanzstück 390 auf einem Drucklager gleiten, wobei der Rotor dem Rotor-Distanzstück 390 und dem Stator ermöglicht, stationär zu bleiben, während der Rotor sich dreht. In anderen Ausführungsformen kann ein Rotor-Distanzstück, wie oben beschrieben (z. B. 18, 20A-20H) innerhalb der offenen Mitte des profilierten Rotor-Distanzstücks 390 passen.
Eine elektrische Verbindung zwischen benachbarten Statorsegmenten 380, 381 kann unter Verwendung eines Drahtes 387 zwischen jeweiligen Schaltungen 386, 388 ausgeführt sein. Die Schaltung 386 kann sich mit einer Leiterbahn auf der oberen Schicht (oder einer anderen Schicht, die eine Durchkontaktierung verwendet) des Statorsegments 380 verbinden. Ebenso kann die Schaltung 388 sich mit einer Leiterbahn einer beliebigen Schicht des Statorsegments 381 verbinden. Derartige Schaltungen 386, 388 können beliebige der oben beschriebenen Sensoren (29-30) beinhalten, können aber auch nur eine elektrische Verbindung von der jeweiligen PCB zu dem Draht 387 bereitstellen. In anderen Ausführungsformen kann ebenfalls eine elektrische Verbindung erfolgen über die Montagefläche der PCB, die ein leitendes Material ist und mit der Spule verbunden ist, und das darauffolgende Koppeln dieser Komponenten über die Klammer, die ebenfalls leitendes Material an ihrer Innenfläche beinhalten kann.
Eine elektrische Verbindung kann auch unter Verwendung der Klammer 382 in Verbindung mit einer elektrisch leitenden Montagefläche 383 ausgeführt werden. Wenn die Montagefläche 383 durchgängig und ununterbrochen ist, können die Klammern 382 eine gemeinsam elektrische Verbindung um den Umfang des Stators herum bereitstellen. Wenn derartige Montageflächen nicht durchgängig und in zwei Teile gebrochen sind (wie durch die gestrichelten Linien gezeigt), wobei jedes Teil mit einem jeweiligen Anschluss einer Leiterbahn auf diesem Segment gekoppelt ist, können die Klammern 382 sich seriell mit derartigen Statorsegmenten verbinden.
Die Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung ist für viele Anwendungen geeignet. Der PCB-Stator 340 kann für ein gewünschtes Leistungskriterium konfiguriert sein und ein Faktor für Vorrichtungen bilden, wie zum Beispiel permanentmagnetartige Generatoren und Motoren. Derartige Gestaltungen sind leichter, einfacher herzustellen, einfacher zu warten und können eine höhere Effizienz aufweisen.
Beispiele von Permanentmagnetgenerator-(PMG-)Anwendungen können einen Windturbinengenerator, eine Mikrogenerator-Anwendung, einen Permanentmagnetgenerator mit direktem Antrieb, einen Dampfturbinengenerator, einen Hydrogenerator, einen Wärmegenerator, einen Gasgenerator, einen Holzfeuergenerator, einen Kohlegenerator, einen Hochfrequenzgenerator (z. B. Frequenz über 60 Hz), einen tragbaren Generator, eine Hilfskrafteinheit, Kraftfahrzeuge, einen Wechselstromgenerator, eine regenerative Bremsvorrichtung, einen PCB-Stator für eine regenerative Bremsvorrichtung, ein Notstromaggregat oder ein Standby-Energieerzeugungsvorrichtung, einen PMG für Notstrom- oder Standby-Energieerzeugung, ein PMG für militärische Verwendung und ein PMG für Verwendung in der Luft- und Raumfahrt beinhalten.
In anderen Ausführungsformen können Beispiele eines Permanentmagnetmotoren (PMM) einen Wechselstrommotor, einen Gleichstrommotor, einen Servomotor, einen Schrittmotor, einen Drohnenmotor, ein Haushaltsgerät, einen Gebläsemotor, einen Mikrowellenofen, eine Vakuummaschine, ein Automobil, einen Antriebsstrang für ein Elektrofahrzeug, Industriemaschinen, einen Produktionslinienmotor, aktivierte Internet-der-Dinge-Sensoren (IOT), Heizung, Lüftung und Klimatisierung (HVAC), einen HVAC-Gebläsemotor, Laborausrüstung, Präzisionsmotoren, Militär, Motoren für autonome Fahrzeuge, Luft- und Raumfahrt- und Flugzeugmotoren beinhalten.
Andere Versionen können eine oder mehrere der folgenden Ausführungsformen beinhalten:

1. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, umfassend:
- einen Rotor, der eine Rotationsachse und einen Magneten umfasst;
- einen Stator, der koaxial zu dem Rotor ist, wobei der Stator eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die eine Vielzahl von PCB-Schichten aufweist, die in axialer Richtung beabstandet sind, jede PCB-Schicht eine Spule umfasst, die nur zwei Anschlüsse für elektrische Verbindungen aufweist, jede Spule zwischen ihren nur zwei Anschlüssen durchgehend und ununterbrochen ist, jede Spule aus einer einzelnen elektrischen Phase besteht und einer der beiden Anschlüsse jeder Spule elektrisch mit der anderen Spule mit einer Durchkontaktierung gekoppelt ist, um ein Spulenpaar zu definieren; und
- jedes Spulenpaar elektrisch mit einem anderen Spulenpaar über eine weitere Durchkontaktierung gekoppelt ist.
2. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jede PCB-Schicht eine Vielzahl von Spulen umfasst und die Spulen in jedem Spulenpaar koplanar sind und sich auf derselben PCB-Schicht befinden.
3. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Spulen in jedem Spulenpaar sich auf unterschiedlichen PCB-Schichten befinden.
4. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei mindestens zwei der Spulen elektrisch in Reihe gekoppelt sind.
5. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei mindestens zwei der Spulen elektrisch parallel gekoppelt sind.
6. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei mindestens zwei der Spulen elektrisch parallel gekoppelt und mindestens zwei andere Spulen elektrisch in Reihe gekoppelt sind.
7. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei mindestens zwei der Spulenpaare elektrisch parallel gekoppelt sind.
8. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei mindestens zwei der Spulenpaare elektrisch in Reihe gekoppelt sind.
9. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei mindestens zwei der Spulenpaare elektrisch parallel gekoppelt sind und mindestens zwei andere Spulenpaare elektrisch in Reihe gekoppelt sind.
10. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jede PCB-Schicht einen Oberflächenbereich der PCB-Schicht umfasst, die Spule auf jeder PCB-Schicht eine Vielzahl von Spulen umfasst, die einen Spulenoberflächenbereich aufweisen, der sich in einem Bereich von mindestens etwa 75 % bis etwa 99 % des Oberflächenbereichs der PCB-Schicht befindet.
11. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jede PCB-Schicht eine Vielzahl von Spulen umfasst, die koplanar sind und symmetrisch um die Achse beabstandet sind, und die Spulen in benachbarten PCB-Schichten, relativ zur Achse, umfänglich relativ zu der Achse zueinander ausgerichtet sind, um symmetrische Stapel von Spulen in axialer Richtung zu definieren.
12. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Stator aus einer einzelnen elektrischen Phase besteht.
13. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Stator mindestens zwei elektrische Phasen umfasst.
14. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jede PCB-Schicht eine Vielzahl von Spulen für jede elektrische Phase umfasst und die Spulen für jede elektrische Phase innerhalb jeder PCB-Schicht gegeneinander winkelversetzt sind mit Bezug auf die Achse, um eine gewünschte Phasenverschiebung zwischen den elektrischen Phasen zu definieren.
15. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Stator eine einzelne einstückige Platte umfasst.
16. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jede Spule über nur eine Durchkontaktierung mit einer anderen Spule gekoppelt ist.
17. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jedes Spulenpaar über nur eine Durchkontaktierung mit einem anderen Spulenpaar gekoppelt ist.
18. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Durchkontaktierung eine Vielzahl von Durchkontaktierungen umfasst.
19. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die andere Durchkontaktierung eine Vielzahl von Durchkontaktierungen umfasst.
20. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung ein Generator ist.
21. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung ein Motor ist.
22. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung zwei oder mehrere elektrische Phasen und zwei oder mehrere externe Anschlüsse umfasst.
23. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Spulen miteinander identisch sind.
24. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei mindestens zwei der Spulen nicht miteinander identisch sind und sich durch mindestens eines aus Größe oder Form voneinander unterscheiden.
25. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, umfassend:
- einen Rotor, der eine Rotationsachse und einen Magneten umfasst; und
- einen Stator, der koaxial zu dem Rotor ist, wobei der Stator eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die eine Vielzahl von PCB-Schichten aufweist, die in axialer Richtung beabstandet sind, jede PCB-Schicht eine Spule umfasst und die Vielzahl von PCB-Schichten umfasst:
- eine Vielzahl von Spulenschichtpaaren, wobei die Spulen in jedem Spulenschichtpaar sich auf unterschiedlichen PCB-Schichten befinden, mindestens zwei der Spulenschichtpaare parallel miteinander gekoppelt sind und mindestens zwei weitere der Spulenschichtpaare in Serie miteinander gekoppelt sind.
26. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Stator mindestens zwei elektrische Phasen umfasst.
27. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jede PCB-Schicht eine Vielzahl von Spulen für jede elektrische Phase umfasst und die Spulen für jede elektrische Phase innerhalb jeder PCB-Schicht gegeneinander winkelversetzt sind mit Bezug auf die Achse, um eine gewünschte Phasenverschiebung zwischen den elektrischen Phasen zu definieren.
28. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jede Spule aus einer einzelnen elektrischen Phase besteht.
29. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, umfassend:
- einen Rotor, der eine Rotationsachse und einen Magneten umfasst;
- einen Stator, der koaxial zu dem Rotor ist, wobei der Stator eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die eine erste PCB-Schicht und eine zweite PCB-Schicht aufweist, die in axialer Richtung voneinander beabstandet sind, jede PCB-Schicht eine Spule umfasst, die durchgehend ist, und jede Spule nur zwei Anschlüsse für elektrische Verbindungen aufweist; und
- nur eine Durchkontaktierung, um die Spulen durch einen Anschluss jeder der Spulen elektrisch zu koppeln.
30. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, umfassend:
- einen Rotor, der eine Rotationsachse und einen Magneten umfasst;
- einen Stator, der koaxial zu dem Rotor ist, wobei der Stator eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die aus einer einzelnen einstückigen Platte besteht, die mindestens zwei elektrische Phasen aufweist, die PCB eine Vielzahl von PCB-Schichten umfasst, die in axialer Richtung beabstandet sind, wobei jede PCB-Schicht eine Vielzahl von Spulen umfasst, jede Spule nur zwei Anschlüsse für elektrische Verbindungen aufweist, jede Spule zwischen ihren nur zwei Anschlüssen durchgehend und ununterbrochen ist, jede Spule aus einer einzelnen elektrischen Phase besteht und einer der beiden Anschlüsse jeder Spule elektrisch mit der anderen Spule mit nur einer Durchkontaktierung gekoppelt ist, um ein Spulenpaar zu definieren, jedes Spulenpaar elektrisch mit einem anderen Spulenpaar über nur eine weitere Durchkontaktierung gekoppelt ist;
- die Spulen in jeder PCB-Schicht koplanar sind und symmetrisch um die Achse beabstandet sind und die Spulen in benachbarten PCB-Schichten umfänglich zueinander ausgerichtet sind, um symmetrische Stapel von Spulen in axialer Richtung zu definieren; und
- jede PCB-Schicht eine Vielzahl von Spulen für jede elektrische Phase umfasst und die Spulen für jede elektrische Phase innerhalb jeder PCB-Schicht mit Bezug auf die Achse gegeneinander winkelversetzt sind um eine gewünschte Phasenverschiebung zwischen den elektrischen Phasen zu definieren.

1. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, umfassend:
- einen Rotor, der eine Rotationsachse und einen Magneten umfasst; und
- einen Stator, der koaxial zu dem Rotor ist, wobei der Stator eine Vielzahl von Statorsegmenten umfasst, die um die Achse miteinander gekoppelt sind, jedes Statorsegment eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die eine PCB-Schicht aufweist, die eine Spule umfasst, und jedes Statorsegment nur eine elektrische Phase umfasst.
2. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Stator aus nur einer elektrischen Phase besteht.
3. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Stator eine Vielzahl von elektrischen Phasen umfasst.
4. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Spulen miteinander identisch sind.
5. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jede PCB-Schicht eine Vielzahl von Spulen umfasst, die koplanar und relativ zur Achse winklig voneinander beabstandet sind.
6. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jedes Statorsegment eine Vielzahl von PCB-Schichten umfasst, von denen jede konfiguriert ist, um nur die eine elektrische Phase bereitzustellen.
7. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jede PCB-Schicht auf jedem Statorsegment eine Vielzahl von Spulen umfasst, die koplanar und konfiguriert sind, um nur die eine elektrische Phase bereitzustellen.
8. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jede Spule radiale Leiterbahnen umfasst, die sich von etwa einem Innendurchmesser der PCB zu etwa einem Außendurchmesser der PCB erstrecken.
9. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jede Spule eine Leiterbahn umfasst, die von einem äußersten Leiterbahnabschnitt zu einem konzentrischen innersten Leiterbahnabschnitt durchgehend ist, und die Spulen radiale Elemente umfassen, die lineare Seiten und Windungen aufweisen.
10. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen 9, wobei jede Spule nur lineare Leiterbahnen umfasst, die von einer äußersten Leiterbahn zu einer konzentrischen innersten Leiterbahn durchgehend sind, keine Leiterbahn der PCB-Schichten nichtlinear ist und jede Spule Ecken umfasst, um die nur linearen Leiterbahnen zu verbinden.
11. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen 0, wobei jede PCB-Schicht einen Oberflächenbereich der PCB-Schicht umfasst, die Spule auf jeder PCB-Schicht eine Vielzahl von Spulen umfasst, die einen Spulenoberflächenbereich aufweisen, der sich in einem Bereich von mindestens etwa 75 % bis etwa 99 % des Oberflächenbereichs der PCB-Schicht befindet.
12. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen 1, wobei jede PCB-Schicht eine Vielzahl von Spulen umfasst, die koplanar sind und symmetrisch um die Achse beabstandet sind, und die Spulen in benachbarten PCB-Schichten umfänglich relativ zu der Achse zueinander ausgerichtet sind, um symmetrische Stapel von Spulen in axialer Richtung zu definieren.
13. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, umfassend:
- einen Rotor, der eine Rotationsachse und einen Magneten umfasst;
- einen Stator, der koaxial zu dem Rotor ist, wobei der Stator eine Vielzahl von Statorsegmenten umfasst, die um die Achse miteinander gekoppelt sind, jedes Statorsegment eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die eine Vielzahl von PCB-Schichten aufweist, die jeweils eine Spule umfassen, die PCB-Schichten in axialer Richtung voneinander beabstandet sind, jede der PCBs eine gerade Anzahl an PCB-Schichten aufweist, die PCB-Schichten Schichtpaare umfassen, jedes Schichtpaar als zwei PCB-Schichten definiert ist, die mit einer Durchkontaktierung elektrisch miteinander gekoppelt sind, und jedes Schichtpaar über eine weitere Durchkontaktierung mit einem anderen Schichtpaar gekoppelt ist.
14. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei mindestens eine der PCB-Schichten elektrisch mit einer anderen PCB-Schicht in Reihe gekoppelt ist.
15. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei mindestens eine der PCB-Schichten elektrisch mit einer anderen PCB-Schicht parallel gekoppelt ist.
16. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei mindestens ein Schichtpaar elektrisch mit einem anderen Schichtpaar in Reihe gekoppelt ist.
17. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei mindestens ein Schichtpaar elektrisch mit einem anderen Schichtpaar parallel gekoppelt ist.
18. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei mindestens eines der Schichtpaare zwei PCB-Schichten umfasst, die axial voneinander beabstandet und axial benachbart zueinander sind.
19. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei mindestens eines der Schichtpaare zwei PCB-Schichten umfasst, die nicht axial benachbart zueinander sind.
20. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei mindestens eines der Schichtpaare axial benachbart zu dem Schichtpaar ist, mit dem mindestens eines der Schichtpaare elektrisch gekoppelt ist.
21. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei mindestens eines der Schichtpaare nicht axial benachbart zu dem Schichtpaar ist, mit dem mindestens eines der Schichtpaare elektrisch gekoppelt ist.
22. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Spulen miteinander identisch sind.
23. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei mindestens zwei der Spulen nicht miteinander identisch sind und sich durch mindestens eines aus Größe, Form oder Architektur voneinander unterscheiden.
24. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, umfassend:
- einen Rotor, der eine Rotationsachse und einen Magneten umfasst; und
- einen Stator, der koaxial zu dem Rotor ist, wobei der Stator eine Vielzahl von Statorsegmenten und eine Vielzahl von elektrischen Phasen umfasst, jedes Statorsegment eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die mindestens eine PCB-Schicht mit einer Spule aufweist, und jedes Statorsegment nur eine elektrische Phase umfasst.
25. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, umfassend:
- einen Rotor, der eine Rotationsachse und einen Magneten umfasst;
- einen Stator, der koaxial zu dem Rotor ist, wobei der Stator eine Vielzahl von Statorsegmenten umfasst, die um die Achse miteinander gekoppelt sind, jedes Statorsegment eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die eine Vielzahl von PCB-Schichten aufweist, die jeweils Spulen umfassen, die PCB-Schichten in axialer Richtung voneinander beabstandet sind, jede der PCBs eine gerade Anzahl an PCB-Schichten aufweist, die PCB-Schichten Schichtpaare umfassen, und jedes Schichtpaar als zwei PCB-Schichten definiert ist, die elektrisch miteinander gekoppelt sind; und
- die Spulen in jeder PCB-Schicht koplanar sind und winklig und symmetrisch um die Achse voneinander beabstandet sind, und die Spulen in benachbarten PCB-Schichten umfänglich zueinander ausgerichtet sind, um symmetrische Stapel von Spulen in axialer Richtung zu definieren.
26. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Stator aus nur einer elektrischen Phase besteht und die Spulen miteinander identisch sind.
27. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Stator eine Vielzahl von elektrischen Phasen umfasst.
28. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jede PCB-Schicht konfiguriert ist, um nur eine elektrische Phase bereitzustellen.
29. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Spulen auf jeder PCB-Schicht auf jedem Statorsegment konfiguriert sind, um die nur eine elektrische Phase bereitzustellen.
30. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung aus einer einzelnen elektrischen Phase besteht.

1. Modul für eine Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, umfassend:
- ein Gehäuse, das Kopplungsstrukturen aufweist, die konfiguriert sind, um das Gehäuse mechanisch mit einem zweiten Gehäuse eines zweiten Moduls zu koppeln, und elektrische Elemente, die konfiguriert sind, um das Gehäuse elektrisch mit dem zweiten Gehäuse zu koppeln;
- einen Rotor, der drehbar an dem Gehäuse montiert ist und der Rotor eine Achse und einen Magneten umfasst; und
- einen Stator, der an dem Gehäuse koaxial mit dem Rotor montiert ist und der Stator eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die eine PCB-Schicht aufweist, die eine Spule umfasst.
2. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Rotor und der Stator sich innerhalb des Gehäuses befinden und davon umgeben sind.
3. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Rotor eine Vielzahl von Rotoren umfasst. der Magnet eine Vielzahl von Magneten umfasst und der Stator eine Vielzahl von Statoren umfasst und jeder der Statoren eine Vielzahl von PCB-Schichten umfasst und jede PCB-Schicht eine Vielzahl von Spulen umfasst.
4. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei das Modul konfiguriert ist, um direkt mit einem Rahmen gekoppelt zu werden und das Modul konfiguriert ist, um indirekt mit dem zweiten Modul gekoppelt zu werden.
5. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei das Gehäuse eine Seitenwand umfasst, die den Stator in einer gewünschten Winkelausrichtung mit Bezug auf die Achse ausrichtet.
6. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Stator eine Vielzahl von Statoren umfasst und die Seitenwand eine Vielzahl von Seitenwandsegmenten umfasst, die die Vielzahl von Statoren in gewünschten Winkelausrichtungen mit Bezug auf die Achse winklig versetzen.
7. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jedes Seitenwandsegment eine radiale Innenfläche umfasst, die einen darin ausgebildeten Schlitz aufweist, der Schlitz die gewünschte Winkelausrichtung des Stators mit Bezug auf die Achse aufnimmt und beibehält und die Schlitze insgesamt Außenkanten des Stators in einem Luftspaltabstand zwischen dem Stator und dem Rotor halten.
8. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Stator luftgekühlt ist und nicht flüssigkeitsgekühlt ist.
9. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die PCB-Schicht eine Vielzahl von PCB-Schichten umfasst, jede eine Vielzahl von Spulen aufweist, jede Spule nur zwei Anschlüsse aufweist, jede Spule zwischen ihren nur zwei Anschlüssen durchgehend und ununterbrochen ist und jede Spule mit einer anderen Spule über eine Durchkontaktierung elektrisch gekoppelt ist.
10. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei zwei Spulen miteinander gekoppelt sind, um ein Spulenpaar zu definieren und jedes Spulenpaar mit einem anderen Spulenpaar über eine weitere Durchkontaktierung elektrisch gekoppelt ist.
11. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Spulen in jedem Spulenpaar sich auf unterschiedlichen PCB-Schichten befinden.
12. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jede Spule über nur eine Durchkontaktierung mit einer anderen Spule gekoppelt ist und jedes Spulenpaar über nur eine andere Durchkontaktierung mit einem anderen Spulenpaar gekoppelt ist.
13. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Stator eine Vielzahl von Statorsegmenten umfasst, von denen jedes eine PCB umfasst.
14. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Stator aus nur einer elektrischen Phase besteht.
15. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Stator eine Vielzahl von elektrischen Phasen umfasst.
16. Modul für eine Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, umfassend:
- ein Gehäuse, das Kopplungsstrukturen aufweist, die konfiguriert sind, um das Gehäuse mechanisch mit einem zweiten Gehäuse eines zweiten Moduls zu koppeln, und elektrische Elemente, die konfiguriert sind, um das Gehäuse elektrisch mit dem zweiten Gehäuse zu koppeln;
- eine Vielzahl von Rotoren, die drehbar an dem Gehäuse montiert sind und die Rotoren eine Achse und einen Magneten umfassen; und
- eine Vielzahl von Statoren, die an dem Gehäuse koaxial mit den Rotoren montiert ist, wobei jeder Stator eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die eine PCB-Schicht aufweist, die eine Spule umfasst, die Statoren innerhalb des Gehäuses elektrisch miteinander gekoppelt sind.
17. Modul für eine Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, umfassend:
- ein Gehäuse, das Kopplungsstrukturen aufweist, die konfiguriert sind, um das Gehäuse mechanisch mit einem zweiten Gehäuse eines zweiten Moduls zu koppeln, und elektrische Elemente, die konfiguriert sind, um das Gehäuse elektrisch mit dem zweiten Gehäuse zu koppeln;
- Rotoren, die drehbar an dem Gehäuse relativ zu einer Achse montiert sind und jeder der Rotoren Magneten umfasst;
- Statoren, die an dem Gehäuse koaxial mit den Rotoren montiert sind, wobei jeder der Statoren eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die eine PCB-Schichten aufweist, und jede PCB-Schicht Spulen umfasst; und
- das Gehäuse eine Vielzahl von Seitenwandsegmenten umfasst, die die Statoren in gewünschten Winkelausrichtungen mit Bezug auf die Achse ausrichten und die Statoren in gewünschten Phasenwinkeln winklig versetzen, wobei die Seitenwandsegmente radiale Innenflächen umfassen, die darin ausgebildete Schlitze aufweisen, die Schlitze die gewünschte Winkelausrichtung und den axialen Abstand von jeweiligen Statoren beibehalten und die Schlitze insgesamt Außenkanten der Statoren in gewünschten Luftspaltabständen zwischen den Statoren und Rotoren halten.
18. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Rotoren und Statoren sich innerhalb des Gehäuses befinden und davon umgeben sind; und ferner umfassend:
- einen Rahmen, wobei das Modul konfiguriert ist, um direkt mit dem Rahmen gekoppelt zu werden und das Modul konfiguriert ist, um indirekt mit dem zweiten Modul gekoppelt zu werden.
19. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jede Spule nur zwei Anschlüsse aufweist, jede Spule zwischen ihren nur zwei Anschlüssen durchgehend und ununterbrochen ist und jede Spule mit einer anderen Spule über eine Durchkontaktierung elektrisch gekoppelt ist.
20. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jede Spule über nur eine Durchkontaktierung mit einer anderen Spule gekoppelt ist.
21. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei zwei Spulen miteinander gekoppelt sind, um ein Spulenpaar zu definieren und jedes Spulenpaar mit einem anderen Spulenpaar über eine weitere Durchkontaktierung elektrisch gekoppelt ist.
22. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei das Modul mindestens eines umfasst aus:
- die Spulen in jedem Spulenpaar befinden sich auf unterschiedlichen PCB-Schichten; oder
- jedes Spulenpaar ist über nur eine Durchkontaktierung mit einem anderen Spulenpaar gekoppelt.
23. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jeder Stator eine Vielzahl von Statorsegmenten umfasst und jedes der Statorsegmente eine PCB umfasst.
24. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jeder Stator aus nur einer elektrischen Phase besteht.
25. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jeder Stator eine Vielzahl von elektrischen Phasen umfasst.
26. Modul für eine Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, umfassend:
- ein Gehäuse, das eine Achse aufweist;
- Rotoren, die drehbar an dem Gehäuse um die Achse herum montiert sind, und jeder Rotor einen Magneten umfasst;
- Statoren, die an dem Gehäuse koaxial mit den Rotoren montiert sind, wobei jeder Stator eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die eine PCB-Schicht aufweist, die eine Spule umfasst, und jeder Stator aus einer einzelnen elektrischen Phase besteht; und wobei
- ausgewählte Statoren mit Bezug auf die Achse in gewünschten Phasenwinkeln gegeneinander winkelversetzt sind, sodass das Modul mehr als eine elektrische Phase umfasst.
27. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei das Gehäuse eine Seitenwand umfasst, die eine Vielzahl von Seitenwandsegmenten aufweist.
28. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jedes Seitenwandsegment einen Schlitz in einer Innenfläche davon umfasst, die Seitenwandsegmente die Statoren in gewünschten Winkelausrichtungen mit Bezug auf die Achse in Eingriff bringen und ausrichten, jeder Stator mit Bezug auf andere Statoren in den gewünschten Phasenwinkeln winkelversetzt ist, die Statoren in den Schlitzen in den Seitenwandsegmenten sitzen und die Schlitze insgesamt Außenkanten der Statoren in gewünschten Luftspaltabständen zwischen den Statoren und Rotoren halten.
29. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jeder Stator aus nur einer PCB besteht.
30. Modul nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jeder Stator zwei oder mehrere PCBs umfasst, die miteinander gekoppelt sind, um jeden Stator zu bilden.

1. System, umfassend:
- eine Vielzahl von Modulen, umfassend Axialfeld-Rotationsenergievorrichtungen, wobei die Module miteinander für eine gewünschte Eingangs- oder Ausgangsleistung verbunden sind und jedes Modul umfasst:
- ein Gehäuse, das eine Achse aufweist, wobei das Gehäuse mechanisch mit mindestens einem anderen Modul gekoppelt ist und das Gehäuse elektrisch mit dem mindestens einen anderen Modul gekoppelt ist;
- Rotoren, die drehbar an dem Gehäuse montiert sind und jeder Rotor Magnete umfasst; und
- Statoren, von denen jeder eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die PCB-Schichten aufweist, die Spulen umfassen.
2. System nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Module miteinander identisch sind.
3. System nach einer dieser Ausführungsformen, wobei mindestens zwei der Module sich voneinander unterscheiden durch mindestens eines von: Ausgangsleistung, Anzahl der Rotoren, Anzahl der Magnete, Anzahl der Statoren, Anzahl der PCBs, Anzahl der PCB-Schichten, Anzahl der Spulen oder Winkelausrichtung mit Bezug auf die Achse.
4. System nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Module direkt miteinander gekoppelt sind.
5. System nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Module indirekt miteinander gekoppelt sind.
6. System nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jedes Modul Laschen umfasst, die die Module mechanisch sichern, und die Laschen symmetrisch mit Bezug auf die Achse angeordnet sind.
7. System nach einer dieser Ausführungsformen, wobei eines der Module ein erstes Modul umfasst, das axial mit einem anderen Modul verbunden ist, und das erste Modul sich strukturell von dem anderen Modul unterscheidet.
8. System nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Module koaxial sind und Keilwellen montiert sind, die die Module mechanisch koppeln.
9. System nach einer dieser Ausführungsformen, ferner umfassend eine Umhüllung, und die Module sind innerhalb der Umhüllung montiert und miteinander gekoppelt.
10. System nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Umhüllung eine Vielzahl von Umhüllungen umfasst, von denen jede mechanisch mit mindestens einer anderen Umhüllung gekoppelt ist und elektrisch mit der mindestens einen anderen Umhüllung gekoppelt ist.
11. System nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jeder Stator aus einer einzelnen elektrischen Phase besteht und ausgewählte Statoren in gewünschten elektrischen Phasenwinkeln mit Bezug auf die Achse gegeneinander versetzt angeordnet sind.
12. System nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jeder Stator eine Vielzahl von elektrischen Phasen umfasst.
13. System nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jedes Modul eine einzelne elektrische Phase umfasst und die Module in gewünschten elektrischen Phasenwinkeln mit Bezug auf die Achse gegeneinander winkelversetzt sind.
14. System nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jedes Modul eine Vielzahl elektrischer Phasen umfasst und die Module in gewünschten elektrischen Phasenwinkeln mit Bezug auf die Achse gegeneinander winkelversetzt sind.
15. System nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Module relativ zu der Achse winklig aneinander ausgerichtet sind, sodass alle jeweiligen Phasenwinkel der Module ebenfalls winklig ausgerichtet sind.
16. Anordnung, umfassend:
- Module, umfassend Axialfeld-Rotationsenergievorrichtungen, wobei die Module für eine gewünschte Eingangs- oder Ausgangsleistung mechanisch und elektrisch miteinander verbunden sind und jedes Modul aus einer einzelnen elektrischen Phase besteht;
- eine Umhüllung, innerhalb derer die Module montiert und gekoppelt sind; und jedes Modul umfasst:
- ein Gehäuse, das eine Achse aufweist und das mechanisch mit mindestens einem anderen Modul gekoppelt ist und elektrisch mit dem mindestens einen anderen Modul gekoppelt ist;
- Rotoren, die drehbar an dem Gehäuse montiert sind und die Rotoren Magnete umfassen; und
- Statoren, wobei jeder Stator eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die PCB-Schichten aufweist, und jede PCB-Schicht Spulen umfasst.
17. Anordnung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Module miteinander identisch sind.
18. Anordnung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei mindestens zwei der Module sich voneinander unterscheiden durch mindestens eines von: Ausgangsleistung, Anzahl der Rotoren, Anzahl der Magnete, Anzahl der Statoren, Anzahl der PCBs, Anzahl der PCB-Schichten, Anzahl der Spulen oder Winkelausrichtung mit Bezug auf die Achse.
19. Anordnung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Module direkt miteinander gekoppelt sind.
20. Anordnung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Module indirekt miteinander gekoppelt sind.
21. Anordnung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jedes Modul Laschen umfasst, die das Modul mechanisch an einem anderen Modul sichern, und die Laschen symmetrisch mit Bezug auf die Achse angeordnet sind.
22. Anordnung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei eines der Module ein erstes Modul umfasst, das axial mit einem anderen Modul verbunden ist, und das erste Modul sich strukturell von dem anderen Modul unterscheidet.
23. Anordnung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Module koaxial sind und Keilwellen montiert sind, die die Module mechanisch koppeln.
24. Anordnung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Umhüllung eine Vielzahl von Umhüllungen umfasst. von denen jede Kopplungsstrukturen aufweist, die die Umhüllung mechanisch mit mindestens einer anderen Umhüllung koppeln, und elektrische Elemente, die die Umhüllung elektrisch mit der mindestens einen anderen Umhüllung koppeln.
25. Anordnung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Module in gewünschten elektrischen Phasenwinkeln mit Bezug auf die Achse gegeneinander winkelversetzt sind.
26. Anordnung, umfassend:
- eine Vielzahl von Modulen, umfassend Axialfeld-Rotationsenergievorrichtungen, wobei die Module für eine gewünschte Eingangs- oder Ausgangsleistung identisch sind und austauschbar miteinander verbunden sind, und die Anordnung ein Generator oder ein Motor ist, der aus einer einzelnen elektrischen Phase besteht;
- eine Umhüllung, innerhalb derer die Module montiert und gekoppelt sind; und jedes Modul umfasst:
- ein Gehäuse, das eine Achse aufweist, Kopplungsstrukturen, die das Gehäuse mechanisch mit mindestens einem anderen Modul koppeln, und elektrische Elemente, die das Gehäuse elektrisch mit mindestens einem anderen Modul koppeln;
- eine Vielzahl von Rotoren, die drehbar an dem Gehäuse montiert sind und die Rotoren Magnete umfassen; und
- eine Vielzahl von Statoren, die jeweils eine Leiterplatte (PCB) umfassen, die eine Vielzahl von PCB-Schichten aufweist, und jede PCB-Schicht eine Vielzahl von Spulen umfasst.
27. Anordnung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Umhüllung eine Vielzahl von Umhüllungen umfasst. von denen jede Kopplungsstrukturen aufweist, die die Umhüllung mechanisch mit mindestens einer anderen Umhüllung koppeln, und elektrische Elemente, die die Umhüllung elektrisch mit der mindestens einen anderen Umhüllung koppeln.
28. Anordnung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Module in gewünschten elektrischen Phasenwinkeln mit Bezug auf die Achse gegeneinander winkelversetzt sind.
29. Verfahren zum Instandhalten einer Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, das Verfahren umfassend:
- (a) Bereitstellen einer Umhüllung, die eine Vielzahl von Modulen aufweist, wobei jedes Modul ein Gehäuse, umfasst, wobei ein Rotor drehbar an dem Gehäuse montiert ist, der Rotor eine Achse und einen Magneten umfasst, ein Stator koaxial mit dem Rotor an dem Gehäuse montiert ist und der Stator eine Leiterplatte (PCB) umfasst;
- (b) mechanisches und elektrisches Koppeln der Module;
- (c) Betreiben der Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung;
- (d) Erkennen eines Problems mit einem ersten Modul und Stoppen des Betriebs der Axialfeld- Rotationsenerg ievorri chtung;
- (e) Öffnen der Umhüllung und Demontieren des ersten Moduls aus der Umhüllung und beliebiger anderer Module, an denen das erste Modul befestigt ist;
- (f) Installieren eines zweiten Moduls in der Umhüllung anstelle des ersten Moduls und Befestigen des zweiten Moduls an dem beliebigen anderen Modul, an dem das erste Modul befestigt war; und dann
- (g) erneutes Betreiben der Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung.
30. Verfahren nach einem dieser Ausführungsformen, ferner umfassend:
- Erkennen eines Problems mit einem ersten Stator in einem ersten Modul und Stoppen des Betriebs der Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung;
- Öffnen des ersten Moduls und Demontieren des ersten Stators von dem ersten Modul;
- Einbauen eines zweiten Stators in das erste Modul anstelle des ersten Stators; und dann
- erneutes Betreiben der Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung.

1. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, umfassend:
- ein Gehäuse;
- einen Rotor, der innerhalb des Gehäuses montiert ist, wobei der Rotor eine Rotationsachse und einen Magneten aufweist;
- einen Stator, der innerhalb des Gehäuses koaxial mit dem Rotor montiert ist, wobei der Stator eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die eine PCB-Schicht mit einer Spule aufweist,
- einen Sensor, der innerhalb des Gehäuses integriert ist, wobei der Sensor konfiguriert ist, um Daten betreffend den Betrieb der Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung zu überwachen, zu erkennen oder zu erzeugen.
2. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Betriebsdaten mindestens eines aus Leistungs-, Temperatur-, Drehzahl-, Rotorpositions- oder Vibrationsdaten umfassen.
3. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Sensor mindestens eines umfasst aus einem Hall-Effekt-Sensor, einem Codierer, einem optischen Sensor, einem Thermoelement, einem Geschwindigkeitsmesser, einem Kreisel oder einem Vibrationssensor.
4. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei:
- die Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung ein Motor ist;
- der Sensor konfiguriert ist, um Informationen betreffend eine Position des Rotors in dem Motor bereitzustellen; und
- der Sensor an dem Gehäuse montiert ist.
5. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Sensor eine drahtlose Kommunikationsschaltung beinhaltet.
6. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Sensor konfiguriert ist, um Betriebsdaten der Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung an eine externe Vorrichtung zu übertragen.
7. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Sensor in der PCB integriert ist.
8. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Sensor direkt in der Spule eingebettet ist und konfiguriert ist, um elektrisch direkt von der Spule angetrieben zu werden.
9. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Sensor konfiguriert ist, um von der Spule angetrieben und mit ihr durch eine getrennte elektrische Verbindung, die auf oder innerhalb der PCB angeordnet ist, verbunden zu sein.
10. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, ferner umfassend eine sekundäre Spule, die in der PCB integriert ist, die mit dem Sensor gekoppelt ist.
11. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die sekundäre Spule konfiguriert ist, um einen Magnetstrom zu benutzen, der während des Betriebs entsteht, um Leistung für den Sensor bereitzustellen.
12. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, umfassend:
- ein Gehäuse;
- einen Rotor, der innerhalb des Gehäuses montiert ist, wobei der Rotor eine Rotationsachse und einen Magneten aufweist;
- einen Stator, der innerhalb des Gehäuses koaxial mit dem Rotor montiert ist, wobei der Stator eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die eine PCB-Schicht mit einer Spule aufweist,
- eine Steuerschaltung, die innerhalb des Gehäuses montiert ist, wobei die Steuerschaltung mit der Spule gekoppelt ist und mindestens eines aus einem Eingang, der gekoppelt ist, um einen Strom aufzunehmen, der durch die Spule fließt, oder einem Ausgang, der gekoppelt ist, um den Strom, der durch die Spule fließt, bereitzustellen, umfasst.
13. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Steuerschaltung in der PCB integriert ist.
14. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei:
- die Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung ein Generator ist; und
- die Steuerschaltung einen Eingang umfasst, der gekoppelt ist, um den Strom aufzunehmen, der durch die Spule fließt, und ferner einen Ausgang umfasst, der gekoppelt ist, um eine externe Leistungsquelle zu erzeugen.
15. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei:
- die Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung ein Motor ist; und
- die Steuerschaltung einen Eingang umfasst, der gekoppelt ist, um eine externe Leistungsquelle aufzunehmen, und ferner einen Ausgang umfasst, der gekoppelt ist, um den Strom bereitzustellen, der durch die Spule fließt.
16. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, ferner umfassend einen Sensor, der innerhalb des Gehäuses integriert ist, wobei:
- der Sensor konfiguriert ist, um Informationen betreffend eine Position des Rotors in dem Motor bereitzustellen; und
- der Sensor an dem Gehäuse montiert ist.
17. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, umfassend:
- ein Gehäuse;
- einen Rotor, der innerhalb des Gehäuses montiert ist, wobei der Rotor eine Rotationsachse und einen Magneten aufweist;
- einen Stator, der innerhalb des Gehäuses koaxial mit dem Rotor montiert ist, wobei der Stator eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die eine PCB-Schicht mit einer Spule aufweist;
- einen Sensor, der mit der PCB integriert ist; und
- eine sekundäre Spule, die auf oder innerhalb der PCB angeordnet ist und mit dem Sensor gekoppelt ist.
18. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Sensor konfiguriert ist, um von der Spule angetrieben und mit ihr durch eine getrennte elektrische Verbindung, die auf oder innerhalb der PCB angeordnet ist, verbunden zu sein; und der Sensor konfiguriert ist, um Betriebsdaten der Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung an eine externe Vorrichtung unter Verwendung der sekundären Spule zu übertragen.
19. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die sekundäre Spule konfiguriert ist, um einen Magnetstrom zu benutzen, der während des Betriebs entsteht, um Leistung für den Sensor bereitzustellen, und wobei der Sensor nicht auf andere Weise mit der Spule verbunden ist.
20. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei:
- der Sensor mindestens eines umfasst aus einem Hall-Effekt-Sensor, einem Codierer, einem optischen Sensor, einem Thermoelement, einem Geschwindigkeitsmesser, einem Kreisel oder einem Vibrationssensor; und
- der Sensor eine drahtlose Kommunikationsschaltung beinhaltet.

1. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, umfassend:
- einen Rotor, der eine Rotationsachse und eine Vielzahl von Magneten umfasst, wobei jeder Magnet sich in eine radiale Richtung relativ zur Achse erstreckt und jeder Magnet eine radiale Magnetkante umfasst;
- einen Stator, der koaxial zu dem Rotor ist, wobei der Stator eine Vielzahl von Leiterplatten-(PCB-)Schichten umfasst, die jeweils eine Vielzahl von Spulen aufweisen, und jede Spule eine radiale Spulenkante umfasst; und
- wenn radiale Kantenabschnitte der Magnete und der Spulen sich relativ zu der Achse drehend ausrichten, die radialen Magnetkanten und die radialen Spulenkanten nicht parallel verlaufen und winklig schräg relativ zueinander angeordnet sind.
2. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die winklige Schrägstellung mindestens etwa 0,1 Grad beträgt.
3. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die winklige Schrägstellung mindestens etwa 1 Grad beträgt.
4. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die winklige Schrägstellung nicht größer ist als etwa 25 Grad.
5. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die radialen Magnetkanten und die radialen Spulenkanten radiale Vorderkanten oder radiale Hinterkanten der Magnete beziehungsweise Spulen sind.
6. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jede der radialen Magnetkanten und der radialen Spulenkanten linear verläuft und keine Abschnitte der radialen Magnetkanten und radialen Spulenkanten parallel verlaufen, wenn die radialen Kantenabschnitte der Magnete und Spulen sich drehbar mit Bezug auf die Achse ausrichten.
7. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei, wenn die radialen Kantenabschnitte der Magnete und der Spulen sich relativ zu der Achse drehend ausrichten, mindestens einige Abschnitte der radialen Magnetkanten und der radialen Spulenkanten parallel zueinander verlaufen.
8. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die radialen Magnetkanten und radialen Spulenkanten nicht vollständig linear verlaufen.
9. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, umfassend:
- einen Rotor, der eine Rotationsachse und Magneten umfasst, und jeder Magnet eine radiale Magnetkante aufweist;
- einen Stator, der koaxial zu dem Rotor ist, wobei der Stator eine Vielzahl von Statorsegmenten umfasst, die um die Achse miteinander gekoppelt sind, jedes Statorsegment eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die eine PCB-Schicht aufweist, die eine Spule umfasst, und jede Spule eine radiale Spulenkante aufweist; und
- wenn radiale Kantenabschnitte der Magnete und der Spulen sich relativ zu der Achse drehend ausrichten, die radialen Magnetkanten und die radialen Spulenkanten nicht parallel verlaufen und winklig schräg relativ zueinander verlaufen.
10. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die winklige Schrägstellung mindestens etwa 0,1 Grad beträgt.
11. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die winklige Schrägstellung mindestens etwa 1 Grad beträgt.
12. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die winklige Schrägstellung nicht größer ist als etwa 25 Grad.
13. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei mindestens die Abschnitte der radialen Magnetkanten und radialen Spulenkanten radiale Vorderkanten oder radiale Hinterkanten der Magnete beziehungsweise Spulen sind.
14. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jede der radialen Magnetkanten und der radialen Spulenkanten linear verläuft und keine Abschnitte der radialen Magnetkanten und radialen Spulenkanten parallel verlaufen, wenn mindestens die Abschnitte der Magnete und Spulen sich drehbar ausrichten.
15. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei, wenn mindestens die Abschnitte der Magnete und Spulen sich relativ zu der Achse drehend ausrichten, mindestens Abschnitte der radialen Magnetkanten und der radialen Spulenkanten parallel zueinander verlaufen.
16. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die radialen Magnetkanten und radialen Spulenkanten nicht vollständig linear verlaufen.
17. Modul für eine Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, umfassend:
- ein Gehäuse, das konfiguriert ist, um das Gehäuse mechanisch mit einem zweiten Gehäuse eines zweiten Moduls zu koppeln und das Gehäuse elektrisch mit dem zweiten Gehäuse zu koppeln;
- einen Rotor, der drehbar an dem Gehäuse montiert ist, der Rotor eine Achse und einen Magneten umfasst und der Magnet eine radiale Magnetkante aufweist;
- einen Stator, der an dem Gehäuse koaxial mit dem Rotor montiert ist, wobei der Stator eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die eine PCB-Schicht mit einer Spule aufweist, und die Spule eine radiale Spulenkante aufweist; und
- wenn radiale Kantenabschnitte des Magneten und der Spule sich relativ zu der Achse drehend ausrichten, mindestens radiale Magnetkanten der radialen Magnetkante und der radialen Spulenkante nicht parallel verlaufen und winklig schräg relativ zueinander angeordnet sind.
18. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die winklige Schrägstellung mindestens etwa 0,1 Grad beträgt. und die winklige Schrägstellung nicht größer als etwa 25 Grad ist.
19. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die radiale Magnetkante und die radiale Spulenkante eine radiale Vorderkante oder eine radiale Hinterkante des Magneten beziehungsweise der Spule sind.
20. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die radiale Magnetkante und die radiale Spulenkante linear verlaufen und keine Abschnitte der radialen Magnetkante und der radialen Spulenkante parallel verlaufen, wenn die radialen Kantenabschnitte des Magneten und der Spule sich drehbar ausrichten.

1. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, umfassend:
- ein Gehäuse;
- einen Rotor, der innerhalb des Gehäuses montiert ist, wobei der Rotor eine Rotationsachse und einen Magneten aufweist;
- einen Stator, der innerhalb des Gehäuses koaxial mit dem Rotor montiert ist, wobei der Stator eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die eine PCB-Schicht mit einer Leiterbahn aufweist, die elektrisch leitend ist, die Leiterbahn radiale Leiterbahnen, die sich in eine radiale Richtung relativ zu der Achse erstrecken, und Leiterbahnen an der Endwindung, die sich zwischen den radialen Leiterbahnen erstrecken, umfasst und die Leiterbahn Schlitze umfasst, die sich durch mindestens einige Abschnitte der Leiterbahn erstrecken.
2. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Schlitze sich nur in den radialen Leiterbahnen befinden.
3. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jeder der Schlitze linear verläuft.
4. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jeder der Schlitze nur linear verläuft und die Schlitze keine nicht-linearen Abschnitte umfassen.
5. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Leiterbahn in radialer Richtung relativ zu der Achse verjüngt ist.
6. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Leiterbahn eine äußere Breite umfasst, die benachbart zu einem Außendurchmesser der PCB ist und in einer Ebene verläuft, die senkrecht zu der Achse ist, die Leiterbahn eine innere Breite umfasst, die benachbart zu einem Innendurchmesser der PCB ist und in der Ebene verläuft, und die äußere Breite größer ist als die innere Breite.
7. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Leiterbahn gegenüberliegende innere und äußere Kanten umfasst und Gesamtheiten der gegenüberliegenden inneren und äußeren Kanten nicht parallel zueinander verlaufen.
8. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei nur die radialen Leiterbahnen verjüngt sind.
9. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Leiterbahn gegenüberliegende innere und äußere Kanten umfasst, die nicht parallel zueinander verlaufen.
10. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Leiterbahnen der Endwindungen verjüngt sind.
11. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die PCB-Schicht einen Oberflächenbereich der PCB-Schicht umfasst, die Leiterbahn auf der PCB-Schicht einen Leiterbahnoberflächenbereich aufweist, der sich in einem Bereich von mindestens etwa 75 % bis etwa 99 % des Oberflächenbereichs der PCB-Schicht befindet.
12. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, umfassend:
- ein Gehäuse;
- einen Rotor, der innerhalb des Gehäuses montiert ist, wobei der Rotor eine Rotationsachse und einen Magneten aufweist; und
- einen Stator, der innerhalb des Gehäuses koaxial mit dem Rotor montiert ist, wobei der Stator eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die eine PCB-Schicht mit Spulen aufweist, jede Spule Leiterbahnen umfasst, mindestens einige der Leiterbahnen verjüngt sind mit gegenüberliegenden inneren und äußeren Kanten, die nicht parallel zueinander verlaufen, und die Leiterbahnen eine äußere Breite umfassen, die benachbart zu einem Außendurchmesser der PCB ist und in einer Ebene verläuft, die senkrecht zu der Achse ist, die Leiterbahnen eine innere Breite umfassen, die benachbart zu einem Innendurchmesser der PCB ist und in der Ebene verläuft, und die äußere Breite größer ist als eine innere Breite.
13. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Spulen Schlitze umfassen, die sich durch mindestens einige Abschnitte der Leiterbahnen erstrecken.
14. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Leiterbahnen radiale Leiterbahnen, die sich in eine radiale Richtung relativ zu der Achse erstrecken, und Leiterbahnen an der Endwindung, die sich zwischen den radialen Leiterbahnen erstrecken, umfassen.
15. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei nur die radialen Leiterbahnen verjüngt sind.
16. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, ferner umfassend Schlitze nur in den radialen Leiterbahnen.
17. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jeder der Schlitze nur linear verläuft und die Schlitze keine nicht-linearen Abschnitte umfassen.
18. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, umfassend:
- ein Gehäuse;
- einen Rotor, der innerhalb des Gehäuses montiert ist, wobei der Rotor eine Rotationsachse und einen Magneten aufweist; und
- einen Stator, der innerhalb des Gehäuses koaxial mit dem Rotor montiert ist, wobei der Stator eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die eine PCB-Schicht mit Spulen aufweist, jede Spule Leiterbahnen umfasst, mindestens einige der Leiterbahnen verjüngt sind, die Leiterbahnen radiale Leiterbahnen, die sich in eine radiale Richtung relativ zu der Achse erstrecken, und Leiterbahnen an der Endwindung, die sich zwischen den radialen Leiterbahnen erstrecken, umfassen und nur die radialen Leiterbahnen verjüngt sind.
19. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, ferner umfassend lineare Schlitze nur in den radialen Leiterbahnen, wobei die linearen Schlitze nur linear verlaufen und die linearen Schlitze keine nicht-linearen Abschnitte umfassen.
20. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei mindestens einige der verjüngten radialen Leiterbahnen gegenüberliegende innere und äußere Kanten umfassen, die nicht parallel zueinander verlaufen, die Leiterbahnen eine äußere Breite umfassen, die benachbart zu einem Außendurchmesser der PCB ist und in einer Ebene verläuft, die senkrecht zu der Achse ist, die Leiterbahnen eine innere Breite umfassen, die benachbart zu einem Innendurchmesser der PCB ist und in der Ebene verläuft, und die äußere Breite größer ist als eine innere Breite.

1. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, umfassend:
- einen Rotor, der eine Rotationsachse und einen Magneten umfasst; und
- einen Stator, der koaxial zu dem Rotor ist, wobei der Stator eine Vielzahl von Statorsegmenten umfasst, die um die Achse miteinander gekoppelt sind, jedes Statorsegment eine Leiterplatte (PCB) umfasst, die eine PCB-Schicht aufweist, die eine Spule umfasst, und jedes Statorsegment nur eine elektrische Phase umfasst.
2. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Stator aus nur einer elektrischen Phase besteht.
3. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Stator eine Vielzahl von elektrischen Phasen umfasst.
4. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Spulen miteinander identisch sind.
5. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jedes Statorsegment eine Vielzahl von PCB-Schichten umfasst, von denen jede konfiguriert ist, um nur die eine elektrische Phase bereitzustellen.
6. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jede PCB-Schicht auf jedem Statorsegment eine Vielzahl von Spulen umfasst, die koplanar und relativ zur Achse winklig voneinander beabstandet sind.
7. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jede Spule radiale Leiterbahnen umfasst, die sich von etwa einem Innendurchmesser der PCB zu etwa einem Außendurchmesser der PCB erstrecken.
8. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jede Spule eine Leiterbahn umfasst, die von einem äußersten Leiterbahnabschnitt zu einem konzentrischen innersten Leiterbahnabschnitt durchgehend ist, und die Spulen radiale Elemente umfassen, die lineare Seiten und Windungen aufweisen.
9. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jede Spule nur lineare Leiterbahnen umfasst, keine Leiterbahn der PCB-Schichten nichtlinear ist und jede Spule Ecken umfasst, um die nur linearen Leiterbahnen zu verbinden.
10. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jede PCB-Schicht einen Oberflächenbereich der PCB-Schicht umfasst, die Spule auf jeder PCB-Schicht eine Vielzahl von Spulen umfasst, die einen Spulenoberflächenbereich aufweisen, der sich in einem Bereich von mindestens etwa 75 % bis etwa 99 % des Oberflächenbereichs der PCB-Schicht befindet.
11. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die Spulen in benachbarten PCB-Schichten relativ zu der Achse umfänglich miteinander ausgerichtet sind, um symmetrische Stapel von Spulen in axialer Richtung zu definieren.
12. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei jede der PCBs eine gerade Anzahl an PCB-Schichten aufweist,
13. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei mindestens einige der PCB-Schichten elektrisch mit anderen PCB-Schichten in mindestens einem aus in Reihe oder parallel gekoppelt sind.
14. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei die PCB-Schichten Schichtpaare umfassen, jedes Schichtpaar als zwei PCB-Schichten definiert ist, die mit einer Durchkontaktierung elektrisch miteinander gekoppelt sind, und jedes Schichtpaar über eine weitere Durchkontaktierung mit einem anderen Schichtpaar gekoppelt ist.
15. Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einer dieser Ausführungsformen, wobei der Stator mindestens eines umfasst aus:
- mindestens einige der Schichtpaare sind elektrisch mit anderen Schichtpaare in mindestens einem aus in Reihe oder parallel gekoppelt;
- mindestens eines der Schichtpaare umfasst zwei PCB-Schichten, die axial voneinander beabstandet und axial benachbart zueinander sind;
- mindestens eines der Schichtpaare umfasst zwei PCB-Schichten, die nicht axial benachbart zueinander sind;
- mindestens eines der Schichtpaare ist axial benachbart zu dem Schichtpaar, mit dem mindestens eines der Schichtpaare elektrisch gekoppelt ist; oder
- mindestens eines der Schichtpaare ist nicht axial benachbart zu dem Schichtpaar, mit dem mindestens eines der Schichtpaare elektrisch gekoppelt ist.

Die schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Ausführungsformen, einschließlich des besten Modus, zu offenbaren, und auch, um den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung herzustellen und zu nutzen. Der patentfähige Umfang ist durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele beinhalten, die dem Fachmann begegnen. Derartige andere Beispiele sollen in dem Umfang der Ansprüche enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie gleichwertige strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden von dem Wortlaut der Ansprüche beinhalten.
Es ist anzumerken, dass nicht alle der oben in der allgemeinen Beschreibung oder den Beispielen beschriebenen Aktivitäten erforderlich sind, dass ein Teil einer bestimmten Aktivität nicht erforderlich sein kann und dass eine oder mehrere weitere Aktivitäten zusätzlich zu den beschriebenen durchgeführt werden können. Noch weiter ist die Reihenfolge, in der Aktivitäten aufgelistet sind, nicht notwendigerweise die Reihenfolge, in der sie durchgeführt werden.
In der vorstehenden Patentschrift wurden die Konzepte mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben. Ein Fachmann erkennt, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen erfolgen können, ohne von dem Umfang der Erfindung, wie in den unten genannten Ansprüchen dargelegt, abzuweichen. Entsprechend sind die Patentschrift und die Figuren in veranschaulichendem Sinne statt in restriktivem Sinne zu betrachten, und sämtliche derartigen Modifikationen sollen im Umfang der Erfindung beinhaltet sein.
Es kann vorteilhaft sein, Definitionen bestimmter Wörter und Ausdrücke, die in dieser Patentschrift verwendet werden, darzulegen. Der Begriff „kommunizieren“ sowie dessen Ableitungen beinhaltet sowohl direkte als auch indirekte Kommunikation. Die Begriffe „beinhalten“ und „umfassen“ sowie deren Ableitungen bedeuten Einschluss ohne Einschränkung. Der Begriff „oder“ ist einschließlich, bedeutet und/oder. Der Ausdruck „zugeordnet“ sowie dessen Ableitungen können bedeuten beinhalten, beinhaltet sein in, sich miteinander verbinden mit, enthalten, enthalten sein in, sich verbinden mit, koppeln mit, kommunizierbar sein mit, zusammenwirken mit, verschachteln, nebeneinander stellen, benachbart sein zu, gebunden sein an, aufweisen, eine Eigenschaft aufweisen, eine Beziehung haben mit oder dergleichen. Der Ausdruck „mindestens eines von“, wenn es mit einer Liste von Elementen verwendet wird, bedeutet, dass verschiedene Kombinationen von einem oder mehreren der aufgelisteten Elemente verwendet werden können und nur ein Element in der Liste benötigt werden kann. Zum Beispiel beinhaltet „mindestens eines von: A, B und C“ beliebige der folgenden Kombinationen: A, B, C, A und B, A und C, B und C, und A und B und C.
Ebenso wird die Verwendung von „ein“ oder „eine“ eingesetzt, um hierin beschriebene Elemente und Komponenten zu beschreiben. Dies erfolgt nur der Einfachheit halber und um einen allgemeinen Eindruck von dem Umfang der Erfindung zu geben. Diese Beschreibung sollte so gelesen werden, dass sie einen oder mindestens einen beinhaltet und der Singular beinhaltet ebenfalls den Plural, sowie nicht offensichtlich ist, dass er etwas anderes bedeutet.
Eine Leiterplatte (PCB) ist auch als gedruckte Verdrahtungsplatte (PWB) bekannt, da eine derartige, industriell hergestellte Platte üblicherweise Verdrahtungen auf einer oder mehreren Schichten enthält, aber keine tatsächlichen Schaltelemente. Derartige Schaltelemente werden danach an einer derartigen Platte befestigt. Wie hierin verwendet, ist keine Unterscheidung zwischen PCB und PWB beabsichtigt. Wie hierin verwendet, ist eine Spule auf einer PCB eine elektrisch leitende Spule. Wie hierin verwendet, kann eine Komponente oder ein Objekt, das in einer Struktur „integriert“ ist, auf oder innerhalb der Struktur angeordnet sein. Eine derartige Komponente oder ein derartiges Objekt kann an der Struktur montiert, befestigt oder hinzugefügt werden, nachdem die Struktur selbst hergestellt wurde, oder die Komponente oder das Objekt können innerhalb der Struktur eingebettet sein oder mit der Struktur hergestellt werden.
Einige hierin beschriebene Ausführungsformen verwenden nur eine Durchkontaktierung, um zwei Spulen miteinander zu koppeln. In anderen Ausführungsformen kann eine Vielzahl von Durchkontaktierungen statt einer einzelnen Durchkontaktierung bereitgestellt sein, um derartige Spulen miteinander zu koppeln.
Die Beschreibung in der vorliegenden Patentanmeldung sollte nicht dahingehend gelesen werden, dass ein bestimmtes Element, ein bestimmter Schritt oder eine bestimmte Funktion ein wesentliches oder kritisches Element ist, das in dem Umfang der Ansprüche beinhaltet sein muss. Der Umfang des patentierten Gegenstands ist nur durch die zulässigen Ansprüche definiert. Außerdem beruft sich keiner der Ansprüche auf 35 U.S.C. § 112(f) mit Bezug auf beliebige der beigefügten Ansprüche oder Anspruchselemente, sofern nicht die genauen Worte „Mittel für“ oder „Schritt für“ ausdrücklich in dem speziellen Anspruch verwendet werden, gefolgt von einem Partizipialausdruck zur Identifizierung einer Funktion. Die Verwendung von Begriffen wie (aber nicht beschränkt auf) „Mechanismus“, „Modul“, „Vorrichtung“, „Einheit“, „Komponente“, „Element“, „Teil“, „Gerät“, „Maschine“, „System“, „Prozessor“ oder „Steuerung“ innerhalb eines Anspruchs ist dahingehend zu verstehen und dafür bestimmt, dass sie sich auf dem Fachmann bekannte Strukturen beziehen, wie von den Merkmalen der Ansprüche selbst modifiziert oder verbessert, und soll sich nicht auf 35 U.S.C. § 112(f) berufen.
Nutzen, sonstige Vorteile und Problemlösungen wurden oben mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben. Der Nutzen, die Vorteile und Problemlösungen und ein oder mehrere beliebige Merkmale, die bewirken können, dass ein Nutzen, Vorteil oder eine Problemlösung auftritt oder sich stärker ausprägt, sind jedoch nicht als ein kritisches, erforderliches oder wesentliches Merkmal eines beliebigen oder aller Ansprüche zu verstehen.
Nach dem Lesen der Patentschrift wird ein Fachmann erkennen, dass bestimmte Merkmale zur Verdeutlichung hierin im Rahmen getrennter Ausführungsformen beschrieben werden, ebenfalls in Kombination in einer einzelnen Ausführungsform bereitgestellt werden können. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die der Kürze halber im Rahmen einer einzelnen Ausführungsform beschrieben werden, ebenfalls getrennt oder in einer beliebigen Unterkombination bereitgestellt sein. Ferner beinhalten Bezüge auf Werte, die in Bereichen angegeben sind, jeden einzelnen Wert innerhalb dieses Bereichs.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62445091 [0001]
US 62445211 [0001]
US 62445289 [0001]
US 62457696 [0001]
US 62609900 [0001]
US 15864604 [0001]
US 5789841 [0003]
US 6411002 [0003]
US 7109625 [0003]
US 8823241 [0003]

Claims

Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung, umfassend: einen Rotor (33), der eine Rotationsachse (35) und einen Magneten (37) umfasst; und einen Stator (141), der koaxial zu dem Rotor ist, wobei der Stator eine Vielzahl von Statorsegmenten (142) umfasst, die um die Achse miteinander gekoppelt sind, jedes Statorsegment eine Leiterplatte (PCB) (145 umfasst, die eine PCB-Schicht (147) aufweist, die eine Spule (149) umfasst, und jedes Statorsegment nur eine elektrische Phase umfasst.
Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Stator aus nur einer elektrischen Phase besteht.
Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Stator eine Vielzahl von elektrischen Phasen umfasst.
Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spulen miteinander identisch sind.
Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes Statorsegment eine Vielzahl von PCB-Schichten umfasst, von denen jede konfiguriert ist, um nur die eine elektrische Phase bereitzustellen.
Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede PCB-Schicht auf jedem Statorsegment eine Vielzahl von Spulen umfasst, die koplanar und relativ zur Achse winklig voneinander beabstandet sind.
Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Spule radiale Leiterbahnen umfasst, die sich von etwa einem Innendurchmesser der PCB zu etwa einem Außendurchmesser der PCB erstrecken.
Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Spule eine Leiterbahn umfasst, die von einem äußersten Leiterbahnabschnitt zu einem konzentrischen innersten Leiterbahnabschnitt durchgehend ist, und die Spulen radiale Elemente umfassen, die lineare Seiten und Windungen aufweisen.
Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Spule nur lineare Leiterbahnen umfasst, keine Leiterbahn der PCB-Schichten nichtlinear ist und jede Spule Ecken umfasst, um die nur linearen Leiterbahnen zu verbinden.
Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede PCB-Schicht einen Oberflächenbereich der PCB-Schicht umfasst, die Spule auf jeder PCB-Schicht eine Vielzahl von Spulen umfasst, die einen Spulenoberflächenbereich aufweisen, der sich in einem Bereich von mindestens etwa 75 % bis etwa 99 % des Oberflächenbereichs der PCB-Schicht befindet.
Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spulen in benachbarten PCB-Schichten relativ zu der Achse umfänglich miteinander ausgerichtet sind, um symmetrische Stapel von Spulen in axialer Richtung zu definieren.
Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der PCBs eine gerade Anzahl an PCB-Schichten aufweist,
Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens einige der PCB-Schichten elektrisch mit anderen PCB-Schichten in mindestens einem aus in Reihe oder parallel gekoppelt sind.
Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die PCB-Schichten Schichtpaare umfassen, jedes Schichtpaar als zwei PCB-Schichten definiert ist, die mit einer Durchkontaktierung elektrisch miteinander gekoppelt sind, und jedes Schichtpaar über eine weitere Durchkontaktierung mit einem anderen Schichtpaar gekoppelt ist.
Axialfeld-Rotationsenergievorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Stator mindestens eines umfasst aus: mindestens einige der Schichtpaare sind elektrisch mit anderen Schichtpaare in mindestens einem aus in Reihe oder parallel gekoppelt; mindestens eines der Schichtpaare umfasst zwei PCB-Schichten, die axial voneinander beabstandet und axial benachbart zueinander sind; mindestens eines der Schichtpaare umfasst zwei PCB-Schichten, die nicht axial benachbart zueinander sind; mindestens eines der Schichtpaare ist axial benachbart zu dem Schichtpaar, mit dem mindestens eines der Schichtpaare elektrisch gekoppelt ist; oder mindestens eines der Schichtpaare ist nicht axial benachbart zu dem Schichtpaar, mit dem mindestens eines der Schichtpaare elektrisch gekoppelt ist.