RU2786180C1 - Phase stator winding on a printed circuit board - Google Patents
Phase stator winding on a printed circuit board Download PDFInfo
- Publication number
- RU2786180C1 RU2786180C1 RU2022111998A RU2022111998A RU2786180C1 RU 2786180 C1 RU2786180 C1 RU 2786180C1 RU 2022111998 A RU2022111998 A RU 2022111998A RU 2022111998 A RU2022111998 A RU 2022111998A RU 2786180 C1 RU2786180 C1 RU 2786180C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- winding
- printed circuit
- coils
- circuit board
- phase
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 title claims abstract description 108
- 230000023298 conjugation with cellular fusion Effects 0.000 claims description 5
- 230000013011 mating Effects 0.000 claims description 5
- 230000021037 unidirectional conjugation Effects 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 10
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 125000001145 hydrido group Chemical group *[H] 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электроэнергетике и может применяться для аксиальных генераторов, преимущественно в диапазоне от 0 Вт до 100 кВт, в ветроэнергетических установках, для гидрогенераторов, валогенераторов или навесных генераторов двигательных установок большой мощности, мобильных двигательных установок, включая автомобили. Также изобретение может быть использовано для аксиальных или линейных двигателей, в особенности для электротранспорта, а также в областях техники, в которых требуется регулируемый электропривод.The invention relates to the electric power industry and can be used for axial generators, mainly in the range from 0 W to 100 kW, in wind power plants, for hydro generators, shaft generators or mounted generators of high power propulsion systems, mobile propulsion systems, including cars. Also, the invention can be used for axial or linear motors, especially for electric vehicles, as well as in technical fields that require an adjustable electric drive.
Известна статорная обмотка, используемая в тихоходном магнитоэлектрическом генераторе, которая представляет собой якорную обмотку на наружной поверхности статора в виде плоских медных печатных плат, уложенных в три слоя и изолированных между собой композитным материалом (Патент на полезную модель РФ 157778, опубл. 10.12.2015) [1]. В известном решении не используется вся площадь печатной платы под размещение фазной обмотки, выполненной по типу меандра, что снижает эффективность электромагнитного взаимодействия статора и ротора электрической машины. Конструкция известной фазной обмотки также не предполагает возможности последовательного и/или параллельного соединения нескольких плат в единую фазную обмотку для наращивания витков обмотки или увеличения общей площади сечения проводника для адаптации параметров статора под различные технические требования.Known stator winding used in a low-speed magnetoelectric generator, which is an armature winding on the outer surface of the stator in the form of flat copper printed circuit boards laid in three layers and insulated with a composite material (Utility Model Patent RF 157778, publ. 10.12.2015) [one]. In the known solution, the entire area of the printed circuit board is not used for the placement of the phase winding, made according to the meander type, which reduces the efficiency of the electromagnetic interaction between the stator and the rotor of the electric machine. The design of the well-known phase winding also does not imply the possibility of serial and/or parallel connection of several boards into a single phase winding to increase the turns of the winding or increase the total cross-sectional area of the conductor to adapt the stator parameters to various technical requirements.
Известна статорная обмотка, используемая в статоре ротационной электрической машины с аксиальным полем. Обмотка размещена на проводниковых слоях, выполненных на печатных платах. При этом каждый проводниковый слой содержит набор радиальных проводников, пару внешних проводников и множество внутренних проводников (Патент на изобретение РФ 2294588, опубл. 27.02.2006) [2]. Конструкция известной обмотки имеет большое число внутренних соединений и высокую технологическая сложность сборки, что существенным образом снижает надежность обмотки в целом. Проводниковые слои обмотки не в полной мере заполнены радиальными проводниками, в т.ч. из-за большого числа внутренних соединений, что приводит к неэффективному использованию площади проводникового слоя и дополнительным электрическим потерям.Known stator winding used in the stator of a rotary electric machine with an axial field. The winding is placed on conductor layers made on printed circuit boards. In this case, each conductor layer contains a set of radial conductors, a pair of external conductors and a plurality of internal conductors (Patent for the invention of the Russian Federation 2294588, publ. 27.02.2006) [2]. The design of the known winding has a large number of internal connections and high technological complexity of assembly, which significantly reduces the reliability of the winding as a whole. The conductor layers of the winding are not completely filled with radial conductors, incl. due to the large number of internal connections, which leads to inefficient use of the area of the conductor layer and additional electrical losses.
Известна фазная обмотка, применяемая в статоре электрической машины, содержащем печатные платы, имеющие множество электропроводящих катушек, соединенных между собой внутри печатной платы (межд. заявка WO 2019190959, опубл. 03.10.2019) [3]. Известный статор характеризуется высокой сложностью коммутации фазных обмоток, реализуемой с помощью большого числа металлизированных отверстий и посредством заранее подготовленных клеммных площадок. Применение указанных площадок с отверстиями ограничивает возможность наращивания фазных слоев для достижения задаваемых параметров статора. Катушки статорной обмотки на печатных платах имеют высокую удельную длину лобовых частей, что приводит к неэффективному использованию площади плат и дополнительным электрическим потерям.A phase winding is used in the stator of an electric machine containing printed circuit boards having a plurality of electrically conductive coils interconnected inside the printed circuit board (international application WO 2019190959, publ. 03.10.2019) [3]. Known stator is characterized by high complexity of switching phase windings, implemented using a large number of plated holes and through pre-prepared terminal pads. The use of these platforms with holes limits the possibility of building up phase layers to achieve the specified stator parameters. The stator winding coils on printed circuit boards have a high specific length of the frontal parts, which leads to inefficient use of the board area and additional electrical losses.
Настоящее изобретение представляет собой разновидность фазной обмотки статора аксиальной или линейной электрической машины, реализуемой в виде катушек из электропроводящих дорожек на печатной плате.The present invention is a kind of phase winding of the stator of an axial or linear electric machine, implemented in the form of coils of electrically conductive tracks on a printed circuit board.
Задача изобретения заключается в создании усовершенствованной фазной обмотки или ее части (в случае последовательного и/или параллельного соединения - частей, размещаемых на нескольких печатных платах), состоящей из размещенных на печатной плате и сгруппированных в катушки электропроводящих дорожек; характеризующейся высокой эффективностью использования площади печатных плат для размещения обмотки и ее активных частей, упрощении конструкции обмотки и снижении числа внутренних соединений, наличием возможности соединения нескольких плат в единую фазную обмотку для наращивания числа витков обмотки или увеличения общей площади сечения проводника для адаптации параметров статора под различные технические требования, снижении электрических потерь за счет сокращения длины лобовых частей, не принимающих участие в электромагнитном взаимодействии.The objective of the invention is to create an improved phase winding or part thereof (in the case of serial and/or parallel connection - parts placed on several printed circuit boards), consisting of electrically conductive tracks placed on a printed circuit board and grouped into coils; characterized by high efficiency of using the area of printed circuit boards to accommodate the winding and its active parts, simplifying the design of the winding and reducing the number of internal connections, the possibility of connecting several boards into a single phase winding to increase the number of turns of the winding or increase the total cross-sectional area of the conductor to adapt the stator parameters to different technical requirements, reducing electrical losses by reducing the length of the frontal parts that do not take part in electromagnetic interaction.
Технические результаты, достигаемые заявленным изобретением, заключаются в снижении габаритных размеров катушек и обмотки в целом и уменьшении величины активного сопротивления обмотки.The technical results achieved by the claimed invention are to reduce the overall dimensions of the coils and the winding as a whole and to reduce the value of the active resistance of the winding.
Для достижения указанных технических результатов предлагается фазная статорная обмотка на печатной плате, состоящая из электропроводящих дорожек печатной платы, сгруппированных в последовательно соединенные катушки, при том, что на одной печатной плате размещена обмотка или часть обмотки только одной фазы; указанная печатная плата путем последовательной и/или параллельной коммутации может быть соединена с другими печатными платами той же фазы; при этом фазная обмотка вместе с фазными обмотками других фаз образует трехфазную обмотку электрической машины, отличающаяся тем, что электропроводящие дорожки печатной платы сгруппированы в катушки по числу полюсов электрической машины, причем в каждой паре катушек каждая вторая катушка включена встречно по отношению к первой катушке в своей и последующей паре, а выводы начала и конца фазной обмотки образованы началами первой и последней катушек обмотки соответственно.To achieve these technical results, a phase stator winding on a printed circuit board is proposed, consisting of electrically conductive tracks of the printed circuit board, grouped into series-connected coils, while the winding or part of the winding of only one phase is placed on one printed circuit board; the specified printed circuit board by serial and/or parallel switching can be connected to other printed circuit boards of the same phase; in this case, the phase winding, together with the phase windings of other phases, forms a three-phase winding of the electrical machine, characterized in that the electrically conductive tracks of the printed circuit board are grouped into coils according to the number of poles of the electrical machine, and in each pair of coils, each second coil is connected opposite to the first coil in its and the next pair, and the conclusions of the beginning and end of the phase winding are formed by the beginnings of the first and last coils of the winding, respectively.
В частном случае катушки размещены на обеих сторонах печатной платы, причем каждая катушка состоит из двух частей на наружной и внутренней сторонах печатной платы, а в каждой паре частей катушек наружной стороны каждая вторая часть включена встречно по отношению к первой, и в паре частей наружной стороны часть второй катушки согласно присоединена к ответной части катушки на внутренней стороне, включенной встречно в пару с частью последующей катушки на внутренней стороне, которая далее согласно соединена с ответной частью на наружной стороне и образует новую пару, а выводы начала и конца фазной обмотки образованы началами частей первой и последней катушек на наружной стороне, а концы частей первой и последней катушек на наружной стороне согласно соединены со своими ответными частями на внутренней стороне.In a particular case, the coils are placed on both sides of the printed circuit board, each coil consists of two parts on the outer and inner sides of the printed circuit board, and in each pair of coil parts of the outer side, each second part is included opposite to the first, and in a pair of outer side parts part of the second coil is connected in accordance with the mating part of the coil on the inner side, which is paired with a part of the subsequent coil on the inner side, which is further connected in accordance with the mating part on the outer side and forms a new pair, and the conclusions of the beginning and end of the phase winding are formed by the beginnings of the parts of the first and last coils on the outer side, and the ends of the parts of the first and last coils on the outer side are connected in accordance with their counterparts on the inner side.
В частном случае - в аксиальной электрической машине - фазная обмотка может быть размещена на кольцеобразной печатной плате.In a particular case - in an axial electric machine - the phase winding can be placed on an annular printed circuit board.
В частном случае - в линейной электрической машине - фазная обмотка может быть выполнена развернутой на плоскости и незамкнутой. В настоящем изобретении реализована такая компоновка катушек и соединений между ними, которая позволяет сориентировать направления укладки витков у любых расположенных рядом катушек в обмотке зеркально-симметрично друг к другу с той целью, чтобы полное покрытие по ширине одним полюсом электрической машины группы однонаправленных витков достигалось бы не витками половины одной катушки, как это реализовано в классическом исполнении у фазных обмоток с числом катушек, равным числу пар полюсов, включая прототип [3], а двумя примыкающими половинами двух соседних катушек с однонаправленными витками.In a particular case - in a linear electric machine - the phase winding can be made unfolded on a plane and open. In the present invention, such an arrangement of coils and connections between them is implemented, which makes it possible to orient the laying directions of the turns of any adjacent coils in the winding mirror-symmetrically to each other so that the full width coverage by one pole of the electric machine of a group of unidirectional turns would not be achieved. turns of half of one coil, as is implemented in the classical version for phase windings with the number of coils equal to the number of pairs of poles, including the prototype [3], and two adjacent halves of two adjacent coils with unidirectional turns.
Указанная в заявленном изобретении компоновка достигается за счет встречного соединения соседних катушек, когда конец первой катушки соединен не с началом следующей, а с ее концом, а начало второй - с началом третьей и так далее. Таким образом, условное направление укладки витков катушек совпадает у катушек, расположенных через одну друг по отношению к другу, а у соседних катушек направление укладки витков зеркально-симметричное.The arrangement specified in the claimed invention is achieved by counter-connecting adjacent coils, when the end of the first coil is connected not to the beginning of the next, but to its end, and the beginning of the second - to the beginning of the third, and so on. Thus, the conditional direction of laying the turns of the coils is the same for the coils located through each other with respect to the other, and for neighboring coils the direction of laying the turns is mirror-symmetrical.
Для реализации указанной компоновки катушек необходимо вдвое увеличить число катушек фазной обмотки по сравнению с классическим исполнением обмотки на печатной плате и прототипом [3], у которого число катушек равно числу пар полюсов электрической машины. А это, в свою очередь, приводит к двукратному снижению числа витков в катушке и существенному сокращению длины непродуктивных с точки зрения электромагнитного взаимодействия в электрической машине лобовых частей обмотки, а также длины их вылета, которую для аксиальных и линейных электрических машин следует рассматривать как превышение габаритной ширины обмотки (для аксиальной машины это разность радиусов по внешней и внутренней кромкам обмотки) над длиной активных участков витков (или «пазовой части» обмотки для классических электрических машин с сердечником). Длина вылета лобовых частей обмотки пропорциональна числу лобовых соединений или витков в катушке и может быть рассчитана как произведение числа витков в катушке, умноженное на сумму ширины дорожки с учетом межвиткового зазора. Совокупная длина лобовых частей, включая вылет, изменяется в зависимости, близкой к сумме арифметической прогрессии (с незначительными погрешностями, связанными, в-основном, с конфигурацией витков). Но теоретический эффект сокращения длины лобовых частей близкий к двукратному (при переходе к удвоенному числу катушек и, соответственно, вдвое меньшему числу лобовых соединений, при сохранении ширины дорожки) не может быть достигнут из-за наличия перемычки, встречно соединяющей две смежные катушки, и на практике происходит сокращение длины лобовых частей в 1,7÷1,9 раза, которое варьируется из-за формы такой перемычки, радиуса внешней кромки обмотки, ширины дорожек, числа катушек и пр.To implement this arrangement of coils, it is necessary to double the number of coils of the phase winding in comparison with the classical design of the winding on the printed circuit board and the prototype [3], in which the number of coils is equal to the number of pole pairs of the electric machine. And this, in turn, leads to a twofold decrease in the number of turns in the coil and a significant reduction in the length of the frontal parts of the winding, which are unproductive from the point of view of electromagnetic interaction in the electric machine, as well as the length of their overhang, which for axial and linear electric machines should be considered as exceeding the overall winding width (for an axial machine, this is the difference between the radii along the outer and inner edges of the winding) over the length of the active sections of the turns (or the “groove part” of the winding for classical electric machines with a core). The length of the overhang of the end parts of the winding is proportional to the number of end connections or turns in the coil and can be calculated as the product of the number of turns in the coil multiplied by the sum of the track width, taking into account the turn-to-turn gap. The total length of the frontal parts, including the departure, varies in a relationship close to the sum of an arithmetic progression (with minor errors associated mainly with the configuration of the coils). But the theoretical effect of reducing the length of the frontal parts close to twofold (when switching to a doubled number of coils and, accordingly, half the number of frontal connections, while maintaining the width of the track) cannot be achieved due to the presence of a jumper that connects two adjacent coils in the opposite direction, and on In practice, there is a reduction in the length of the frontal parts by 1.7 ÷ 1.9 times, which varies due to the shape of such a jumper, the radius of the outer edge of the winding, the width of the tracks, the number of coils, etc.
Следует отметить, что в случае размещения катушек только на одной стороне печатной платы как для классического исполнения обмотки на печатной плате, включая прототип [3], так и в предлагаемом изобретении, для последовательного соединения катушек друг с другом потребуются дополнительные перемычки, которые могут быть размещены, например, на обратной стороне двухсторонней печатной платы или другом слое многослойной платы. Поэтому, оптимальным с точки зрения использования площади печатной платы следует считать вариант, где катушки размещены на обеих сторонах двухсторонней печатной платы, и необходимость в дополнительных перемычках отпадает естественным образом из-за наличия дорожек обмоток на обратной стороне (другом слое) платы, а соединение частей катушки на наружной и внутренней сторонах печатной платы осуществляется при помощи металлизированного сквозного отверстия в центре концентрической катушки.It should be noted that if the coils are placed only on one side of the printed circuit board, both for the classical winding on the printed circuit board, including the prototype [3], and in the proposed invention, additional jumpers will be required to connect the coils in series with each other, which can be placed , for example, on the back of a double-sided printed circuit board or another layer of a multilayer board. Therefore, from the point of view of using the printed circuit board area, the option should be considered optimal, where the coils are placed on both sides of the double-sided printed circuit board, and the need for additional jumpers naturally disappears due to the presence of winding tracks on the reverse side (another layer) of the board, and the connection of the parts coils on the outer and inner sides of the printed circuit board is carried out using a plated through hole in the center of the concentric coil.
Таким образом, при переходе к предлагаемой в данном изобретении компоновке катушек с числом, равным числу полюсов электрической машины, с сохранением прочих параметров обмотки достигнуто требуемое снижение длины витков катушек и обмотки в целом на величину сокращаемых в 1,7÷1,9 раза длины лобовых частей, габаритных размеров катушек и обмотки в целом по ее ширине на удвоенное значение суммарной ширины дорожек у сокращаемых в катушке витков и межвитковых зазоров за вычетом ширины одной дорожки, используемой в качестве перемычки между смежными катушками, а также уменьшения активного сопротивления обмотки на величину, пропорциональную сокращаемой длине лобовых частей.Thus, when switching to the coil arrangement proposed in this invention with a number equal to the number of poles of the electric machine, while maintaining other winding parameters, the required reduction in the length of the turns of the coils and the winding as a whole was achieved by the amount of the length of the windings reduced by 1.7÷1.9 times. parts, overall dimensions of the coils and the winding as a whole along its width by twice the total width of the tracks for the turns reduced in the coil and interturn gaps, minus the width of one track used as a jumper between adjacent coils, as well as a decrease in the active resistance of the winding by an amount proportional to reduced length of the frontal parts.
Таким образом, снижаются габаритные размеры катушек и обмотки в целом за счет изменения компоновки катушек и сокращения длины ее лобовых частей, не принимающих участия в электромагнитном взаимодействии. При этом все остальные параметры обмотки, такие как число витков, ширина дорожек, длина и расположение активных радиальных участков витков катушек, толщина печатной платы, возможность объединять несколько печатных плат в фазную обмотку статора за счет их последовательного и/или параллельного соединения, остаются неизменными.Thus, the overall dimensions of the coils and the winding as a whole are reduced by changing the layout of the coils and reducing the length of its frontal parts that do not participate in the electromagnetic interaction. At the same time, all other winding parameters, such as the number of turns, the track width, the length and location of the active radial sections of the coil turns, the thickness of the printed circuit board, the ability to combine several printed circuit boards into a stator phase winding due to their serial and / or parallel connection, remain unchanged.
Конструкция фазной обмотки на печатной плате иллюстрируется фиг. 1 - с видом сверху на наружную сторону печатной платы с числом катушек, равным числу полюсов электрической машины, фиг. 2 - с видом сверху на проекцию внутренней стороны печатной платы с числом катушек, равным числу полюсов электрической машины, фиг. 3 - с видом сверху на наружную сторону печатной платы с числом катушек, равным числу пар полюсов электрической машины, фиг. 4 - с видом сверху на проекцию внутренней стороны печатной платы с числом катушек, равным числу пар полюсов электрической машины, фиг. 5 - сравнительная схема обмоток с контурами катушек и направлениями витков, причем:The design of the phase winding on the printed circuit board is illustrated in Fig. 1 - with a top view of the outer side of the printed circuit board with the number of coils equal to the number of poles of the electrical machine, FIG. 2 is a top view of the projection of the inside of the printed circuit board with the number of coils equal to the number of poles of the electrical machine, FIG. 3 is a top view of the outer side of the printed circuit board with the number of coils equal to the number of pole pairs of the electrical machine, FIG. 4 is a top view of the projection of the inside of the printed circuit board with the number of coils equal to the number of pole pairs of the electrical machine, FIG. 5 is a comparative diagram of windings with coil contours and turns directions, moreover:
1 - печатная плата;1 - printed circuit board;
2 - части катушки фазной обмотки на наружной стороне печатной платы с числом катушек, равным числу полюсов электрической машины;2 - parts of the phase winding coil on the outer side of the printed circuit board with the number of coils equal to the number of poles of the electrical machine;
3 - части катушки фазной обмотки на внутренней стороне печатной платы с числом катушек, равным числу полюсов электрической машины;3 - parts of the phase winding coil on the inside of the printed circuit board with the number of coils equal to the number of poles of the electrical machine;
4 - коммутационное углубление печатной платы;4 - switching recess of the printed circuit board;
5 - выходная клемма начала фазной обмотки;5 - output terminal of the beginning of the phase winding;
6 - выходная клемма конца фазной обмотки;6 - output terminal of the end of the phase winding;
7 - монтажные отверстия;7 - mounting holes;
8 - части катушки фазной обмотки на наружной стороне печатной платы с числом катушек, равным числу пар полюсов электрической машины;8 - parts of the phase winding coil on the outside of the printed circuit board with the number of coils equal to the number of pole pairs of the electrical machine;
9 - части катушки фазной обмотки на внутренней стороне печатной платы с числом катушек, равным числу пар полюсов электрической машины;9 - parts of the phase winding coil on the inside of the printed circuit board with the number of coils equal to the number of pole pairs of the electrical machine;
10 - условное направление витков части катушек на наружной стороне печатной платы;10 - conditional direction of the turns of the coils on the outer side of the printed circuit board;
11 - условное направление витков части катушек на внутренней стороне печатной платы.11 - conditional direction of the turns of the coils on the inside of the printed circuit board.
Примеры.Examples.
Статор аксиальной электрической машины с двенадцатью парами полюсов содержит фазную обмотку на двухсторонней печатной плате 1. Рассматривается фазная обмотка фазы А, печатные платы фаз В и С идентичны, при формировании трехфазной статорной обмотки печатные платы будут повернуты на угол -120 и -240 электрических градусов соответственно, используя заранее заготовленные монтажные отверстия 7.The stator of an axial electric machine with twelve pole pairs contains a phase winding on a double-sided printed
Печатная плата 1 может быть выполнена, например, из фольгированного стеклотекстолита, и содержит двадцать четыре катушки фазной обмотки с числом катушек, равным числу полюсов (фиг. 1 и фиг. 2), в виде электропроводящих медных дорожек шириной 2,5 мм и разделенных минимальным зазором в 0,2 мм, каждая из которых состоит из части 2 на наружной стороне печатной платы и включенной согласно части 3 на внутренней стороне платы, соединение двух частей произведено с помощью сквозного металлизированного отверстия в центре катушки, что проиллюстрировано на фиг. 1, фиг. 2. Пять витков каждой части катушки 2 и 3 выполнены концентрическими, при этом геометрически укладка витков частей катушек 2 направлена внутрь против вращения часовой стрелки, а укладка витков частей катушек 3 в продолжение укладки витков частей катушек 2 - направлена от центра против часовой стрелки.The printed
Для коммутации печатной платы последовательно и/или параллельно с другими платами той же фазы выходные клеммы начала 5 и конца 6 фазной обмотки могут быть соединены с клеммами обмоток других плат с использованием коммутационных углублений 4.To switch the printed circuit board in series and/or in parallel with other boards of the same phase, the output terminals of the
Важно отметить, что для последовательного соединения двух и более печатных плат в одной фазе путем предварительного переворота каждой второй платы внутренней стороной наружу с последующим соединением выходных клемм, расположенными одна над другой, по принципу «конец обмотки одной платы - начало обмотки другой платы» или наоборот, необходимо обеспечить смену условных направлений всех витков обмотки при перевороте платы внутренней стороной наружу. Для этого в предлагаемом изобретении катушки должны быть расположены, как это представлено на фиг. 1 и фиг. 2. А именно, ось, вокруг которой осуществляется переворот, равноудаленная от выходных клемм 5 и 6, должна проходить через центр одной из катушек. В предлагаемом изобретении - через центр последней катушки. В этом случае переворот платы обеспечивает смену условных направлений витков обмотки на противоположный.It is important to note that for serial connection of two or more printed circuit boards in one phase by first turning each second board with the inner side outward, followed by connecting the output terminals located one above the other, according to the principle “the end of the winding of one board - the beginning of the winding of another board” or vice versa , it is necessary to ensure a change in the conditional directions of all turns of the winding when the board is flipped with the inside out. To do this, in the proposed invention, the coils must be arranged, as shown in Fig. 1 and FIG. 2. Namely, the axis around which the flip is carried out, equidistant from the
За исключением наружной части первой и последней катушек с клеммами 5 и 6, соответственно, все остальные части катушек для описания их соединения в обмотку предлагаемого изобретения с числом катушек, равным числом полюсов, разбиты на пары. Так, каждая пара частей 2 катушек наружной стороны включена встречно друг по отношению другу, и часть 2 второй катушки в паре на наружной стороне согласно присоединена к ответной части 3 катушки на внутренней стороне, включенной встречно в пару с частью 3 последующей катушки на внутренней стороне, которая далее согласно соединена с ответной частью 2 катушки на наружной стороне и образует новую пару на наружной стороне.With the exception of the outer part of the first and last coils with
При этом части 2 первой и последней катушек на наружной стороне с клеммами начала 5 и конца 6 фазной обмотки согласно соединены со своими ответными частями 3 на внутренней стороне печатной платы.
Радиус наружной кромки фазной обмотки настоящего изобретенияThe radius of the outer edge of the phase winding of the present invention
- с числом катушек, равным числу полюсов, - включая перемычки между катушками, составляет для приведенного примера 157,00 мм, внутренней- with the number of coils equal to the number of poles - including jumpers between the coils, is for the example shown 157.00 mm, internal
- 85,45 мм, а совокупное число витков фазной обмотки статора, размещенной на обеих сторонах печатной платы, равно двумстам сорока, усредненная длина витков обеих частей двух смежных катушек, включая длину перемычек между катушками, - 2768 мм, из которых длина лобовых частей - 968 мм.- 85.45 mm, and the total number of turns of the stator phase winding located on both sides of the printed circuit board is two hundred and forty, the average length of the turns of both parts of two adjacent coils, including the length of the jumpers between the coils, is 2768 mm, of which the length of the frontal parts is - 968 mm.
У фазной обмотки с числом катушек, равным двенадцати, что равно числу пар полюсов (фиг. 3 и фиг. 4), число витков в катушке равно двадцати, по десять у каждой части на наружной 8 и внутренней 9 сторонах печатной платы, ширина дорожек и минимальный зазор между ними одинаковы с параметрами катушек предлагаемого изобретения; 2,5 мм и 0,2 мм соответственно, обе части соединены согласно посредством сквозного металлизированного отверстия в центре концентрической катушки. Катушки последовательно и согласно соединены между собой с помощью второго сквозного металлизированного отверстия в следующем порядке: наружная часть первой катушки - ответная часть первой катушки на внутренней стороне - наружная часть второй катушки - ответная часть второй катушки на внутренней стороне, и далее вплоть до части последней двенадцатой катушки на внутренней стороне. К началу части 8 первой катушки и к концу 9 последней двенадцатой катушки подведены выходные клеммы начала 5 и конца 6 фазной обмотки.For a phase winding with a number of coils equal to twelve, which is equal to the number of pairs of poles (Fig. 3 and Fig. 4), the number of turns in the coil is twenty, ten for each part on the outer 8 and inner 9 sides of the printed circuit board, the width of the tracks and the minimum gap between them is the same as the parameters of the coils of the invention; 2.5 mm and 0.2 mm, respectively, both parts are connected according to through a plated through hole in the center of the concentric coil. The coils are connected in series and according to each other using a second through metallized hole in the following order: the outer part of the first coil - the counterpart of the first coil on the inner side - the outer part of the second coil - the counterpart of the second coil on the inner side, and then up to the last twelfth coil coils on the inside. To the beginning of
Радиус наружной кромки фазной обмотки с числом катушек, равным числу пар полюсов, составляет для приведенного примера 166,80 мм, внутренней - 73,20 мм, а совокупное число витков фазной обмотки статора, размещенной на обеих сторонах печатной платы, равно двумстам сорока, усредненная длина витков двух частей одной катушки - 3592 мм, из которых длина лобовой части - 1792 мм.The radius of the outer edge of the phase winding with the number of coils equal to the number of pairs of poles is 166.80 mm for the given example, the inner edge is 73.20 mm, and the total number of turns of the stator phase winding located on both sides of the printed circuit board is two hundred and forty, averaged the length of the turns of two parts of one coil is 3592 mm, of which the length of the frontal part is 1792 mm.
На фиг. 5 представлена сравнительная схема обмоток обоих типов с контурами катушек и направлениями витков. Так, совмещенный контур обеих частей 2 и 3 катушек обмотки предлагаемого изобретения показан сплошной линией, а прерывистой - совмещенный контур частей 8 и 9 катушек обмотки с числом катушек, равным числу пар полюсов. Стрелками 10 и 11 показаны условные направления активных радиальных участков витков (где одна стрелка условно представляет группу из сонаправленных радиальных частей дорожек у пяти витков) на наружной и внутренней сторонах печатной платы. Схема на фиг. 5 наглядно показывает, что две смежные половины катушек обмотки предлагаемого изобретения всегда образуют группу из четырех сонаправленных стрелок, что, как ранее было определено, означает группу из 20 витков и идентично катушке обмотки с числом катушек, равным числу пар полюсов, с той лишь разницей, что края катушек обоих типов смещены на 90 электрических градусов. Таким образом, предлагаемая компоновка катушек фазной обмотки с числом катушек, равным числу полюсов, по своим электромагнитным параметрам (число витков на полюс, расположение активных радиальных участков витков, ширина витков и пр.) абсолютно равнозначна обмотке с числом катушек, равным числу пар полюсов.In FIG. 5 shows a comparative diagram of the windings of both types with the contours of the coils and the directions of the turns. So, the combined contour of both
Но сравнение габаритных и электрических параметров обмоток обоих типов однозначно указывает на существенные преимущества фазной обмотки предлагаемого изобретения с числом катушек, равным числу полюсов электрической машины. Так, габаритная ширина (разность радиусов по внешней и внутренней кромкам обмотки у аксиальной электрической машины) обмотки предлагаемого изобретения ниже в 1,31 раза или на 23,6%, чем габаритная ширина обмотки с числом катушек, равным числу пар полюсов. Длина витков и, соответственно, величина активного сопротивления обмотки - сокращена в 1,30 раза или на 22,9%, длина лобовых частей - уменьшена в 1,85 раза или на 46,0%.But a comparison of the overall and electrical parameters of the windings of both types clearly indicates the significant advantages of the phase winding of the proposed invention with the number of coils equal to the number of poles of the electrical machine. Thus, the overall width (the difference between the radii along the outer and inner edges of the winding of an axial electric machine) of the winding of the present invention is 1.31 times or 23.6% lower than the overall width of the winding with the number of coils equal to the number of pole pairs. The length of the turns and, accordingly, the value of the active resistance of the winding is reduced by 1.30 times or by 22.9%, the length of the end parts is reduced by 1.85 times or by 46.0%.
Таким образом, предлагаемое изобретение усовершенствованной фазной обмотки на печатной плате статора аксиальной или линейной электрической машины с числом катушек, равным числу полюсов электрической машины, позволяет минимизировать длину витков катушек и фазной обмотки в целом, ее габаритную ширину, существенно снизить активное сопротивление обмотки. Thus, the proposed invention of an improved phase winding on the printed circuit board of the stator of an axial or linear electric machine with the number of coils equal to the number of poles of the electric machine makes it possible to minimize the length of the turns of the coils and the phase winding as a whole, its overall width, and significantly reduce the active resistance of the winding.
Claims (4)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2786180C1 true RU2786180C1 (en) | 2022-12-19 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU254634A1 (en) * | METHOD OF MANUFACTURING MULTI-LAYERED PRINTING OF ELECTRICAL MACHINES | |||
| RU2294588C2 (en) * | 2003-02-07 | 2007-02-27 | Кор Инновэйшн, Ллк | Rotational electric machine with axial field |
| US20130049500A1 (en) * | 2011-08-31 | 2013-02-28 | Duo-Nian Shan | Motor Stator |
| RU157778U1 (en) * | 2015-07-24 | 2015-12-10 | Сергей Григорьевич Игнатьев | SILENT MAGNETOELECTRIC GENERATOR |
| WO2019190959A8 (en) * | 2018-03-26 | 2019-10-24 | Infinitum Electric Inc. | System and apparatus for axial field rotary energy device |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU254634A1 (en) * | METHOD OF MANUFACTURING MULTI-LAYERED PRINTING OF ELECTRICAL MACHINES | |||
| RU2294588C2 (en) * | 2003-02-07 | 2007-02-27 | Кор Инновэйшн, Ллк | Rotational electric machine with axial field |
| US20130049500A1 (en) * | 2011-08-31 | 2013-02-28 | Duo-Nian Shan | Motor Stator |
| RU157778U1 (en) * | 2015-07-24 | 2015-12-10 | Сергей Григорьевич Игнатьев | SILENT MAGNETOELECTRIC GENERATOR |
| WO2019190959A8 (en) * | 2018-03-26 | 2019-10-24 | Infinitum Electric Inc. | System and apparatus for axial field rotary energy device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10170953B2 (en) | Planar composite structures and assemblies for axial flux motors and generators | |
| US7474030B2 (en) | Magnetic coils for electrical machines | |
| CN111095741B (en) | Connecting conducting bar for motor system | |
| KR20090010976A (en) | Electric motor windimgs | |
| KR101721462B1 (en) | Wind power generator as well as stator core and stator core module thereof | |
| US4500806A (en) | Three-phase flat coils | |
| KR100454456B1 (en) | Armature winding pattern of rotating electric | |
| US4384227A (en) | Armature winding for a dynamoelectric machine | |
| RU2786180C1 (en) | Phase stator winding on a printed circuit board | |
| KR102590614B1 (en) | Improved planar composite structures and assemblies for axial flux motors and generators | |
| RU2814208C2 (en) | Multiphase stator winding on printed circuit board | |
| EP4311080A1 (en) | Multiphase stator winding on a printed circuit board | |
| RU2784009C1 (en) | Stator of an axial three-phase electric machine with windings on printed circuit boards | |
| RU2784011C1 (en) | Stator of inverted axial electric machine with windings on printed circuit boards | |
| SU773838A1 (en) | Asymmetric lap winding | |
| CN110492647B (en) | Method for restraining circular current of parallel branch of air gap winding | |
| CN115395696A (en) | Standard phase belt integer slot short-distance wave winding 4-branch wiring method | |
| CN114172291A (en) | Winding structure and motor with same | |
| SU1753550A1 (en) | Unlike inductor generator | |
| CN115986991A (en) | Stator of flat wire motor and flat wire motor |