本发明提供了用于电机的绕组，所述电机具有带有极距τp的感应件，所述绕组具有拦在磁场的一小部分上的多组匝，每个组包括位于等于τp的距离处的相同相的第一子组匝和第二子组匝，所述第一子组的匝被连接成其方式为使得电流可以在所述子组的所有匝中以相同的方向流动，所述第二子组的匝被连接成其方式为使得电流可以在所述子组的所有匝中以相同的方向流动，所述第一子组的匝连接所述第二子组的匝其方式为使得所述第一组中所述电流的方向与所述第二子组中所述电流的方向相反。
1.用于电机的绕组，所述绕组被适配成用于与沿着长度提供一系列至少一对北磁极和南磁极的感应件结构相互作用产生磁场，所述极沿着所述长度分离开极距距离τp，所述绕组包括一个或多个相，相数为n，所述绕组被适配成用于沿着所述长度相对于所述感应件结构移动，
所述绕组具有多组导体对(61，62；61'，62')，每对导体形成匝拦在所述磁场的一小部分上，一个组包括一个相的第一子组匝(61，62)，所述第一子组匝具有沿着所述长度小于或等于τp/n的延展范围，并且同一相的第二子组匝(61'，62')具有沿着所述长度小于或等于τp/n的延展范围，位于沿着所述长度距离第一子组等于τp的距离处，所述第一子组的匝被连接成其方式为使得电流可以在所述子组的所有匝中以相同的方向流动，所述第二子组的匝被连接成其方式为使得电流可以在所述子组的所有匝中以相同的方向流动，所述第一子组的匝连接所述第二子组的匝其方式为使得所述第一组中所述电流的方向与所述第二子组中所述电流的方向相反。
2.根据权利要求1所述的绕组，所述第一子组和所述第二子组具有相同的匝数t。
3.根据权利要求1或2所述的绕组，所述导体对包括安排在第一层中的第一导体(61)和安排在第二层中的第二导体(62)。
4.根据权利要求3所述的绕组，所述第一和第二层被中间层分开，所述中间层具有与所述长度相垂直的高度，第一导体(61)的一个极端通过所述中间层中的开口于对应的第二导体(62)的极端相连。
5.根据权利要求4所述的绕组，其中，所述第一层、中间层和第二层是PCB的层。
6.根据权利要求4或5所述的绕组(40)，其特征在于，匝的所述导体对(61，62；61'，62')各自形成环路。
7.根据权利要求6所述的绕组，其特征在于，一匝的所述第一层中的导体(61，61')沿其长度延伸并穿过所述中间层连接具有对应的延伸范围的所述第二层中的导体(62，62’)，从而在两个相邻的匝之间形成连接，所述两个相邻的匝在所述长度方向上相距一定距离。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的绕组，其特征在于，所述第一和第二子组匝各自具有匝数t，所述第一层中的第一导体(61，61')在所述长度方向上被从1到t编号，所述第二层中的第二导体(62，62')在所述长度方向上也被从1到t编号，并且针对i＝1到i＝t-1，在递减的高度处，所述第一层中的第一导体i以所述导体的上端通过沿所述长度方向延伸的水平捷径连接(46)连接所述第二层中的第二导体t-i；
并且针对i＝1到i＝t，在递增的高度处，所述第一层中的第一导体(61)i以所述中间层的下端通过沿所述中间层的长度方向延伸的水平捷径连接(46')连接所述第二层中的第二导体(62)t-i+1，所述水平捷径连接(46，46')在所述第一层和/或在所述第二层中。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的绕组，其特征在于，所述第一和第二子组匝各自具有匝数t，第一子组中的第一导体(61)在所述长度方向上被从1到t编号，所述后续的第二子组中的第二导体(62)在所述长度方向也被从1到t编号；
针对i从具有重叠的第一根导体到最后一根导体t，所述第一层中的第一导体(61)i在所述导体与所述第二层中的第二导体(62)1重叠的范围上被在竖直方向上延伸的竖直捷径(47)所代替；
针对i从第一根导体1到具有重叠的最后一根导体，所述第二层中的第二导体(62)i在所述导体与所述第一层中的导体t重叠的范围上被在所述竖直方向上延伸的竖直捷径47’所代替；
所述竖直捷径连接(47，47')位于所述第一层和/或第二层中，而例外的是第一子组中的t号捷径和第二子组中的1号捷径分别在第一和第二层中。
10.根据权利要求4或5所述的绕组，其特征在于，形成匝的所述导体对(61，62；61'，
11.根据权利要求10所述的绕组，其特征在于，多个匝被连接成串联，并且多个串联的匝在长度方向上相继地安排成相距一定距离，一个串联匝的所述第一层中的第一导体(61)沿其长度延伸并通过所述中间层连接相继串联的所述第二层中的具有对应的延伸范围的第二导体(62)，从而在两个相继串联之间形成连接，所述两个相继串联在所述长度方向上相距一定距离。
12.根据权利要求10或11所述的绕组，其特征在于，所述第一子组匝中的第一导体(61)在中间高度处中断并且通过所述中间层以所述长度的两端与所述第二子组中的对应第二导体(62')相连接，从而形成连续电路。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的绕组，其特征在于，多个串联匝相继地安排成在长度方向上相距一定距离，所述多个串联的串联数为t，在所述第一和第二层两者中相邻的导体被从1到t编号，并且在递减的高度处，所述第一层中的第一导体(61)1到t以上端通过沿所述长度方向延伸的t个水平捷径连接(46)来连接所述第二层中的相应第二导体(62)t到1，并且在递增的高度处，所述第二层中的第二导体(62)1到t以下端通过沿所述长度方向延伸的水平捷径连接(46’)来连接所述第一层中的第一导体(61)t到1，例外的是所述多个串联之一，其中在递减的高度处，所述第一层中的第一导体(61)1到t-1以上端通过沿所述长度方向延伸的t-1个水平捷径连接(46)连接所述第二层中的相应第二导体(62)t-1到1，所述第一和第二层中的导体t连接至端子。
14.通过根据权利要求10至13中任一项所述的绕组的修改可获得的绕组，其中，多个串联匝相继地安排成在长度方向上相距一定距离，所述多个串联的串联数为t，在所述第一和第二层两者中相邻的导体在常熟方向上被从1到t编号，所述修改包括：·穿过中间层，在所述中间层的中间高度处提供第一子组中的第一导体61/1的在所述中间层的上部部分上延伸的部分与第二子组中的第二导体62'/1的在所述中间层的下部部分上延伸的部分的连接；
o(a)所述第一子组中的第一导体61/2至61/t-1的在中间层的上部部分上延伸直到与第二子组中的第二导体62'/1的重叠点的部分，重定向到o(b)所述第二子组中的第二导体62’/2到62’/t-1的在中间层的下部部分上从与第一子组中的第一导体61/1的重叠点开始延伸的部分，o(c)这是通过在竖直方向上延伸的竖直捷径连接(47)，所述竖直捷径连接(47)在第一层中和/或在第二层中；
o(a)所述第一子组中的第一导体61/t的在中间层的上部部分上延伸直到与第二子组中的第二导体62'/1的重叠点的部分，重定向至o(b)第一子组中的第一导体61/1的在中间层的下部部分上从与第二子组中的第二导体62'/t的重叠点开始延伸的部分，o(c)这是通过在竖直方向上延伸的竖直捷径连接(47)，所述竖直捷径连接(47)在第一层中和/或在第二层上用于导体2至t-1，而在第一层中仅用于导体t；
·在围绕竖直轴旋转180°之后执行相同的操作，即在第一导体t上应用竖直捷径。
15.根据权利要求8、9、13、14中任一项所述的绕组，其特征在于，多个过孔(43)将所述中间层的所述第一和第二层中的所述对应的竖直和/或水平捷径连接(46 46'，47，47')相连接。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的绕组的、其中所述绕组呈长形构形的、在直线电机中的用途。
17.根据权利要求16的、其中所述绕组在垂直于所述长度的方向上缠绕的用途。
18.根据权利要求1至15中任一项所述的绕组的、其中所述绕组在旋转电机中在所述长度方向上以圆柱形构形缠绕的用途。
19.根据权利要求1至15中任一项所述的绕组的、其中所述绕组以扁平构形缠绕成盘形形式、在具有轴向场的旋转电机中的用途。
20.根据权利要求1至15中任一项所述的绕组的、其中一个或多个绕组通过位于两个叠置绕组之间的绝缘层而叠置的用途。
用于电机的绕组
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于电机的绕组。
背景技术
[0002] 电机存在许多形式。这些机器可以是由机械能产生电能的发电机、由电能产生机械能的电动机。旋转电机具有相对于定子围绕轴线旋转的转子。直线电机具有静态元件和相对于静态元件线性移动的移动元件。本发明涉及电机，所述电机具有产生磁场的感应件和其中可以有电流流动的电枢绕组。当感应件是旋转电机的转子并且是永磁体时，就不需要电刷来将电流接入电枢绕组中。旋转电机可以包括产生主要径向指向的磁场的感应件，而绕组具有总体圆柱形的形状。旋转电机也可以包括产生主要轴向指向的磁场的感应件，而绕组具有总体上盘形形状。直线电机包括的感应件可以产生主要垂直于移动方向指向的并且朝向电枢绕组定向的磁场，该绕组具有总体上矩形形状。
[0003] 从“B.Dehez，M.Morovic、Y.Pririard的Analysis and comparison of classical and flex-PCB slotless winding in BLDC motors[BLDC电动机中经典绕组和挠性PCB无槽绕组的分析和比较]”，电机与系统(ICEMS)，2012第15届国际会议，第1-6、21-24页，2012年10月中了解到一种用于无槽无刷直流电动机(BLDC电动机)的绕组。该文件描述了BLDC电动机的一般结构。在经典的铜线绕组与具有简单形状的挠性PCB绕组(三段式倾斜(波)或菱形(搭接)绕组)之间进行了比较，显示出挠性PCB绕组的功率密度较经典的铜线绕组有潜在30％的改进。然而，没有尝试找出具有最佳性能的设计。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种用于电机的绕组，所述绕组具有改进的效率或/和改进的转矩密度(旋转电机)或力密度(直线电机)。效率可以被定义为递送的功率与吸收的功率的比率。在电动机中，递送的功率是电动机轴上可用的机械功率(或直线电动机的力×速度)，而吸收的功率是绕组吸收的电功率。在发电机中，递送的功率是在绕组处提供的电功率，而吸收的功率是提供给轴的机械功率(或直线发电机的力×速度)。损失主要与绕组的电阻有关。因此，本发明的一个目的是提供一种使这些损失最小化、同时在电机中使用时提供给定的大功率的绕组。转矩密度或力密度可以定义为由电机产生的转矩或力对应地与其重量的比率。电机的重量主要由电枢绕组中产生的焦耳损失确定。对于在电枢绕组中循环的给定幅值的电流而言，焦耳损失与其电阻成正比，而转矩或力与由这些绕组拦截的并由感应件产生的磁通量的幅值成正比。因此，本发明的目的是提供一种使电阻最小化、同时使得由这些绕组拦截并由感应件产生的磁通量的幅值最大化的绕组。
[0005] 本发明由独立权利要求来限定。从属权利要求限定有利的实施例。
[0006] 根据本发明的第一方面，提供了一种用于电机的绕组，所述绕组被适配成用于与沿着长度提供一系列至少一对北磁极和南磁极的感应件结构相互作用产生磁场，所述极沿着所述长度分离开极距距离τp，所述绕组包括一个或多个相，相的数目为n。所述绕组被适配成用于沿着所述长度相对于所述感应件结构移动。所述绕组具有多组导体对，每对导体形成匝拦在所述磁场的一小部分上。一个组包括一个相的第一子组匝，所述第一子组匝具有沿着所述长度小于或等于τp/n的延展范围，并且同一相的第二子组匝具有沿着所述长度小于或等于τp/n的延展范围，位于沿着所述长度距离第一子组等于τp的距离处。所述第一子组的匝被连接成其方式为使得电流可以在所述子组的所有匝中以相同的方向流动，所述第二子组的匝被连接成其方式为使得电流可以在所述子组的所有匝中以相同的方向流动，所述第一子组的匝连接所述第二子组的匝其方式为使得所述第一组中所述电流的方向与所述第二子组中所述电流的方向相反。所述第一子组和所述第二子组可以具有相同的匝数t。
[0007] 优选地，所述导体对包括安排在第一层中的第一导体和安排在第二层中的第二导体。
[0008] 所述第一和第二层可以由中间层分开。所述中间层可以有利地是绝缘的。第一导体的一个极端通过所述中间层中的开口于对应的第二导体的极端相连。
[0009] 在本发明的优选实施例中，所述第一层、中间层和第二层是PCB的层。
[0010] 在本发明的叠式版本中，匝的所述导体对各自形成环。所述匝的输入端子和输出端子可以靠近彼此。所述绕组的导体可以在所述中间层的中间高度处显示出对称线，对称轴线是沿着所述中间层的长度的线。
[0011] 一匝的所述第一层中的导体可以沿其长度延伸并穿过所述中间层连接具有对应的延伸范围的所述第二层中的导体，从而在两个相邻的匝之间形成连接，所述两个相邻的匝在所述长度方向上相距一定距离。
[0012] 在本发明的第一改进中，所述第一和第二子组匝各自具有匝数t，所述第一层中的第一导体在所述长度方向上被从1到t编号，所述第二层中的第二导体在所述长度方向上也被从1到t编号，针对i＝1到i＝t-1，以递减的高度，所述第一层中的第一导体i以所述导体的上端通过沿所述长度方向延伸的水平捷径连接连接所述第二层中的第二导体t-i；并且针对i＝1到i＝t，以递增的高度，所述第一层中的第一导体i以所述导体的下端通过沿所述长度方向延伸的水平捷径连接连接所述第二层中的第二导体t-i+1。所述水平捷径连接可以被安排在所述第一层中和/或在所述第二层中。
[0013] 在本发明的第二改进中，所述第一和第二子组匝各自具有匝数t，第一子组中的第一导体在所述长度方向上被从1到t编号，所述后续的第二子组中的第二导体在所述长度方向也被从1到t编号；针对i从具有重叠的第一根导体到最后一根导体t，所述第一层中的第一导体i在所述导体与所述第二层中的第二导体1重叠的范围上被在竖直方向上延伸的竖直捷径所代替；
并且
针对i从第一根导体1到具有重叠的最后一根导体，所述第二层中的第二导体i在所述导体与所述第一层中的导体t重叠的范围上被在所述竖直方向上延伸的竖直捷径所代替。
这些竖直捷径连接可以被安排在所述第一层和/或第二层中，而例外的是第一子组中的t号捷径和第二子组中的1号捷径仅对应地在第一和第二层中。
[0014] 在本发明的波浪型版本中，匝的所述导体对各自形成波浪形。所述匝的输入和输出端子可以沿着彼此的长度相距接近2*τp的距离。所述导体可以显示出对称点，反射点在中间层的中间高度处。
[0015] 多个匝可以连接成串联，并且多个串联的匝可以在长度方向上相继地安排成相距一定距离，一个串联匝的所述第一层中的第一导体沿其长度延伸并通过所述中间层连接相继串联的所述第二层中的具有对应的延伸范围的第二导体，从而在两个相继串联之间形成连接，所述两个相继串联在所述长度方向上相距一定距离。
[0016] 在本发明的优选版本中，所述第一子组匝中的第一导体在中间高度处中断并且通过所述中间层以所述长度的两端与所述第二子组中的对应第二导体相连接，从而形成连续电路。
[0017] 在本发明的所述第一改进中，多个串联匝相继地安排成在长度方向上相距一定距离，所述多个串联的串联数为t，
在所述第一和第二层两者中相邻的导体被从1到t编号，
并且针对i＝1到i＝t，以递减的高度，所述第一层中的第一导体i以上端通过沿所述长度方向延伸的水平捷径连接连接所述第二层中的第二导体t+1-i，
并且针对i＝1到i＝t，以递增的高度，所述第二层中的第二导体i以下端通过沿所述长度方向延伸的水平捷径连接连接所述第一层中的第一导体t+1-i，
例外的是所述多个串联之一，其中针对i＝1到i＝t-1，以递减的高度，所述第一层中的第一导体i通过沿所述长度方向延伸的水平捷径连接连接所述第二层中的第二导体t-i，所述第一层和第二层的导体连接了端子。
[0018] 在本发明的所述第二改进中，其中，多个串联匝相继地安排成在长度方向上相距一定距离，所述多个串联的串联数为t，在所述第一和第二层两者中在长度上相邻的导体被从1到t编号，所述绕组可通过本发明的波浪型版本绕组的修改来获得，所述修改包括
·穿过中间层，在所述中间层的中间高度处提供第一子组中的1号第一导体的在所述中间层的上部部分上延伸的部分与第二子组中的1号第二导体的在所述中间层的下部部分上延伸的部分的连接；
·对应地将
(a)所述第一子组中的2号至t-1号第一导体的在中间层的上部部分上延伸直到与第二子组中的1号第二导体的重叠点的部分，重定向至
(b)所述第二子组中的2号至t-1号第二导体的在中间层的下部部分上从与第一子组中的1号第一导体的重叠点开始延伸的部分
(c)这是通过在竖直方向上延伸的竖直捷径连接，所述竖直捷径连接在第一层中和/或在第二层中；
·将
(a)所述第一子组中的t号第一导体的在中间层的上部部分上延伸直到与第二子组中的1号第二导体的重叠点的部分，重定向至
(b)第一子组中的1号第一导体的在中间层的下部部分上从与第二子组中的t号第二导体的重叠点开始延伸的部分，
(c)这是通过在竖直方向上延伸的竖直捷径连接，所述竖直捷径连接在第一层中；
·在围绕竖直轴旋转180°之后执行相似的操作，即在第一导体t上应用竖直捷径。
上述关于波浪型版本绕组和叠式版本绕组两者的连接和重定向是使得在导体中流动的电流将流向连接至或重定向至其的导体。去除了原波浪型绕组或叠式绕组的与根据第二改进获得的绕组相比未使用的导体部分。
·
[0019] 优选地，在根据本发明的第一和第二改进的绕组中，即具有竖直和/或水平捷径的绕组中，除非明确不允许，这些捷径可以延伸在第一层和第二层上。具有两根平行的快捷导体降低了绕组的整体电阻，并因此改进了效率。在这些情况下，多个过孔可以连接所述第一和第二层中的所述对应的竖直和/或水平捷径连接。
[0020] 优选地，一个或多个绕组叠置有位于两个叠置绕组之间的绝缘层。
[0021] 根据第二方面，本发明涉及这些绕组在电机中的用途。长形构形的绕组可以用于直线电机。当在垂直于长度的方向上缠绕时，直线电机可以是沿着直线磁体行进的在圆柱体内具有径向场的圆柱形绕组。当绕组在长度方向上以圆柱形构形缠绕时，绕组可以用于具有径向场的旋转电机中。当在扁平构形下以盘形形式缠绕时，绕组可以用于具有轴向场的旋转电机中。
附图说明
[0022] 本发明的这些和进一步方面将通过实例方式并且参考附图进行更详细解释，在附图中：图1是根据现有技术的叠绕组的示意性表示。
图2是根据现有技术的波绕组的示意性表示。
图3是根据本发明的实施例的叠绕组的示意性表示。
图4是根据本发明的实施例的波绕组的示意性表示。
图5是根据本发明的实施例的第一改进的叠绕组的示意性表示。
图6是根据本发明的实施例的同一第一改进的波绕组的示意性表示。
图7是根据本发明的实施例的第二改进的叠绕组的示意性表示。
图8是根据本发明的施实例的同一第二改进的波绕组的示意性表示。
图9是组合了本发明的实施例的第一和第二改进的叠绕组的示意性表示。
图10是组合了本发明的实施例的第一和第二改进的波绕组的示意性表示。
图11是具有本发明的实施例的第三改进的波绕组的示意性表示。
图12是具有本发明的实施例的第三改进的、结合了本发明的第一和第二改进的波绕组的示意性表示。
图13是结合了本发明的实施例的第一和第二改进的、用于在具有轴向场的旋转电机中使用的叠绕组的示意性表示。
[0023] 附图中的描绘既未按比例绘制也不成比例。通常，在附图中，相同的组成部分由相同的参考号来指示。
具体实施方式
[0024] 在本文中讨论的现有技术和本发明的所有实例中，以实线表示的第一导体61连接到以虚线表示的第二导体62，从而形成匝。导体61、62可以是直线、折线或曲线。匝中的成对导体61、62可以形成环路。在这种情况下，所述导体可以显示出关于经过其中点的对称线，并且形成叠绕组，如图1、图3、图5、图7和图9所示。位于绕组的中间高度处的所述线在绘图上被表示为在绕组的左右端处的点线。
替代地，匝中的成对导体61、62可以形成波浪形。在这种情况下，导体可以显示出对称点并形成波绕组，如图2、图4、图6、图8、图10、图11和图12所示。在本发明的第一实施例中，所述导体可以是通过本领域已知的许多手段彼此绝缘的电线或棒。例如，导体可以涂覆上绝缘材料。并且，导体可以缠绕在可能绝缘的支撑件上或在其中。在本发明的第二实施例中，第一导体61位于一层中，而第二导体62位于第二层中，优选地通过绝缘层彼此分离。这些导体可以是通过从导电材料片材上切出而获得的。所述切出可以通过如机械切割、激光切割或化学侵蚀的已知技术来执行。然后可以通过绝缘层中的、导体通过其发生接触或焊接的开口获得第一层中的第一导体61与第二层中的第二导体62的连接。这些导体还可以是印刷在印刷电路板(PCB)两侧的轨道。PCB的第一侧上的第一导体61与PCB的第二侧上的第二导体62的连接然后可以由含有导电材料的过孔43、即透过PCB的孔来实现。术语“过孔”用于指定第一导体61与第二导体62的不同连接手段。过孔43在图上由小圆圈表示。所有这些解决方案在本领域中都是众所周知的。在所讨论的所有实例中，长度方向将是从图的左侧到右侧的方向，而高度方向是从图的底部到顶部的方向。绕组表示为平面结构，直线电动机或发电机也是这种情况。绕组还可以沿着长度方向以圆柱形方式缠绕一次或多次，以供在具有径向磁场的旋转电机中使用。绕组还可以沿着垂直于长度方向的方向以圆柱形方式缠绕一次或多次，以供在具有径向磁场的直线管状电机中使用。绕组还可以以盘形方式缠绕，以供在具有轴向磁场的电机中使用。“长度”于是应理解为方位角距离。当绕组缠绕多于一次时，或者当多个绕组叠置时，可以在每个绕组层之间插入第四绝缘片和任选地粘合剂片，以便避免绕组匝/环之间的不想要的电短路。
[0025] 图1是根据现有技术的用于电机的叠绕组的实例的示意性表示。具有关于由图左侧和右侧的圆点所表示的线的线性对称性的第一导体61通过图的底部的过孔43连接第二导体62，从而形成匝。多个这样的匝数(在该实例中为10匝)串联连接以形成一组匝，其具有电流输入端子44和电流输出端子45。相继的匝在长度方向上相对于彼此移位。这可以通过使得第一和第二导体延伸超出它们的高度L1直到高度L2并且将匝通过高度L2处的过孔43连接到相邻匝来获得。图1显示了三相绕组，第一相以粗线绘制，另两相以细线绘制。提供磁场的感应件结构示意性地表示为棒，并且示出了两个北极和两个南极。该感应件结构为了清晰起见呈现在绕组的底部但是与绕组重叠，从而使得匝拦在磁场上。电机被设计成其方式为使得绕组可以相对于磁体结构在长度方向上移动。北极与南极之间在长度方向上的分离距离为τp。从图1中可以看出，常规绕组中一个相的两个相继组之间的距离为2τp，从而使得这两个组拦在同一个场(符号和幅值两者都相同)上。组在长度方向上的范围为2τp除以相数。需要这种条件来防止相继组的匝重叠。一个组的电流输出端子45可以连接相同相的相继组的电流输入端子44，使得导体中的电流沿箭头所示的方向流动。图1的现有技术绕组在WO 2014/207174的第[0030]段和图7a中进行了更详细的讨论。
[0026] 图2是根据现有技术的用于电机的绕组的实例的示意性表示，类似于图1，但不同之处在于导体61、62形成波匝。导体61、62形成为直线，但还可以形成为折线或曲线，如在其他实例中所示。这里，如图1所示，两组之间的距离为2τp，组在长度方向上的范围是2τp/3。
[0027] 图3是根据本发明的实施例的叠绕组的示意性表示。相对于图1的绕组，图3的绕组已经被如下修改：所述组匝被划分成第一子组匝81和第二子组匝82。第二子组82位于在长度方向上距离第一子组81距离τp处。子组在长度方向上的范围是τp除以相数，即图1绕组中的组的范围的一半。需要这种条件来防止相继子组的匝重叠。第一子组的电流输入/输出端子44/45、以及第二子组的44'/45'处于相反顺序，从而使得在第一子组中的导体61中流动的电流将沿相反方向在第二子组的对应导体61'中流动。当一个子组的电流输出端子45连接到同一相的、相继的另一子组的电流输入端子44'时，就可以满足此条件。从图3可以看出，当第一子组拦在北极场上时，随后的相同相的第二子组拦在南极场上。发明人已经确定，对于三相绕组，根据本发明的绕组具有的转矩或力密度相对于具有相同特征的图1的现有技术对应绕组改进了大致15％。这种改进是由于相匝拦截磁通量并因此产生其相延展范围相对于现有技术绕组以为二的因数减少的电动势的事实。延展范围因数将绕组的电动势幅值与一匝的电动势幅值乘以匝数关联起来并由以下数学公式给出：2sin(α/2)/α
其中α是在三相绕组中的最大相差，因此从0.827增大到0.955。相延展范围从120电度减小到60电度。
[0028] 图4是根据本发明的实施例的波绕组的示意性表示。已经将图1的绕组到图3的绕组的修改类似地应用于图2的绕组。获得了相同的效率改进。
[0029] 图5是根据本发明的实施例的第一改进的叠绕组的示意性表示。所述改进在于子组的匝互连方式相对于图3中子组的匝互连方式。参考图5，第一子组中编号为3的第一导体61通过水平捷径连接46连接同一子组中编号为2的第二导体。为了减小相电阻，可以在第一层和第二层中平行地形成该水平捷径连接。针对子组的所有匝在绕组的顶部和底部两者上形成类似的捷径连接。如本领域技术人员众所周知的，只有垂直于相对运动的电流分量(即圆柱形电机中的轴向电流)才会在电动机中产生转矩或力。因此，在图3的绕组的底部和顶部处的、前层的第一导体61与第二层的第二导体62相重叠的近三角形的区域，所得转矩将为零。这就解释了为什么在图5中表示的对匝间连接的改进模式表现出当电机是电动机时尽管减小了相电阻却没有转矩或力损失。对于相同的几何形状和电流，图5的绕组将产生与图3的绕组相同的转矩或力。与图3的绕组相比，图5的绕组具有较短的轨道，并因此相电阻Rph减小。由于相同的原因，当电机是发电机时，用图3和图5的绕组产生的电动势将是相等的。
[0030] 图6是根据本发明的实施例的同一第一改进的波绕组的示意性表示。所述改进对应于对图3的绕组进行修改以获得图5的绕组，但是应用于图4的绕组。水平捷径连接46减小导体的总长度，而不会减小电机的转矩或力。申请人已经观察到，对于常规设计，相对于没有水平捷径的绕组，所得转矩或力密度改进了超过10％。
[0031] 图7是根据本发明的实施例的第二改进的叠绕组的示意性表示。所述改进在于在其高度的中间区域中对导体61、62的形状的修改。参考图7，作为实例，第一子组81中的编号为3的第一导体61从与第二子组82中的编号1的导体62的重叠点开始通过竖直捷径连接47来走捷径。第二子组82中的第二导体62也从与前一个第一子组中的最后导体61(所示实例中的2号导体)的重叠点开始通过竖直捷径连接47'走捷径。除了第一子组的最后的竖直捷径和第二子组的第一竖直捷径之外，这些捷径可以在第一和第二层中平行延伸，这进一步减小了相电阻。第一子组的最后捷径和第二子组的第一竖直捷径重叠，并且作为不同电路的部分可以并不平行组合，但必须分别留在第一和第二层中。由于与关于横向捷径和图5解释的原因类似的原因，图7的绕组将在没有竖直捷径的情况下产生与图3的对应绕组相同的转矩或力。已经确定，对于图7的导体形状，相对于没有竖直捷径的图3的绕组，所得转矩或力效率改进了超过1％。
[0032] 图8是根据本发明的施实例的同一第二改进的波绕组的示意性表示。所述改进对应于对图3的绕组进行的修改以获得图7的绕组，但是被应用于图4的绕组。竖直捷径连接47减小了绕组的总长度和电阻，而不会减小电机的转矩或力。
[0033] 图9和图10分别是组合本发明的实施例的第一和第二改进的叠绕组和波绕组的示意性表示，其中导体具有三个直线段。此实例显示本发明及其改进类似地适用于导体是直线、折线或曲线的绕组。
[0034] 将通过描述为获得图10的绕组对图4的绕组进行的修改并仅集中于位于绕组的钻石形(棱形)区域中的在绕组的中间高度处的竖直捷径改进来描述根据本发明的第二改进(即具有竖直捷径)的波绕组的概念。第一子组中的第一导体61(实线)从左到右依次编号，并记为61/1-61/t(在图10中t等于5)。类似地，第二子组中的第二导体62'(以虚线表示)编号为62'/1至62'/t。
在第一改型(a)中，第一导体61/1在绕组的中间高度中断，并且通过过孔连接到绕组的下部的导体62'/1的一部分上。下面将讨论导体61/1和62’/1的其余部分。
在第二改型(b)中，留下导体61/2至61/t-1的上部部分直到它们与第二组中的第二导体62'/1的重叠点。从该重叠点起，它们中断并向下以竖直捷径47延长直到导体62'/2至
62'/t-1与导体61/1的重叠点。从该第二重叠点起，竖直捷径分别连接到导体62/'2至62'/t-1向下延伸的部分。
在第三改型(c)中，留下导体61/t的上部部分直到其与第二组中的第二导体62'/1的重叠点。从该重叠点开始，所述导体中断并且以竖直捷径47向下延长直到导体62'/t与导体
61/1的重叠点。从该第二重叠点开始，竖直捷径连接到第一组中的第一导体61/1的部分，向下延伸。
去除原始未修改的绕组的导体的未使用部分。竖直捷径2至t-1可以在中间层的两侧平行延伸，由此减小绕组的电阻。最后的竖直捷径t可以仅在一侧延伸。改型(a)(b)和(c)解决了图10的钻石形区域的左手侧。对于图10的钻石形区域的右手侧进行类似的修改：绕组围绕钻石的竖直对角线旋转180°，并且对现在占据前导体位置的导体进行相同的连接和重定向。可以对绕组中出现的所有钻石形进行相同的操作。从图中可以看出，例如绕组的上部部分中的第一子组中的导体61/1至61/t-1中的并向下流动的电流将在导体62'/1至62'/t-1中沿自然方向(也向下)向下流动，从而产生与图4的绕组相同的电动机或发电机效果，但电阻减小，并且因此改进了效率。
在本讨论内容中，“重叠”应被理解为是指“在相同的位置上、但在中间层的不同侧”。
[0035] 已经描述了关于图3至图10所讨论的所有实例，而没有讨论在绕组的左右端的连接。对于图3、图5、图7和图9的叠绕组，情况简单：每个子组形成线圈，每个线圈具有一个电流输入端子44和电流输出端子45。这些端子可以连接外部装置或互连，以便形成多个各自具有电流输入端子和电流输出端子的相。绕组可以具有任何长度并且具有多组匝，并且可以以圆柱形方式缠绕、两折之间带有绝缘层，其方式为使得同一相的对应组和子组重叠。在PCB绕组的情况下，可以用单个PCB来生产所有导体、包括在PCB的顶部高度处的子组之间的互连而不需要任何额外的布线。
[0036] 在图4的波绕组中，右手端的第二导体62可以在绕组的左手端连接对应的第一导体61。这可以在PCB的顶部处用外部布线或附加轨道来进行。图11和图12示出了本发明的第三改进的实例，其中避免了对这些外部布线或附加轨道的需要。参考图11，第一层中的第一子组81的匝中的导体61在绕组的右手端处在中间层的中间高度中断，并且通过过孔43穿过所述中间层连接到另一层中的第二子组82的导体62的对应的下半部上。这对于该子组中的所有导体都有执行，并且在绕组的左手侧以类似的方式执行。这导致每个相具有闭合电路，所述闭合电路具有电流输入端子44和电流输出端子45。所得绕组可以被生产为单个PCB，而不需要任何额外的布线或连接。尽管图11示出了每相具有三匝的绕组及每个子组，但是可以根据预期电机的需要产生具有任意匝数的绕组。图12示出了与具有水平和竖直捷径二者的绕组中的导体具有相同的末端导体包绕的绕组的实例。图12的绕组组合了本发明的所有改进。
[0037] 图13是结合了本发明的实施例的第一和第二改进的、用于在具有轴向场的旋转电机中使用的叠绕组的示意性表示。该绕组被适配成用于与具有两个北极和两个南极的感应件相互作用产生沿轴线、即垂直于该图定向的磁场。所述极彼此分开90度分布。所述绕组具有在距离彼此90度的角距离处的两个第一子组81和两个第二子组82。
[0038] 已经就具体实施例对本发明进行了描述，这些具体实施例是对本发明的说明而不应被理解为是限制的。更一般地，本领域技术人员将理解的是，本发明并不受限于上文中已经具体示出和/或描述的内容。
[0039] 权利要求书中的参考标号并不限制其保护范围。动词“包括”、“包含”、“由…形成”或任何其他变体以及它们的对应词形变化的使用并不排除所陈述的那些之外的元件的存在。在元素前使用冠词“一个”、“一种”或“所述”并不排除存在多个此类元素。
[0040] 本发明还可以如下描述：本发明提供一种用于电机的绕组，所述绕组被适配成用于与沿着长度提供一系列至少一对北磁极和南磁极的感应件结构相互作用产生磁场，所述极沿着所述长度分离开极距距离τp。所述绕组可以包括一个或多个相，被适配成用于沿着所述长度相对于感应件结构移动，并且具有多组导体对，每对导体形成匝拦在所述磁场的一小部分上。根据本发明，一个相的第一子组匝具有沿着所述长度小于或等于τp/n的延展范围，同一相的第二子组匝具有沿着所述长度小于或等于τp/n的延展范围、位于沿着所述长度等于τp的距离处，所述第一子组的匝被连接成其方式为使得电流可以在所述子组的所有匝中以相同的方向流动，所述第二子组的匝被连接成其方式为使得电流可以在所述子组的所有匝中以相同的方向流动，所述第一子组的匝连接所述第二子组的匝其方式为使得所述第一组中的所述电流方向与所述第二子组中的所述电流方向相反。所述第一子组和所述第二子组可以具有相同的匝数t。
