專利名稱：：并入用于超導(dǎo)和電阻繞組的雙螺旋線圈設(shè)計(jì)的電動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及電磁系統(tǒng)，通常包括產(chǎn)生磁場(chǎng)的系統(tǒng)、產(chǎn)生電力的系統(tǒng)、馬達(dá)和磁體。更具體地，本發(fā)明涉及包括導(dǎo)體組件類型的電動(dòng)裝置系統(tǒng)，其在傳導(dǎo)電流時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，或者在存在變化的磁場(chǎng)的情況下感生電壓。
背景技術(shù)：
：各式各樣的磁體設(shè)計(jì)用于包括諸如用于發(fā)電的旋轉(zhuǎn)裝置的機(jī)電應(yīng)用。電動(dòng)馬達(dá)和發(fā)電機(jī)的應(yīng)用可以受益于超導(dǎo)磁體的使用，該超導(dǎo)磁體較高的磁場(chǎng)提高性能并實(shí)質(zhì)上降低這樣的設(shè)備的尺寸和成本。在電阻和超導(dǎo)應(yīng)用中，常規(guī)的電動(dòng)設(shè)備采用例如跑道形線圈的常規(guī)分布繞組，以在定子中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。常規(guī)的多極轉(zhuǎn)子和定子包含用于每個(gè)極的線圈繞組的單獨(dú)的組。例如，在常規(guī)的三相電動(dòng)裝置中，三組定子線圈繞組中的每一組構(gòu)造有串聯(lián)布線的例如形成為跑道構(gòu)造的多個(gè)偶極磁體組件，以便為每個(gè)繞組產(chǎn)生偶極或高階場(chǎng)構(gòu)造。由于該構(gòu)造，所以氣隙磁場(chǎng)包含不容忽視的諧波含量，該諧波含量在定子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)期間，在其他考慮中，影響作用于裝置部件上的振動(dòng)引發(fā)的應(yīng)力。用于這些應(yīng)用的常規(guī)超導(dǎo)偶極磁體采用跑道形線圈，其能夠產(chǎn)生在3-10T范圍內(nèi)的大磁場(chǎng)。這樣的線圈通常用扁平Rutherford風(fēng)格的超導(dǎo)股絞線纜或扁平帶狀導(dǎo)體制成，以便在小的體積中提供高的電流密度。這樣的扁平線纜線圈的幾何形狀規(guī)定它們從內(nèi)(或最小半徑)匝開(kāi)始向最外面匝纏繞，以形成馬鞍形線圈半部。將兩個(gè)這樣的半部彼此相對(duì)安裝，以形成偶極構(gòu)造。制造馬鞍形跑道線圈(我們稱作“常規(guī)”線圈)的方法具有如'042中所描述的許多缺點(diǎn)。與常規(guī)裝置相比，電動(dòng)設(shè)備(諸如感應(yīng)馬達(dá)和發(fā)電機(jī))中超導(dǎo)繞組的使用能夠在小的尺寸中提供高輸出裝置。超導(dǎo)繞組能夠產(chǎn)生通常比用正常的電阻繞組能獲得的強(qiáng)2-5倍的磁場(chǎng)。由于能量密度隨磁場(chǎng)的平方上升，所以這樣的裝置每單位場(chǎng)體積能夠被認(rèn)為比正常類型的裝置強(qiáng)4-25倍。授予Herd的美國(guó)專利No.5，672，921描述了用于旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)電樞中的跑道形環(huán)氧浸漬超導(dǎo)線圈的使用。授予Gamble的美國(guó)專利No.5，777，420示出了一種超導(dǎo)同步馬達(dá)轉(zhuǎn)子，其由以條帶形式的高溫超導(dǎo)(HTQ材料纏繞的跑道形線圈組成。成本是依賴于馬鞍形或跑道形線圈的常規(guī)超導(dǎo)磁體技術(shù)的主要約束。改善可靠性的設(shè)計(jì)顯著增加成本。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于給定的操作條件組，必須付出相當(dāng)大的設(shè)計(jì)工作，以確保在正常的系統(tǒng)使用期間不會(huì)出現(xiàn)失超。低溫超導(dǎo)線圈分組必須在裝置上非常穩(wěn)定，以便防止導(dǎo)致超導(dǎo)線圈失超的導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)。不管未來(lái)系統(tǒng)采用電阻或超導(dǎo)繞組，總存在改善電動(dòng)設(shè)備的設(shè)計(jì)效率和可靠性這兩者的需求。在包括MEM、發(fā)電機(jī)和大馬達(dá)應(yīng)用的各種尺寸的電動(dòng)設(shè)備中需要這樣改善的性能。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，提供一種如下類型的導(dǎo)體組件，其在傳導(dǎo)電流時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，或者在存在變化的磁場(chǎng)的情況下感生電壓。還提供用于構(gòu)造該導(dǎo)體組件的相關(guān)方法。在一系列實(shí)施例中，產(chǎn)生電力或由電流驅(qū)動(dòng)類型的交流電裝置包括圍繞軸設(shè)置的定子和相對(duì)于定子圍繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置的轉(zhuǎn)子。定子包括多個(gè)線圈排，每個(gè)線圈排都按序以軸為中心。定子包括以同心狀構(gòu)造圍繞軸設(shè)置的至少第一、第二和第三組線圈。每組線圈至少包括串聯(lián)布線的第一對(duì)線圈排，其中該第一對(duì)的第一和第二構(gòu)件構(gòu)造成在相反方向上產(chǎn)生軸向場(chǎng)。第一組的第一對(duì)、第二組的第一對(duì)和第三組的第一對(duì)中的線圈排均被布置成距軸不同的距離并按序布置，使得一對(duì)第二組線圈排的第一構(gòu)件被設(shè)置在一對(duì)第一組的線圈排的第一與第二構(gòu)件之間。軸與第二組線圈排的第一構(gòu)件之間的距離在第一對(duì)線圈排的構(gòu)件與軸之間的距離中間。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，第三組的所述對(duì)的第一構(gòu)件被設(shè)置在第一組線圈排的第一與第二構(gòu)件之間，使得軸與第三對(duì)線圈排的第一構(gòu)件之間的距離也在第一對(duì)線圈排的構(gòu)件與軸之間的距離中間。在另一實(shí)施例中，第三組的所述對(duì)的第一構(gòu)件也在第二組線圈排的第一與第二構(gòu)件之間，使得軸與第三對(duì)線圈排的第一構(gòu)件之間的距離在第二對(duì)線圈排的構(gòu)件與軸之間的距離中間。在又一實(shí)施例中，第一組的所述對(duì)的第二構(gòu)件被設(shè)置在第三組線圈排的第一與第二構(gòu)件之間，使得軸與第三對(duì)線圈排的第一構(gòu)件之間的距離也在第一對(duì)線圈排的構(gòu)件與軸之間的距離中間。在又一實(shí)施例中，每組線圈均包括串聯(lián)布線的至少兩對(duì)線圈排，并且在每組中至少兩對(duì)線圈排中的每對(duì)線圈排的第一和第二構(gòu)件構(gòu)造成在相反方向上產(chǎn)生軸向場(chǎng)。所有三組線圈中至少兩對(duì)線圈排中的每對(duì)線圈排的所有線圈排均布置成距軸不同的徑向距離并按序布置，其中第二組線圈排的至少一個(gè)線圈對(duì)的至少一個(gè)構(gòu)件在第一組線圈中的一對(duì)線圈排的兩個(gè)構(gòu)件之間。在又一示例實(shí)施例中，每組線圈均至少包括串聯(lián)布線的兩對(duì)線圈排，在每組中至少兩對(duì)線圈排中的每對(duì)線圈排的第一和第二構(gòu)件構(gòu)造成沿相反方向產(chǎn)生軸向場(chǎng)。所有三組線圈中至少兩對(duì)線圈排中的每對(duì)線圈排的所有線圈排均布置成距軸不同的徑向距離并按序布置，其中第二組線圈排的至少一個(gè)線圈對(duì)的第一構(gòu)件被設(shè)置在第一組線圈中的第一對(duì)線圈排的兩個(gè)構(gòu)件之間、并被設(shè)置在第一組線圈中的第二對(duì)線圈排的兩個(gè)構(gòu)件之間。第二組線圈排的至少一個(gè)線圈對(duì)的第二構(gòu)件被設(shè)置在第一組線圈排的所述對(duì)的第二構(gòu)件與第三組線圈排中的所述各對(duì)中的一對(duì)的各構(gòu)件中的一個(gè)構(gòu)件之間。此外，該裝置能夠構(gòu)造成馬達(dá)，其中定子僅包括圍繞軸設(shè)置的三組線圈，并且每組線圈相對(duì)于其他組線圈圍繞軸旋轉(zhuǎn)，使得隨著經(jīng)由線圈中的每個(gè)線圈的電流輸入，所述定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。在第二系列實(shí)施例中，產(chǎn)生電力或由電流驅(qū)動(dòng)類型的交流電裝置還包括圍繞軸設(shè)置的定子和相對(duì)于定子圍繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置的轉(zhuǎn)子。定子包括多個(gè)線圈排，并且每排都按序以軸為中心，其中該定子包括以同心狀構(gòu)造圍繞軸設(shè)置的至少第一、第二和第三組線圈。每組包括串聯(lián)布線的至少兩對(duì)線圈排，并且在每對(duì)中的第一和第二構(gòu)件被構(gòu)造成在相反方向上產(chǎn)生軸向場(chǎng)。所有三組線圈中的兩對(duì)的每對(duì)中的所有線圈排均被布置成距軸不同的徑向距離并按序布置，并且第二組線圈排的至少一個(gè)線圈對(duì)被設(shè)置在第一組線圈中的不同的兩對(duì)線圈排之間。在線圈排的序列中，第一組的至少一對(duì)線圈排的構(gòu)件可以被設(shè)置成在序列中彼此相鄰而之間沒(méi)有設(shè)置其他線圈排。在此例如參考為A'i、B'i、C'i、A'i、B'ρC'i的不同雙螺旋線圈對(duì)被理解為屬于用于不同電相位的不同線圈組。在第三系列實(shí)施例中，產(chǎn)生電力或由電流驅(qū)動(dòng)類型的交流電裝置還包括圍繞軸設(shè)置的定子和相對(duì)于定子圍繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置的轉(zhuǎn)子。定子包括多個(gè)線圈排，并且每個(gè)線圈排都按序以軸為中心。定子包括以同心狀構(gòu)造圍繞軸設(shè)置的多組線圈排。每組η都包括串聯(lián)布線的一對(duì)或多對(duì)，即k對(duì)線圈排Ck,n和C'k,n,并且定子中的線圈排被構(gòu)造成在相反方向上產(chǎn)生軸向場(chǎng)，以部分地或完全地抵消軸向場(chǎng)分量。線圈排Ck,n中的每一個(gè)均被定位于徑向向外距軸距離Rk,n，線圈排C'k,n中的每一個(gè)均被定位于徑向向外距軸距離R'k,n，以及，隨著⑴至少(nk/2)-l個(gè)線圈排位于距軸小于&的距離處、以及(ii)至少(nk/2)-l個(gè)線圈排位于距軸大于&的距離處，總體來(lái)說(shuō)，線圈排的序列的特征在于距軸的距離&的中心位置，而R_1yη+及k’nc~~nkft2在第四系列實(shí)施例中，產(chǎn)生電力或由電流驅(qū)動(dòng)類型的交流電裝置包括圍繞軸設(shè)置的定子，并包括相對(duì)于定子圍繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置的轉(zhuǎn)子。定子包括多個(gè)線圈排，每排都按序以軸為中心。定子包括以同心狀構(gòu)造圍繞軸設(shè)置的多組線圈排、包括第一、第二和第三組線圈排。每組η均包括串聯(lián)布線的一對(duì)或多對(duì)，即k對(duì)線圈排Ck,和C'k,n，定子中的線圈排被構(gòu)造成在相反方向上產(chǎn)生軸向場(chǎng)，以部分地或完全地抵消軸向場(chǎng)分量。線圈排Ck,n中的每一個(gè)都徑向向外距軸距離定位，線圈排C'k,n中的每一個(gè)都徑向向外距軸距離R'k,n定位，以及，隨著⑴至少(nk/2)_l個(gè)線圈排位于距軸小于&的距離處、以及(ii)至少(nk/2)-l個(gè)線圈排位于距軸大于&的距離處，總體來(lái)說(shuō)，線圈排的序列的特征在于距軸的距離&的中心位置。根據(jù)以下方程來(lái)構(gòu)造一對(duì)第一組線圈排的第一和第二構(gòu)件中的每個(gè)構(gòu)件Χ(θ)=Qi/(2*Ji)]θ士AnSin(ηθ)Υ(θ)=Rcos(θ)Ζ(θ)=Rsin(θ)。如果定子厚度與&的比率大于25%，則各組線圈排的第一組的互感能夠在這些組線圈排的第二組的互感的10%以內(nèi)。在一個(gè)示例中，在操作期間，由第一組線圈排產(chǎn)生的軸向場(chǎng)可以小于由第二組線圈排產(chǎn)生的橫向場(chǎng)的10%。此外，第二組中的一對(duì)線圈排的第一構(gòu)件C2,η或C'2,η可以設(shè)置在第一組中的一對(duì)線圈排的構(gòu)件Cu與C'U之間的序列中。此外，第一組中的第一對(duì)線圈排的第一構(gòu)件Clin或C'可以設(shè)置在第三組中的一對(duì)線圈排的構(gòu)件C3,n與C'3,n之間的序列中。在第一組線圈排內(nèi)，第一組中的第一對(duì)線圈排的第一構(gòu)件C1>n或C'與第一組中的第一對(duì)線圈排的其他構(gòu)件相比較可以具有不同的匝數(shù)、或在與軸平行的方向上可以具有不同的每匝前移的速率。圖1是在沿結(jié)合有本發(fā)明的特征的超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的縱向軸的橫截面圖；圖2是進(jìn)一步圖示圖1所示的系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)部分的特征的示意圖；圖3是在根據(jù)本發(fā)明的示例性定子-轉(zhuǎn)子構(gòu)造的橫截面中的局部視圖；圖4是圖3所示的橫截面的局部放大視圖，以進(jìn)一步圖示轉(zhuǎn)子和定子中的線圈排；圖5是在結(jié)合有本發(fā)明的特征的定子64'的橫截面圖；圖6是在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中可以用于形成單獨(dú)的定子和轉(zhuǎn)子的線圈排的扭轉(zhuǎn)多極布線圖案的透視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的線圈排的序列的示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的線圈排的另一序列的示意圖；圖9和10是根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例的線圈排的其他序列的示意圖；以及圖11和12是圖示根據(jù)本發(fā)明對(duì)于定子中的雙螺旋線圈排的對(duì)的構(gòu)件相對(duì)于轉(zhuǎn)子位置的互感的圖表。相同的附圖標(biāo)記貫穿各附圖用于表示相同的部件。示意性地圖示許多部件，但應(yīng)理解的是，沒(méi)有示出明顯特性的各種細(xì)節(jié)、連接和部件，以便強(qiáng)調(diào)本發(fā)明的特征。沒(méi)有按比例地示出各附圖中所示的各種特征，以便強(qiáng)調(diào)本發(fā)明的特征。具體實(shí)施例方式在詳細(xì)描述與本發(fā)明的實(shí)施例相關(guān)的特定方法和設(shè)備之前，應(yīng)指出的是，本發(fā)明主要在于部件和工序步驟的新穎的和非顯而易見(jiàn)的組合。以求不使本公開(kāi)與對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的細(xì)節(jié)搞混，在附圖和說(shuō)明書(shū)更詳細(xì)地描述與本發(fā)明的理解有關(guān)的其他元件和步驟的同時(shí)，省略或不太詳細(xì)地介紹某些常規(guī)的部件和步驟。此外，隨后的各實(shí)施例并未定義關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法的限制，而是僅提供包括容許的而非強(qiáng)制性的和說(shuō)明性的而非詳盡的特征的示例。以下全部轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的專利和專利申請(qǐng)通過(guò)引用結(jié)合于此美國(guó)專利No.6，921，042(以下稱為'042專利)；2008年4月3日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No.12/061,870"StructureForAWiringAssemblyAndMethodSuitableForFormingMultipleCoilRowsWithSpliceFreeConductor”(以下稱為'870專利)；2008年6月5日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No.12/133,676"MethodofReducingMultipoleContentInAConductorAssemblyDuringManufacture”(以下稱為'676專利)；2008年8月四日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No.12/200，964"HighTemperatureSuperconductingElectromechanicalSystemWithFrequencyControlledCommutationForRotorExcitation，，(以下禾爾為'964專利)；2009年2月18日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No.12/388，306"HelicalCoilDesignandProcessForDirectFabricationFromAConductiveLayer，，(以下禾爾為'306專利)；以及2009年5月21日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No.12/470，328‘‘CoilMagnetsWithConstantorVariablePhaseShifts”(以下稱為'3專利)。在不考慮如何適當(dāng)?shù)匦纬刹牧系那闆r下，使用如適用于由各種導(dǎo)體和/或絕緣材料形成的物理實(shí)施例的、諸如繞組、螺旋繞組、布線圖案和線圈構(gòu)造的術(shù)語(yǔ)。也就是說(shuō)，盡管常規(guī)的在螺旋構(gòu)造中物理地纏繞導(dǎo)體絞合，但如在此所使用的前述術(shù)語(yǔ)指的是得到的構(gòu)造而不是用于形成圖案的方法論。因此，例如線圈或繞組可以通過(guò)本體材料的去除由圓柱體形成，這產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于螺旋繞組的形狀。由材料的去除產(chǎn)生的空隙也可以對(duì)應(yīng)于螺旋形狀。如在'306專利中所公開(kāi)并要求保護(hù)地，這樣的設(shè)計(jì)在此統(tǒng)稱為直接螺旋設(shè)計(jì)或直接螺旋線圈排，所述直接螺旋設(shè)計(jì)或直接螺旋線圈排在以一系列同心設(shè)置的線圈排裝配時(shí)稱為直接螺旋組件。許多橫截面導(dǎo)體形狀可以用于構(gòu)造線圈排。導(dǎo)體可以是實(shí)心的或者多股絞合導(dǎo)體，可以具有圓形橫截面、方形橫截面、矩形橫截面或相對(duì)扁平輪廓的帶狀形式。例如，高溫超導(dǎo)體TOCO基導(dǎo)線可以具有帶狀輪廓，并且該帶狀輪廓具有例如在2mm至5mm之間的范圍內(nèi)的寬度尺寸以及例如在0.09mm至0.3mm的范圍內(nèi)的厚度。也設(shè)想了更大的尺寸。通常，如在此所使用地，措辭“橫截面外形”表示具有根據(jù)視圖描述的形狀的外形，該視圖沿與諸如溝道路徑或?qū)w路徑的方向或軸延伸的方向的相關(guān)方向橫向的平面。在曲線幾何形狀的情況下，路徑基于所關(guān)心的點(diǎn)處的切線矢量的方向。圖示的實(shí)施例中的導(dǎo)體分段包括多股絞合和實(shí)心的多樣性，并通常是與厚度尺寸成比例地具有相對(duì)大的長(zhǎng)度尺寸的細(xì)絲狀的。沿橫截面的外形可測(cè)量導(dǎo)體分段的厚度尺寸，該外形通常被理解成沿與長(zhǎng)度尺寸橫向的平面，但該分段能夠跟隨著諸如溝道30的路徑的曲線路徑。在本發(fā)明的背景下，在'042專利和在'870專利中描述了構(gòu)造成產(chǎn)生磁場(chǎng)的螺旋纏繞的大致圓柱形線圈排(例如，各線圈排對(duì)具有相對(duì)的傾斜角)的序列。然而，在與橫向場(chǎng)結(jié)合能夠產(chǎn)生軸向場(chǎng)的導(dǎo)體組件中，代替具有相對(duì)傾斜角的線圈排對(duì)，了解公開(kāi)了使用具有單獨(dú)的線圈排的導(dǎo)體組件的'676專利。通常，在這樣的獨(dú)立構(gòu)件對(duì)被稱為雙螺旋線圈排的情況下，前述參考所公開(kāi)的在文獻(xiàn)中被稱為雙螺旋線圈排或構(gòu)造，其中依照方程1、方程2或方程3，X方向與主軸重合，圍繞該主軸彼此同心地形成具有相對(duì)傾斜角的線圈排對(duì)。對(duì)于相對(duì)簡(jiǎn)單的實(shí)施例，用于在現(xiàn)有技術(shù)的雙螺旋線圈排的對(duì)中找到的單獨(dú)線圈的三維空間曲線可以是依照方程1產(chǎn)生的規(guī)則螺旋幾何形狀I(lǐng)AX(θ)=[h/(2*Ji)]θ+AnSin(ηθ)IBΥ(θ)=Rcos(θ)ICΖ(θ)=Rsin(θ)。其中，X坐標(biāo)沿與對(duì)稱軸平行的縱向方向，以及Y和Z坐標(biāo)沿與對(duì)稱軸橫向并彼此正交的方向；并且θ是在與X軸橫向的Y-Z平面中測(cè)量的方位角。參數(shù)h限定每匝沿X方向的前移。R是繞組圖案的孔徑的半徑。也就是說(shuō)，對(duì)于具有規(guī)則形狀的實(shí)施例，R對(duì)應(yīng)于從對(duì)稱軸至曲線上的點(diǎn)的徑向距離，而孔徑包含由螺旋圖案形成的形狀內(nèi)的圓柱形體積。在Χ(θ)方程中，與項(xiàng)An的量值和符號(hào)成比例，項(xiàng)Ansin(ne)是向相對(duì)于Y_Z平面的每一匝給予正傾斜或負(fù)傾斜的調(diào)制分量。根據(jù)η的值，項(xiàng)AnSin(Iie)還在圍繞軸的曲線的每360度的一匝中引入調(diào)制、即正弦變化。對(duì)于η=1，向每匝賦予橢圓形狀，這限定'042專利的圖1所示的兩個(gè)線圈形導(dǎo)體圖案，并適于產(chǎn)生偶極場(chǎng)。用與η=2相對(duì)應(yīng)的正弦分量產(chǎn)生'3專利的圖2所示的更復(fù)雜的圖案，這適于產(chǎn)生四極場(chǎng)。對(duì)于η的更大值，更高頻率的正弦分量調(diào)制每個(gè)匝的形狀。通常，在傾斜角順序交替使得每個(gè)線圈排之9前和之后均為具有相對(duì)傾斜角的線圈排的情況下，現(xiàn)有技術(shù)的依據(jù)方程1、方程2或方程3的線圈排的組件是從中心軸延伸的兩個(gè)或多個(gè)雙螺旋線圈排對(duì)的序列。如已在偶極構(gòu)造的文獻(xiàn)中所說(shuō)明地，在對(duì)于項(xiàng)AnSinOiθ)而言n=1的情況下，線圈包括相對(duì)于與圖示的X軸正交的平面的傾斜。這產(chǎn)生在軸向方向上的相當(dāng)大的電流分量。因此，與軸向場(chǎng)分量一起產(chǎn)生橫向磁場(chǎng)。橫向在該背景下表示磁場(chǎng)的僅與形成導(dǎo)體所沿的主軸橫向的平面中的分量。對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例，在橫向場(chǎng)分量在^平面上延伸的情況下，在笛卡爾坐標(biāo)系中，這對(duì)應(yīng)于圍繞X軸對(duì)稱形成的圓柱形形狀的螺旋線圈。通過(guò)第二層匝的并入和通過(guò)相對(duì)于H平面具有相對(duì)傾斜角的兩個(gè)圖案(即在具有相反符號(hào)的兩個(gè)線圈中的每個(gè)線圈中提供項(xiàng)An)，可以產(chǎn)生大致純的橫向場(chǎng)并實(shí)際上抵消了軸向場(chǎng)分量。如果依照'306專利制成直接螺旋線圈排，則該對(duì)線圈排被稱為直接雙螺旋線圈排對(duì)。應(yīng)理解的是，一對(duì)雙螺旋線圈排中的獨(dú)立構(gòu)件對(duì)于相應(yīng)的振幅々可以具有不同的值，以便考慮場(chǎng)1/IT1的相關(guān)性，以便抵消軸向場(chǎng)分量。更一般地，對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例，如在此所使用的術(shù)語(yǔ)線圈排表示遵循用方程2產(chǎn)生的三維空間曲線的導(dǎo)體的螺旋狀線圈2AX(θ)=[h/(2*Ji)]θ+ΣAnsin(nθ+φη)2ΒΥ(θ)=Rcos(θ)2CΖ(θ)=Rsin(θ)與在前限定的項(xiàng)一致，An是調(diào)制的振幅，而Φη確定正弦分量之間的相移。通常，An可以是θ、Χ(Θ)、Υ(Θ)或ζ(θ)的函數(shù)，即An=·(θ、Χ(Θ)、Υ(Θ)、Ζ(Θ))。R確定繞組圖案的從圓柱形線圈的軸測(cè)量的半徑，而θ是方位角。在該背景下，術(shù)語(yǔ)線圈和線圈排是等同的，指的是具有大致圓柱形形狀的螺旋導(dǎo)體圖案。形容詞螺旋可以一般地說(shuō)指的是依照方程1或方程2能夠裝配到同心設(shè)置的線圈排中的各種螺旋狀形狀，但應(yīng)理解的是其他的三角或數(shù)值表達(dá)式可以用于限定溝道路徑和導(dǎo)體路徑。場(chǎng)的與η的一個(gè)或多個(gè)值相對(duì)應(yīng)的單獨(dú)的或組合的成分通常稱為多級(jí)分量。如在此所使用的線圈排在假定螺旋狀的線圈形狀的情況下指的是連續(xù)系列的導(dǎo)體匝。在過(guò)去，除了在序列中彼此相鄰設(shè)置之外，雙螺旋對(duì)的線圈排具有相同的匝數(shù)N。由用雙螺旋線圈排對(duì)形成的繞組構(gòu)造產(chǎn)生并根據(jù)方程2的與不同的值η相對(duì)應(yīng)的場(chǎng)分量彼此大致或完全正交。對(duì)于純偶極場(chǎng)，多個(gè)調(diào)制上的總和限于一項(xiàng)、即η=1，其中線圈圖案形成單獨(dú)的匝相對(duì)于橫向的Y-Z平面傾斜的螺旋構(gòu)造。該傾斜角α由振幅A1確定。當(dāng)A1等于R時(shí)，得到的傾斜角α為45度，并且隨振幅的大小而增大。如所指出地，單層雙螺旋線圈能夠同時(shí)產(chǎn)生橫向和軸向磁場(chǎng)。如在此所使用地，對(duì)于雙螺旋組件的參考表示線圈組件，該線圈組件包括具有依照方程1或方程2或方程3構(gòu)造的對(duì)的每個(gè)構(gòu)件的一對(duì)或多對(duì)雙螺旋線圈排并沿公共軸設(shè)置，使得由一個(gè)線圈排產(chǎn)生的軸向場(chǎng)被設(shè)置在與由另一線圈排產(chǎn)生的軸向場(chǎng)的方向相反的方向上，以便彼此完全或部分地抵消軸向場(chǎng)。如在此所進(jìn)一步描述地，可以選擇單獨(dú)的雙螺旋線圈排(例如包括導(dǎo)體的層)中的流向，使得在高度抵消軸向場(chǎng)的同時(shí)，各層的橫向磁場(chǎng)累加。因此，變得有時(shí)為通過(guò)橫向平面中的二維多極來(lái)描述磁場(chǎng)所共有。如果場(chǎng)沿X方向改變，例如接近線圈端的情形，則二維多極展開(kāi)仍能夠用于描述該場(chǎng)，并且確定不同軸向位置的多級(jí)成分。依照方程2k,能夠用得到的線圈圖案產(chǎn)生的多極場(chǎng)分量對(duì)應(yīng)于每個(gè)An是非零的η的值。在包括雙螺旋線圈排對(duì)的足夠長(zhǎng)的繞組構(gòu)造中，在能夠忽略線圈端效應(yīng)的情況下，η=1的圖案產(chǎn)生沒(méi)有高階分量的大致純的偶極場(chǎng)。類似地，四極圖案(n=2)、六極圖案(n=幻和其他甚至更高階的圖案產(chǎn)生具有由η的值限定的多極階的純場(chǎng)。能夠依照上述數(shù)學(xué)產(chǎn)生幾乎任意形狀和質(zhì)量的磁場(chǎng)。然而，用于產(chǎn)生具有較高的多極階(η>1)的場(chǎng)或者包含超過(guò)一個(gè)多極階的場(chǎng)的線圈的結(jié)構(gòu)、例如產(chǎn)生偶極和四極場(chǎng)的疊加的線圈的結(jié)構(gòu)受幾何約束限制、諸如要求用以避免導(dǎo)體碰撞的導(dǎo)體之間的最小間隔。線圈中的導(dǎo)體間隔由項(xiàng)h控制。為了增大h的值，沿X軸的方向?qū)?dǎo)體進(jìn)一步間隔開(kāi)。最小導(dǎo)體間隔對(duì)應(yīng)于當(dāng)相鄰導(dǎo)體正好彼此接觸時(shí)。導(dǎo)體間隔的任何進(jìn)一步的減小將導(dǎo)致相鄰導(dǎo)體的干涉。更一般地，還可以依照方程3產(chǎn)生螺旋形導(dǎo)體的三維空間曲線3AX(θ)=B/(2*Ji)]θ士ΣA1^f1(ηθ)3ΒY(θ)=Rf2(θ)3CZ(θ)=Rf3(θ)其中f\、f2和f3是任意函數(shù)，所述任意函數(shù)可以是三角或數(shù)值表達(dá)式，但并不受此限制。對(duì)于圖示的實(shí)施例，f\、f2和f3如公開(kāi)地用于根據(jù)方程2的三維空間曲線、即用于導(dǎo)體的單層或線圈排。在線圈圍繞軸螺旋纏繞以產(chǎn)生與軸橫向的磁場(chǎng)分量的情況下，能夠通過(guò)線圈排在具有相反傾斜角的同心設(shè)置的雙螺旋對(duì)中的形成實(shí)現(xiàn)軸向場(chǎng)分量的抵消，這有時(shí)產(chǎn)生高質(zhì)量的橫向場(chǎng)、例如大致不具有高階分量的均勻偶極。例如參考Goodzeit等的“TheDouble-HelixDipole-ANovelApproachtoAcceleratorMagnetDesign，，，IEEETransactionsonAppliedSuperconductivity,Vol.12,No.2,June2003，pp.1365—1368，其描述了對(duì)于雙螺旋線圈對(duì)磁體幾何形狀的分析。還參考'042專利，其公開(kāi)了用于磁體的直線線圈排、即沿具有場(chǎng)的直軸形成的線圈排，該場(chǎng)沿如適于并入轉(zhuǎn)子或定子的磁體軸恒定。在此公開(kāi)的發(fā)明構(gòu)思能夠結(jié)合在'870專利中公開(kāi)的設(shè)計(jì)和制造構(gòu)思來(lái)實(shí)踐；并且還能夠結(jié)合在'306專利中公開(kāi)的直接螺旋設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)踐。丨870專利的圖1以及'306專利的圖2_6和8圖示了例如通過(guò)導(dǎo)致軸向場(chǎng)分量部分的、相當(dāng)大的或完全的抵消的相反傾斜角、用于構(gòu)造本發(fā)明的實(shí)施例的雙螺旋線圈排的制造特征，以便利用每個(gè)雙螺旋線圈排對(duì)產(chǎn)生占優(yōu)勢(shì)的橫向場(chǎng)。根據(jù)在'870專利中更充分地描述的示例性設(shè)計(jì)和制造程序，首先限定用于預(yù)期線圈排的初始線圈幾何形狀。該初始線圈幾何形狀將是多個(gè)參數(shù)的函數(shù)、包括導(dǎo)體橫截面的形狀、導(dǎo)體尺寸以及線圈排中導(dǎo)體的匝數(shù)N。隨后，對(duì)于沿層的圓柱形表面的例如復(fù)合樹(shù)脂的絕緣材料層的每個(gè)限定層，在其中用工具加工對(duì)應(yīng)的溝道幾何形狀，以接納導(dǎo)體。舉例來(lái)說(shuō)，CNC裝置中的對(duì)于復(fù)合材料中合適的溝道輪廓和溝道路徑的應(yīng)用，能夠部分地基于導(dǎo)體路徑軌跡、X(θ)、Υ(θ)、Ζ(θ)產(chǎn)生G代碼指令?？梢砸宰銐虻木韧瓿晒ぞ呒庸?，使得在每個(gè)復(fù)合層中形成每個(gè)線圈排的導(dǎo)體的分段的布置以足夠的精度來(lái)確保所有的分段的設(shè)置，以便確保由排圖案的組合產(chǎn)生的場(chǎng)與為線圈設(shè)計(jì)模制的場(chǎng)緊密地對(duì)應(yīng)。采用該方法論，能夠形成各種溝道輪廓和導(dǎo)體橫截面形狀，以形成線圈設(shè)計(jì)。絕緣層中溝道的提供在線圈排中能夠?qū)崿F(xiàn)任意形狀的導(dǎo)體沿絕緣層的設(shè)置。對(duì)于任意橫截面形狀的導(dǎo)體，形成有線圈排的絕緣材料中的溝道的提供在不依賴于底層線圈排中提供的任何導(dǎo)體情況下預(yù)先限定了用于導(dǎo)體的路徑。如圖示實(shí)施例所示，現(xiàn)在可以更充分地利用更加優(yōu)化的布線圖案，以在不危及可靠性的情況下、通過(guò)將所有的線圈排與絕緣層分離和通過(guò)在絕緣層中形成的溝道預(yù)先限定布線圖案來(lái)形成電動(dòng)裝置更高效的設(shè)計(jì)。因?yàn)槔鏜gB2的這樣的材料的設(shè)置能確保穩(wěn)定性，所以這對(duì)于諸如高溫陶瓷超導(dǎo)體的脆性導(dǎo)體尤其有利。用于設(shè)置導(dǎo)體的溝道的形成在還將導(dǎo)體的部分與導(dǎo)體的其他部分隔離的同時(shí)，提供了精確的位置和導(dǎo)體穩(wěn)定。溝道可以被構(gòu)造成匹配導(dǎo)體的橫截面形狀。可以相對(duì)緊的螺旋構(gòu)造形成導(dǎo)體圖案和對(duì)應(yīng)的溝道路徑，其中每匝在軸向方向上的前移的h小，使得相鄰的匝中的導(dǎo)體的一部分接觸。在這樣的實(shí)施例中，導(dǎo)體具有絕緣涂層。溝道能夠容納方形或矩形橫截面，以允許電流密度相對(duì)于線圈體積的優(yōu)化，這以較短的導(dǎo)體長(zhǎng)度產(chǎn)生較高的場(chǎng)。為了使具有矩形橫截面形狀的導(dǎo)體上的變形最小，能夠相對(duì)于中心軸或基準(zhǔn)面以可變角度形成溝道。在這樣的實(shí)施例中，部分地由于用于圓形形狀導(dǎo)體的溝道不遵循與容納矩形導(dǎo)體的溝道相同的路徑，所以得到的場(chǎng)將不同于對(duì)于圓形橫截面形狀的常規(guī)導(dǎo)體產(chǎn)生的場(chǎng)。在其他實(shí)施例中，能夠相對(duì)于該層表面以正常的不變?nèi)∠騺?lái)形成具有矩形橫截面形狀的溝道。在這些實(shí)施例中，導(dǎo)體能夠與路徑一致，以便保證更優(yōu)化的載流能力。溝道能夠形成為各種形狀，并能夠形成在包括金屬、復(fù)合物和陶瓷的各種材料類型的層中。溝道可以通過(guò)設(shè)備加工或包括模制、鑄造、蝕刻或激光切割的其他技術(shù)來(lái)形成。導(dǎo)體的如由溝道限定的位置預(yù)定場(chǎng)的“形狀”和場(chǎng)的質(zhì)量(例如均勻性)。在溝道中能夠限定導(dǎo)體路徑，以獲得整個(gè)導(dǎo)體路徑的理論最佳位置。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，這對(duì)于產(chǎn)生裝置的最佳設(shè)計(jì)尤其重要，其中該裝置產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)場(chǎng)。當(dāng)線圈排具有距公共軸不同的距離時(shí)，獲得理論設(shè)置在去除系統(tǒng)誤差的預(yù)期多極階和為場(chǎng)的徑向相關(guān)性提供補(bǔ)償方面提供最佳場(chǎng)質(zhì)量。也就是說(shuō)，溝道設(shè)計(jì)能夠充分地使線圈排中的“隨機(jī)”誤差的引入最小，并通過(guò)將導(dǎo)體設(shè)置成充分地靠近理論正確的位置使得能夠?qū)崿F(xiàn)例如h、An的最佳參數(shù)值。采用該方法，能用線圈排產(chǎn)生多相定子繞組，以形成調(diào)整，該調(diào)整抵消由不同線圈排相對(duì)于轉(zhuǎn)子中的線圈排在不同的徑向距離處的順序布置引起的效應(yīng)。在這點(diǎn)上，此時(shí)認(rèn)識(shí)到的需求是提供一階方法，以避免在某些設(shè)計(jì)中否則可能由磁場(chǎng)的徑向相關(guān)性引起的問(wèn)題。根據(jù)一階方法，為定子中的多個(gè)雙螺旋線圈對(duì)之中限定相等的徑向位置并在所述多個(gè)雙螺旋線圈對(duì)之中調(diào)節(jié)相等的徑向位置，使得從與各相位相關(guān)的線圈對(duì)的組得到的磁通量在轉(zhuǎn)子處和在轉(zhuǎn)子周圍能夠具有近似或相同的值。通過(guò)將該特征結(jié)合在發(fā)電機(jī)的定子中，在不同相位之中的電壓和電流振幅能夠變得更均勻。還認(rèn)識(shí)到的需求是提供二階方法，以進(jìn)一步為與不同的相位相關(guān)的線圈對(duì)所處的不同徑向距離調(diào)節(jié)。根據(jù)二階方法，能夠調(diào)節(jié)定子中線圈排對(duì)的獨(dú)立構(gòu)件的設(shè)計(jì)，以在轉(zhuǎn)子處和在轉(zhuǎn)子周圍提供來(lái)自均與多相定子繞組的不同相位相關(guān)的線圈對(duì)的組的更均勻的磁通量場(chǎng)強(qiáng)。通過(guò)并入該特征，單獨(dú)地或與一階方法結(jié)合，在發(fā)電機(jī)的定子中，在不同相位之中的電壓和電流振幅能夠變得更均勻。就基于一階和二階方法尋找最佳設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，導(dǎo)體在距公共軸的精確距離處的布置準(zhǔn)確度以及在線圈排的圓柱形平面中復(fù)制預(yù)先限定的調(diào)制的準(zhǔn)確度僅受現(xiàn)代加工中心的精確度限制。將線圈排導(dǎo)體穩(wěn)定在溝道中還防止導(dǎo)體的能夠由溫度的改變和洛倫茲力所引起的運(yùn)動(dòng)。對(duì)于超導(dǎo)定子，溝道的提供使得能夠更可靠形成磁體，所述更可靠的磁體在與不同的相位相關(guān)的線圈排對(duì)之中具有優(yōu)化的磁通量均勻性。除了直接雙螺旋實(shí)施例之外，在不提供用于將導(dǎo)體固定在線圈排中的溝道的情況下，低溫超導(dǎo)體設(shè)計(jì)中的導(dǎo)體更傾向于滑動(dòng)并在磁體中形成“失超”，這潛在地導(dǎo)致磁體災(zāi)難性的破壞。對(duì)于超導(dǎo)磁體，根據(jù)'870專利或'306專利機(jī)加工的溝道提供了具有附加的穩(wěn)定性的導(dǎo)體，以減輕在溫度周期變化時(shí)的運(yùn)動(dòng)。依照'870專利，通過(guò)用復(fù)合材料的覆蓋層覆蓋用于線圈排的機(jī)加工凹槽中的導(dǎo)體的分組，獲得附加的粘附和穩(wěn)定性。此外，相同的線圈排內(nèi)或在相鄰的線圈排之間的導(dǎo)體環(huán)的隔離對(duì)于隔離的和對(duì)于某些非隔離的導(dǎo)體減少或消除了匝之間潛在的電短路。此外，如'870專利和'306專利所描述地，可以圍繞各線圈排限定溝道，以提供圍繞導(dǎo)體的冷卻路徑。合適的冷卻源包括液態(tài)氮、液態(tài)和氣態(tài)氫、液態(tài)和氣態(tài)氖、液態(tài)和氣態(tài)氦以及在線圈排設(shè)計(jì)用于電阻應(yīng)用情況下的水。圖1示意性地圖示在三相定子和在相關(guān)的轉(zhuǎn)子中并入雙螺旋線圈排的全超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)10。系統(tǒng)的渦輪部12包括經(jīng)由安裝在軸承22上的桿狀物20通過(guò)轉(zhuǎn)矩管M連接至發(fā)電機(jī)部26的一組風(fēng)力葉片16。渦輪部和發(fā)電機(jī)部安裝在塔觀上。圖示的容納在低溫恒溫器四中的發(fā)電機(jī)部在通過(guò)冷卻管線30獲得的低溫超導(dǎo)狀態(tài)下操作，該冷卻管線30引入用于遍及轉(zhuǎn)子和定子繞組的循環(huán)的氣態(tài)氦。發(fā)電機(jī)部12還包括能夠與在'964專利中公開(kāi)的實(shí)施例一致的磁通泵32。同樣參考圖2，其進(jìn)一步圖示發(fā)電機(jī)部沈。發(fā)電機(jī)部設(shè)計(jì)成以大約10RPM的轉(zhuǎn)子速度操作，但結(jié)合系統(tǒng)10描述的設(shè)計(jì)原理同樣適用于高RPM的電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)部26是并入本發(fā)明的特征的機(jī)電系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)部沈還包括在該說(shuō)明集中于與提供本發(fā)明的理解更相關(guān)的特征的情況下、為清楚起見(jiàn)而省略的多個(gè)常規(guī)部件。同樣安裝在軸承22上的轉(zhuǎn)子M通過(guò)無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)60操作。在圖3和圖4的橫截面視圖中進(jìn)一步示出發(fā)電機(jī)部的定子-轉(zhuǎn)子組合的示例實(shí)施例，并且轉(zhuǎn)子M包括五對(duì)雙螺旋線圈排，以及定子64包括六對(duì)雙螺旋線圈排。在常規(guī)的方式中，轉(zhuǎn)子的雙螺旋線圈排串聯(lián)布線，以及定子的六對(duì)雙螺旋線圈排被構(gòu)造成為三相操作而布線的三組繞組。也就是說(shuō)，每個(gè)線圈組包括兩對(duì)雙螺旋線圈排。轉(zhuǎn)子M為相對(duì)于圍繞該轉(zhuǎn)子M的定子64的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而圍繞桿狀物20和轉(zhuǎn)矩管M安裝。護(hù)鐵屏蔽66示出為被設(shè)置成圍繞定子64。轉(zhuǎn)子M和定子64均為直接雙螺旋設(shè)計(jì)，但在其他實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子可以作為電阻繞組。采用構(gòu)造成三相雙螺旋設(shè)計(jì)的定子，所有的線圈排可以具有如'328專利所描述的扭轉(zhuǎn)多極設(shè)計(jì)。舉例來(lái)說(shuō)，線圈排可以依照諸如在此由結(jié)合'3專利的方程5的方程2所描述的相變而均遵循圍繞X軸的不同的空間曲線，其中對(duì)于除η=2以外的所有η的值，An=0產(chǎn)生偶極場(chǎng)。在其他實(shí)施例中，定子線圈排可以利用僅等于3或4的η來(lái)構(gòu)造，以在此分別依照方程2或方程3產(chǎn)生四極或六極場(chǎng)。還設(shè)想用于線圈排的高階多極幾何形狀(八極等)。此外，線圈排可以遵循空間曲線，其中η的多值為非零。示例性轉(zhuǎn)子M可以包括任意數(shù)目對(duì)的雙螺旋線圈排(Cl轉(zhuǎn)子和Cl'轉(zhuǎn)子)、(C2轉(zhuǎn)子和C2'_)···(Οιι·和Cm'轉(zhuǎn)子)。盡管在圖3和4中示出了五個(gè)這樣的對(duì)，但其他圖中描述的實(shí)施例圖示了同樣串聯(lián)布線的不同數(shù)目的轉(zhuǎn)子線圈排。除了定子64的實(shí)施例之外，適于系統(tǒng)10(以及其他電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置系統(tǒng))中的操作的其他定子包括兩組或超過(guò)三組的線圈繞組，并且每組均包括一對(duì)或多對(duì)雙螺旋線圈排。為了初始地描述本發(fā)明的特征，在圖5所示的能夠與圖1、2和3的定子64互換的定子64'的簡(jiǎn)化圖中示意性地示出單對(duì)線圈排Α、A'、B、B'、C、C'。定子64'是在如'870專利所描述的復(fù)合樹(shù)脂層內(nèi)形成的一系列同心形成的線圈排。標(biāo)識(shí)A的最里面的一個(gè)線圈排示出與定子的殼或結(jié)構(gòu)化內(nèi)芯一體地形成。標(biāo)識(shí)A'的最外面的一個(gè)線圈層覆蓋有絕緣包裝層。在本發(fā)明的示例實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子和定子線圈排中的每個(gè)線圈排都可以被構(gòu)造成扭轉(zhuǎn)多極線圈排70，并且發(fā)電機(jī)中所有的線圈排具有相同或幾乎相同的扭轉(zhuǎn)和相同的多極階。每個(gè)線圈排包括與線圈排中的匝數(shù)N—致的多個(gè)互連開(kāi)環(huán)71。例如，參考圖6的示例性扭轉(zhuǎn)四極線圈排，該圖6圖示了用于線圈排的扭轉(zhuǎn)四極螺旋圖案。圖6的線圈排70遵循代替每隔360度重復(fù)而沿環(huán)71循環(huán)出現(xiàn)的四極圖案。線圈排70示出具有46個(gè)導(dǎo)體環(huán)71，但匝數(shù)N能夠取決于應(yīng)用從少于10個(gè)變化至幾百或幾千或更多匝。再次參考圖5的橫截面圖，構(gòu)造成三相定子的定子64'具有均與三對(duì)雙螺旋線圈排72、74和76中不同的對(duì)對(duì)應(yīng)的三個(gè)線圈組。每對(duì)線圈排72、74和76對(duì)應(yīng)于三相中單獨(dú)的一個(gè)相。線圈A、A'是對(duì)72的構(gòu)件，線圈B、B'是對(duì)74的構(gòu)件，以及線圈C、C'是對(duì)76的構(gòu)件。每對(duì)線圈排相對(duì)于所述對(duì)中的另一對(duì)提供120度的旋轉(zhuǎn)間隔設(shè)置的相位激勵(lì)。對(duì)于馬達(dá)應(yīng)用，代替構(gòu)造成發(fā)電機(jī)部沈，每對(duì)線圈排72、74和76能夠獨(dú)立地連接至不同的電源，并且引入到每對(duì)的電力相對(duì)于其他兩個(gè)源有120度的相位差。由于定子64和64'的線圈排彼此同心設(shè)置，所以由每個(gè)線圈排產(chǎn)生的磁場(chǎng)作為定子線圈排距轉(zhuǎn)子或公共軸的距離的函數(shù)逐漸遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子場(chǎng)。為了使每個(gè)相提供由轉(zhuǎn)子經(jīng)受的合成磁場(chǎng)的等同的徑向位置，示出每個(gè)線圈對(duì)的獨(dú)立構(gòu)件按序設(shè)置(定位)，使得每對(duì)中的兩個(gè)構(gòu)件中的每個(gè)構(gòu)件與轉(zhuǎn)子之間的平均距離(或每對(duì)中的兩個(gè)構(gòu)件中的每個(gè)構(gòu)件與軸之間的平均距離)相同。根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，線圈的不同對(duì)距轉(zhuǎn)子的平均距離相同。再次參考圖4和5。結(jié)果，以以下序列定制圖5的定子64'的線圈排A、B、C、C'、B'、A'。因此，對(duì)于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例(即，定子64'具有三對(duì)雙螺旋線圈，并且一對(duì)雙螺旋線圈對(duì)應(yīng)于三個(gè)不同相位中的每個(gè)相位)，一對(duì)或多對(duì)中的線圈相對(duì)于至少一個(gè)其他對(duì)徑向向內(nèi)和向外。例如，線圈B'相對(duì)于線圈對(duì)CC'徑向向內(nèi)，而線圈B相對(duì)于線圈對(duì)CC'徑向向外。更一般地說(shuō)，三相定子可以包括多個(gè)圖示的三對(duì)線圈排(A、A')、(B、B')和(C、C')，并且各對(duì)中的構(gòu)件相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)其他對(duì)徑向向內(nèi)和向外。雙螺旋線圈排可以在超過(guò)三個(gè)的線圈組之中構(gòu)造(例如，以提供六相或12相構(gòu)造)，或者可以被布線以在每個(gè)線圈組中提供兩個(gè)或更多雙螺旋線圈排對(duì)。在圖5的構(gòu)造中，三個(gè)不同的線圈組72、74和76中的每個(gè)線圈組的徑向中心線、即A-A',B-B'和C-C'在制造期間設(shè)置成具有根據(jù)需要調(diào)節(jié)的間隔的序列A、B、C、C'、B'、A'，使得示出每個(gè)線圈對(duì)的獨(dú)立構(gòu)件相對(duì)于轉(zhuǎn)子設(shè)置在每對(duì)中的兩個(gè)構(gòu)件中的每個(gè)構(gòu)件與轉(zhuǎn)子(或軸)之間的平均距離相同的距離處。不同對(duì)的線圈距轉(zhuǎn)子的平均距離是從轉(zhuǎn)子起相同的徑向距離的情況下，平均距離完全與公共中心線位置&重合，使得三對(duì)線圈排之中的互感能夠近似相等。距離&在圖5中圖示出為從軸(X=O)向線圈排C與C'之間的中點(diǎn)延伸的矢量。在無(wú)軸(X=O)的圖示的情況下，在圖7、9和10中示意性地示出這樣的線圈排圖案的多個(gè)示例。圖示的線圈排對(duì)具有公共的中心線&(即，在相同的對(duì)中的構(gòu)件之中，距軸相同的平均距離)。通常，根據(jù)本發(fā)明的許多實(shí)施例，每對(duì)中的構(gòu)件距公共軸的平均距離是距公共軸的相同距離Re。將上述情形與圖8所示的布置相比較，其中線圈對(duì)處于序列A、B、C、A'、B'、C'中，以產(chǎn)生每對(duì)中的兩個(gè)構(gòu)件A和A'、B*B'、(和('中的每個(gè)構(gòu)件與轉(zhuǎn)子之間的平均距離Raa,、Rbb,、Rcc不同的布置?？梢杂们笆龆A方法改進(jìn)依照?qǐng)D8所示的序列的實(shí)施例，以在雙螺旋線圈排的對(duì)之中或更一般地在多相定子的多個(gè)線圈組的線圈排之中獲得令人滿意的互感平衡。通常，即使每個(gè)線圈相對(duì)于公共軸或轉(zhuǎn)子的徑向距離通常不同，在多個(gè)線圈組之中也能夠具有大致相等的互感。這通過(guò)每對(duì)雙螺旋線圈的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)，使得每個(gè)線圈組中的每個(gè)線圈對(duì)的構(gòu)件相對(duì)于公共軸的距離的平均值相同。通過(guò)提供這些徑向距離Rc相等的平均值、并通過(guò)使所有線圈排之間的間隔最小，對(duì)于線圈排72、74和76的線圈對(duì)中的每個(gè)線圈對(duì)能夠具有相同的最大互感值。在圖5的實(shí)施例中，各線圈排還被稱為線圈組72、74和76。為了例證起見(jiàn)，夸大并未按比例繪制圖7的序列A、B、C、C'、B'、A'中的線圈排之間的徑向分離。依照上述二階方法例如通過(guò)調(diào)節(jié)每個(gè)線圈排中的匝數(shù)能夠具有更高的精度，以獲得相等的互感?；趫D7的示例，通過(guò)在&處為任何數(shù)目的線圈組中的任何線圈排中的每個(gè)線圈排提供這些對(duì)的徑向距離相等的平均值，并通過(guò)使所有線圈排之間的間隔最小對(duì)于線圈組72、74和76中的每個(gè)線圈組都能夠具有在具有不同相位的線圈組之間相同的最大互感值。對(duì)于具有定子和轉(zhuǎn)子的交流電裝置的系統(tǒng)10及其他實(shí)施例，在定子包括以同心狀構(gòu)造圍繞軸設(shè)置的多組線圈排的情況下，線圈排的每組η都包括串聯(lián)布線的一對(duì)或多對(duì)，即k對(duì)線圈排Ckil^PC'k,n，并且定子中的線圈可以構(gòu)造成在相反方向上產(chǎn)生軸向場(chǎng)，以部分地或完全地抵消軸向場(chǎng)分量。線圈Ck,n中的每一個(gè)均被定位于徑向向外距軸距離Ik,n，而線圈C'k,n中的每一個(gè)均被定位于徑向向外距軸距離R'k,n?？傮w來(lái)說(shuō)，線圈序列的特征在于距公共軸的距離&的中心位置。至少(nk/2)-l個(gè)線圈位于距軸小于&的距離處，以及至少(nk/2)-l個(gè)其他的線圈位于距軸大于&的距離處，而權(quán)利要求1.一種產(chǎn)生電力或由電流驅(qū)動(dòng)類型的交流電裝置，包括定子，所述定子圍繞軸定位；以及轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子被設(shè)置成相對(duì)于所述定子圍繞旋轉(zhuǎn)的所述軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述定子包括多個(gè)線圈排，而每個(gè)線圈排都按序以所述軸為中心，其中所述定子包括以同心狀構(gòu)造圍繞所述軸設(shè)置的至少第一、第二和第三組線圈，每組都包括串聯(lián)布線的至少第一對(duì)線圈排，并且所述第一對(duì)的第一和第二構(gòu)件被構(gòu)造成在相反方向上產(chǎn)生軸向場(chǎng)，其中所述第一組的第一對(duì)、所述第二組的第一對(duì)和所述第三組的第一對(duì)中的各線圈排中的每個(gè)均布置成距所述軸不同的距離并按序布置，使得所述第二組線圈排的所述對(duì)的第一構(gòu)件被設(shè)置在所述第一組線圈排的所述對(duì)的第一與第二構(gòu)件之間，以使得所述軸與所述第二對(duì)線圈排的第一構(gòu)件之間的距離介于所述第一對(duì)線圈排的各構(gòu)件與所述軸之間的距離中間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第三組的所述對(duì)的第一構(gòu)件被設(shè)置在所述第一組線圈排的第一與第二構(gòu)件之間，使得所述軸與所述第三對(duì)線圈排的第一構(gòu)件之間的距離也介于所述第一對(duì)線圈排的各構(gòu)件與所述軸之間的距離中間。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述第三組的所述對(duì)的第一構(gòu)件也被設(shè)置在所述第二組線圈排的第一與第二構(gòu)件之間，使得所述軸與所述第三對(duì)線圈排的第一構(gòu)件之間的距離介于所述第二對(duì)線圈排的各構(gòu)件與所述軸之間的距離中間。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第一組的所述對(duì)的第二構(gòu)件被設(shè)置在所述第三組線圈排的第一與第二構(gòu)件之間，使得所述軸與所述第三對(duì)線圈排的第一構(gòu)件之間的距離也介于所述第一對(duì)線圈排的各構(gòu)件與所述軸之間的距離中間。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述第一組的所述對(duì)的第二構(gòu)件被設(shè)置在所述第三組線圈排的第一與第二構(gòu)件之間，使得所述軸與所述第三對(duì)線圈排的第一構(gòu)件之間的距離也介于所述第一對(duì)線圈排的各構(gòu)件與所述軸之間的距離中間。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述第二組的所述對(duì)的第二構(gòu)件被設(shè)置在所述第一組線圈排的第二構(gòu)件與所述第三組線圈排的第二構(gòu)件之間。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述第二組的所述對(duì)的第二構(gòu)件被設(shè)置在所述第三組線圈排的第一構(gòu)件與所述第三組線圈排的第二構(gòu)件之間。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，每組線圈都包括串聯(lián)布線的至少兩對(duì)線圈排，并且每組中的所述至少兩對(duì)線圈排中的每對(duì)線圈排中的第一和第二構(gòu)件構(gòu)造成在相反方向上產(chǎn)生軸向場(chǎng)，以及其中在所有三組線圈中的所述至少兩對(duì)線圈排中的每對(duì)線圈排中所有線圈排都被布置成距所述軸不同的徑向距離并按序布置，其中所述第二組線圈排的至少一個(gè)線圈對(duì)的至少一個(gè)構(gòu)件被設(shè)置在所述第一組線圈中的一對(duì)線圈排的兩個(gè)構(gòu)件之間。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中每組線圈包括串聯(lián)布線的至少兩對(duì)線圈排，每組中所述至少兩對(duì)線圈排中的每對(duì)線圈排的第一和第二構(gòu)件被構(gòu)造成在相反方向上產(chǎn)生軸向場(chǎng)，以及在所有三組線圈中的所述至少兩對(duì)線圈排中的每對(duì)線圈排中的所有線圈排都被布置成距所述軸不同的徑向距離并按序布置，其中所述第二組(BlBl'或B2B2')線圈排的至少一個(gè)線圈對(duì)的第一構(gòu)件被設(shè)置在所述第一組線圈中的第一對(duì)線圈排的各構(gòu)件之間、并被設(shè)置在所述第一組線圈中的第二對(duì)線圈排的各構(gòu)件之間。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述第二組線圈排的至少一個(gè)線圈對(duì)的第二構(gòu)件被設(shè)置在所述第一組線圈排的所述對(duì)的第二構(gòu)件與所述第三組線圈排的各對(duì)中的一個(gè)的各構(gòu)件中的一個(gè)之間。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述裝置被構(gòu)造成馬達(dá)，其中所述定子僅包括圍繞所述軸的三組線圈，每組線圈都相對(duì)于所述其他組的線圈圍繞所述軸旋轉(zhuǎn)，使得隨著經(jīng)由每個(gè)線圈的電流輸入，所述定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述裝置被構(gòu)造成全超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其中所述定子圍繞所述轉(zhuǎn)子設(shè)置。13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述第三組線圈排的所述對(duì)的第一和第二構(gòu)件被設(shè)置在所述第二組線圈排的第一與第二構(gòu)件之間，使得所述軸與所述第三對(duì)線圈排的第一和第二構(gòu)件中的每一個(gè)之間的距離介于所述第一對(duì)線圈排的各構(gòu)件與所述軸之間的距離中間。14.一種產(chǎn)生電力或由電流驅(qū)動(dòng)類型的交流電裝置，包括定子，所述定子圍繞軸定位；以及轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子被設(shè)置成相對(duì)于所述定子圍繞旋轉(zhuǎn)的所述軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述定子包括多個(gè)線圈排，而每個(gè)線圈排都按序以所述軸為中心，其中所述定子包括以同心狀構(gòu)造圍繞所述軸設(shè)置的至少第一、第二和第三組線圈，每組線圈都包括串聯(lián)布線的至少兩對(duì)線圈排，每對(duì)中的第一和第二構(gòu)件被構(gòu)造成在相反方向上產(chǎn)生軸向場(chǎng)，其中在所有三組線圈中所述兩對(duì)中每對(duì)中的所有線圈排都布置成距所述軸不同的徑向距離并按序布置，其中所述第二組線圈排的至少一個(gè)線圈對(duì)被設(shè)置在所述第一組線圈中的不同的兩對(duì)線圈排之間。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，在所述線圈排的序列中，所述第一組的至少一對(duì)線圈排的各構(gòu)件被設(shè)置成在所述序列中彼此相鄰、而之間沒(méi)有設(shè)置所述其他線圈排。16.一種產(chǎn)生電力或由電流驅(qū)動(dòng)類型的交流電裝置，包括定子，所述定子圍繞軸定位；以及轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子被設(shè)置成相對(duì)于所述定子圍繞旋轉(zhuǎn)的所述軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述定子包括多個(gè)線圈排，而每個(gè)線圈排都按序以軸為中心，其中所述定子包括以同心狀構(gòu)造圍繞所述軸設(shè)置的多組線圈排，每組η都包括串聯(lián)布線的一對(duì)或多對(duì)，即k對(duì)線圈排Ck,和C'k,n，所述定子中的各線圈排被構(gòu)造成在相反方向上產(chǎn)生軸向場(chǎng)，以部分地或完全地抵消軸向場(chǎng)分量，其中所述線圈排Ck,中的每一個(gè)均被定位于徑向向外距所述軸距離Ik,n，所述線圈排C'k,n中的每一個(gè)均被定位于徑向向外距所述軸距離R'k,n，以及，隨著⑴所述至少(nk/2)-l個(gè)線圈排位于距所述軸小于&的距離處、以及(ii)所述至少(nk/2)-l個(gè)線圈排位于距所述軸大于&的距離處，總體來(lái)說(shuō)，所述線圈排的序列的特征在于距所述軸的距離&的中心位置，而R_1yRk,η+^k,ηnkt^217.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，所述定子的所述各組線圈排都被構(gòu)造成為超導(dǎo)。18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，所述定子和所述轉(zhuǎn)子這兩者的所述各組線圈排都被構(gòu)造成超導(dǎo)。19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，還包括風(fēng)力渦輪機(jī)并且被構(gòu)造成產(chǎn)生電力。20.一種產(chǎn)生電力或由電流驅(qū)動(dòng)類型的交流電裝置，包括定子，所述定子圍繞軸定位；以及轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子被設(shè)置成相對(duì)于所述定子圍繞旋轉(zhuǎn)的所述軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述定子包括多個(gè)線圈排，而每個(gè)線圈排都按序以軸為中心，其中所述定子包括以同心狀構(gòu)造圍繞所述軸設(shè)置的、包括第一、第二和第三組線圈排的多組線圈排，每組η都包括串聯(lián)布線的一對(duì)或多對(duì)，即k對(duì)線圈排Ctn和C'k,n,并且所述定子中的各線圈排都被構(gòu)造成在相反方向上產(chǎn)生軸向場(chǎng)，以部分地或完全地抵消軸向場(chǎng)分量，其中所述線圈排Ck,n中的每一個(gè)均被定位于徑向向外距所述軸距離Ik,n，所述線圈排C'k,n中的每一個(gè)均被定位于徑向向外距所述軸距離R'k,n，以及，隨著⑴所述至少(nk/2)-l個(gè)線圈排位于距所述軸小于&的距離處、以及(ii)所述至少(nk/2)-l個(gè)線圈排位于距所述軸大于&的距離處，總體來(lái)說(shuō)，所述線圈排的序列的特征在于距所述軸的距離&的中心位置；根據(jù)以下方程來(lái)構(gòu)造一對(duì)所述第一組線圈排的第一和第二構(gòu)件中的每個(gè)構(gòu)件Χ(θ)=[h/(2*Ji)]θ士Asin(ηθ)Υ(θ)=Rcos(θ)Ζ(θ)=Rsin(θ)；定子厚度與&的比率大于25%；以及所述各組線圈排的第一組的互感在所述各組線圈排的組的第二組的互感的10%以內(nèi)。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中，在操作期間，由所述第一組線圈排產(chǎn)生的軸向場(chǎng)小于由所述第一第二組線圈排產(chǎn)生的橫向場(chǎng)的10%，以及所述各組線圈排的第一組的互感在所述各組線圈排的第二組的互感的0.5%以內(nèi)。22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中，所述第二組中的一對(duì)線圈排的第一構(gòu)件C2,η或C'2,η被設(shè)置在所述第一組中的一對(duì)線圈排的構(gòu)件Clin與C'之間的序列中。23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其中，所述第一組中的第一對(duì)線圈排的第一構(gòu)件C1,或('被設(shè)置在所述第三組中的一對(duì)線圈排的構(gòu)件C3,η與C'3,η之間的序列中。24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中，在所述第一組線圈排內(nèi)，所述第一組中的所述第一對(duì)線圈排的第一構(gòu)件Clin或C'與所述第一組中的所述第一對(duì)線圈排的其他構(gòu)件相比較具有不同的匝數(shù)、或在與所述軸平行的方向上具有不同的每匝前移的速率。全文摘要一種產(chǎn)生磁場(chǎng)或感生電壓的交流電裝置。在一個(gè)裝置中包括圍繞軸設(shè)置的定子和轉(zhuǎn)子。定子包括三組線圈，每組線圈包括串聯(lián)布線的至少第一對(duì)線圈排，并且第一對(duì)的第一和第二構(gòu)件被構(gòu)造成在相反方向上產(chǎn)生軸向場(chǎng)。每組線圈的第一對(duì)中的線圈排均被布置成距軸不同的距離。一對(duì)第二組線圈排的第一構(gòu)件被設(shè)置在一對(duì)第一組線圈排的第一與第二構(gòu)件之間。軸與第二對(duì)線圈排的第一構(gòu)件之間的距離在第一對(duì)線圈排的構(gòu)件與軸之間的距離中間。文檔編號(hào)H02K55/04GK102099986SQ200980127963公開(kāi)日2011年6月15日申請(qǐng)日期2009年6月2日優(yōu)先權(quán)日2008年6月2日發(fā)明者菲利普·馬森,薩沙·伊斯梅爾,雷納·邁因克申請(qǐng)人:先鋒磁體實(shí)驗(yàn)室有限公司,菲利普·馬森,薩沙·伊斯梅爾,雷納·邁因克