(57)【要約】本開示は、印刷回路基板モータ、特に、モータおよび発電機内で使用される印刷回路基板に関する。印刷回路基板上の銅から形成される巻線は、アンテナ、インダクタ、変圧器、および永久磁石ブラシレスＤＣ（永久磁石同期）機械内に組み込まれ得る固定子を形成する目的のために使用されている。現代の永久磁石材料およびＰＣＢ固定子を使用するエネルギー変換デバイスに対して、磁場は、磁気的に影響を受けやすい材料によって強固に閉じ込められていない。したがって、巻線内の隣接するターンおよび／または隣接する層上の巻線（多層構成に対して）からの場間の相互作用は、有意であり得る。以降で開示される構造は、巻線における有効抵抗を低減させ、したがって、関連付けられた損失を低減させ、回転エネルギー変換デバイスの一部において低減させられた電流密度を達成する。
2018533345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子であって、前記固定子は、少なくとも１つの誘電層と前記誘電層の各々の表面上の伝導性パターンとを備えている平面複合構造（ＰＣＳ）を備え、前記伝導性パターンは、複数の第１の伝導性トレースを備え、前記第１の伝導性トレースの各々は、内側半径から外側半径まで半径方向に延び、前記誘電表面のうちの１つ上に角度を付けて配置されており、
前記第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つは、その外側半径において、第１の相互接続によって、その外側半径における前記第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つの他のものに接続され、
少なくとも前記第１の相互接続は、内縁および外縁によって境界を付けられ、開始領域、遷移領域、終了領域を有し、前記開始領域は、前記第１の伝導性トレースから前記遷移領域まで延びている第１のアールを形成された内縁区分を有し、前記終了領域は、前記遷移領域から前記他の伝導性トレースまで延びている第２のアールを形成された内縁区分を有し、
少なくとも前記第１のアールを形成された内縁区分および前記第２のアールを形成された内縁区分の各々は、
θｓおよびｒｓから開始し、θ＞θｓに対して評価される角のために、角方程式：
【数４−１】
2018533345.tif 000010
によって、または、θ＜θｓに関して評価され、θｓおよびｒｓで終了する角のために、等価な反射バージョン：
【数４−２】
2018533345.tif 000011
によって少なくとも部分的に特徴付けられ、
αは、前記固定子の要求される物理的構造に従って調節されるパラメータである、
固定子。
【請求項２】
前記相互接続の内縁領域全体のための角方程式は、以下の単一方程式によって特徴付けられ、
【数５】
2018533345.tif 000012
ここで、ｒｓ１、θ１は、前記開始トレースにおける前記構造の開始点であり、ｒｓ２、θ２は、前記構造の終了点であり、αは、前記角のパラメータであり、ｒｄは、前記構造が主に角度方向に延びている半径である、請求項１に記載の固定子。
【請求項３】
前記固定子は、多層固定子であり、１つの伝導性トレースの前記開始領域を異なる層における第２の伝導性トレースの前記終了領域に相互接続するための接続構造をさらに含む、請求項１に記載の固定子。
【請求項４】
２つの隣接する第１の伝導性トレース間の角度分離は、δラジアンであり、αは、０．０６δ〜０．２δラジアンの範囲である、請求項１に記載の固定子。
【請求項５】
固定子であって、前記固定子は、少なくとも１つの誘電層と前記誘電層の各々の表面上の伝導性パターンとを備えている平面複合構造（ＰＣＳ）を備え、少なくとも１つの伝導性パターンは、複数の第１の伝導性トレースを備え、前記第１の伝導性トレースの各々は、内側半径から外側半径まで半径方向に延び、前記誘電表面のうちの１つ上に角度を付けて配置されており、
前記第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つは、その外側半径において、第１の相互接続によって、その外側半径における前記第１の伝導要素のうちの少なくとも１つの他のものに接続され、
少なくとも前記第１の相互接続は、内縁および外縁によって境界を付けられ、開始領域、遷移領域、終了領域を有し、前記開始領域は、前記第１の伝導性トレースから前記遷移領域まで延びている第１のアールを形成された内縁区分および第１のアールを形成された外縁区分と、前記遷移領域および前記他の伝導性トレースから延びている第２のアールを形成された内縁区分および第２のアールを形成された外縁区分とを有し、
少なくとも前記第１のアールを形成された内縁および外縁区分ならびに前記第２のアールを形成された内縁および外縁区分の各々は、
θｓおよびｒｓから開始し、θ＞θｓに対して評価される角のために、角方程式：
【数５−１】
2018533345.tif 000013
によって、または、θ＜θｓに関して評価され、θｓおよびｒｓで終了する角のために、等価な反射バージョン：
【数５−２】
2018533345.tif 000014
によって少なくとも部分的に特徴付けられ、
αは、前記固定子の要求される物理的構造に従って調節されるパラメータである、
固定子。
【請求項６】
固定子であって、前記固定子は、少なくとも１つの誘電層と前記誘電層の各々の表面上の伝導性パターンとを備えている平面複合構造（ＰＣＳ）を備え、少なくとも１つの伝導性パターンは、複数の第１の伝導性トレースを備え、前記第１の伝導性トレースの各々は、内側半径から外側半径まで半径方向に延び、前記誘電表面のうちの１つ上に角度を付けて配置されており、
前記第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つは、その外側半径において、第１の相互接続によって、その外側半径における前記第１の伝導要素のうちの少なくとも１つの他のものに接続され、
少なくとも前記第１の相互接続は、内縁および外縁によって境界を付けられ、開始領域、遷移領域、終了領域を有し、前記開始領域は、その外側半径における前記第１の伝導性トレースから前記遷移領域まで延びている第１のアールを形成された内縁区分と、前記遷移領域からその外側半径における前記他の伝導性トレースまで延びている第２のアールを形成された内縁区分とを有し、
少なくとも前記第１のアールを形成された内縁区分および前記第２のアールを形成された内縁区分の各々は、前記１つの伝導性トレースから前記遷移領域までｒ（θ）の線形関数である傾きｄｒ／ｄθによって特徴付けられ、前記傾きｄｒ／ｄθは、前記遷移領域から前記他の伝導性トレースまでとは異なる線形関数である、固定子。
【請求項７】
固定子であって、前記固定子は、少なくとも１つの誘電層と前記誘電層の各々の表面上の伝導性パターンとを備えている平面複合構造（ＰＣＳ）を備え、少なくとも１つの伝導性パターンは、複数の第１の伝導性トレースを備え、前記第１の伝導性トレースの各々は、内側半径から外側半径まで半径方向に延び、前記誘電表面のうちの１つ上に角度を付けて配置されており、
前記第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つは、その外側半径において、その外側半径における第１の相互接続の開始領域に接続され、前記第１の相互接続は、内縁および外縁によって境界を付けられ、前記開始領域、遷移領域、および終了領域を有し、第１のアールを形成された内縁区分が、前記１つの伝導性トレースの外側半径から前記遷移領域まで延び、第２のアールを形成された内縁区分が、前記遷移領域からその外側半径における前記他の伝導性トレースまで延び、前記内縁と外縁との間の任意の点において、直流励起下の最小電流密度の大きさは、その点を通して通過する前記内縁と外縁との間の最短線に沿って評価される最大電流密度の大きさの少なくとも５０％である、固定子。
【請求項８】
固定子であって、前記固定子は、少なくとも２つの誘電層と前記誘電層の各々の表面上の伝導性パターンとを備えている平面複合構造（ＰＣＳ）を備え、少なくとも１つの伝導性パターンは、複数の第１の伝導性トレースを備え、前記第１の伝導性トレースの各々は、内側半径から外側半径まで半径方向に延び、前記誘電表面のうちの１つ上に角度を付けて配置されており、
前記第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つは、その外側半径において、第１の中間層相互接続によって、その外側半径における異なる表面上の前記第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つの他のものに接続され、
少なくとも前記第１の中間層相互接続は、第１の層上の開始領域、遷移領域、および異なる層上の終了領域を有し、第１の伝導性トレースから前記遷移領域まで延びている第１のアールを形成された内縁区分と、前記遷移領域からその外側半径における前記他の伝導性トレースまで延びている第２のアールを形成された内縁区分とをさらに備え、
少なくとも前記第１のアールを形成された内縁区分および前記第２のアールを形成された内縁区分の各々は、軸方向に隣接する伝導性表面構造における寄生および渦電流効果を低減させるように設計される構造によって少なくとも部分的に特徴付けられる、固定子。
【請求項９】
固定子であって、前記固定子は、少なくとも１つの誘電層と前記誘電層の各々の表面上の伝導性パターンとを備えている平面複合構造（ＰＣＳ）を備え、前記伝導性パターンは、複数の第１の伝導性トレースを備え、前記第１の伝導性トレースの各々は、内側半径から外側半径まで半径方向に延び、前記誘電表面のうちの１つ上に角度を付けて配置されており、
前記第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つは、その外側半径において、第１の相互接続によって、その外側半径における前記第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つの他のものに接続され、
少なくとも前記第１の相互接続は、内縁および外縁によって境界を付けられ、開始領域、遷移領域、終了領域を有し、第１のアールを形成された内縁区分が、前記接続されるその外側半径における第１の伝導性トレースから前記遷移領域まで延び、第２のアールを形成された内縁区分が、前記遷移領域を前記１つの他の伝導性トレースの外側半径に接続し、
少なくとも前記第１のアールを形成された内縁区分および前記第２のアールを形成された内縁区分の各々は、前記相互接続の外側伝導性部分における渦電流を低減させるための構造によって特徴付けられる、固定子。
【請求項１０】
固定子であって、前記固定子は、少なくとも１つの誘電層と前記誘電層の各々の表面上の伝導性パターンとを備えている平面複合構造（ＰＣＳ）を備え、前記伝導性パターンは、複数の第１の伝導性トレースを備え、前記第１の伝導性トレースの各々は、内側半径から外側半径まで半径方向に延び、前記誘電表面のうちの１つ上に角度を付けて配置されており、
前記第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つは、その外側半径において、第１の相互接続によって、その外側半径における前記第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つの他のものに接続され、
少なくとも前記第１の相互接続は、内縁および外縁によって境界を付けられ、開始領域、遷移領域、終了領域を有し、第１のアールを形成された内縁および外縁区分が、前記第１の伝導性トレースから前記遷移領域まで延び、第２のアールを形成された内縁および外縁区分が、前記遷移領域からその外側半径における前記１つの他の伝導性トレースまで延び、
前記第１のアールを形成された内縁区分および外縁区分ならびに前記第２のアールを形成された内縁区分および外縁区分の少なくともそれぞれの傾きの各々は、前記１つの伝導性トレースから前記他の伝導性トレースまで回転角度の関数として単調に変化する傾きの値によって特徴付けられる、固定子。
【請求項１１】
固定子であって、前記固定子は、少なくとも１つの誘電層と前記誘電層の各々の表面上の伝導性パターンとを備えている平面複合構造（ＰＣＳ）を備え、前記伝導性パターンは、複数の第１の伝導性トレースを備え、前記第１の伝導性トレースの各々は、内側半径から外側半径まで半径方向に延び、前記誘電表面のうちの１つ上に角度を付けて配置されており、
前記第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つは、その外側半径において、第１の相互接続によって、その外側半径における前記第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つの他のものに接続され、
少なくとも前記第１の相互接続は、内縁および外縁によって境界を付けられ、開始領域、遷移領域、終了領域を有し、第１のアールを形成された内縁区分および第１のアールを形成された外縁区分が、前記第１の伝導性トレースから前記遷移領域まで延び、第２のアールを形成された内縁区分および第２のアールを形成された外縁区分が、前記遷移領域から前記他の伝導性トレースの外側半径における前記１つの他の伝導性トレースまで延び、
少なくともその遷移領域における前記相互接続の前記内縁と前記外縁との間において、前記相互接続は、前記相互接続の一端から前記相互接続の他端まで電気伝導性を実質的に低減させない少なくとも１つのスリット状の細長い領域を有し、前記少なくとも１つのスリット状の細長い領域は、前記相互接続の前記遷移領域において前記内縁と略平行に延びている、固定子。
【請求項１２】
固定子であって、前記固定子は、少なくとも１つの誘電層と前記誘電層の各々の表面上の伝導性パターンとを備えている平面複合構造（ＰＣＳ）を備え、前記伝導性パターンは、複数の第１の伝導性トレースを備え、前記第１の伝導性トレースの各々は、内側半径から外側半径まで半径方向に延び、前記誘電表面のうちの１つ上に角度を付けて配置されており、
前記第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つは、その外側半径において、第１の相互接続によって、その外側半径における前記第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つの他のものに接続され、
少なくとも前記第１の相互接続は、内縁および外縁によって境界を付けられ、開始領域、遷移領域、および終了領域を有し、第１のアールを形成された内縁区分が、前記第１の伝導性トレースから前記遷移領域まで延び、第２のアールを形成された内縁区分が、前記遷移領域から前記他の伝導性トレースの外側半径における前記１つの他の伝導性トレースまで延び、
前記第１の伝導性トレースと前記開始領域との間の接続から前記遷移領域の始点までの前記相互接続の前記内縁は、「ＣＴ内縁」距離として指定され、前記第１の伝導性トレースから前記遷移領域に向かう前記相互接続の前記内縁に沿って測定された前記ＣＴ内縁の最初の２０％以内において、ＦＥＡ／ＦＥＭ計算によって決定されるような最大電流密度値の少なくとも９０％を達成する、固定子。
【請求項１３】
印刷回路基板であって、前記印刷回路基板は、
少なくとも１つの誘電層および前記誘電層の各々の表面上の伝導性パターンを備えている平面複合構造（ＰＣＳ）を備え、前記伝導性パターンは、複数の第１の伝導性トレースを備え、
前記第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つは、第１の端部において、第１の相互接続によって、少なくとも１つの他の伝導性トレースに接続され、前記伝導性トレースの接続された端部は、互いから角度を付けてオフセットされており、
少なくとも前記第１の相互接続は、内縁および外縁によって境界を付けられ、開始領域、遷移領域、終了領域を有し、前記開始領域は、前記第１の伝導性トレースから前記遷移領域まで延びている第１のアールを形成された内縁区分を有し、前記終了領域は、前記遷移領域から前記他の伝導性トレースまで延びている第２のアールを形成された内縁区分を有し、
少なくとも前記第１のアールを形成された内縁区分および前記第２のアールを形成された内縁区分の各々は、
θｓおよびｒｓから開始し、θ＞θｓに対して評価される角のために、角方程式：
【数５−３】
2018533345.tif 000015
によって、または、θ＜θｓに関して評価され、θｓおよびｒｓで終了する角のために、等価な反射バージョン：
【数５−４】
2018533345.tif 000016
によって少なくとも部分的に特徴付けられ、
αは、前記固定子の要求される物理的構造に従って調節されるパラメータである、
印刷回路基板。
【請求項１４】
前記基板は、多層構造を有し、前記相互接続は、第１の基板層上の１つのトレースと第２の基板層上の第２のトレースとを接続する、請求項１３に記載の印刷回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本開示は、米国仮特許出願第６２／２３６，４０７号（２０１５年１０月２日出願、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｒ．Ｓｈａｗ、名称「ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ  ＴＯ  ＲＥＤＵＣＥ  ＬＯＳＳＥＳ  ＩＮ  ＰＲＩＮＴＥＤ  ＣＩＲＣＵＩＴ  ＢＯＡＲＤ  ＷＩＮＤＩＮＧＳ」）に対する米国特許法§１１９（ｅ）に基づく利益を主張する。本開示は、米国仮特許出願第６２／２３６，４２２号（２０１５年１０月２日出願、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｒ．Ｓｈａｗ、名称「ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ  ＦＯＲ  ＴＨＥＲＭＡＬ  ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ  ＩＮ  ＰＲＩＮＴＥＤ  ＣＩＲＣＵＩＴ  ＢＯＡＲＤ  ＳＴＡＴＯＲＳ」）に対する米国特許法§１１９（ｅ）に基づく利益を主張する。本開示は、米国特許出願第１５／１９９，５２７号（２０１６年６月３０日出願、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｒ．Ｓｈａｗ、名称「ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＴＨＥＲＭＡＬ  ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ  ＩＮ  ＰＲＩＮＴＥＤ  ＣＩＲＣＵＩＴ  ＢＯＡＲＤ  ＳＴＡＴＯＲＳ」）に対する米国特許法§１２０に基づく利益も主張する。上記出願の各々の内容は、あらゆる目的のためにそれらの全体が参照により本明細書に引用される。
【０００２】
（分野）
本明細書に説明される実施形態は、概して、印刷回路基板デバイス内の損失を低減させる分野に関連する。より具体的には、本明細書に開示されるような実施形態は、電気モータおよび／または発電機のための多層印刷回路基板上に作製される固定子内の巻線損失管理の分野に関連する。
【背景技術】
【０００３】
本発明者は、印刷回路基板（ＰＣＢ）内の電気導線を通した高電流を取り扱う電流電気モータおよび他の電気デバイスが、ＰＣＢ内の電流流動から生じる複数の問題に直面していることを認識および理解している。そのような問題は、寄生または渦電流に起因する望ましくない熱の発生を含み、それは、モータまたは発電機に関する機械的故障および破壊的機械的窓外、ならびにモータまたは発電機の動作における他の非効率性につながり得る。電気回路の領域内の増加された電流密度流動の副産物として、とりわけ、高電流勾配によって生じるＰＣＢ内の高温勾配は、剥離等のＰＣＢの構造損傷または基板内の電気導線もしくは誘電材料の局所的故障もしくは劣化につながり得る。より重要なこととして、おそらく、これらの高電流密度は、望ましくないより大きい電磁場を発生させるように作用し、それは、例えば、寄生および渦電流を電気回路の物理的近傍領域内にもたらし得、ひいては、モータまたは発電機回転子への重荷として作用し、それによって、その電力出力および効率を低減させ得る。
【０００４】
以降に説明される有利な特徴を伴わずに構築される、印刷回路基板電気デバイスは、これらのデバイスに見出される誘電基板のＰＣＢ表面（または多層基板デバイスの場合、複数の表面）上に配置される電流搬送トレース間で接続を行うために、種々の方略を採用する。しかしながら、これらの方略は、どんな実質的方法においても、電気回路トレースの一部内で増強された電流密度から生じる不利点およびそれからの悪影響に対処しておらず、かつそれを認識していない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の特定の例示的実施形態は、印刷回路基板モータおよび発電機に関する。印刷回路基板内の銅から形成される巻線は、アンテナ、インダクタ、変圧器、および永久磁石ブラシレスＤＣ（永久磁石同期）機械内に組み込まれ得る固定子を形成する目的のために使用されている。現代の永久磁石材料およびＰＣＢ固定子を使用するエネルギー変換デバイスに対して、磁場は、磁気的に影響を受けやすい材料によって強固に閉じ込められない。したがって、巻線内の隣接するターン（ｔｕｒｎ）および／または隣接する層上の巻線（多層構成に関して）からの磁場間の相互作用は、有意であり得る。以降に開示される構造は、巻線内の有効抵抗を低減させ、したがって、関連付けられた損失を低減させ、回転エネルギー変換デバイス内の規定された電流密度を達成する。開示される構造の効果は、現在利用可能なデバイスと比較したときの増加周波数の関数としての顕著な損失低減機構である。これらの効果は、エネルギー変換プロセスならびに典型的制御方略、例えば、パルス幅変調に対して重要な周波数範囲内で有意である。
【０００６】
第１の例示的実施形態では、本開示は、少なくとも１つの誘電層および複数の伝導層を有する平面複合構造（ＰＣＳ）を含む電気モータまたは発電機固定子の構造に関する。ＰＣＳは、少なくとも部分的に、中心原点と、周縁とによって特徴付けられる。固定子は、内側半径方向距離ｒｓから外側半径方向距離ｒ１まで延びている複数の第１の要素である半径方向に延びている伝導性トレースも含むことができ、半径は、ＰＣＳの中心原点から周縁に向かって測定される。トレースは、概して、ＰＣＳ上に角度を付けて配置される。複数の第１の半径方向に延びている要素の各々は、その内側および外側端部において接続され、巻線ループおよび他の回路構造が、形成されることを可能にする。要素が、そのようなループ内で接続されるとき、以降により詳細に説明されるように、要素の外側端部は、外側ループ相互接続を使用して接続され、要素の内側端部は、内側ループ相互接続を使用して接続される。さらに、本開示のいくつかの例示的実施形態によると、第１の半径方向伝導要素のうちの少なくとも１つは、それらのそれぞれの外側半径端部において、半径方向伝導要素のうちの少なくとも１つの他のものに接続される。また、第１の伝導要素は、それらの内側半径端部においても、他の半径方向に伝導要素に接続される。複数の巻線を有し、例えば、電気モータまたは発電機の固定子を形成する複数の閉ループがもたらされることができる。
【０００７】
本開示の第２の例示的実施形態は、少なくとも１つの誘電層および少なくとも１つの伝導層を伴うＰＣＳを含む固定子を有する電気モータまたは発電機に関し、ＰＣＳは、少なくとも部分的に、中心原点と、周縁とによって特徴付けられる。固定子は、ＰＣＳの中心原点からの開始半径ｒ０から周縁に向かって半径方向に延び、ＰＣＳ上に角度を付けて配置される複数の第１の導電性トレースも含むことができる。複数の伝導性トレースは、それぞれの関連付けられた相互接続を通して、ＰＣＳの中心原点からの内側半径ｒ０から周縁に向かって半径方向外向きに半径方向に延び、関連付けられた伝導性トレースから角度を付けて配置される少なくとも１つの他の伝導性トレースに接続する。
【０００８】
別の例示的実施形態では、固定子は、少なくとも１つの誘電層および各該誘電層の表面上の伝導性パターンを伴う平面複合構造（ＰＣＳ）を有する。伝導性パターンは、各々が内側半径から外側半径まで半径方向に延び、誘電表面のうちの１つ上に角度を付けて配置される複数の第１の伝導性トレースを有し、第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つは、その外側半径において、第１の相互接続によって、その外側半径における第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つの他のものに接続される。第１の相互接続は、内縁と外縁との間で境界を付けられる。第１の相互接続は、開始領域、遷移領域、および終了領域を有し、開始領域は、第１の伝導性トレースから遷移領域まで延びている第１のアールを形成された内縁区分を有し、終了領域は、遷移領域から他の伝導性トレースまで延びている第２のアールを形成された内縁区分を有し、少なくとも第１のアールを形成された内縁区分および第２のアールを形成された内縁区分の各々は、θｓおよびｒｓから開始し、θ＞θｓに対して評価される角のために、角方程式：
【０００９】
【数１】
2018533345.tif 000003
【００１０】
によって、または、θ＜θｓに関して評価され、θｓおよびｒｓで終了する角のために、等価な反射バージョン：
【００１１】
【数１−１】
2018533345.tif 000004
【００１２】
によって少なくとも部分的に特徴付けられる。
【００１３】
さらに別の例示的実施形態では、固定子は、少なくとも１つの誘電層および各該誘電層の表面上の伝導性パターンを有する平面複合構造（ＰＣＳ）を有する。少なくとも１つの伝導性パターンは、各々が内側半径から外側半径まで半径方向に延び、誘電表面のうちの１つ上に角度を付けて配置される複数の第１の伝導性トレースを有する。第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つは、その外側半径において、その外側半径における第１の相互接続によって、第１の伝導要素のうちの少なくとも１つの他のものに接続され、少なくとも第１の相互接続は、内縁および外縁によって境界を付けられ、開始領域、遷移領域、および終了領域を有し、開始領域は、第１の伝導性トレースから遷移領域まで延びている第１のアールを形成された内縁区分および第１のアールを形成された外縁区分と、遷移領域から他の伝導性トレースまで延びている第２のアールを形成された内縁区分および第２のアールを形成された外縁区分とを有する。少なくとも第１のアールを形成された内縁および外縁区分ならびに第２のアールを形成された内縁および外縁区分の各々は、θｓおよびｒｓから開始し、θ＞θｓに対して評価される角のために、角方程式：
【００１４】
【数２】
2018533345.tif 000005
【００１５】
によって、または、θ＜θｓに関して評価され、θｓおよびｒｓで終了する角のために、等価な反射バージョン：
【００１６】
【数２−１】
2018533345.tif 000006
【００１７】
によって少なくとも部分的に特徴付けられる。
【００１８】
別の例示的実施形態では、固定子は、少なくとも１つの誘電層および各該誘電層の表面上の伝導性パターンを伴う平面複合構造（ＰＣＳ）を有する。少なくとも１つの伝導性パターンは、各々が内側半径から外側半径まで半径方向に延び、誘電表面のうちの１つ上に角度を付けて配置される複数の第１の伝導性トレースを有する。第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つは、その外側半径において、第１の相互接続によって、その外側半径における第１の伝導要素のうちの少なくとも１つの他のものに接続される。第１の相互接続は、内縁および外縁によって境界を付けられる。第１の相互接続は、開始領域、遷移領域、および終了領域を有し、開始領域の内縁は、その外側半径における第１の伝導性トレースから遷移領域まで延びている第１のアールを形成された内縁区分と、遷移領域からその外側半径における他の伝導性トレースまで延びている第２のアールを形成された内縁区分とを有する。少なくとも第１のアールを形成された内縁区分および第２のアールを形成された内縁区分の各々は、１つの伝導性トレースから遷移領域までのｒ（θ）の線形関数である傾きｄｒ／ｄθによって特徴付けられ、傾きは、遷移領域から他の伝導性トレースまでとは異なる線形関数である。
【００１９】
さらに別の例示的実施形態では、固定子は、少なくとも１つの誘電層および各該誘電層の表面上の伝導性パターンを備えている平面複合構造（ＰＣＳ）を有する。少なくとも１つの伝導性パターンは、各々が内側半径から外側半径まで半径方向に延び、誘電表面のうちの１つ上に角度を付けて配置される複数の第１の伝導性トレースを有する。第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つは、その外側半径において、第１の相互接続の開始領域に接続される。第１の相互接続は、内縁および外縁によって境界を付けられ、第１の相互接続は、開始領域、遷移領域、および終了領域を有し、第１のアールを形成された内縁区分が、１つの伝導性トレースの外側半径から遷移領域まで延び、第２のアールを形成された内縁区分が、遷移領域からその外側半径における他の伝導性トレースまで延びている。内縁と外縁との間の任意の点において、直流励起下の最小電流密度の大きさは、その点を通して通過する内縁と外縁との間の最短線に沿って評価される最大電流密度の大きさの少なくとも５０％である。
【００２０】
別の例示的実施形態では、固定子は、少なくとも２つの誘電層および各該誘電層の表面上の伝導性パターンを有する平面複合構造（ＰＣＳ）を有する。少なくとも１つの伝導性パターンは、各々が内側半径から外側半径まで半径方向に延び、誘電表面の異なるもの上に角度を付けて配置される複数の第１の伝導性トレースを有する。第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つは、その外側半径において、第１の中間層相互接続によって、その外側半径における異なる表面上の第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つの他のものに接続される。相互接続は、実質的に内縁および外縁によって境界を付けられる。第１の中間層相互接続は、第１の層上の開始領域、遷移領域、および異なる層上の終了領域を有し、第１の伝導性トレースから遷移領域まで延びている第１のアールを形成された内縁区分と、遷移領域からその外側半径における他の伝導性トレースまで延びている第２のアールを形成された内縁区分とをさらに有し、少なくとも第１のアールを形成された内縁区分および第２のアールを形成された内縁区分の各々は、少なくとも部分的に、軸方向に隣接する伝導性表面構造における寄生および渦電流効果を低減させるように設計される構造によって特徴付けられる。
【００２１】
さらなる例示的実施形態では、固定子は、少なくとも１つの誘電層および各誘電層の表面上の伝導性パターンを有する平面複合構造（ＰＣＳ）を有する。少なくとも１つの伝導性パターンは、各々が内側半径から外側半径まで半径方向に延び、誘電表面のうちの１つ上に角度を付けて配置される複数の第１の伝導性トレースを有する。第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つは、その外側半径において、第１の相互接続によって、その外側半径における第１の伝導要素のうちの少なくとも１つの他のものに接続され、第１の相互接続は、内縁および外縁によって境界を付けられる。第１の相互接続は、開始領域、遷移領域、終了領域を有し、第１のアールを形成された内縁区分は、その外側半径において接続された第１の伝導性トレースから遷移領域まで延び、第２のアールを形成された内縁区分は、遷移領域を１つの他の伝導性トレースの外側半径に接続する。少なくとも第１のアールを形成された内縁区分および第２のアールを形成された内縁区分の各々は、相互接続の外側伝導性部分における渦電流を低減させるための構造によって特徴付けられる。
【００２２】
さらに別の例示的実施形態では、固定子は、少なくとも１つの誘電層および各該誘電層の表面上の伝導性パターンを伴う平面複合構造（ＰＣＳ）を有する。少なくとも１つの伝導性パターンは、各々が内側半径から外側半径まで半径方向に延び、誘電表面のうちの１つ上に角度を付けて配置される複数の第１の伝導性トレースを有し、第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つは、その外側半径において、第１の相互接続によって、その外側半径における第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つの他のものに接続され、第１の相互接続は、内縁および外縁によって境界を付けられる。第１の相互接続は、開始領域、遷移領域、および終了領域を有し、第１のアールを形成された内縁および外縁区分が、第１の伝導性トレースからその遷移領域まで延び、第２のアールを形成された内縁および外縁区分が、遷移領域からその外側半径における１つの他の伝導性トレースまで延びている。第１のアールを形成された内縁区分および第２のアールを形成された内縁区分の少なくともそれぞれの傾きの各々は、１つの伝導性トレースから他の伝導性トレースまで回転角度の関数として単調に変化する傾きの値によって特徴付けられる。
【００２３】
さらなる例示的実施形態では、固定子は、少なくとも１つの誘電層および各該誘電層の表面上の伝導性パターンを伴う平面複合構造（ＰＣＳ）を有する。少なくとも１つの伝導性パターンは、各々が内側半径から外側半径まで半径方向に延び、誘電表面のうちの１つ上に角度を付けて配置される複数の第１の伝導性トレースを有し、第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つは、その外側半径において、第１の相互接続によって、その外側半径における第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つの他のものに接続される。第１の相互接続は、内縁および外縁によって境界を付けられる。第１の相互接続は、開始領域、遷移領域、終了領域を有し、第１のアールを形成された内縁区分および第１のアールを形成された外縁区分が、第１の伝導性トレースから遷移領域まで延び、第２のアールを形成された内縁区分および第２のアールを形成された外縁区分が、遷移領域から他の伝導性トレースの外側半径における１つの他の伝導性トレースまで延びている。少なくともその遷移領域内の相互接続の内縁区分と外縁区分との間において、相互接続は、相互接続の一端から相互接続の他端まで電気伝導性を実質的に低減させない少なくとも１つのスリット状の細長い領域を有し、スリット状の細長い領域は、相互接続の遷移領域内の内縁区分と略平行に延びている。
【００２４】
本開示のさらに別の例示的実施形態では、固定子は、少なくとも１つの誘電層および各該誘電層の表面上の伝導性パターンを有する平面複合構造（ＰＣＳ）を有する。少なくとも１つの伝導性パターンは、各々が内側半径から外側半径まで半径方向に延び、誘電表面のうちの１つ上に角度を付けて配置される複数の第１の伝導性トレースを有する。第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つは、その外側半径において、第１の相互接続によって、その外側半径における第１の伝導性トレースのうちの少なくとも１つの他のものに接続される。第１の相互接続は、少なくとも内縁および外縁によって境界を付けられる。第１の相互接続は、開始領域、遷移領域、および終了領域を有し、第１のアールを形成された内縁区分が、第１の伝導性トレースから遷移領域まで延び、第２のアールを形成された内縁区分が、遷移領域から他の伝導性トレースの外側半径における１つの他の伝導性トレースまで延びている。第１の伝導性トレースと開始領域との間の接続から遷移領域の始点までの相互接続の内縁は、「ＣＴ内縁」距離として指定される。例示的実施形態は、第１の伝導性トレースから遷移領域に向かう相互接続の内縁に沿って測定されたＣＴ内縁の最初の２０％以内において、ＦＥＡ／ＦＥＭ計算によって決定されるような最大電流密度値の少なくとも９０％を達成する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本開示のいくつかの実施形態による、少なくとも１つの誘電層を有するＰＣＳを含む固定子の平面図を図示するとともに、複数の伝導層のうちの１つが、図示される。
【図２Ａ】図２Ａは、鋭い角を伴う端部ターン角における電流密度に対するＦＥＭ解析のカラー例証の白黒コピーである。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａに示されるＦＥＭ解析のグレースケールバージョンである。
【図３Ａ】図３Ａは、アールを形成された角を伴う端部ターン角構造における電流密度に対するＦＥＭ解析のカラー例証の白黒コピーであり、半径は、より小さいトレースの半幅に対応する。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに示されるＦＥＭ解析のグレースケールバージョンである。
【図４Ａ】図４Ａは、本開示の例示的実施形態による、電流密度に関するＦＥＭ解析のカラー例証の白黒コピーである。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａに示されるＦＥＭ解析のグレースケールバージョンである。
【図５】図５は、鋭い角を有する従来技術構造による、ＰＣＳを含む固定子の平面図を図示する。
【図６】図６は、ＰＣＳを含む固定子の平面図を図示し、角は、一定ターン半径を有する。
【図７】図７は、本開示のいくつかの実施形態による、固定子内の外側ループ接続の詳細を図示し、各接続構成は、遷移領域に接続し、順に、終端領域に接続する第１の開始領域を含む。
【図８】図８は、ｚ軸において大きく拡張されたモータ固定子スタックを図示する。
【図９】図９は、縦方向に分割される相互接続トレースを有する端部ターンループを図示する。
【図１０Ａ】図１０Ａは、図９に図示される細い細長いスリット状領域を伴わない場合の結果として生じる電流密度を示す、ＦＥＭ解析のカラー例証の白黒コピーである。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０Ａに示されるＦＥＭ解析のグレースケールバージョンである。
【図１１Ａ】図１１Ａは、図９に図示される細い細長いスリット状領域を伴う場合の結果として生じる電流密度を示す、ＦＥＭ解析のカラー例証の白黒コピーである。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１１Ａに示されるＦＥＭ解析のグレースケールバージョンである。
【図１２】図１２は、いくつかの実施形態による、固定子１００のある区分の断面図を図示する。
【図１３】図１３は、ＰＣＳ上に配置される複数の伝導要素１１１を含む固定子１００の詳細を図示する。
【図１４】図１４は、中心原点の近位の固定子の内側エリアの詳細を図示する。
【図１５】図１５は、本開示のいくつかの実施形態による、接続構成の斜視図を図示する。
【図１６】図１６は、いくつかの実施形態による、少なくとも１つの誘電層および複数の伝導層を有する平面複合層（ＰＣＳ）を含む固定子を製造するための方法におけるフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図面では、同一参照番号によって示される要素およびステップは、別様に示されない限り、同一または類似要素およびステップと関連付けられる。
【００２７】
図１を参照すると、本開示の例示的実施形態では、電気的に駆動されるモータまたは回転発電機において使用するための固定子１００の平面図は、少なくとも１つの誘電層と、伝導性トレース１１１をその上に有する複数の基板層とを伴う平面複合構造（ＰＣＳ）１１０を有する。図１に示される固定子の直径は、数ｃｍ〜数十メートルであることができる。伝導性トレース１１１は、本開示のある実施形態による巻線構造の一部であることができ、巻線構造は、ＰＣＢ構造の外環および内側区分において接続され得る。ＰＣＳ１１０は、少なくとも部分的に、中心原点１０１と、外側周縁１０２とによって特徴付けられる。固定子１００は、複数の第１の伝導性トレース１１１を含み、それらは、半径１４０（ｒ０）（中心原点１０１から測定される）から半径１４２（ｒ１）（中心原点１０１から測定される）までＰＣＳ１１０の周縁１０２に向かって半径方向に延び、ＰＣＳ上に角度を付けて配置される。第１の伝導性トレースのうちの１つ以上のものは、それらの外側端部、半径ｒ１において、典型的には、その外側半径ｒ１における第１の伝導性トレースのうちの１つ以上の他のものに接続される。外側ループとして指定される、そのような相互接続は、開始領域１４４と、遷移領域１４８と、終了領域１５０とを有する。
【００２８】
相補的様式において、複数の伝導性トレースは、それらの内側端部、半径ｒ０において、内側伝導性ループ１５１によって接続され、各内側伝導性ループも同様に、開始領域と、遷移領域と、終了領域とを有する。このように、伝導性トレース１１１の組み合わせおよびそれらの接続する構造は、巻線構造を誘電層の表面上に提供する。
【００２９】
より複雑な構造では、伝導性トレース１１１は、ビアまたは他の内部層リンク等の内部層接続を使用して、他の層上の伝導性トレースに接続されることができる。これらの中間層接続では、例えば、２つの（またはそれを上回る）層のそれぞれ上の伝導性トレースの組み合わせは、当分野で周知のように、多層巻線の有利な構造を形成するように組み合わせられる。
【００３０】
しかしながら、１つの伝導性トレース１１１から次の伝導性トレースに通過する電流が、電磁場をもたらさず、モータまたは発電機の動作系の効率を損傷もしくは低減させ得るという懸念がある。そのような負の効果は、例えば、寄生電流または渦電流を近傍導電性構造内にもたらし得、それは、システムへの重荷として作用し得る。以下にさらに説明されるように、そのような重荷は、効率を低減させ、典型的には、図１のモータまたは発電機の構造設計において考慮されない。しかしながら、本開示は、相互接続端部ループ１５１、１５３の適切な成形および設計によって、そのような望ましくない電磁場を実質的に低減させることを対象とする。
【００３１】
したがって、固定子１００は、図１の平面図に図示されるものに類似する複数の層を含み得る。複数の層は、通常、直列に接続され、モータまたは発電機の極を形成する一連のコイルまたは巻線を提供するように配列され得る。極は、次いで、典型的には、モータに供給された（または発電機によって発生させられた）電流の各位相のための少なくとも１つの群を伴って、群に分離される。集合的に、外部電気回路によって適切に制御されるとき、導体（例えば、ＰＣＳ１１０内のトレース１１１ならびに相互接続伝導性トレース１５１および１５３）の配列は、回転電流密度および関連付けられた磁場を生成する。この回転電流密度（および磁場）は、トルクを周囲磁気構造に及ぼすこと（モータのために）、または電流出力を発生させること（発電機のために）ができる。半径方向構造１１１（「活性エリア」）を伴う印刷回路基板の部分は、この相互作用に関与するように設計される固定子の部分である。故に、固定子１００の活性エリアは、相互接続伝導性トレース１５１および１５２を通して結合され、回転電流を形成する伝導性トレース１１１を含み得る。いくつかの実施形態は、ＰＣＳ１１０の中心原点１０１を通過するシャフトに固定される、２組の希土類磁石を含み、それは、コンパクトな高効率軸方向場同期電気デバイスを形成する。非均一磁場と相互作用する回転電流密度を含む、活性エリアに加え、固定子１００は、周辺エリア内の伝導要素と、内部エリア内の伝導要素とを含み得る。伝導要素は、動作時、固定子１００によって発生させられた熱を消散させることができる。
【００３２】
本開示の構造によると、例えば、回転式電気モータまたは発電機のための平面ＰＣＢは、固定子性能を最適化するように成形される内側、外側、および中立端部ターン構造を有する。平面ＰＣＢモータ固定子または平面複合固定子（ＰＣＳ）では、端部ターン設計は、巻線面において異なる役割を果たす端部ターンが、通常、単一層上に共存することができず、それらの総抵抗を低減させる方法として多数の層上に現れることもできないという単純な理由から非常に重要である。端部ターンに対する別の考慮点は、それらが、他の伝導性材料、例えば、同一または隣接する層上の他の構造に近接近しており、高周波数において渦電流および寄生負荷につながり得ることである。
【００３３】
本開示は、両問題に対処し、有限要素測定（ＦＥＭ）の使用を通して、他の設計方略および構造と比較されることができる。以下の説明における「端部ターン」の使用は、内側および外側端部ターン、極群間のリンク、相互層リンク、電力接続、および中立接合点構造内の類似特徴を含むものと理解されたい。本明細書に開示される技術の主な使用は、モータおよび発電機に関するが、任意の印刷回路基板、単一層、または多層への技術の適用が、回路内の損失を低減させるために有利であり得ることを認識することも重要である。モータ／発電機分野内では、端部ターンの数およびその機能は、モータのための位相、ターン、および極の数に応じて変動するであろうことに留意することも重要である。
【００３４】
前述のように、内側または外側端部ターンは、いくつかの接続された領域を有する。端部ターンの基本機能部分は、ターンまたは角が達成された後、活性領域半径方向導体またはトレースからの電流を事前に規定された半径に接続する角、領域であり、それは、典型的には、平面表面上の電流の方向を実質的に半径方向に向けられる電流から角度を付けて向けられる電流に変化させる。多くの場合、ターンは、その始まる接続点において細い幅の半径方向トレースに接続し、半径方向に向けられるトレースの幅は、平面の活性領域内の導体の間隔およびターンの角度部分に利用可能な空間によって決定付けられる。例証目的のために、考慮下の特徴は、ほぼ（局所的に）デカルト座標であるので、続く実施形態における角度進行は、ｘ−軸上に示される一方、半径方向進行は、ｙ−軸上に示される。この例と軸方向場機械のためのＰＣＳに直接適用可能である円柱座標例との間には、等角写像が存在する。
【００３５】
端部ターン設計の構造または形状とその性能との間の関係を模索するために、いくつかの例示的設計構造および以前の設計からの実施例のＦＥＭシミュレーションが、各構造が正確に同一総電流を搬送する条件で説明される。構造内の電流密度の大きさのプロットが、続いて、ＦＥＭ解析から生成され、図２−４に図示される。これらのプロット内のスケールは、それらが比較され得るように調節される。本明細書に提示されるカラー図面（すなわち、図２Ａ、３Ａ、４Ａ、１０Ａ、および１１Ａ）の白黒バージョンでは、より暗い領域は、必ずしも、ＦＥＭ解析におけるより高い電流密度領域に対応するわけではなく、より明るい領域も、必ずしも、それらの解析におけるより低い電流密度領域に対応するわけではないことを理解されたい。これは、それぞれ、着色バージョンに関するスケールの上部および底部の近傍の赤色ならびに青色領域が、両方とも白黒バージョンにおいてより暗い色としてコピーされるので、真実である。故に、ＦＥＭ解析のグレースケールバージョン（すなわち、図２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ、１０Ｂ、および１１Ｂ）をそれらの解析の着色バージョンの白黒コピーと併せて検討し、種々の領域における相対的電流密度より深く理解することが有用である。
【００３６】
従来の印刷回路基板ＣＡＤパッケージに対して、図５に図示されるように、正方形角を伴う異なる幅の線をマージすることが一般的である。このように描かれる角を伴う端部ターンは、例えば、米国特許第７，１０９，６２５号に見られる。図２Ａおよび２ＢにおけるＦＥＭ生成電流密度マップに示されるように、この構造の悪影響は、電流が端部ターンの内縁区分２５１の内角２５０に有意に集中されることである。これは、内縁角における電流の集中、故に、エネルギー損失をもたらし、電流は、本質的に、外角縁２５２では、ゼロである。内縁角における電流の集中は、内縁角のすぐ近傍におけるはるかに強い磁場Ｈ（アンペア／メートルまたはＡ／ｍ）につながる。外角銅は、本質的に、構造の伝導性において何ら機能を果たさないが、内角縁およびＰＣＳ上の他の電流源における高電流密度への近接度によって、そのような他の源からの時変磁場に伴う望ましくない寄生を提示し得る。さらに、内角は、電流を集中させ、望ましくなく、ＰＣＳ内の他の構造と相互作用し得る磁場を生成する。集合的に、これらの効果は、より高い周波数における増加された損失ならびに使用される銅の量に対して比較的により高い抵抗につながる（角の外縁における銅が、前述のように、実質的に電流を搬送しないため）。
【００３７】
図５における構造の実際の端端伝導性は、材料伝導性、厚さ、およびスケールの関数として、予測可能方式で変動する。比較目的のために、かつこれらの他の変数から独立して、端部ターン角形状の重要性を強調するために、図５における構造の伝導性は、１．０００と指定される。
【００３８】
図５の形状／構造に対して、端部ターンの開始領域２５４に進入する電流は、トレースの断面範囲全体にわたり実質的に均一であるが、鋭いターンを作製することで、内向きに集まる傾向にあることに着目することが重要である。
【００３９】
ＣＡＤツールにおける別の慣例は、ターンにおける規定された一定ターン半径の適用を線をマージするオプションに提供することである。多くの場合、図５の鋭い角を置換するために使用される、内側のアールを形成された角６４２および外側のアールを形成された角６４５における半径は、マージされる線の幅に基づいて選定される。図６に図示される角の幾何学形状は、このタイプの端部ターン角を示す。図６では、３つのネスト化された端部ループ６３５が存在することに留意されたい。この場合、内縁６４０および外縁６５０のための内側ならびに外側半径は、垂直トレース区画のために使用される開口の半径と同一である。図６に図示される構造の動作は、図５に図示される構造と比較して改良されるが（図３Ａおよび３ＢのＦＥＭシミュレーションによって示されるように）、図６の構造／形状は、依然として、内角縁の近傍に電流集中を示し、外角縁における一部の銅は、依然として、有意な電流を搬送しない。図５と比較した図６に図示される構造の伝導性は、１．０４６である。図６の構造は、したがって、より少ない抵抗損失を提供する。しかしながら、電流密度は、依然として、望ましくなく、内角縁において高いままであり、若干低レベルではあるものの、図５の構造に関連して記載される同一の望ましくない効果をもたらす。
【００４０】
本明細書に説明される例示的実施形態は、したがって、図２および５ならびに図３および６に図示される以前の構造の高電流密度からさらなる低減を得るために、内角、具体的には、内角縁に沿った電流密度の集中を有意に低減させ、図２および３に図示される電流密度の高集中から生じる負の影響の結果として生じる低減を伴う、設計形状および機能を決定する必要性を認識する。
【００４１】
図７を参照すると、そこに図示される端部ターン構造は、その内縁および外縁によって境界を付けられ、ｘおよびｙ（またはｒおよびθ）における一次微分方程式の局所解に対応する。この例示的かつ好ましい実施形態は、端部ターン角７１２の開始幅および場所７１０から、角を通して、端部ターンのｘまたはθ向き部分７１４までの連続遷移の単一変数パラメータ化に対応する。以下により詳細に説明される平滑遷移は、図５および６の実施例に見出される角遷移における電流の局部集中を回避し、電流密度をターンに集中させる傾向にない。故に、以前の構造（図５および６）によって生産された望ましくない磁場は、最小化される。ターンのパラメータ化は、異なる設計における最適化目的のために使用され得る独立変数を提供する。図４に図示されるように、この端部ターン設計は、電流密度および磁場の集中を回避し、図５に図示される端部ターン構造より約２０％高い、１．１９７の相対的伝導性を有する。さらに、本開示の１つの特定の例示的実施形態では、内縁および外縁は、以下のいわゆる「角方程式」に従って成形されることができる。
【００４２】
【数３】
2018533345.tif 000007
【００４３】
この場合、角は、θｓおよびｒｓから開始し、θ＞θｓに対して評価されるか、または以下を用いた等価な反射バージョンによって特徴付けられ、
【００４４】
【数３−１】
2018533345.tif 000008
【００４５】
この場合、角は、θ＜θｓに関して評価され、θｓおよびｒｓで終了する。この方程式は、縁に沿った曲率半径の徐々の変化を提供し、縁の始点および終点に応じて選択される単一パラメータαによって制御可能である。好ましい実施形態では、傾きは、ゼロの二次導関数を有する連続的に変化する変数である。これは、アールを形成された縁が、開始点（開始領域と伝導性トレースとの間の交差点）から遷移領域までのｒの線形関数である傾きによって特徴付けられ、傾きが、遷移領域から終了領域の終了まで異なる線形関数であると言える。ループ縁構造全体は、以下の単一方程式によって、開始トレース１１１から最終トレース１１１まで説明されることができる。
【００４６】
【数４】
2018533345.tif 000009
【００４７】
ここで、ｒｓ１、θ１は、開始トレース１１１における構造の開始点であり、ｒｓ２、θ２は、構造の終了点であり、αは、角のパラメータであり、ｒｄは、構造が主に角度方向に延びている半径である。
【００４８】
ループ（内側または外側）内の電流密度の集中の回避は、開始領域におけるループの内縁に沿って電流密度を測定することによって確認されることができる。典型的には、電流密度測定は、伝導性半径方向トレースに接続する開始領域の始点においてより高く、開始領域と遷移領域との交差点における内縁において最低であろう。第１の伝導性トレースと開始領域との間の接続から遷移領域の始点までの相互接続の内縁区分が、「ＣＴ内縁」距離として指定される場合、例示的実施形態では、電流密度は、ＦＥＡ／ＦＥＭ計算によって決定されるように、第１の伝導性トレースから遷移領域に向かう相互接続の内縁に沿って測定されたＣＴ内縁の最初の２０％以内で、最大電流密度値の少なくとも９０％を達成する。これは、図５および６の構造と実質的に異なり、ピークは、近傍導体内の寄生および渦電流に悪影響を及ぼす可能性がより高い場所における、半径方向導体からはるかに離れて生じる。
【００４９】
前述のように、導体から電磁放射源までの距離は、導体に衝突する電磁場の強度およびその悪影響に有意に影響を及ぼし得る。この「近接」効果は、隣接する導体内の電流が一次導体内の電流の分布に影響を及ぼし、その逆も同様である傾向である。この効果は、一次導体内の電流分布の変化ならびに両導体における損失をもたらし、電流周波数が増加するにつれて、一次導体の電気抵抗における増加として明白である。密接に関わる概念は：一次導体内の時変電流によって誘発される電流密度に起因して、寄生「続発」となる、ＤＣにおいて回路の一部ではない伝導性材料の傾向である。この効果は、（ｉ）周波数が上昇し、（ｉｉ）磁場の強度が増加し、（ｉｉｉ）一次導体に対する寄生伝導性材料の近接度が減少するにつれて、増加する。これらの考慮点は、例えば、図７に図示される例示的角形状構造を使用することによって、電磁場の集中を低減させることと、可能である場合、隣接する導体に対する導体の近接度を低減させることの両方に有利に働くように緩和される。本開示の好ましい例示的実施形態では、以降で規定される「角方程式」は、これらの効果の両方を改善することに役立つ。
【００５０】
上記方程式のいずれに対しても、パラメータαは、端部ターンが、固定子構造のその本質的に一定半径角度で向けられた部分（遷移領域）に接近するであろう率を決定する。重要な考慮点は、角が近傍構造への干渉を回避する必要があるということである。近傍構造が、角方程式によって説明され、図１の１５３に図示されるもの等のネスト化された角である場合、内側端部ターンの外縁は、隣接する外側端部ターンの内縁の「一定」半径未満でなければならない。さらに、大きいα値は、角方程式によって支配されない終端構造等、印刷回路基板上の隣接する構造との干渉または最小隙間違反をもたらし得る。これらの考慮点を念頭に置いて、αの好適な値の決定が、図１に示されるもの等の２つの隣接する半径方向トレース１１１の角度変位（δとして指定される）から推測されることができる。例えば、１２０個の半径方向トレースを有する、典型的固定子では、角度分離δは、例えば、約３°（または２π／１２０ラジアン）またはそれ未満であり得る。さらに、最小製作隙間が、所与の設計のための最大可能αの精密な計算に組み入れられるであろうが、完成端部ターン構造の幅が、低減させられ得、構造のＤＣ抵抗を増加させる影響を伴うので、あまりに大きいαを使用することは、望ましくない。一方、αをあまりに小さい、例えば、０．１δ未満の値に設定することは、事実上、正方形角形状を生成し、本明細書に識別された利点を低減させる。故に、αのための潜在的「範囲」は、隣接する半径方向トレース間の角度分離が、例えば、約０．２δ〜０．０６δラジアンであるものである。
【００５１】
上で説明される角方程式に加え、角が「鋭い」ときに見られる影響を同様に改善する端部ループまたはトレースの角を形成および成形する他の説明も存在する。したがって、例えば、上で説明されるように、例えば、図７に図示されるループ７１４に関連して上で説明されるような端部ループの状況では、ループの開始および終了領域における端部ループの第１のアールを形成された内縁区分および第２のアールを形成された内縁区分の各々は、第１の伝導性トレースから遷移領域までｒ（θ）の関数である傾きが、遷移領域から接続されるための伝導性トレースまで異なる線形関数である傾きｄｒ／ｄθによって特徴付けられることができる。
【００５２】
端部ループ内の角の形成および成形の別の説明では、ループの内縁および外縁間の任意の点を選択し、その点における直流励起下の最小電流密度の大きさが、その点を通して通過するループの内縁と外縁との間の最短線に沿って評価される最大電流密度の大きさの少なくとも５０％であるようにループを成形することができる。このアプローチは、故に、集約された電流密度の悪影響も低減させる。
【００５３】
端部ループの角を形成および成形するためのさらに別の説明では、ループの第１のアールを形成された内縁区分および第２のアールを形成された内縁区分のそれぞれの傾きの各々は、１つの伝導性トレースから接続されるための伝導性トレースまで回転角度の関数としての単調に変化する傾き値によって特徴付けられる。これは、角に集約された電流密度を低減させることによって、誘発される電流も低減させる。集約された電流密度を低減させるさらに別のアプローチでは、例示的実施形態は、第１の伝導性トレースから遷移領域に向かう相互接続の内縁に沿って測定されたＣＴ（上記で定義されるように）内縁の最初の２０％以内において、ＦＥＡ／ＦＥＭ計算によって決定されるような最大電流密度値の少なくとも９０％を達成する。
【００５４】
実践的固定子設計では、面外構造は、寄生二次要素も形成し得る。図８は、モータ固定子スタックの大幅に拡張された（ｚ−軸に）レンダリングを示す。実際の構造では、銅間の間隔は、銅厚とほぼ同一となるであろう。これは、極数、ターンの数等の固定子設計パラメータに基づいて変動し得る「近接度」の概念の相当な複雑性を図示する。故に、図に示されるように、伝導性表面は、全体的デバイスの必要効率を維持するために、構造上および機能上、群として互い違いにされることができる（図８に示されるような３つの群は、一例示的構成にすぎない）。したがって、例えば、外側ループは全て、モータ／発電機固定子のスタックされた層の全高に対して整列させられず、利点が、基板の活性エリア以外で発生させられる低減させられた電磁場内で得られるであろう。
【００５５】
図９を参照すると、端部ターンループ７００は、その長さの大部分にわたって２つ以上の平行な経路７０４に縦方向に分割される相互接続トレースを有する。縦方向分割は、端端伝導性に殆ど影響を及ぼさないが、時変束が構造によってリンクされる方法を変化させる。スリット７０６によって分離される端部ターン区画内で誘発される結果として生じる電流密度（実質的に無、すなわち、ゼロ電気伝導性の細い細長い領域によって生じさせられる）は、同一条件を使用したシミュレーションによって、図１０および１１に図示され、効果は、形状および大きさの両方において異なる実施形態にわたって比較され得る。さらに、スリットの効果は、無スリットまたはより少ないスリットが使用されるときに頻繁に見られる電流密度における実質的増加を防止することである。
【００５６】
図１０に表示されるＦＥＭ結果は、細長いトレース１００２の原点１００４において外部時変場によって生じる誘発された電流の実質的影響を示す。誘発された電流は、特に、原点、および原点と垂直に整列させられた表面領域１００６および１００８において大きい。図１１における縦方向スリット７０６は、端部ターンのための特定の半径方向隙間を前提として、必然的に、断面積を低減させ、したがって、端部ターン区画のＤＣ抵抗を増加させることに留意されたい。さらに、スリットの幅は、銅厚に依存し、それは、印刷回路基板が作製されるフォトレジスト／エッチングプロセスを使用して達成可能な最小特徴サイズを決定する。したがって、任意の所与の設計におけるスリットの数は、端部ターンに関する束漏出、他のｄＢ／ｄｔ源、半径方向隙間、ならびにモータまたは発電機設計の動作速度に依存する。しかしながら、有利には、図１１に図示されるように、これらの新規スリットの存在は、原点および整列させられた表面領域の両方において、固定子設計における端部ターン、リンク、中立、電力接続、および類似特徴内で誘発される電流分布を実質的に低減させることができる。誘発される電流の影響の物理的範囲も、低減させられる。
【００５７】
固定子１００における設計考慮点は、固定子活性エリア内の伝導性と渦電流損失との間のトレードオフを伴う。伝導性損失を低減させるために、導体は、より広くなければならない（または後続層上で並列に接続される）。渦電流損失を低減させるために、時変束を捕捉する有効面積は、より小さくなければならず、したがって、導体は、より細くなければならない。
【００５８】
第３の熱源は、電流搬送導体からの磁場に起因する渦電流を伴う。この影響は、異なる層が異なる機能を行い得る、ＰＣＢの内側および外側領域内で検討することが重要である。
【００５９】
図１２は、いくつかの実施形態による、固定子１００の部分的断面図を図示する。限定ではないが、例証目的のために、「Ｚ」軸が、固定子１００内の異なる層のスタックの方向に示され、垂直軸「ｒ」は、その断面に沿って示される。図に見られるように、固定子１００は、伝導層１６１ａと１６１ｂとの間に挟まれる誘電基板１６２を含み得る。ビア１２５は、伝導層１６１ａと１６１ｂとの間の電気伝導を提供する。加えて、電気的に伝導性であるビア（または複数のビア）１２５は、これらの要素（例えば、銅、アルミニウム、スズ、タングステン、および派生化合物）内で典型的に使用される伝導性材料に起因して、層１６１ａと１６１ｂとの間の熱伝導も提供し得る。誘電基板１６２は、エポキシ樹脂結合剤（例えば、ＦＲ−４および同等物）を伴う織布ファイバガラスを含む複合材料等、ＰＣＢ内で使用される任意の材料を含み得る。図１２に図示されるように、非斜線領域、すなわち、クリア領域は、導電性であり、ビア１２５は、基板を通して延び、基板の１つの表面上のトレースから反対表面上のトレースまでの電気接触を提供する。
【００６０】
故に、いくつかの実施形態では、固定子１００は、異なる伝導層１６１ａおよび１６１ｂ上に位置する伝導要素１１１のうちの少なくとも１つを含む。例えば、伝導要素１１１ａは、固定子１００の活性エリア内にあり、伝導層１６１ａ上に配置される複数の伝導要素１１１のうちの１つであり得る。対応して、伝導要素１１１ｂは、固定子１００の活性エリア内にあり、伝導層１６１ｂ上に配置される複数の伝導要素１１１のうちの１つであり得る。
【００６１】
図１３は、いくつかの実施形態による、ＰＣＳ１１０上に半径方向に配置される複数の伝導要素１１１を含む固定子１００の詳細を図示する。内側ループである伝導要素１５２は、ＰＣＳ１１０上に角度を付けて配置され、この例示的実施形態では、外側ループは、スリット１５７に沿って分割される。ここに図示される内側ループは、固定子の中心のより近くで利用可能な限定された空間に起因して、分割されない。いくつかの実施形態では、固定子１００は、中心原点１０１からｒ１を上回る半径から周縁１０２に向かって半径方向に延び、ＰＣＳ１１０上に角度を付けて配置される複数の第３の伝導要素をさらに含み、第３の伝導要素のうちの少なくとも１つおよび第２の伝導要素のうちの少なくとも１つは、一致するが、異なる伝導性層上に位置する。例えば、一般性を失うことなく、第３の伝導要素は、伝導層１６１ａ内に含まれ得、第２の伝導要素１２１ｂは、伝導層１６１ｂ内に含まれ得る。
【００６２】
図１３の図示される実施形態では、半径方向伝導性トレース１１１は、中心原点１０１から距離１４２（ｒ１）において終端コネクタ１９１で終端することができる。これらのコネクタは、上で参照することによって識別され、組み込まれる、同時係属中の米国出願第１５／１９９，５２７号により詳細に説明される。
【００６３】
図１４は、いくつかの実施形態による、半径方向に配置される複数の伝導性要素１１１と、ＰＣＳ１１０上に角度を付けて配置される伝導要素１５１とを含む固定子１００の中心原点１０１の近位の内側エリアの詳細を図示する。中心原点１０１の近傍の空間制約に起因して、いくつかの実施形態では、ある伝導要素１５１のみが、対応する伝導要素１１１に電気的に結合される。この配列は、中心原点１０１の近傍の熱エネルギー消散を向上させるために使用されるもの等、隣接する伝導要素間の望ましくない電気接触を回避する。加えて、ＰＣＳ１１０の内側エリアの非常に制約された空間内の熱および電気伝導の問題に対処するために、端部ループ１５１等の伝導要素は、一方の端部ループが多層ＰＣＳ１１０の１つの層上にあり、他方の端部ループがＰＣＳ１１０の隣接する層上にあるように、交互または互い違いにされることができる。端部ループを異なる伝導層内で互い違いにすることによって、それらは、同一伝導層上の隣接する伝導要素間の所望の隙間を維持しながら、内向きに延びていることができる。例えば、ビアを通した全ての第３または第４の伝導要素の接続等、この特徴に準拠する他の互い違い構成も、想定され得る。ビアは、単一基板の表面上の伝導層間だけではなく、複数の層を横断して延びていることができる。
【００６４】
いくつかの実施形態は、１つ以上のビアを終端構造１１５の外側部分の近傍の層間に含み、電気接続を層間に提供する。これらのビアは、典型的には、連結接続、特に、外側および内側ループとの接続において採用され、デバイスによって要求される巻線構造を提供する。これらの接続は、複数のビアまたは複数の層を通して延びている１つのみのビアを採用し、要求される回路のために必要な接続を可能にすることができる。したがって、内側または外側ループの開始領域は、第１の層上にあり、終了領域は、第２の層上にあることができ、遷移領域は、次いで、連結接続（例えば、開始領域に接続するトレースワイヤ、ビアまたは他の中間層コネクタ、および終了領域に接続する第２の接続トレース）を含むことができる。この構成では、例えば、図７に示される構成におけるように、開始領域および終了領域のトレースは、例えば、角方程式の条件を満たすことを欲するであろう。
【００６５】
図１５は、いくつかの実施形態による、接続構成６１５ａの斜視図を示す。接続構成６１５ａは、伝導要素１１１ａ、ｂおよび１２１ａ、ｂを２つの異なる伝導層（例えば、伝導層１６１ａおよび１６１ｂ）内に含み、終端構造１１５において電気結合を形成する。より具体的には、接続構成６１５ａは、伝導要素１１１ａ、ｂと伝導要素１２１ａ、ｂとの間に電気結合を提供する。
【００６６】
図１６は、いくつかの実施形態による、少なくとも１つの誘電層および複数の伝導層を有する平面複合層（ＰＣＳ）を含む固定子を製造するための方法８００のためのフローチャートを図示する（例えば、固定子１００、ＰＣＳ１１０、誘電基板１６２、伝導層１６１ａ、ｂ）。
【００６７】
本開示に準拠する方法は、方法８００において例証される
少なくともいくつかであるが、必ずしも全てではないステップを含み得、いくつかの実施形態において、異なるシーケンスで行われ得る。さらに、本開示に準拠する方法は、時間的に重複し、またはほぼ同時に行われる、方法８００におけるような少なくとも２つ以上のステップを含み得る。
【００６８】
ステップ８０２は、本明細書の本開示に従って、各々がＰＣＳの中心原点からの第１の距離から開始し、固定された外側半径まで半径方向に延びている第１の伝導要素を誘電基板上に半径方向に配置することによって、第１の伝導層をＰＣＳの１つの表面上に形成することを含む。ステップ８０４は、ＰＣＳの中心原点からの事前に固定された距離から半径方向に延びている第２の伝導要素を配置することによって、第２の伝導層を第１の伝導層と反対の基板の側に形成することを含む。
【００６９】
ステップ８０６は、本開示の実施形態による複数の外側端部ループを基板の両面上に形成することと、本明細書の本開示に従って、外側ループを使用する連結接続を通して、第１の伝導要素を互いに、および第２の伝導要素に結合することとを含む。ステップ８０８は、本開示の実施形態による複数の内側端部ループを基板の両面上に形成することと、本明細書の本開示に従って、内側ループを使用する連結接続を通して、第１の伝導要素を互いに、および第２の伝導要素に結合することとを含む。ステップ８１０では、表面接続間のビアまたはその他も、採用されることができる。
【００７０】
いくつかの実施形態では、第２の伝導要素との第１の伝導要素の結合は、熱結合を含み得る。さらに、結合は、誘電基板を通して一方の伝導層から別の非隣接伝導層に進む（例えば、ビア１２５を使用して）ビアを含む連結構造を有する接続構成を含むことができる。
【００７１】
当業者は、本開示が、その精神および不可欠な特性から逸脱することなく、他の具体的形態で具現化され得ることを認識するであろう。前述の実施形態は、したがって、あらゆる点において、本明細書に説明される本開示の限定ではなく、例証と見なされるものとする。本開示の範囲は、したがって、前述の説明によってではなく、添付の請求項によって示され、請求項の均等性の意味および範囲内で生じる、あらゆる変更は、したがって、その中に包含されることが意図される。
【００７２】
本発明の種々の側面は、単独で、組み合わせて、または前述に説明される実施形態において具体的に議論されない種々の配列において使用され得、したがって、本願では、前述の説明に記載される、または図面に図示される構成要素の詳細および配列に限定されない。例えば、一実施形態において説明される側面は、他の実施形態において説明される側面と任意の様式で組み合わせられ得る。
【００７３】
また、本発明は、方法として具現化され得、その実施例は、提供された通りである。方法の一部として行われる行為は、任意の好適な方法で順序付けられ得る。故に、実施形態は、行為が図示されるものと異なる順序で行われるように構築され得、これは、例証的実施形態において順次行為として示される場合でも、いくつかの行為を同時に行うことを含み得る。
【００７４】
請求項要素を修飾するための請求項における「第１」、「第２」、「第３」等の序数用語の使用は、それ自体では、別の要素に優る１つの請求項要素の任意の優先順位、順位、もしくは順序、または方法の行為が行われる時間的順序を暗示するものではなく、単に、ある名称を有する１つの請求される要素と同一名称を有する別の要素（序数用語の使用を別にして）を区別するための標識として使用され、請求項要素を区別する。
【００７５】
また、本明細書で使用される語句および専門用語は、説明目的のために使用され、限定と見なされるべきではない。本明細書における「〜を含む」、「〜を備えている」、または「〜を有する」、「〜を含有する」、「〜を伴う」、およびその変形例の使用は、その後に列挙されたアイテムおよびその均等物ならびに付加的アイテムを包含することを意味する。
【図１】
2018533345.tif 000017
【図２Ａ】
2018533345.tif 000018
【図２Ｂ】
2018533345.tif 000019
【図３Ａ】
2018533345.tif 000020
【図３Ｂ】
2018533345.tif 000021
【図４Ａ】
2018533345.tif 000022
【図４Ｂ】
2018533345.tif 000023
【図５】
2018533345.tif 000024
【図６】
2018533345.tif 000025
【図７】
2018533345.tif 000026
【図８】
2018533345.tif 000027
【図９】
2018533345.tif 000028
【図１０Ａ】
2018533345.tif 000029
【図１０Ｂ】
2018533345.tif 000030
【図１１Ａ】
2018533345.tif 000031
【図１１Ｂ】
2018533345.tif 000032
【図１２】
2018533345.tif 000033
【図１３】
2018533345.tif 000034
【図１４】
2018533345.tif 000035
【図１５】
2018533345.tif 000036
【図１６】
2018533345.tif 000037
【国際調査報告】
2018533345.tif 000038
2018533345.tif 000039