CN108141111B - 用于印刷电路板定子中的温度管理的结构和方法 - Google Patents

用于印刷电路板定子中的温度管理的结构和方法 Download PDF

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CN108141111B CN201680057559.5A CN201680057559A CN108141111B CN 108141111 B CN108141111 B CN 108141111B CN 201680057559 A CN201680057559 A CN 201680057559A CN 108141111 B CN108141111 B CN 108141111B
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Abstract

提供了一种用于电动机或发电机的包括具有至少一个电介质层和多个传导层的平面复合结构(PCS)的定子。定子包括径向延伸至距PCS的中心距离rx处并且被角向地设置在PCS上的第一传导元件。每个第一传导元件包括优选终止结构以与多个第二传导元件中的至少一个连接，多个第二传导元件从距PCS的中心的半径r2处径向延伸，并且被角向地设置在PCS上。

Description

用于印刷电路板定子中的温度管理的结构和方法
相关申请的交叉引用
本公开与以下申请有关并且要求其优先权：两者均由Steven R.Shaw于2015年10月2日提交的题为“STRUCTURES TO REDUCE LOSSES IN PRINTED CIRCUIT BOARDWINDINGS”的美国临时专利申请第62/236,407号以及题为“STRUCTURES FOR THERMALMANAGEMENT IN PRINTED CIRCUIT BOARD STATORS”的美国临时专利申请第62/236,422号，上述申请的全部内容出于所有目的通过引用并入本文。
背景
技术领域
本文描述的实施方式总体上涉及印刷电路板装置中的热管理领域。更具体地，本文公开的实施方式涉及在印刷电路板上制造的用于电动机和发电机的定子中的热管理领域。
相关技术
处理通过印刷电路板(PCB)中的电引线的高电流的当前电动机和其他电气装置面临由于PCB中的大散热而导致的多个问题。一些问题包括基底的翘曲，这会导致机械故障以及与电动机或发电机的转子的破坏性机械干扰。此外，PCB中的高温度梯度可能导致PCB的结构损坏，例如层离或者基底中的电引线或电介质材料的局部故障。通常用在气隙印刷电路板机器中的稀土磁体也是温度敏感的。如果磁体温度超过指定值，则磁体会退化并且失去它们的磁场。
构建的不具有本公开中描述的特征的印刷电路板电机器、即当前的现有技术采用各种策略来管理热。共同地，这些策略限制了基本印刷电路板定子设计的商业吸引力和市场性。这些策略包括a)使机器相对于期望的机械操作部分过大，使得机器结构用作散热器，b)主动冷却机器，c)引入效率折衷特征，例如转子与定子之间的较大气隙，d)将机器限制在间歇应用，以及/或者e)使机器配备有温度感测控制器。
发明内容
在第一实施方式中，定子包括具有至少一个电介质层和多个传导层的平面复合结构(PCS)，该PCS至少部分地通过中心原点和外围表征。定子还可以包括多个第一传导元件和多个第二传导元件，多个第一传导元件朝向PCS的外围径向延伸至距中心原点的距离r1处并且被角向地(angularly)设置在PCS上，每个第一传导元件终止于优选终止结构，多个第二传导元件从距中心原点的半径r2处向PCS的外围径向延伸并且被角向地设置在PCS上。此外，根据一些实施方式，根据连接配置，至少一个第一传导元件在优选终止结构处连接到至少一个第二传导元件。
在第二实施方式中，定子包括PCS，该PCS包括至少一个电介质层和至少一个传导层，该PCS至少部分地通过中心原点和外围表征。定子还可以包括多个第一传导元件，多个第一传导元件从距中心原点的起始半径r0处向PCS的外围径向延伸并且被角向地设置在PCS上，每个第一传导元件始于优选起始结构。此外，定子可以包括多个第二传导元件，多个第二传导元件从距PCS的中心原点的半径r-1处向中心原点径向延伸并且被角向地设置在PCS上。在一些实施方式中，根据连接配置，至少一个第一传导元件在优选起始结构处连接到至少一个第二传导元件。
附图说明
图1A示出了根据一些实施方式的包括具有至少一个电介质层和多个传导层的PCS的定子的平面视图。
图1B示出了根据一些实施方式的定子的横截面视图。
图2示出了根据一些实施方式的包括被径向地设置在PCS上的多个传导元件的定子的细节。
图3示出了根据一些实施方式的定子的邻近中心原点的内部区域的细节，该定子包括被径向地设置在PCS上的多个传导元件以及被角向地设置在PCS上的多个传导元件。
图4示出了根据一些实施方式的定子的邻近中心原点的内部区域的细节，该定子包括在PCS上的不同传导层上被径向地设置的多个传导元件以及被角向地设置的多个传导元件。
图5示出了根据一些实施方式的包括终止结构的传导元件的细节。
图6A至图6I示出了根据一些实施方式的定子中的不同连接配置的细节，每个连接配置包括第一传导元件在终止结构处连接至第二传导元件。
图7A至图7D示出了根据一些实施方式的包括具有至少一个电介质层和多个传导层的平面复合层(PCS)的定子在散热时的热图像。
图8示出了根据一些实施方式的用于制造包括具有至少一个电介质层和多个传导层的平面复合层(PCS)的定子的方法中的流程图。
在附图中，除非另外指示，否则由相同或相似的附图标记表示的元件和步骤与相同或相似的元件和步骤相关联。
具体实施方式
本公开的实施方式与印刷电路板热管理的广泛领域中的大部分的不同在于热量源于PCB定子结构方面，并且本公开的实施方式的目的是出于保护定子和周围部件的原因来传送该热量。近年来的许多进展集中在：管理源于敏感部件的热量以及印刷电路板上的结构用作散热器的情况，其通常是为了消除昂贵的离散散热器部件的目的。本公开的实施方式适用于单相和多相(例如三相)电动机和发电机。
图1A示出了根据一些实施方式的包括具有至少一个电介质层和多个传导元件111、121和131的平面复合结构(PCS)110的定子100的平面视图。根据本公开的实施方式，传导元件111、121和131可以是可以在PCB结构的外环(outer annulus)处使用的热缓解结构的一部分。PCS 110至少部分地通过中心原点101和外围102来表征。定子100包括多个第一传导元件111，多个第一传导元件111从中心原点101向PCS 110的外围102径向延伸至距离142(r1)处并且被角向地设置在PCS上，每个第一传导元件终止于优选终止结构115。此外，在一些实施方式中，定子100包括多个第二传导元件121，多个第二传导元件121从距中心原点101的半径143(r2)向外围102径向延伸并且被角向地设置在PCS上。因此，第一传导元件111沿正交于从中心原点101至外围102的径向方向r的角向方向θ彼此间隔开。类似地，第二传导元件121沿方向θ彼此间隔开。在一些实施方式中，根据连接配置，至少一个第一传导元件111在优选终止结构115处连接到至少一个第二传导元件121。
定子100可以包括与图1A的平面视图中示出的层类似的多个层。多个层可以被布置成提供通常串联连接以形成电动机或发电机的磁极(pole)的一系列线圈或绕组。于是，通常将磁极分成组，针对被供应至电动机的(或由发电机生成的)电流的每个相有至少一组。共同地，当由外部电路适当地控制时，PCS 110中的导体111、151和152的布置产生旋转电流密度和相关联的磁场。该旋转电流密度(和磁场)可以对周围的磁结构施加扭矩或电流密度。印刷电路板的具有径向结构的部分(“活跃区域(active area)”)是被设计成参与这种交互的定子的部分。相应地，定子100的活跃区域可以包括通过传导元件151和152耦接以形成旋转电流的传导元件111。一些实施方式包括固定至穿过PCS 110的中心原点101的轴的两组稀土磁体，其形成紧凑的高效轴向场同步电机器。除了包括与非均匀磁场交互的旋转电流密度的活跃区域之外，定子100可以包括外围区域中的传导元件121和内部区域中的传导元件131。相应地，在操作时，传导元件121和131耗散由定子100产生的热。
为了实现散热，定子100的一些实施方式包括在径向设置的传导元件111的任何一端上的优选终止结构115和优选起始结构105。因此，外围区域中的传导元件121可以通过终止结构115耦接至传导元件111。内部区域中的传导元件131可以通过起始结构105耦接至传导元件111。结构105和115包括可以是热连接件、电连接件或两者的组合的连接配置。例如，热连接件可以是在传导元件111与传导元件121之间存在物理间隔的情况下的连接件，使得在两个元件之间不存在电连接性。然而，两个未连接的元件111和121的接近度可能在热配置中足以将热量从一个传导元件有效地传递至另一传导元件(111或121)。
通过多种机制在定子100中产生热。一种机制是载流导体中的电阻损耗。该机制贡献与电流的平方和有效电阻成比例的功率，即Pjoule＝I2R。由于铜厚度和电阻率通常是均匀的，所以电阻R可以与如定子100中所见的特征宽度(例如，平面内宽度)近似成比例。在将一层连接至下一层的通孔中，铜的电阻率稍微高于平面中的电阻率。此外，随着电流的频率增加，可能需要修改电阻R以包括电流与其自身的磁场的交互，例如趋肤深度效应。实际上，这会增加针对传导电流的较高频率分量的电阻，但是基本不会改变在定子上产生热的位置。
产生热的第二机制涉及铜(承载电流或不承载电流)与由转子磁体引起的时变磁场的交互。针对由相关联的轮廓C限定的区域A，沿该轮廓存在如下电场：
Figure GDA0002408953630000051
其中，微分区域
Figure GDA0002408953630000052
的方向通过右手规则与
Figure GDA0002408953630000053
相关。在PCS中的传导材料中，电场
Figure GDA0002408953630000054
在存在时变磁通密度
Figure GDA0002408953630000055
的任何位置处引发涡电流密度和相关联的损耗。通常，这些涡电流也影响
Figure GDA0002408953630000056
引发磁扩散方程，并且精确的损耗计算必须考虑这一点。这与定子组件中的径向活跃区域迹线有关，因为每当转子的轴移动时，定子的该部分暴露至旋转磁场。这些损耗是在电机由外部电路驱动时除了与导电性有关的任何损耗之外的损耗，并且实际上，即使定子100未连接至外部电路，也存在该损耗机制。
定子100中的设计考虑涉及定子活跃区域中的传导和涡电流损耗之间的折衷。为了减少传导损耗，导体必须较宽(或在后续层上并联连接)。为了减少涡电流损耗，捕获时变磁通的有效区域A必须较小，因此导体必须较窄。
第三热源涉及由来自载流导体的磁场引起的涡电流。在其中不同的层执行不同的功能的板的内环和外环中考虑该效应很重要。此外，在热缓解结构的设计中考虑该机制很重要。
定子100中不同元件的尺寸和比例可以根据需要而变化。在一些实施方式中，可能期望半径142(r1)等于半径143(r2)，使得一个或更多个传导元件111与121之间不存在间隔。在其他实施方式中，半径142(r1)可以小于半径143(r2)，使得一个或更多个传导元件111与121之间存在间隔。类似地，在本公开的范围内，形成定子100中的不同元件的材料可以根据需要而变化。因此，传导元件111、121、131、151和152中的至少一者可以包括铜或碳(例如，石墨烯层或碳纳米管层或其他碳同素异形体)或铜-碳复合材料或其他导电材料或复合材料。传导元件121、131可以包括导热材料。
因此，在与本公开一致的实施方式中，传导元件111、121和131用作具有针对涡电流损耗的减小的区域
Figure GDA0002408953630000057
的热导体。另外，传导元件121可以通过在外围区域中使用层压铜迹线来增强定子100的厚度一致性。传导元件131是定子100的内部区域上的热移除迹线。在一些实施方式中，传导元件131可以通过起始结构105电连接至传导元件121。因此，起始结构105类似于终止结构115。然而，由于中心原点101附近的空间约束，起始结构105通常径向分布而不是角向分布。
图1B示出了根据一些实施方式的定子100的横截面视图。没有限制并且出于说明的目的，“z”轴被示出在定子100中的不同层的堆叠的方向上，并且正交轴“r”被示出为沿其截面。如所看到的，定子100可以包括夹在传导层161a与传导层161b之间的电介质基底162。通孔125在传导层161a与161b之间提供导电性。另外，由于通常用在这些元件中的传导材料(例如，铜、铝、锡、钨和衍生化合物)，通孔125还可以在层161a与161b之间提供导热性。电介质基底162可以包括在PCB中使用的任何材料，例如包括具有环氧树脂粘合剂(例如，FR-4等)的编织玻璃纤维的复合材料。
因此，在一些实施方式中，定子100包括位于不同传导层161a和161b上的传导元件111、121或131(参照图1A)中的至少一者。例如，传导元件111a可以是定子100的活跃区域中的多个传导元件111中的一个并且被设置在传导层161a上。相应地，传导元件111b可以是定子100的活跃区域中的多个传导元件111中的一个并且被设置在传导层161b上。更一般地，传导元件121a(参照图6A)和131a对应于设置在传导层161a上的传导元件121和131。类似地，传导元件121b(参照图6A)和131b对应于设置在传导层161b上的传导元件121和131。
布置在多个传导层161a和161b中的传导元件111、121和131可以改善定子100中的散热。通常，热量经由导电元件本身被不成比例地传送。例如，铜的热导率(401W/(mK))是周围电介质材料FR-4的热导率(平面内为0.81W/(mK))的近五百(500)倍。此外，当热量沿Z方向流动时，作为导热机构，铜甚至更显著，在面外方向上的热导率是FR-4的热导率的近1,400倍。注意，定子结构的整体热导率依赖于导电元件与周围电介质的相对面积。
图2示出了根据一些实施方式的定子100的细节，定子100包括被径向地设置在PCS110上的多个传导元件111、121和131，以及被角向地设置在PCS 110上的传导元件152。在一些实施方式中，定子100还包括多个第三传导元件211，多个第三传导元件211从距中心原点101的半径241(r3)处向外围102径向延伸并且被角向地设置在PCS 110上，其中，至少一个第三传导元件211与至少一个第二传导元件121b重合(coincident)并且位于不同的传导层上。例如并且不失一般性，传导元件211可以被包括在传导层161a中，并且传导元件121b可以被包括在传导层161b中。
在一些实施方式中，通过还在传导元件111、121和131之间进行电连接来使这些传导元件之间的热耦接显著地增强。因此，如图3和4所示，一些实施方式在定子100的内部区域中、在距中心原点101的距离343(r-2)与距中心原点101的距离141(r0)之间且在传导元件131、431a与传导元件111之间提供间隙，例如以为传导元件151提供空间。类似地，如图2所示，一些实施方式在定子100的外围区域中、在距中心原点101的距离142(r1)与距中心原点101的距离241(r3)之间且在传导元件111与传导元件121、211之间提供间隙，例如，以为传导元件152提供空间。更一般地，与本公开一致的定子100的实施方式在处于不同电势的两个传导元件之间提供电气间隙，同时仍然通过使两个传导元件分隔开的电介质材料的小间隔来提供良好的热耦接。此外，通过经由通孔提供到不同传导层的强热连接(例如，参照图1B的通孔125和传导层161a和161b)，该方法特别有效。即使传导元件在第一传导层上被中断，穿过传导层的通孔部分仍提供从第一传导层至第二传导层的热移除。
传导元件111与传导元件131之间的电耦接和热耦接包括一个传导元件111的在距中心原点101的距离141(r0)处的接触起始结构105的起始点，以及一个传导元件131的在距中心原点101的距离242(r-1)处的起始点。传导元件111的相对端在距中心原点101的距离142(r1)处终止于终止结构115。
图3示出了根据一些实施方式的定子100的邻近中心原点101的内部区域的细节，定子100包括被径向设置在PCS 110上的多个传导元件111和131以及被角向地设置在PCS110上的多个传导元件151。由于中心原点101附近的空间约束，在一些实施方式中，仅某些传导元件131可以通过起始结构105热耦接和/或电耦接至相应的传导元件111。该布置避免了在中心原点101附近的相邻传导元件131之间产生不希望的电接触。
图4示出了根据一些实施方式的定子100的邻近中心原点101的内部区域的细节，定子100包括被径向地设置的多个传导元件111。传导元件151被角向地设置。并且传导元件431a和431b被设置在PCS上的不同传导层上。为了解决PCS 110的内部区域的高度约束空间中的导热性和导电性问题，传导元件431a与传导元件431b在多层PCS 110的不同层上交替。起始结构105中的内部通孔通过传导元件111散热。通过使热移除迹线431a和431b交错在分开的传导层中，热移除迹线431a和431b可以向内延伸，同时保持同一传导层上的相邻传导元件之间的期望间隙。可以考虑与该特征一致的其他交错配置，例如每隔两个传导元件131通过通孔块进行连接。
图5示出了根据一些实施方式的包括终止结构115的传导元件111的细节。终止结构115具有T形或“锤头”配置。在一些实施方式中，终止结构115可以包括方形垫而不是锤头配置。终止结构115改善了在定子100的活跃区域与外围区域之间的过渡中的来自不同源、例如来自在终止结构115处终止的传导元件111的传导损耗和涡电流、的热量的角向分布(即，沿θ方向)。另外，终止结构115减小了由于发生时变磁场而可能出现损耗的区域(参见式1)。
一些实施方式包括终止结构115的外部部分附近的层之间的一个或更多个通孔，与单点热端子(例如，参照图1A的起始结构105)相比较，一个或更多个通孔与锤头特征的空间范围结合趋于降低热量的角向集中。终止结构115的锤头特征降低了外围区域中的固态铜元件暴露至来自活跃区域中的永磁体组件的时变磁场泄漏的程度。图2中示出的具体尺寸和比率可以根据包括期望的电动机或发电机设计的因素进行优化。此外，定子100中的两种基本材料(例如，用于传导元件111、121和131的铜与电介质基底162中的FR-4)之间的热导率的不成比例的比率表明基本上与定子100和终止结构115一致的终止结构115的不同设计针对散热同样有效。
图6A至图6I示出了根据一些实施方式的不同连接配置615a、615b、615c和615d(以下文中统称为连接配置615)的细节。连接配置615包括第一传导元件111a、111b在终止结构115处连接至第二传导元件121a、121b。终止结构115包括在传导元件111a、111b与传导元件121a、121b之间形成热耦接和电耦接的通孔125。三维轴线(Z、r、θ)与图1A至图1B以及图2至图4中示出的三维轴线一致。选择附图中的元件的轴线标记和具体取向仅用于说明性目的，并且不应该被认为限制所描绘的不同实施方式。
图6A示出了根据一些实施方式的连接配置615a的透视图。连接配置615a包括在两个不同传导层(例如，参照图1B的传导层161a和161b)中的传导元件111a、111b和121a、121b，其在终止结构115处形成电耦接和热耦接。更具体地，连接配置615a在传导元件111a、111b与传导元件121a、121b之间提供电耦接和热耦接。
图6B是图6A中示出的连接配置615a沿传导元件111a、111b和121a、121b的长度的横截面图。图6B还示意性地示出了连接配置615a中的从传导元件111a、111b至传导元件121a、121b并且最终至散热器620的热流。在一些实施方式中，期望传导元件121a和121b至少部分地重合但是位于PCS 110的相对传导层中。因此，从传导元件111a、111b至传导元件121a、121b的热流沿传导元件111a、111b和121a、121b的径向路径被增强。
图6C示出了包括在同一传导层中的传导元件111a、111b和121a、121b并且在终止结构115处形成电耦接和热耦接的连接配置615a的平面视图。终止结构115包括具有四个通孔125的锤头特征以提供增强层之间的电连接和散热。
图6D示出了包括在两个不同传导层中的传导元件111a、111b、121a、121b和152a并且在终止结构115处形成电耦接和热耦接的连接配置615b的透视图。更具体地，连接配置615b通过终止结构115中的通孔125在传导元件111a、111b与传导元件121b之间提供电耦接和热耦接。此外，连接配置615b在同一传导层上的并且其之间没有电连接的传导元件111a与传导元件121a之间提供热耦接。当传导元件152a在与传导元件111a或121a中的任何一个的电势不同的电势下操作时，包括连接配置615b的实施方式可能是期望的。当传导元件121a在与传导元件111a的电势不同的电势下操作时，包括连接配置615b的一些实施方式可能是期望的。
图6E是图6D中示出的连接配置615b沿传导元件111a、111b和121a、121b的长度的横截面视图。图6E还示意性地示出了从传导元件111a、111b至传导元件121a、121b的到散热器620中的热流。因为传导元件121a和121b沿PCS 110的平面至少部分地重合，所以热量从传导元件121b流至传导元件121b，而不论两个传导元件之间的电势差如何。
图6F示出了包括在两个不同传导层中的传导元件111a、111b、121a、121b和152a并且在终止结构115处形成电耦接和热耦接的连接配置615c的透视图。连接配置615c类似于连接配置615b，其中，传导元件111a和121a没有电连接，而传导元件111a、111b通过终止特征115中的通孔125电连接并且热连接至传导元件121b。然而，在连接配置615c中，终止结构115具有锤头配置(参照图5)。因此，不论电气配置如何，连接配置615c中的从传导元件111a、111b至传导元件121a、121b的热流沿传导元件111a、111b和121a、121b的径向路径均被增强。
图6G是图6F中示出的连接配置615c沿传导元件111a、111b(统称为111)和121a、121b(统称为121)的长度的横截面视图。图6G还示意性地示出了从传导元件111a、111b至传导元件121a、121b的至散热器620中的热流。
图6H示出了包括在两个不同传导层中的传导元件111、121和152b并且在终止结构115处形成电耦接和热耦接的连接配置615d的透视图。连接配置615d类似于连接配置615b和615c，其中，不同传导层中的传导元件电连接并且热连接(即，传导元件111b和传导元件121a通过通孔125电连接并且热连接)。然而，在连接配置615d中，传导元件152b被设置在PCS 110的另一传导层上。因此，可能期望将传导元件111b与传导元件121b电隔离。
图6I是图6H中示出的连接配置615d沿传导元件111和121的长度的横截面视图。图6I还示意性地示出了从传导元件111a、111b至传导元件121a、121b的至散热器620中的热流。如所示的，不论电气配置如何，连接配置615d中的从传导元件111a、111b至传导元件121a、121b的热流沿传导元件111a、111b和121a、121b的径向路径均被增强。
图7A至图7D分别示出了根据一些实施方式的包括具有至少一个电介质基底162和传导层161a和161b的PCS 110的定子700a和700b(在下文中统称为“定子700”)在散热时的热图像。定子700a不包括传导元件111和121，而定子700b包括传导元件111和121(参照图1A至图1B)。热图像通过在定子700上的选定位置中经由传导损耗引入热量以模拟运行中的电动机或发电机中的温度分布来获得。运行中的电动机或发电机中的热源和散热器包括周围的磁部件和机械部件。该方法使得能够对与本文公开的实施方式一致的不同定子设计进行成像，并且对不同定子设计之间的热性能进行比较。
通过传导引入热量包括对电源进行配置以在10分钟内向定子700传送固定量的功率(大约20W)。然后使用FLIR数字红外摄像装置对定子700进行成像。通过将定子700放置在壳体750中并且留下定子的可用于热成像的暴露的一半来建立边界条件。另外，PCS 110的四个角中仅三个角被稳固地夹持至壳体750。该夹持配置使得能够在所有其他条件保持恒定的情况下对热设计的将热量从定子700移除至壳体750的功效进行比较。跨三个Y形连接的相中的两相来激发定子700。
图7A示出了定子700a在没有良好热接触的左侧角更热，并且横跨定子700a的其余部分温度比较均匀，即使在定子700a被夹持至壳体的位置。这表明，在不依赖于散热质量的情况下，难以将热量传送至定子700a外部。
图7B至图7D示出了针对本文所公开的包括传导元件111和121(参照图1A至图1B、图2至图5以及图6A至图6I)的定子700b的相同测试和测量过程的结果。图7A至图7D中的温度读数仅是说明性的，决不限制本文公开的实施方式。然而，显示：定子700b的被夹持至壳体750的部分(图7B至图7D中的较暗部分)与具有较差热终止的部分(图7B至图7D中的较亮部分)相比相对较冷。这表明，与本发明的实施方式一致的特征有效地将热量从定子700b移除至壳体750。
在图7C中，定子700b在具有良好热终止的区域与具有较差热终止的角之间显示了不同的图案。然而，在这种情况下，紧邻夹具的相710c的热特征几乎完全不存在。
图7D更详细地示出了图7C中的效果。注意板的左侧部分(良好夹持)与右侧(较差接触)之间的差异，以及径向方向(r，朝向散热器)相对于角向方向(θ，随着边界条件变化)不存在骤变的梯度。总体而言，对定子700a与定子700b的热移除功效的比较表明，并入本发明的一个或更多个实施方式中所描述的特征(例如，传导元件111、121和131)能够以显著更高的功效从活跃区域(其包括传导元件111)移除热量。
图8示出了根据一些实施方式的用于制造包括具有至少一个电介质层和多个传导层的平面复合层(PCS)的定子(例如，参照图1A、图1B、图2至图5以及图6A至图6I的定子100、PCS 110、电介质基底162、传导层161a、162b)的方法800中的流程图。
与本公开一致的方法可以包括以不同顺序执行的方法800中所示的步骤中的至少一些步骤，但不是全部步骤。此外，与本公开一致的方法可以包括方法800中的在时间上交叠执行或几乎同时执行的至少两个或更多个步骤。
步骤802包括通过将第一传导元件径向设置在电介质基底上直到距PCS的中心原点的第一距离来在PCS上形成第一传导层(例如，参照图1A至图1B以及图4和图6A至图6I的传导层161a、电介质基底162和传导元件111、111a、111b)。步骤804包括通过径向设置从距PCS的中心原点的第二距离径向延伸的第二传导元件来在PCS上形成与第一传导层相对的第二传导层(例如，参照图1A至图1B、图2以及图4和图6A至图6I的传导层161b以及传导元件121、121a、121b、131、131a、131b、211)。步骤806包括通过终止结构(例如，参照图1A的终止结构115)将第一传导元件与第二传导元件耦接。步骤808包括在PCS上且在第一传导层或第二传导层中的一者中形成从距PCS的中心原点的第三距离径向延伸的第三传导元件(例如，参照图1A至图1B、图2以及图4和图6A至图6I的传导元件121、121a、121b、131、131a、131b、211)。步骤810包括通过第二终止结构(例如，参照图1A的终止结构105或115)将第一传导元件与第三传导元件耦接。
在一些实施方式中，将第一传导元件与第二传导元件或第三传导元件耦接可以包括热耦接、电耦接或两者中的任一个。此外，耦接可以包括具有起始和/或终止结构的连接配置，起始和/或终止结构包括从一个传导层穿过电介质基底至另一传导层的通孔(例如，参照图6A至图6I的通孔125和连接配置615)。在一些实施方式中，第一传导元件位于PCS的活跃区域中，并且第二传导元件或第三传导元件中的至少一者位于PCS的内部区域中。因此，由于空间约束，终止结构(例如，终止结构105)可以在PCS上径向地定向。在一些实施方式中，当第二传导元件或第三传导元件位于PCS的外围区域时，终止结构(例如，终止结构115)可以在PCS上角向地定向。
本领域技术人员将认识到，在不偏离本发明的精神或本质特性的情况下，可以以其他特定形式来实施本发明。因此，上述实施方式在所有方面都被认为是说明性的，而不是限制本文所描述的发明。因此，本发明的范围由所附权利要求指示，而不是由前面的描述来指示，并且因此意在包含落入权利要求的等同物的含义和范围内的所有变化。

Claims (13)

1.一种平面复合结构，被配置成用作轴向磁通电动机或发电机的定子，所述平面复合结构包括：
至少一个电介质层；
被角向地布置在所述至少一个电介质层上的第一细长传导元件，所述第一细长传导元件中的每一个在距与所述至少一个电介质层相关联的原点的第一径向距离与距所述原点的第二径向距离之间径向延伸，其中，所述第二径向距离大于所述第一径向距离；
设置在所述至少一个电介质层上的传导内端匝，所述传导内端匝中的每一个连接在所述第一细长传导元件中的至少两个第一细长传导元件的在所述第一径向距离处的部分之间；
设置在所述至少一个电介质层上的传导外端匝，所述传导外端匝中的每一个连接在所述第一细长传导元件中的至少两个第一细长传导元件的在所述第二径向距离处的部分之间；以及
设置在所述至少一个电介质层上的至少一个第二细长传导元件，所述至少一个第二细长传导元件在距所述原点的第三径向距离与距所述原点的第四径向距离之间径向延伸，其中：
所述第四径向距离大于所述第三径向距离；
(a)所述第四径向距离小于所述第一径向距离，或者(b)所述第三径向距离大于所述第二径向距离；
并且所述至少一个第二细长传导元件热连接到至少所述第一细长传导元件中的第一第一细长传导元件，并且所述至少一个第二细长传导元件还不与所述第一细长传导元件中的所述第一第一细长传导元件电连接。
2.根据权利要求1所述的平面复合结构，还包括被设置在所述至少一个电介质层上的至少一个第三细长传导元件，其中，所述至少一个第三细长传导元件：
相对于所述至少一个第二细长传导元件位于所述至少一个电介质层的相对侧；
沿着所述至少一个第二细长传导元件的长度的至少一部分延伸，以便通过所述至少一个电介质层在所述至少一个第三细长传导元件与所述至少一个第二细长传导元件之间建立热连接；并且
热连接至所述第一细长传导元件中的所述第一第一细长传导元件。
3.根据权利要求1或2所述的平面复合结构，其中，所述第三径向距离大于所述第二径向距离。
4.根据权利要求1或2所述的平面复合结构，其中，所述第四径向距离小于所述第一径向距离。
5.根据权利要求1或2所述的平面复合结构，其中，所述第一细长传导元件中的所述第一第一细长传导元件被设置在所述至少一个电介质层的第一表面上，并且所述第一细长传导元件中的第二第一细长传导元件被设置在所述至少一个电介质层的与所述第一表面相对的第二表面上，并且所述平面复合结构还包括：
设置在所述第一表面上的第二传导元件，所述第二传导元件的第一部分在所述第二径向距离处连接至所述第一细长传导元件中的所述第一第一细长传导元件的第一部分；以及
延伸通过所述至少一个电介质层的第一通孔，其中，所述第一通孔：
角向地偏离所述第一细长传导元件中的所述第一第一细长传导元件的所述第一部分，并且
至少通过所述第二传导元件将所述第一细长传导元件中的所述第一第一细长传导元件和所述第一细长传导元件中的所述第二第一细长传导元件电互连。
6.根据权利要求5所述的平面复合结构，其中，所述第一通孔在第一方向上角向地偏离所述第一细长传导元件中的所述第一第一细长传导元件的所述第一部分，并且所述平面复合结构还包括延伸通过所述至少一个电介质层的第二通孔，其中，所述第二通孔：
在第二方向上角向地偏离所述第一细长传导元件中的所述第一第一细长传导元件的所述第一部分，所述第二方向与所述第一方向相反，并且
至少通过所述第二传导元件将所述第一细长传导元件中的所述第一第一细长传导元件和所述第一细长传导元件中的所述第二第一细长传导元件电互连。
7.根据权利要求6所述的平面复合结构，其中：
所述至少一个第二细长传导元件包括第一外部细长传导元件和第二外部细长传导元件，所述第一外部细长传导元件和所述第二外部细长传导元件均热连接至所述第一细长传导元件中的所述第一第一细长传导元件。
8.根据权利要求7所述的平面复合结构，其中，所述第一外部细长传导元件和所述第二外部细长传导元件被设置在所述至少一个电介质层的同一表面上。
9.一种平面复合结构，被配置成用作轴向磁通电动机或发电机的定子，所述平面复合结构包括：
至少一个电介质层；
被角向地布置在所述至少一个电介质层上的第一细长传导元件，所述第一细长传导元件中的每一个在距与所述至少一个电介质层相关联的原点的第一径向距离与距所述原点的第二径向距离之间径向延伸，其中，所述第二径向距离大于所述第一径向距离；
设置在所述至少一个电介质层上的传导内端匝，所述传导内端匝中的每一个连接在所述第一细长传导元件中的至少两个第一细长传导元件的在所述第一径向距离处的部分之间；
设置在所述至少一个电介质层上的传导外端匝，所述传导外端匝中的每一个连接在所述第一细长传导元件中的至少两个第一细长传导元件的在所述第二径向距离处的部分之间；以及
第一外部细长传导元件和第二外部细长传导元件，所述第一外部细长传导元件和所述第二外部细长传导元件被设置在所述至少一个电介质层上，并且每一个在距所述原点的第三径向距离与距所述原点的第四径向距离之间径向延伸，其中：
所述第四径向距离大于所述第三径向距离，
所述第三径向距离大于所述第二径向距离，并且
所述第一外部细长传导元件和所述第二外部细长传导元件中的每一个热连接至所述第一细长传导元件中的第一第一细长传导元件。
10.根据权利要求9所述的平面复合结构，其中，所述第一外部细长传导元件和所述第二外部细长传导元件被设置在所述至少一个电介质层的同一表面上。
11.根据权利要求9或10所述的平面复合结构，还包括：
第三外部细长传导元件和第四外部细长传导元件，所述第三外部细长传导元件和所述第四外部细长传导元件被设置在所述至少一个电介质层上，并且每一个在所述第三径向距离与所述第四径向距离之间径向延伸，其中：
所述第一外部细长传导元件和所述第二外部细长传导元件均不与所述第一细长传导元件中的所述第一第一细长传导元件电连接，
所述第三外部细长传导元件和所述第四外部细长传导元件相对于所述第一外部细长传导元件和所述第二外部细长传导元件位于所述至少一个电介质层的相对侧，
所述第三外部细长传导元件沿着所述第一外部细长传导元件的长度的至少一部分延伸，以便通过所述至少一个电介质层在所述第三外部细长传导元件与所述第一外部细长传导元件之间建立热连接，
所述第四外部细长传导元件沿着所述第二外部细长传导元件的长度的至少一部分延伸，以便通过所述至少一个电介质层在所述第四外部细长传导元件与所述第二外部细长传导元件之间建立热连接，
所述第三外部细长传导元件通过第一通孔热连接至所述第一细长传导元件中的所述第一第一细长传导元件，并且
所述第四外部细长传导元件通过第二通孔热连接至所述第一细长传导元件中的所述第一第一细长传导元件。
12.根据权利要求11所述的平面复合结构，其中，所述第一外部细长传导元件和所述第二外部细长传导元件中至少之一角向地偏离所述第一细长传导元件中的所述第一第一细长传导元件。
13.根据权利要求9或10所述的平面复合结构，其中，所述第一外部细长传导元件和所述第二外部细长传导元件中至少之一角向地偏离所述第一细长传导元件中的所述第一第一细长传导元件。
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