JP2023548725A - 電気機械装置の最適化開発 - Google Patents

Abstract

電気機械装置用の巻線アセンブリを製造する方法であって、巻線アセンブリは導体トラックを有する回路基板を備え、巻線アセンブリが好ましくは相当数の最適化可能な設計パラメータを備え、この方法は、以下のステップを含む。最適化ステップでは、コンピュータ化された最適化ツールにおいて、巻線アセンブリの設計を最適化する。製造ステップでは、巻線アセンブリの最適化された設計にしたがって、巻線導体トラックを有する回路基板を製造する。形成ステップでは、製造された回路基板を用いて電気機械装置の巻線アセンブリを形成する。巻線アセンブリの設計は、最適化関数に基づいて最適化される。【選択図】図３

Description

本発明は、電気機械装置、すなわちモータまたは発電機の開発方法、電気機械装置の設計を最適化するためのコンピュータプログラム、および電気機械装置の設計を最適化するためのコンピュータ化最適化装置に関し、電気機械装置は、好ましくは相当数の最適化可能な設計パラメータを有する巻線アセンブリを備える。

電気モータの設計開発は複雑で面倒なものである。非常に大量に製造される用途に限り、新しい設計のモータを開発することができる。製造数が少ない用途向けのモータは、現在、特定の用途に部分的に適合させることができる既存の設計を再利用する以外には選択肢がない。また、電気モータの設計開発は、損失、速度、トルクなどのモータ自体の特性だけでなく、効率的で安価な生産をサポートするための要件に基づいて行われることがよくある。特に、現在のモータの巻線アセンブリは、効率的なモータを作成するよりも、従来のワイヤ巻線機で簡単に製造できるように設計されている。したがって、このような実際の巻線アセンブリは、現実には限られた数の設計パラメータしか持っていない。そのため、ほとんどの電気モータ、特に少量生産の用途で使用される電気モータは、個別化されたモータ、特に個別化された巻線アセンブリの開発の負担とコストのために、その用途に最適化されていない。特に、出力、サイズ、重量に厳しい制約があるマイクロモータ分野では、従来のモータ技術では最適な用途の可能性が制限される。ある用途に完全に最適化されたモータは、その用途のカスケードに利点がある。例えば、より軽量なモータには、それを支えるためのより軽量な機械構造が必要であり、より効率的なモータにはより小さなバッテリーが必要であり、より低い動作温度のモータにはアプリケーションの寿命を長くする。

新しいモータを開発するとき、コンピュータ化されたシミュレーションやモデルが使用される。しかし、ほとんどの用途では、コンピュータ化されたシミュレーションやモデルは、モータの最終的な性能を確認するために使用され、モータの設計を詳細に、特に各巻線要素の詳細なレベルまで最適化するために使用されるわけではない。

８０年代から知られている技術では、プリント回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）に巻線アセンブリの導体を印刷し、ＰＣＢで巻線アセンブリを作成することが提案されている。特殊な技術では、フレキシブルプリント回路基板を使用し、これをロール状に巻いてブラシレスモータのステータ巻線アセンブリとなる。ＰＣＢの使用により、従来の巻線製造機の制約を考慮する必要がなくなり、巻線アセンブリの設計開発における自由度が大幅に向上する。したがって、コンピュータ化された最適化ツールによって巻線アセンブリの特定の基準を最適化することが提案された。

欧州特許第３０１４７４４号明細書では、特定の用途に最適な巻線アセンブリを得るために、特定の固定導体トラックトポロジに対するＰＣＢ上の導体トラックの位置を最適化することが提案されている。この最適化では、モータトルクおよび巻線アセンブリの導体の抵抗（ジュール損失とも呼ばれる）に応じて、モータ定数のような最適化関数を使用する。同様の開示は、欧州特許第１５９０８７１号明細書および欧州特許第０９４９７４９号明細書に見出すことができる。

Ｇ． Ｆｒａｎcｏｉｓ、Ｆ． ＢａｕｄａｒｔおよびＢ． Ｄｅｈｅｚの論文「Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｄｄｙ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｌｏｓｓｅｓ ｉｎ ＰＣＢ Ｗｉｎｄｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｏｐｔｉｍａｌ Ｓｉｚｉｎｇ ｏｆ ＰＭ Ｓｌｏｔｌｅｓｓ Ｍｏｔｏｒ」では、最適化関数を最小化することでモータ設計を最適化することが提案されている。最適化関数は、渦電流損失、鉄損、摩擦損失、およびジュール損失の合計が特定の散逸エネルギーよりも小さいままであるという制約でモータトルクが最大化されるように選択されている。

欧州特許第３２９７１３２号明細書では、高回転速度用のモータ応用が開示されている。巻線アセンブリの導体における渦電流を回避するために、電流経路を構成するトラックをより小さな平行導体トラックに分割することが提案されている。しかし、この方法では、異なる並列トラックに異なる誘導電圧が発生するため、循環電流が発生する。したがって、循環電流を減らすために、平行導体線路間の接続の最適な位置を見つけるための最適化を行うことが提案されています。ここでは、最適化機能を選択し、循環電流損失を減らすか、他の損失と比較してそれらをバランスさせる。

このような最適化アルゴリズムでは、特殊な用途向けの最適化が示されたが、他のモータ用途の開発にコンピュータ化された最適化の提案を使用する場合、実現できないことがよくある。さらに、実現された改良は、従来のモータ設計を従来のワイヤコイルで置き換えるにはまだ不十分であり、ハイエンドのマイクロモータの要件をまだ満たしていない。現在、多くの異なる応用シナリオに適用でき、かつ毎回、従来のワイヤベースの巻線設計よりも優れた最適巻線設計を導くことができる一般的な最適化関数はまだ存在していない。

発電機や組み合わせたモータ発電機の開発でも同じような問題がある。

本発明は、電気機械装置の開発を改善するための方法および最適化ツールを提供し、特に、その開発の時間を短縮し、電気機械装置を、低容量用途を含む複数の可能な用途によりよく適合させ、また電気機械装置をさらに改善することを目的とする。

本発明の目的は、電気機械装置用の巻線アセンブリを形成するための回路基板を製造する方法によって解決される。回路基板は、巻線導体トラックを含む。この方法は、次のステップを含む：最適化ステップでは、コンピュータ化された最適化ツールにおいて、巻線アセンブリの設計を最適化し；製造ステップでは、巻線アセンブリの最適化された設計にしたがって、巻線導体トラックを有する回路基板を製造する。この方法は、後述する好ましい実施形態の１つまたは２つ以上の組み合わせによって特徴付けられる。

また、本発明の目的は、電気機械装置用の巻線アセンブリを製造する方法によって解決される。巻線アセンブリは、巻線導体トラックを有する回路基板を備える。この方法は、次のステップを含む。最適化ステップでは、コンピュータ化された最適化ツールにおいて、巻線アセンブリの設計を最適化し；製造ステップでは、巻線アセンブリの最適化された設計にしたがって、巻線導体トラックを有する回路基板を製造し；形成ステップでは、製造された回路基板を用いて電気機械装置の巻線アセンブリを形成する。この方法は、後述する好ましい実施形態の１つまたは２つ以上の組み合わせによって特徴付けられる。

また、本発明の目的は、巻線アセンブリを備えた電気機械装置を製造する方法によって解決される。巻線アセンブリは、巻線導体トラックを有する回路基板を含む。この方法は、次のステップを含む。最適化ステップでは、コンピュータ化された最適化ツールにおいて、電気機械装置の設計を最適化し；製造ステップでは、電気機械装置の最適化された設計にしたがって、巻線導体トラックを有する回路基板を製造し；形成ステップでは、製造された回路基板を用いて電気機械装置の巻線アセンブリを形成する。この方法は、後述する好ましい実施形態の１つまたは２つ以上の組み合わせによって特徴付けられる。

また、本発明の目的は、上記の方法にしたがって製造された巻線アセンブリまたは電気機械装置によって解決される。

さらに、本発明の目的は、巻線導体トラックを有する回路基板によって形成された巻線アセンブリによって解決される。この巻線アセンブリは、後述する好ましい実施形態の１つまたは２つ以上の組み合わせ、および／または上記の方法によって製造されることによって特徴付けられる。

また、本発明の目的は、電気機械装置の巻線アセンブリ用の巻線導体トラックを有する回路基板によってさらに解決される。この回路基板は、後述する好ましい実施形態のうちの１つまたは２つ以上の組み合わせによって、あるいは上述の方法によって製造されたことを特徴とする。

本発明の目的は、ロータ、ステータ、磁気装置、および巻線アセンブリを備える電気機械装置によってさらに解決され、巻線アセンブリは、巻線導体トラックを有する回路基板によって形成される。電気機械装置は、後述する好ましい実施形態の１つまたは２つ以上の組み合わせによって特徴付けられる。

本発明の目的は、さらに、巻線アセンブリを備えた電気機械装置または電気機械装置用の巻線アセンブリを開発するためのコンピュータ化された最適化ツールによって解決される。巻線アセンブリは、巻線導体トラックを有する回路基板によって形成され、コンピュータ化された最適化ツールは、電気機械装置用の巻線アセンブリの設計を最適化するように構成される。コンピュータ化された最適化ツールは、後述する好ましい実施形態の１つまたは２つ以上の組み合わせによって特徴付けられる。

さらに、本発明の目的は、巻線アセンブリを備えた電気機械装置または電気機械装置用の巻線アセンブリを開発するためのコンピュータプログラムによって解決される。巻線アセンブリは、巻線導体トラックを備えた回路基板によって形成され、コンピュータプログラムは、プロセッサ上で実行されると、電気機械装置用の巻線アセンブリの設計を最適化し、または電気機械装置の設計を最適化するよう構成された命令を含む。コンピュータプログラムは、後述する好ましい実施形態の１つまたは２つ以上の組み合わせによって特徴付けられる。

さらに、本発明の目的は、電気機械装置の巻線アセンブリの最適化された設計を回路基板の設計に変換するためのコンピュータ化された変換ツールまたはコンピュータプログラムによって解決される。回路基板の設計は、好ましくは、（ｉ）導体トラック、（ｉｉ）回路基板の異なる導体層上の導体トラックを接続するコネクタ、および任意に（ｉｉｉ）隣接する基板の材料、位置、および／または寸法を含む。この変換により、巻線アセンブリの開発および製造がほぼ完全に自動化され、新しい電気機械装置の開発時間を大幅に短縮することができる。

続いて、本発明の好ましい実施形態について説明する。

一実施形態において、最適化関数は、以下の第１最適化関数、第２最適化関数、第３最適化関数、第４最適化関数、第５最適化関数、第６最適化関数のうちの少なくとも１つに対応する／複合する／である。前記第１最適化関数は、総損失が最小化されるように定義され、ここで前記損失は、ジュール損失、不平衡電流損失、導体トラック内の渦電流損失、導体トラック外の渦電流損失、ヒステリシス損失、空力的損失、および機械的損失のうちの２つ以上を含む。前記第２最適化関数は、前記電気機械装置または前記電気機械装置を組み込んだ製品の特定の点または領域の温度が最高温度を超えないという制約のもとで、前記電気機械装置のモータトルクが最大化されるように定義される。前記第３最適化関数は、前記電気機械装置のサイズおよび／または重量を最小化されるように定義される。前記第４最適化関数は、前記電気機械装置のロータのイナーシャが最適化されるように定義される。前記第５最適化関数は、前記電気機械装置の体積密度あたりのモータトルクまたは質量密度あたりのトルクが最大化されるように定義される。前記第６最適化関数は、前記電気機械装置の外部磁界が最小化されるように定義される。これまでの最適化関数は、モータの出力を増加させるため、モータトルクを最大化するだけである（モータ定数を介し、または最大許容損失が与えられる）が、出力を増加させることが設計の目標ではないことが多い。モータの開発はそれぞれ異なる。従来の有線巻線の設計は非常に複雑であったため、常に最大電力を提供するように最適化されたが、特別な開発目標を得ることはできなかった。本発明の代替最適化関数はすべて、特定の設計目標を得るために電気機械装置の巻線を最適化します。これらの最適化関数と回路基板の巻線アセンブリの最適化との組み合わせによって、より少ない数の電気機械装置についても、特別な設計目標に巻線アセンブリを最適化することを可能にする。

一実施形態において、巻線アセンブリの設計は、最適化関数に基づいてコンピュータ化された最適化ツールで最適化され、この最適化関数は、総損失が最小化されるように定義され、総損失は、ジュール損失、不平衡電流損失、導体トラック内の渦電流損失、導体トラック外の渦電流損失、ヒステリシス損失、空力的損失および機械損失の１つ以上、好ましくは２以上を含む。これにより、所定のモータトルクに対するＰＣＢ巻線を用いたモータの損失を最小限に抑え、最も効率的なモータを開発することができる。これまでの技術では、１つ種類の損失を低減するためにモータ設計を最適化するか、モータ定数を最大化するために最適化するかのどちらかであった。総損失を最小化する最適化関数を使用する場合、得られたモータ設計は、従来技術の最適化関数で得られたものに対して大幅に改善されました。これは、最適化関数が異なる種類の損失を低減し、異なる損失間の最適なトレードオフを見出したためである。

一実施形態において、最適化関数は、電気機械装置または電気機械装置を組み込んだ製品のある点または領域の温度が最大温度を超えないという制約の下で、電気機械装置のモータトルクが最大化されるように定義される。この最適化関数は、この特定の点または領域での温度が最大温度を超えることなく、巻線アセンブリを最大電力に最適化するために非常に強力である。明確に定義された点または領域の温度は、しばしば非常に重要な開発目標であり、従来は、温度が最大温度を超えないように電力を選択することで達成されていた。

一実施形態において、最適化関数は、電気機械装置のサイズおよび／または重量が最小化されるように定義される。これにより、電気機械装置のサイズまたは重量を低減することができる。一実施形態において、最適化関数は、電気機械装置の体積密度あたりのモータトルクまたは質量密度あたりのトルクが最大化されるように定義される。電気機械装置の多くの要素は、サイズおよび重量について既に最適化されているが、巻線アセンブリ、特に回路基板の巻線アセンブリは、電気機械装置のサイズ／重量を低減するために、または電気機械装置の質量／サイズ密度当たりのトルクを増大させるために、コンピュータ化された最適化ツールで最適化されていない。

一実施形態において、最適化関数は、電気機械装置のロータのイナーシャが最適化／最大化／最小化されるように定義される。ロータのイナーシャを最適化するために巻線アセンブリの設計も考慮することにより、低イナーシャまたは高イナーシャモータの設計を大幅に改善することができる。

一実施形態において、最適化関数は、電気機械装置の外部磁界が最小化されるように定義される。外部磁界の低減は、通常、シールドハウジングによって達成される。外部磁界を低減するために巻線アセンブリを最適化するための最適化関数を使用することは、この問題に取り組むための非常に新しいアプローチであり、電気機械装置の厚くて重いシールドを回避することができる。

一実施形態において、巻線アセンブリの設計は、渦電流損失、ヒステリシス損失、空気力学的損失および機械的損失の少なくとも１つに依存する最適化関数に基づいて、コンピュータ化された最適化ツールで最適化される。

一実施形態において、コンピュータ化された最適化ツールは、巻線導体トラックの外側の渦電流損失、ヒステリシス損失、空気力学的損失および機械的損失の少なくとも１つを考慮する装置モデルに基づいて、巻線アセンブリを最適化するように構成される。

一実施形態において、最適化関数または装置モデルは、ジュール損失、不平衡電流損失、巻線導体トラックの外側の渦電流損失、巻線導体トラック内の渦電流損失、ヒステリシス損失、空気力学的損失および機械損失のうちの２つ以上、好ましくはそれらのうちの少なくとも３つに、さらに好ましくはそれらのすべてについて、依存する。これにより、損失をより完全に評価することができ、その結果、最適化ツールは、物理の現実により適したパラメータに基づいて最適化を実行することができるようになる。従来、多くのシミュレーションでは、ジュール損や不平衡損などの１種類の損失のみを考慮し、選択した損失に基づいて巻線アセンブリの１つの機能を最適化した。このため、最適化によって得られる改善効果は、特に互いに排他的な設計上の決定が行われた場合には、大幅に制限されることになる。さらに、これにより、異なる応用に使用するツールの柔軟性が低下する。特定の動作条件における特定の問題に対する２種類の損失のトレードオフを見出すために、特定の２種類の損失を使用する従来技術の文書はほとんどない。２種類または３種類以上の損失を一般的に考慮すると、あらゆる運転条件、あらゆる種類の問題に対して、最適化ツールをより柔軟に使用することができる。

一実施形態において、コンピュータ化された最適化ツールは、導体トラックの断面の方向または寸法パラメータ、並列または直列に接続された導体トラックの数および／または方法、層間接続の座標、好ましくはビアを使用、導体トラックの一つまたは複数の厚み、巻線アセンブリの寸法、回路基板の重ね合わせ数、回路基板の断面の方向または寸法パラメータ、回路基板または基板の材料、コイルアセンブリの接続、コイルアセンブリの数、巻線端子の数、および巻線端子の位置の少なくとも一つに基づいて、巻線アセンブリの設計を最適化するように構成される。従来の最適化アルゴリズムでは、回路基板上の導体トラックの曲率や導体トラック設計のいくつかの限定されたパラメータを最適化し、巻線アセンブリの最適設計を見つけるだけであった。しかし、上記のパラメータの１つ以上を考慮すると、最適化の結果が大幅に改善されることが判明した。導体トラックの断面の方向性または寸法パラメータは、渦電流損失とジュール損失に重要な影響を及ぼし、特に導体トラックの厚みおよび／または幅が重要である。並列に接続された導体線路の数は、渦電流損失に重要な影響を与える。巻線アセンブリの寸法、例えばその厚さ、隣接する基板の断面の方向と寸法、および／または回路基板の重ね合わせも、開発する電気機械装置の性能に重要な影響を与える。回路基板の厚さ、コイルアセンブリの接続、コイルアセンブリの数、巻線端子の数および巻線端子の位置も、最適化された装置の性能に重要な影響を与えることが判明した。これらの要素の材料も同様である。

一実施形態において、方法は、コンピュータ化された変換ツールにおいて、巻線アセンブリの最適化された設計を、導体トラックの位置および寸法を含み、回路基板の異なる導体層上の導体トラックを接続するコネクタの位置および寸法を含む回路基板の設計に変換し、巻線アセンブリの最適化された設計のための導体トラックを有する回路基板は、回路基板の変換後の設計に基づいて製造される。好ましくは、本方法は、コンピュータ化された変換ツールにおいて、回路基板の設計を少なくとも１つの製造機械によって読み取り可能な少なくとも１つのファイルに変換するステップと、少なくとも１つのファイルを少なくとも１つの製造機械に送信するステップとを備え、巻線アセンブリの最適化された設計のための導体トラックを有する回路基板は、少なくとも１つのファイルに基づいて少なくとも１つの製造機械で製造される。好ましくは、少なくとも１つのファイルは、回路基板の各導体層における導体トラックの位置および寸法を定義する少なくとも１つの第１ファイル（ガーバ、ポイントクラウド、Ｇコード、機械加工命令、３Ｄレンダリングファイル、または同様のものなど）と、異なる導体層からの導体トラック間のコネクタの位置および寸法を含む１つの第２のファイルによって任意に補完されたものとを含む。一実施形態において、少なくとも１つの第１ファイルおよび１つの第２ファイルは、１つの単一ファイルに統合されることができる。少なくとも１つのファイルおよび／または第２ファイルは、隣接する基板または隣接するスリーブの位置、寸法、および接続情報をさらに含むことができる。この変換により、巻線アセンブリの開発および製造をほぼ完全に自動化することができ、新しい電気機械装置の開発時間を大幅に短縮することができる。

一実施形態において、巻線アセンブリは、多数の積み重ね可能な回路基板層の決定された重ね合わせを含み、各回路基板層は、回路基板の異なる領域に対応し、異なる領域の導体トラック間の距離がこの領域の回路基板層に基づいて適合されるように、巻線アセンブリの最適化設計は、回路基板の設計に変換される。回路基板層に応じて導体トラック間の距離を適合させることは、多くの非常に優れた用途がある。このステップを最適化アルゴリズムから外すことで、その望ましい効果を失うことなく、最適化および変換がより簡単になることができる。

一実施形態において、回路基板は、フレキシブル回路基板であり、巻線アセンブリは、フレキシブル回路基板の異なる領域が異なる半径を有する異なる回路基板層に重ねられるように製造されたある程度フレキシブルな回路基板を巻くことによって形成され、巻線アセンブリの最適化設計は、異なる領域における導体トラック間の距離がこの領域の回路基板層の半径に対応する半径に適応するように回路基板の設計に転換されるので、巻線アセンブリの最適化設計において角度を付けて配置される導体トラックが巻線回路基板によって作られた巻線アセンブリでも配置されることになる。これにより、巻線フレキシブル回路基板において導体トラックの完全な位置決めを保証することができ、したがって、最適化ツールにおいてモデル化された性能を維持することができる。

一実施形態において、巻線アセンブリの最適化された設計は、回路基板の設計に変換され、異なる領域における導体トラック間の距離は、導体トラックが磁気方向において定義された不整列に従うように回路基板層に基づいて適合される。これにより、フィルタリングや装置の機能向上を目的とした特定のずれを後で導入することができる。

一実施形態において、コンピュータ化された最適化ツールは、電気機械装置の装置モデルを備え、この装置モデルは、電気機械装置の機械的挙動および電磁気的挙動をモデル化する。装置モデルは、好ましくは、許容されるモデルパラメータ空間におけるモデルパラメータのセットによって定義される。

一実施形態において、コンピュータ化された最適化ツールは、電気機械装置の少なくとも１つの動作パラメータを受け取るように構成され、モデルパラメータのセットに対する異なる値セットを用いて異なる最適化サイクルを繰り返すことによって、巻線アセンブリの設計がコンピュータ化された最適化ツールで最適化され、それぞれの前記最適化サイクルは、それぞれの前記最適化サイクルの前記モデルパラメータのセットに対応する値セットを用いて、決定ステップと、計算ステップと、比較ステップとを含む。前記決定ステップでは、少なくとも１つの前記動作パラメータに関する装置モデルと、実際の前記最適化サイクルの前記値セットとに基づいて、前記電気機械装置の前記機械的挙動および前記電磁気的挙動を決定する。前記計算ステップでは、前記決定された機械的挙動および／または前記電磁気的挙動に基づいて、最適化関数の結果を計算する。前記比較ステップでは、前記最適化関数の結果を少なくとも１つの前記過去最適化サイクルの最適化関数の少なくとも１つの結果と比較する。

一実施形態において、コンピュータ化された最適化ツールは、機械モデルのモデルパラメータのセットの５０％以上が、制約状態および自由状態から選択できる構成可能なモデルパラメータであるように構成される。制約状態に構成されるそれぞれの構成可能なモデルパラメータの最適化は、許容モデルパラメータ空間の下位モデルパラメータ空間に限られ、自由状態に構成されるそれぞれの構成可能なモデルパラメータの最適化は、許容モデルパラメータ空間において自由に最適化可能であり、および／またはコンピュータ化された最適化ツールは、異なる最適化関数の中から最適化関数を選択できるように構成される。この構成可能性により、最適化ツールは非常に柔軟であり、あらゆる潜在的な用途に使用することができる。ある用途では、与えられた総損失量に対し、サイズを固定し、かつトルクを最大化する必要がある。一方、別の用途では、与えられた速度とトルクに対して総損失量を減らす必要があり、他のパラメータには制約がある。最適化ツールを用途ごとに適合させる必要がないため、この構成可能性は、あらゆる用途に対応した装置を迅速に開発するために重要な機能である。

一実施形態において、コンピュータ化された最適化ツールは、巻線アセンブリの最適化と残りの電気機械装置の設計との組み合わせに基づいて電気機械装置を最適化するように構成される。従来の最適化アルゴリズムでは、巻線アセンブリの限られた数のパラメータを単独で最適化することしかできなかった。しかし、装置の他の部分、例えばロータ、ステータ、磁気アセンブリ、ギャップと巻線アセンブリの間の相互作用が重要であり、巻線アセンブリと電気機械装置の他の部分のパラメータを組み合わせた最適化により、電気機械装置の新しいレベルの性能が可能になる。これは、最適化可能なパラメータの数が多い巻線アセンブリと包括的な最適化の組み合わせを使用することの利点を示し、電気機械開発者に多くの自由度を与えている。これは、特に回転電気機械装置に有益であることを示している。

一実施形態において、残りの電気機械装置の設計の最適化は、電気機械装置の磁気アセンブリ、電気機械装置のステータとロータの間のギャップ、ロータおよびステータのうちの少なくとも１つの設計の最適化を含む。特に、残りの電気機械装置の設計は、ステータヨークの材料および／または少なくとも１つの寸法、磁気アセンブリ内の永久磁石の材料および／または少なくとも１つの寸法、磁気アセンブリ内の極対の数、ロータヨークの材料および／または少なくとも１つの寸法、ギャップの厚さの少なくとも１つを含む。

一実施形態において、コンピュータ化された最適化ツールは、電気機械装置に使用される少なくとも１つの材料の最適化に基づいて電気機械装置を最適化するように構成される。電気機械装置の材料も考慮に入れると、最適化結果が著しく改善されることが示された。好ましくは、電気機械装置に使用される少なくとも１つの材料は、電気機械装置の磁気アセンブリ、巻線アセンブリ、ロータおよびステータのうちの１つまたは複数の材料である。磁気アセンブリの材料は、磁石の材料または磁石を保持する支持体の材料であり得る。巻線アセンブリの材料は、回路基板の基板および／または導体トラックの材料であり得る。ロータまたはステータの材料は、ステータまたはロータヨークの材料であり得る。

一実施形態において、回路基板は、第１周辺側から第２周辺側へ延びる少なくとも２つの接続導体トラックを備え、第１周辺側は第２周辺側と対向して配置され、各接続導体トラックは第１周辺側に第１接続端子、第２周辺側に第２接続端子を備える。第１周辺側から第２周辺側に延びる接続導体トラックは、第１周辺側の接続導体トラックに第１端子を接続することができ、および／または、第２周辺側の接続導体トラックに第２端子を接続することができ、全てのタイプの接続導体トラックを含むものとする。この実施形態は、巻線アセンブリの回路基板を用い、巻線アセンブリまたは装置の一方の側から他方の側への接続線を提供することができるという利点を有する。特に、マイクロモータでは、モータの大きさが非常に重要であり、モータの周りに別の接続線を設けると、用途のサイズが大きくなったり、構造が複雑になったりする。そこで、モータを貫通して伸びる接続線は、モータの機能をあまり妨げないように設計することができ、回路基板での製造も非常に簡単である。接続線は、電気部品、例えば電動モータを含む電動工具の先端に設けられたセンサを一方に、電源を他方に接続し得る。したがって、第１接続端子は電源（例えばネット）に接続され、第２接続端子は工具の先端に接続され得る。これら２つの接続導体トラックに対する他の機能も可能である。本実施形態は、ロール状のフレキシブル回路基板に特に有利である。好ましくは、接続線路は、（接続線路の大部分にわたって）互いに平行に配置される。接続線をできるだけ近くに配置するために、接続線は、プリント回路基板の対向する側面（移動方向において同じ高さ）、または隣接する回路基板層の導体層で互いに向かい合う（移動方向において同じ高さ）、または同じ回路基板層の導体層で互いに隣り合って配置される。接続線がごく近接して配置されている場合、２つの接続線を流れる順方向電流と逆方向電流は、互いにほとんど打ち消し合う磁界を作るため、モータの動作に影響を与えないか、わずかにしか影響を与えない。逆に、巻線導体線路が発生する電磁界による順方向線路の誘導電圧は、逆方向線路の誘導電圧によってほぼ打ち消されるため、接続線路の動作に影響を与えることはない。接続導体線路は、（分岐部分）に接続される接続端子が互いにより良く絶縁され、および／またはより良くアクセスできるように、回路基板の周辺側面の近くで互いに分岐することができる。周辺側面の近くで接続導体トラックが分岐することは、それらの距離（移動方向）が、２つの周辺側面の間の回路基板の中心におけるそれらの距離に関して増加することを意味する。接続導体トラックおよび／または接続端子の位置、厚さや幅のような断面パラメータおよび／または経路は、同様に最適化されるようなモデルパラメータとすることができる。

一実施形態において、コンピュータ化された最適化ツールまたはコンピュータプログラムは、電気機械装置を最適化するように構成される。

一実施形態において、巻線導体トラックは、電気機械装置を作動させる電流を伝導するように構成される。

本発明の１つまたは複数の非限定的な実施形態を以下の図に示す。
なお、図面では、同一または類似の要素に対して同じ参照番号が使用される。
半径方向に垂直な断面図における半径方向の磁化を有する回転電動モータの実施形態を示す図である。 片側リニア電動モータの一実施形態を示す図である。 両面リニア電動モータの一実施形態を示す図である。 軸方向磁化を有する回転電動モータの一実施形態を示す図である。 回転型コアレスモータの一実施形態を示す図である。 本発明の最適化ツール、変換ツールおよびシステムの概略的な実施形態を示す図である。 本発明の主要なステップを説明するフローチャートである。 回路基板の異なる可能な実施形態を示す図である。 回路基板の異なる可能な実施形態を示す図である。 回路基板の異なる可能な実施形態を示す図である。 回路基板の異なる可能な実施形態を示す図である。 回路基板の重ね合わせによって形成される巻線アセンブリの異なる可能な実施形態を示す図である。 回路基板の重ね合わせによって形成される巻線アセンブリの異なる可能な実施形態を示す図である。 回路基板の重ね合わせによって形成される巻線アセンブリの異なる可能な実施形態を示す図である。 ロータ内の磁気アセンブリの異なる可能な実施形態を示す図である。 ロータ内の磁気アセンブリの異なる可能な実施形態を示す図である。 ロータ内の磁気アセンブリの異なる可能な実施形態を示す図である。 ロータ内の磁気アセンブリの異なる可能な実施形態を示す図である。 ロータ内の磁気アセンブリの異なる可能な実施形態を示す図である。

以下、図面を用いて本発明の非限定的な実施形態について説明する。

電気機械装置は、電気モータ、電気発電機、または複合電気機械変換器である。電気モータは、電気エネルギーを運動エネルギーに変換する。発電機は、運動エネルギーを電気エネルギーに変換する。電気機械変換器はモータとしても発電機としても機能する。実際、今日の多くの電気モータは、エネルギーを回収することもできる電気機械変換器である。簡潔にするため、電気機械装置の機能を電気モータについてだけ説明し、電気発電機と電気機械変換器についても同様に動作するものとする。

図１Ａ～図１Ｅは、電気機械装置の例示的な実施形態を示す図である。電気機械装置は、ステータ、ロータ、巻線アセンブリ４０および磁気アセンブリ２０を備える。

ロータはステータに対して移動する。電気機械装置の移動は、通常、図１Ａ、図１Ｄおよび図１Ｅの実施形態に示すように回転（回転装置）である。しかし、図１Ｂおよび図１Ｃの実施形態に示すように、リニアモータ（より一般的にはリニア装置）のように並進である可能性もある。この場合、ロータは回転せず、並進する、すなわち線に沿って移動する。この場合のロータは、ムーバーとも呼ばれることがある。以下の説明は、回転ロータを有する回転電気機械装置について言及している。しかし、本開示は、任意の線形（平面またはディスクも含む）装置およびロータの動きを変換する他の装置、またはそれらの組み合わせにも同様に適用することができる。ロータとステータは、間にギャップ３０を有して配置される。ギャップ３０は、図１Ｃおよび図１Ｅの実施形態に示すように、２つ以上のギャップ３０を含むことができる。ギャップ３０は、例えば、ステータがロータの２つの側面に延在する場合、ロータの対向する２つの側面に存在することができる。ギャップ３０は、通常、空気で満たされたエアギャップ３０である。しかし、ギャップ３０は、他の流体で満たされることもできる。流体は、気体であってもよいし、液体であってもよい。気体は、通常、空気である。液体は、水であってもよい。また、複数のロータ、複数のステータ、および複数のギャップ３０を有する構成も実現可能である。

また、回転装置の実施形態において、図１Ａに示すように、好ましくは、ステータはロータの周りに配置され、すなわちロータはステータ内で回転する。しかしながら、図１Ｅに示すように、ロータがステータの周囲で回転すること、すなわちロータがステータの周囲または外部に配置されることも可能である。ステータおよびロータは、図１Ａおよび図１Ｅに示すように、好ましくは円筒状に配置され、ロータおよびステータの少なくとも一方は、中空円筒内に他方を含む中空円筒とされる。また、ロータおよび／またはステータは、図１Ｄに示すように、円板形状を有することもできる。また、電気機械装置の機能が、ステータと固定関係にある巻線アセンブリ４０についてのみ説明される場合、巻線アセンブリ４０は、ステータと回転関係にあることができる。本開示は、そのような異なる構成にも等しく適用することができる。

電気機械装置は、好ましくは３つの方向を含む。ａ）ロータの移動方向：回転装置の場合、移動方向は角度方向である。ｂ）ロータの回転軸の方向に延びるロータ方向（回転装置の場合）、または移動方向および磁気方向に対して垂直な方向に延びるロータ方向（全ての装置の場合）である。ｃ）巻線アセンブリ４０と磁気アセンブリ２０の間、またはロータとステータの間で相互作用する磁場の主方向に延びる磁場方向である。半径磁束を有する回転装置の場合、磁気方向は、図１Ａおよび１Ｅに示すように、ロータ軸に対して半径方向に延び、および／または移動方向およびロータ方向に対して垂直である。軸方向磁束を有する回転装置の場合、磁気方向は、図１Ｄに示すように、ロータ軸（軸方向）に平行に延び、および／または移動方向およびロータ方向に対して垂直である。３つの方向はすべて、互いに垂直であることが好ましい。電気機械装置のほとんどの構成要素において、厚さは磁気方向の寸法を表し、および／または長さはロータ方向の寸法を表す。

ステータは、好ましくは、ステータヨーク５０を備える。ステータヨーク５０は、通常、電気機械装置の外部の磁場が小さくまたは減少するように、電気機械装置の内部の磁場を遮断する、導く、および／または漏斗化する機能を有し、および／またはステータに配置される巻線アセンブリ４０の磁場および／または磁気アセンブリ２０の磁場を導くおよび／または増加する機能を有する。ステータヨーク５０は、好ましくは、ステータに配置された巻線アセンブリ４０または磁気アセンブリ２０を支持する機能も有する。ステータヨーク５０は、好ましくは金属から作られる。ステータヨーク５０は、好ましくは磁性材料、より好ましくは常磁性材料または強磁性材料、さらに好ましくは強磁性材料から作られる。強磁性材料は、強磁性金属であってもよい。ステータヨーク５０の寸法および材料は、ステータのパラメータである。ステータおよび／またはステータヨーク５０の寸法は、好ましくは、磁気方向の第１寸法（例えば厚さ）およびロータ方向の第２寸法（例えば長さ）を含む。この寸法は、移動方向の第３寸法を含むことができるが、多くの場合、第３の寸法は３６０°である。この寸法（第１寸法、第２寸法、または第３寸法）は、相対距離（厚さ、幅、長さ）または１つまたは２つの絶対位置（関連する方向の始点および終点）で表すことができる。

ロータは、好ましくは、ロータヨーク１０を備える。ロータヨーク１０は、好ましくは、ロータに配置される巻線アセンブリ４０または磁気アセンブリ２０を支持する機能、および／または電気機械装置の運動エネルギーを伝達する機械的インターフェース（回転装置の場合はロータと一緒に回転する車軸）を支持する機能を有する。ロータヨーク１０は、例えば金属から作られる。ロータヨーク１０は、好ましくは磁性材料、より好ましくは常磁性材料または強磁性材料、さらに好ましくは磁性コア材料で作られる。ロータヨーク１０の磁性材料は、異なる方向に配置（磁化）することができる。ロータヨーク１０の材料の寸法、材料、および材料の磁気配置は、ロータのパラメータである。ロータおよび／またはロータヨーク１０の寸法は、好ましくは、磁気方向の第１寸法（例えば厚さ）およびロータ方向の第２寸法（例えば長さ）を含む。この寸法は、移動方向の第３寸法を含むことができるが、多くの場合、第３の寸法は３６０°である。この寸法（第１寸法、第２寸法、または第３寸法）は、相対距離（厚さ、幅、長さ）または１つまたは２つの絶対位置（関連する方向の始点および終点）で表すことができる。いくつかの実施形態において、例えばコアレス設計では、ロータヨークは存在しない。

任意に、ロータまたはステータは、磁気アセンブリ２０の周囲および／または磁気アセンブリ２０とギャップ３０との間にスリーブ（単純なコーティングと呼ばれることもある）を備えることができる。ロータスリーブ（ロータに配置されるスリーブ）は、例えば、磁気アセンブリ２０の永久磁石がステータ内の遠心力により移動することを防止する。さらに、ステータまたはロータのスリーブは、ギャップ３０内の磁気アセンブリ２０の表面を平滑化または保護する機能を有することができる。スリーブの寸法および／または材料は、ロータまたはステータ（スリーブが配置される場所）のさらなるパラメータであり得る。

巻線アセンブリ４０は、電気機械装置の動作電流を伝導するように構成された巻線導体を少なくとも備える。動作電流は、ロータを駆動または移動し、すなわち、モータのロータを移動（または回転）させる移動／回転磁界（磁界方向に延びる）を引き起こす。発電機の作動電流は、発電機のロータの移動によって誘導される。巻線アセンブリ４０は、好ましくは少なくとも１つのコイルアセンブリ、好ましくは少なくとも２つのコイルアセンブリ、好ましくは少なくとも３つのコイルアセンブリを含む。コイルアセンブリは、巻線端子と他の巻線端子または接続点との間の少なくとも１つの巻線導体である。接続点は、少なくとも３つのコイルアセンブリ、または少なくとも２つのコイルアセンブリと１つの巻線端末とを接続する点である。好ましくは、巻線アセンブリ４０は、スターポイントまたは多角形接続で接続される少なくとも３つのコイルアセンブリを備える。スターポイント接続では、全てのコイルアセンブリが、一方では巻線端子（コイルアセンブリごとに異なる）で接続され、他方では少なくとも３つのコイルアセンブリの全てを接続する共通の接続点（スターポイント）で接続される。多角形接続では、全てのコイルアセンブリは２つの接続点の間で接続され、２つの接続点のそれぞれは、隣接するコイルアセンブリおよび巻線端子と接続される。好ましくは、巻線アセンブリ４０は、星形結線またはデルタ結線で接続される３つのコイルアセンブリを含む（例えば、（ブラシレス）三相ＡＣ装置用）。好ましくは、巻線アセンブリ４０は、多角形接続で接続された少なくとも３つ、好ましくは少なくとも５つ、好ましくは少なくとも７つ、好ましくは少なくとも９つのコイルアセンブリを含む（例えば、ブラシ付きＤＣ装置用）。別の実施形態では、巻線アセンブリ４０は、１つまたは複数のスターポイントおよび／または多角形接続によって接続される３つ以上のコイルアセンブリを備える。巻線アセンブリ４０は、好ましくは、少なくとも１つのフェーズを含む。一実施形態において、巻線アセンブリ４０は、少なくとも２つのフェーズ、好ましくは３つのフェーズを含む。また、３つのフェーズより多い、例えば６つのフェーズまたは９つのフェーズを有する実施形態も可能である。各フェーズは、ロータを動かす電気モータのフェーズに電力を供給するため、および／または発電機のロータからの電力で電源を充電するために、巻線アセンブリ４０を電源（バッテリー、グリッド、またはその他）と接続するための少なくとも１つの巻線端子を備える。少なくとも１つの端子は、例えば、１つのフェーズを有する実施形態の場合、入力端子と出力端子とを備えることができる。また、少なくとも１つの端子は、フェーズごとに１つの入力端子（のみ）を備え、フェーズの出力はスターポイント接続または多角形接続で接続されることもできる。

巻線アセンブリ４０は、回路基板を含むことが好ましい。回路基板は、好ましくは、基板といくつかの導体トラックとを含む。基板には多くの可能な変形があり、したがって、この用語は広義に理解されるべきである。基板は、好ましくは、導体トラックに隣接し、導体トラックの完全に囲まれた絶縁を潜在的に提供することを含め、１つ以上の導体トラックの１つまたは複数の側に電気絶縁を提供することができる。基板はさらに、熱的機能を提供し、および／または導体トラックの重量に耐え、それらを所定の位置に維持し、またはその操作を容易にするための機械的機能を提供することができる。これは、電気機械装置の他の機械的要素、例えばロータのベアリングを支持することもできる。基板は、プラスチック、ポリマー、カーボン、フィルム、接着剤、セラミックなどのさまざまな材料で作ることができ、添加プロセス、触媒プロセス、形成プロセス、または減法プロセスで処理されることができるが、これらに限定されるものではない。

巻線アセンブリ４０は、電気機械装置内で複数のサブアセンブリに分割することができる。

回路基板は、好ましくは、導体トラックを有する少なくとも１つまたは２つの導体層を備える。少なくとも１つまたは２つの導体層は、好ましくは、回路基板の２つ（平坦、平面、または対向する）の側面に配置される。回路基板は、好ましくは少なくとも１つの周辺側、好ましくは２つの平面側を接続する４つの周辺側を含む。４つの周辺側は、好ましくは、第１周辺側、第２周辺側、第３周辺側および第４周辺側を含む。第１周辺側は、第２周辺側と対向して配置される。第１周辺側は、第２周辺側と平行であることが好ましい。第３周辺側は、第４周辺側と対向して配置される。第３周辺側は、第４周辺側と平行であることが好ましい。第１周辺側および／または第２周辺側は、第３周辺側および／または第４周辺側よりも長いことが好ましい。回路基板は、ＰＣＢであることが好ましい。しかし、回路基板は、他の種類の回路基板、または導体トラックを形成する少なくとも１つまたは２つの導体層を有する他の任意の平坦な基板を備えることもできる。続いて、本技術はＰＣＢで説明されるが、常に他の回路基板に置き換えることができる。導体トラックは、巻線アセンブリ４０の巻線導体を実現する巻線導体トラックを備える。巻線導体トラックは、電気機械装置の動作電流を伝導するように構成される。巻線導体または巻線導体トラックは、ロータを駆動または移動させる、すなわちモータのロータを移動（または回転）させる磁場を生成する、または発電機のロータの移動によって誘導される動作電流を伝導するよう構成される。（巻線）導体トラックは、好ましくは、ＰＣＢの少なくとも２つの導体層、好ましくはＰＣＢの上面および下面に配置される。２つの導体層を並べて配置することも可能である。少なくとも２つの導体層は、より複雑なＰＣＢ設計のために、より多くの導体層を含むことも可能である。ＰＣＢは、好ましくは、異なる導体層上の導体トラックを導電的に接続（巻線）するためのコネクタを備える。コネクタは、代替的に、導体トラックに直接統合されることもできる。このようなコネクタは、方向性相互接続アクセスであることが好ましい。ＰＣＢ（または回路基板）は、好ましくは、フレキシブルＰＣＢ（または他のフレキシブル回路基板）である。好ましい実施形態では、巻線アセンブリ４０は、導体トラックを有するフレキシブルＰＣＢを中空円筒に巻くことによって形成される。フレキシブルＰＣＢは、好ましくは、ロータ軸の周りに巻かれる。ローリング軸は、好ましくは、ロータ軸に平行であり、および／またはＰＣＢの第３周辺側または第４周辺側に平行である。好ましくは、巻かれたＰＣＢの第１周辺側および第２周辺側は、（中空の）円筒の底面を形成する。

図４は、さまざまな回路基板のトポロジを示す図である。図４Ａには、回路基板の第１実施形態が示される。回路基板１は、回路基板の上部に導体トラック３の第１層５．１があり、回路基板の下部に導体トラック３の第２層５．２がある基板２を備える。同じ導体トラック層５．１または５．２の導体トラック３の間の空間は、基板２で満たされる。２つの層５．１、層５．２の導体トラック３のいくつかの位置は、コネクタ４、例えばビアで接続されている。図４Ｂは、図４Ａのものと同様の回路基板１の第２実施形態を示す図である。ただし、同じ導体トラック層５．１または５．２の導体トラック間の空間は、基板で満たされない。図４Ｃは、図４Ａのものと同様の回路基板１の第３実施形態を示す図である。ただし、同じ導体トラック層５．１または５．２の導体トラックは開いておらず、基板２または別の保護層によって覆われる。図４Ｄは、図４Ａのものと同様の回路基板１の第４実施形態を示す図である。しかしながら、回路基板は、回路基板内の３つ（またはそれ以上）の導体トラック層５．１、５．２、および５．３を含む。回路基板の多くのさらなる実施形態が可能である。回路基板、導体トラックおよび／または基板は、アディティブ、キャタリティック、カーヴィング、マシニング、フォーミング、またはサブトラクティブプロセスで、または他の形態で取得または処理することができる。回路基板が３Ｄ印刷などの付加製造プロセスによって製造される場合、２つの導体層５．１および５．２の間の基板は非常に薄くなることができ、個別に設計することが可能である。そして、コネクタと導体トラックと基板は、同じ印刷プロセスで層ごとに印刷することができる。これにより、導体層５．１、５．２が１つの平面に配置されず、スパゲッティのように三次元的に延びる回路基板も可能になる。これは、より多くの導体トラックを含み、異なる導体トラック層を接続する特別なコネクタを使用せずに、交差を回避する方法となることができる。また、基板は、厚みを変えたり、重量を減らすために空気を含ませたり、さまざまな設計が可能である。このように、新しい製造方法によって製造された回路基板、または従来の製造方法によって製造された回路基板の種類を問わない。導体トラックと基板とを有する回路基板は、巻線アセンブリ４０の最終形態で、直接３Ｄ印刷で製造することができる。したがって、回路基板を製造するステップと、回路基板から巻線アセンブリ４０を形成するステップは、１つの単一ステップになり得る。

図５は、異なるタイプの回路基板層を重ね合わせる巻線アセンブリ４０の異なる実施形態を示す図である。図５Ｃは、別の実施形態を示し、回路基板は、巻き上げられて円筒または中空円筒を形成して巻線アセンブリ４０を形成するフレキシブル回路基板である。したがって、同じ回路基板１は、異なる回路基板層１．ｉを形成する（一旦巻き上げた）異なる部分１．ｉを有する。図５Ｂは、回路基板１の異なるサブ回路基板１．１、１．２、１．３の積層を示し、それぞれのサブ回路基板１．１、１．２、１．３は異なる回路基板層１．１、１．２、１．３を形成している。図５Ａ、は、（３つの）異なるサブ回路基板１．１、１．２、１．３を重ね合わせることによって形成される巻線アセンブリ４０を示す。各サブ回路基板１．１、１．２、１．３は、中空円筒の形状を有する。サブ回路基板１．１、１．２、１．３は、互いに向き合って配置される（望遠鏡を閉じるときと同様である）。サブ回路基板間の接続部６は、サブ回路基板を電気的に接続するためにいくつか存在することができる。例えば、隣接する２つのサブ回路基板は、サブ回路基板の表面端子が互いに向き合い、接触するように、サブ回路基板の対応する位置で表面端子によって接続され得る（場合によってはんだ付けも可能である）。また、端子を横方向に設けて、はんだ付けによって接続することも可能である。その他、さまざまな重ね合わせが可能である。

巻線端子（複数可）は、好ましくは、回路基板の第１周辺側に配置される。巻かれたＰＣＢの実施形態では、装置は、円筒状の巻線アセンブリ４０の基部表面で巻線端子を介して接触することができる。

好ましくは、巻線アセンブリ４０は、少なくとも２つの重ね合わせた回路基板層を含む。ＰＣＢの導体トラックの設計の異なる例は、国際公開第２０１４／２０７１７４号および国際公開第２０１６／１１０５４９号に詳細に記載されており、これらは、巻線導体トラックおよび巻線アセンブリ４０の設計のためにここに組み込まれるものである。回路基板層の重ね合わせは、好ましくはフレキシブル回路基板を圧延することによって達成されるが、（フレキシブル）回路基板の他の形成、例えばサブＰＣＢ、またはサブＰＣＢからの材料の折り畳み、積層、印刷、形成、機械加工、融着または積層によって達成することも可能である。なお、ＰＣＢが重ね合わされず、回路基板層が１つだけであることも可能である。

巻線アセンブリ４０のパラメータは、（形成された）巻線アセンブリ４０の寸法（複数可）と、重ねられた回路基板層の数と、回路基板のパラメータとである。巻線アセンブリ４０の寸法は、巻線アセンブリ４０（磁気方向）の第１寸法を含むことができる。巻線アセンブリ４０の第１寸法は、相対的な厚さ、絶対的な最大半径および最小半径、重ねられたＰＣＢ層の数、またはＰＣＢの長さ（巻き方向）により表すことができる。巻線アセンブリ４０の寸法は、巻線アセンブリ４０の第２方向（ロータ方向）、例えばその長さをさらに含み得る。回路基板のパラメータは、好ましくは、導体トラックのパラメータ、回路基板の寸法（例えば、基板の厚さまたは回路基板のスタックアップ）、導体トラックの厚さ、コイルアセンブリの接続、明確な導体トラックの数および形状、コイルアセンブリの数、巻線端子の数および／または巻線端子の位置を含む。回路基板における厚さは、回路基板平面に垂直な方向の寸法という。導体トラックのパラメータは、導体トラックの２次元または３次元の曲率、導体トラックの任意の断面の寸法を含む。導体トラックの寸法は、特に、導体トラックの断面の寸法を含み、例えば、導体トラックの幅（導体トラックの長手軸に垂直で、回路基板の平面に平行）、最小導体トラック間の距離および／または厚さ（ＰＣＢ平面／ＰＣＢ層／導体層の法線方向）などである。導体トラックの材料は、銅、銀、鉄、または電流を通すのに適した、またはアセンブリの形状を維持するのに適した任意の金属を含むことができる（ただし、これらに限定されない）。本発明は、その後、巻線アセンブリ４０に形成されるフレキシブル回路基板、および／または重ね合わせ回路基板、特に巻かれたフレキシブル回路基板に特に有利であるが、（硬いおよび／または重ね合わせられない）回路基板を有する巻線アセンブリも本発明によって最適化することが可能である。

電気機械装置は、磁気アセンブリ２０を含むことが好ましい。好ましくは、磁気アセンブリ２０は、少なくとも１つの磁極、好ましくは少なくとも１対の磁極を含む。各対の磁極は、１つの南極（巻線アセンブリ４０に向かう方向）と１つの北極（巻線アセンブリ４０に向かう方向）を含む。少なくとも１つの（１対の）磁極は、少なくとも１つの永久磁石によって実現され得る。少なくとも１つの磁極はまた、電磁石によって実現され得る。この場合、磁気アセンブリ２０は、導体トラックが（ＤＣ）電流を伝導するときに電磁石を実現するための巻線アセンブリ４０と同様の１つまたは複数の導体トラックで実現され得る。磁気アセンブリ２０の磁極の数および／または材料は、磁気アセンブリの重要なパラメータである。図６Ａ～図６Ｅは、ロータにおける磁気アセンブリ２０の配置の異なる例を示す。図６Ａは、ロータ軸および／またはロータヨーク１０が円筒形または円形断面を有する、図１Ａに示すのと同様の実施形態を示す。磁気アセンブリ２０は、ロータヨーク１０の周りに延在する円形中空円筒形または円形リング断面を有する。図６Ｂは、コアレスロータ、すなわち、コアまたはロータヨーク１０を有しない磁気アセンブリ２０を有するロータを示す。図６Ｃ～図６Ｅにおいて、ロータ軸および／またはロータヨーク１０は、磁気アセンブリ内の磁石の数の関数である多角形の断面形状（すなわち、磁気アセンブリ内の磁石が４つの場合は四角形の断面、磁気アセンブリ内の磁石が６つの場合は六角形の断面、など）を有する。磁気アセンブリ２０は、図６Ｃに示す弓形、図６Ｄに示す台形、図６Ｅに示すパンローフ形の４つのサブアセンブリを含む。図６Ａ～図６Ｅに示す磁気アセンブリは、例えばコアレスモータ用のステータに配置することも可能である。図６Ｃは、中空のロータ軸および／またはロータヨークも示す。

電気機械装置は、ロータとステータとの間にギャップ３０を含むことが好ましい。ギャップ３０のパラメータは、好ましくは、ロータとステータとの間の（磁気方向における）距離である。また、ギャップ３０のパラメータは、ギャップの材料、すなわちギャップ３０に含まれる流体を含むことができる。流体は、好ましくは空気であり、いわゆるエアギャップである。しかしながら、ギャップ３０内に他の気体を有することも可能であり、あるいはギャップ３０内に水のような液体を有することも可能である。

図１Ａ～図１Ｅは、電気機械装置の異なる例示的な実施形態を示している。

好ましい実施形態では、図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｄに示されるように、磁気アセンブリ２０はロータに配置され、巻線アセンブリ４０はステータに配置される。

代替の実施形態では、例えば図１Ｃおよび図１Ｅに示されるように、磁気アセンブリ２０がステータに配置され、巻線アセンブリ４０がロータに配置される。しかし、これは機械またはロータに接続されたワイヤの機械的摩耗および摩擦を増加させる摺動電気接触路を必要とする、例えば、リニア機械においてである。しかし、これは非常に高いダイナミクスを持つ用途には有利である。

このような電気機械装置の第１例は、回転ロータを有する図１Ａに示される。ロータは、ステータがロータを取り囲むように、ステータ内に配置される。ロータおよび／またはステータは、シリンダ軸を回転軸および／またはロータ方向とする円筒形状を有する。ロータとステータは、同軸上に配置される。ギャップ３０は、ステータとロータとの間に配置される。ロータは、ロータヨーク１０と、磁気アセンブリ２０とを備える。好ましくは、磁気アセンブリ２０は、ロータヨーク１０とギャップ３０との間に配置される。任意に、ロータは、上記説明したようにロータスリーブ（図１には示されず）を含むことができる。ステータは、ステータヨーク５０と巻線アセンブリ４０とを備える。巻線アセンブリ４０は、好ましくは、ステータヨーク５０とギャップ３０との間に配置される。

図１Ｂは、直線的に並進するロータ（またはムーバ）を有する電気機械装置の第２例、いわゆる直線的な電気機械装置を示す。ギャップ３０は、ステータとロータとの間に配置される。ロータは、ロータヨーク１０と磁気アセンブリ２０とを備える。好ましくは、磁気アセンブリ２０は、ロータヨーク１０とギャップ３０との間に配置される。任意に、ロータは、上記説明したようにロータスリーブ（図１Ｂには示されず）を備える。ステータは、ステータヨーク５０と巻線アセンブリ４０とを含む。巻線アセンブリ４０は、好ましくは、ステータヨーク５０とギャップ３０との間に配置される。この実施形態では、ステータの機能およびロータの機能は、ロータヨーク１０と巻線アセンブリ４０とを備えるロータと、ステータヨーク５０と磁気アセンブリ２０とを備えるステータと容易に交換することができる。

図１Ｃは、直線的な並進するロータを有する電気機械装置の第３例および直線的な電気機械装置の第２例を示す。この装置は、ロータを２つの側で囲むステータの間に配置されたロータを含む。そして、ロータはステータ内を移動する。したがって、ステータは、ロータの第１側にある第１ステータ部分と、ロータの第２側にある第２ステータ部分とを備える。したがって、ステータとロータとの間に配置されたギャップ３０は、第１ステータ部分とロータとの間の第１ギャップ３０と、第２ステータ部分とロータとの間の第２ギャップ３０とを含む。ロータは、巻線アセンブリ４０のみを含む。ステータは、磁気アセンブリ２０、好ましくは、第１ステータにおける第１磁気アセンブリ２０と、第２ステータにおける第２磁気アセンブリ２０と、を含む。ステータは、ステータヨーク５０、好ましくは、第１のステータにおける第１ステータヨーク５０と、第２ステータにおける第２ステータヨーク５０とを含む。第１磁気アセンブリ２０は、好ましくは、第１ステータヨーク５０と第１ギャップ３０との間に配置される。第２磁気アセンブリ２０は、好ましくは、第２ステータヨーク５０と第２ギャップ３０との間に配置される。この実施形態では、ステータの機能およびロータの機能が、ロータヨーク１０および磁気アセンブリ２０を有するロータと、巻線アセンブリ４０を有するステータと容易に交換され得る。ロータは、ステータの第１側に配置された第１ロータと、ステータの第２側に配置された第２ロータとを含むことができる。第１ロータは、次に、第１ロータヨーク１０と、第１磁気アセンブリ２０とを含むことができる。第２ロータは、第２ロータヨーク１０と第２磁気アセンブリ２０とを含むことができる。

図１Ｄは、回転軸またはロータ軸６０の周りを回転するロータを備えた電気機械装置の第４実施例を示す。図１Ａは半径方向磁束機を示しているが、図１Ｄは磁気方向がロータ方向と平行なアキシャル方向磁束機を示している。ロータおよび／またはステータは、円盤状である。ステータおよび／またはロータの円盤面は、ロータ方向および／または回転軸に対して垂直である。ギャップ３０は、ステータとロータとの間に配置される。ロータは、ロータヨーク１０と、磁気アセンブリ２０とを備える。好ましくは、磁気アセンブリ２０は、ロータヨーク１０とギャップ３０との間に配置される。任意選択的に、ロータは、上記説明のロータスリーブ（図１Ｄには示されず）を含むことができる。ステータは、ステータヨーク５０と巻線アセンブリ４０とを含む。巻線アセンブリ４０は、好ましくは、ステータヨーク５０とギャップ３０との間に配置される。この実施形態では、ステータの機能とロータの機能が、ロータヨーク１０と巻線アセンブリ４０とを備えるロータと、ステータヨーク５０と磁気アセンブリ２０とを備えるステータと容易に交換することができる。

図１Ｅは、回転ロータを有する電気機械装置の第５実施形態を示す。これは、図１Ａと同様の半径方向磁束機を示しているが、コアレス設計である。ロータおよび／またはステータは、シリンダ軸を回転軸および／またはロータ方向とする円筒形状を有する。ロータとステータは同軸に配置されている。ロータは、巻線アセンブリ４０を含む。この装置は、２つの側でロータを取り囲むステータの間に配置されるロータを備える。ロータは、ステータ内で回転する。ステータは、好ましくは、ロータの第１側に設けられた第１ステータと、ロータの第２側に設けられた第２ステータとを含む。したがって、ステータとロータとの間に配置されたギャップ３０は、第１ステータとロータとの間の第１ギャップ３０と、第２ステータとロータとの間の第２ギャップ３０とを含む。第１ステータは、ロータの内側に配置され、第２ステータは、ロータの外側に配置される。第１ステータは、好ましくは、完全な円筒形状を有する。第２のステータは、好ましくは、中空円筒形または第１ステータの周囲に配置されるスリーブの形状を有する。ロータは、好ましくは、第１ステータの周囲および／または第２ステータ内に配置される中空の円筒形形状またはスリーブの形状を有する。第１ステータ、第２ステータ、およびロータは、同軸に配置される。ステータは、ステータヨーク５０、好ましくは、第１ステータにおける第１ステータヨーク５０と、第２ステータにおける第２ステータヨーク５０とを含む。ステータは、好ましくは第１ステータ内に磁気アセンブリ２０を含む。第１磁気アセンブリ２０は、好ましくは、第１ステータヨーク５０と第１ギャップ３０との間に配置される。しかし、磁気アセンブリ２０を第２ステータに配置することも可能である。この場合、第１ステータを回避することができる。また、図１Ｃの実施形態と同様に、第２ステータに第２磁気アセンブリを配置することも可能である。

電気機械装置は、ＤＣ機械、すなわちＤＣ電流によって電力を供給されるＤＣモータ、またはロータの動きをＤＣ電流に変換するＤＣ発電機とすることができる。電気機械装置はまた、ＡＣ機械、すなわちＡＣ電流によって駆動されるＡＣモータ、またはロータの動きをＤＣ電流に変換するＡＣ発電機とすることもできる。電気機械装置は、ブラシ付きであってもブラシレスであってもよい。電気機械装置は、コア付き（ロータにコアまたは磁気的なロータヨーク１０を含む）またはコアレス（ロータにコアまたは磁気的なロータヨーク１０を含まない）であることが可能である。

図２は、電気機械装置の設計を開発するためのコンピュータ化された最適化ツールを示す図である。

最適化ツールは、モデル化手段Ｍと最適化手段Ｏとを備える。

最適化ツールは、少なくとも１つの動作パラメータＯＰを入力パラメータとして受け取る。動作パラメータＯＰは、好ましくは、モータトルク、モータ速度、装置の損失、最終的には装置の温度のうちの少なくとも１つ、好ましくは２つを含む。入力パラメータは、好ましくは、少なくとも１つの動作パラメータの少なくとも１つの値、例えば、モータが通常動作する動作値ペアを含む。しかし、少なくとも１つの動作パラメータの値域を指定することも可能である。この値域は、値域内のそれぞれの値の頻度を示す重み付け関数と組み合わせて与えられることも可能である。この重み付けされた動作値範囲は、動作サイクルと呼ばれることもある。

最適化ツールは、好ましくは、少なくとも１つの制約Ｃ、モデルパラメータの初期化値セットＰｏ、および／または、さらなるオプションの入力パラメータとして構成入力Ｌを受け取る。最適化ツールは、好ましくはヒューマン・マシン・インターフェースまたはマシン・ツー・マシン・インターフェース、好ましくはスクリーンおよび／またはキーボード、タッチセンサ、マウスなどの入力装置を備えたコンピュータ・ユーザー・インターフェースを介して入力パラメータを受信する。データの視覚的表現（チャート、テーブルなど）を含む出力パラメータも、同じインターフェースを介して渡されることができる。構成入力Ｌは、以下に示されるすべての構成可能なパラメータに関するユーザ選択に関連するすべての入力パラメータを示す。

モデル化手段Ｍは、電気機械装置をモデル化するように構成される。モデル化手段Ｍは、好ましくは、電気機械装置をモデル化するための装置モデルを含む。モデル化手段Ｍおよび／または装置モデルは、装置の電磁的挙動および機械的挙動をモデル化するように構成される。装置モデルは、数値的および／または解析的であることができる。好ましくは、装置モデルは、数値的モデルと解析的モデルとを組み合わせる。装置モデルは、モデルパラメータのセットによって記述される。モデルパラメータのセットは、好ましくは、ステータのパラメータ、ロータのパラメータ、磁気アセンブリ２０のパラメータ、巻線アセンブリのパラメータ、および／またはギャップ３０のパラメータ（例えば、上述のように）を含む。モデルパラメータのセットは、好ましくは少なくとも５、好ましくは少なくとも１０、好ましくは少なくとも２０、好ましくは少なくとも３０の異なるモデルパラメータを含む。モデルパラメータのセットの値は、好ましくは、許容されるモデルパラメータ空間によって制限される。許可されたモデルパラメータ空間には、例えば、ロータがステータの内側に配置されている場合、ロータの外側の寸法がステータの内側の寸法よりも小さくなければならないなど、装置自体によって提供されるすべての制約が含まれる（入力を介して構成可能ではない）。モデルパラメータの許容されるモデルパラメータ空間は、離散的であっても連続的であってもよい。例えば、ギャップ３０の厚さに関する値は、かなり連続的であり、回路基板のスタックアップに関する値は、プロバイダまたは製造機械によって可能な積み重ねのみを許容する、かなり離散的である。許容されるモデルパラメータ空間は、ユーザが入力した制約Ｃによって、さらにサブモデルパラメータ空間に制限されることができる。１つのモデルパラメータに対する制約は、このモデルパラメータを固定値に設定することができ、またはモデルパラメータをある値域またはいくつかの値域に制限することができる。モデル化手段Ｍおよび／または装置モデルは、動作パラメータＯＰに基づき、かつ最適化手段Ｏから受け取ったモデルパラメータの値のセットＰｉに基づいて、装置の電磁的挙動および機械的挙動をモデル化するように構成される。モデル化手段Ｍおよび／または装置モデルは、動作パラメータＯＰおよびモデルパラメータの値のセットＰｉに基づいて結果値Ｒｉを決定するように構成される。少なくとも１つの動作パラメータＯＰに対して値範囲が与えられた場合、結果値Ｒｉは、少なくとも１つの動作パラメータＯＰの値範囲に基づいて、好ましくは少なくとも１つの動作パラメータの値範囲の複数の実現に基づいて計算される。好ましくは、結果値Ｒｉは、平均に基づいて、好ましくは、入力パラメータとして受け取った重み付け関数に基づく複数の実現から生じる結果値Ｒｉの加重平均に基づいて計算される。結果値Ｒｉは、以下でより詳細に説明される最適化関数を計算するように構成される。結果値Ｒｉは、さらに、最適化関数自体であり得る。好ましくは、結果値Ｒｉは、最適化されたモータの評価に必要な全ての値を含む。しかし、結果値（または結果値）Ｒｉが、最適化関数を計算するために必要な値のみを含み、最後の最適化反復に中またはその後にのみ、装置にとって関心のある残りの結果値Ｒｆが計算され、任意に値Ｒｆを出すこともまた可能である。結果値ＲｉまたはＲｆは、損失、トルク、速度、磁場、抵抗、機械摩擦、空気力学的摩擦、モータのサイズ、モータの重量等とすることができる。好ましくは、最適化ツール１００、モデル化手段Ｍおよび／または装置モデルは、好ましくは、モデルパラメータの異なるセットをそれぞれ有する異なる装置モデルの中からユーザが選択するように構成可能である。異なる装置モデルは、例えば、ＡＣ装置またはＤＣ装置、ブラシ付き装置またはブラシレス装置、ロータに磁気アセンブリ２０、ステータに巻線アセンブリ４０を有する装置またはその逆などを区別することができる。好ましくは、最適化ツール１００、モデル化手段Ｍおよび／または装置モデルは、モデルパラメータのうちどれが最適化可能で、どのパラメータが制約されるかをユーザが選択できるように設定可能であることが好ましい。好ましくは、モデルパラメータの少なくとも５０％、好ましくは少なくとも６０％、好ましくは少なくとも７０％、好ましくは少なくとも８０％、好ましくは少なくとも９０％、好ましくはすべてが、（ユーザ選択により）最適化可能および／または拘束可能である。

最適化手段（またはオプティマイザ）Ｏは、異なる最適化サイクルｉにおいて最適化プロセスを繰り返すように構成される。好ましくは、最適化プロセスは反復的または再帰的に繰り返される。最適化手段Ｏは、各最適化サイクルｉにおいて、モデルパラメータの値Ｐｉのセットを決定し、値Ｐｉのセットをモデル化手段Ｍに送り、得られた値Ｒｉを受け取り、Ｒｉに基づいて最適化関数を計算し、最適化関数の結果を、少なくとも１つ前の最適化サイクルと比較する、という処理を繰り返す。最適化サイクルの詳細は、最適化アルゴリズムで定義される。任意の標準的な最適化アルゴリズムまたはカスタマイズされた最適化アルゴリズムが使用され得る。一実施形態において、最適化手段Ｏは、遺伝的最適化アルゴリズムを使用する。好ましくは、遺伝的最適化アルゴリズムを使用するオプティマイザは、各最適化サイクルにおいて、ｉ番目のサイクルのモデル化パラメータに対する複数のｋ個の値のセットＰｉｋを使用する。一実施形態において、決定論的最適化アルゴリズムが使用される。好ましくは、最適化ツール１００または最適化手段Ｏは、異なる最適化アルゴリズム間、好ましくは特に決定論的なものと遺伝的なものとの間で構成可能である。最適化アルゴリズムは、好ましくは、１つまたは複数の最適化関数を最小化するパラメータの値の検索を実行する。しかし、最適化関数を最大化する最適化アルゴリズムが定義され、最適な値を見つけることができる。

最初の最適化サイクルの値のセットＰｉは、ランダムに選択されるか、初期化値のセットに基づいて選択されるか、過去の値に基づいて選択されるか、またはオプティマイザに格納される他の何らかの規則に基づいて選択されるかのいずれかである。後続の最適化サイクルの値のセットＰｉは、好ましくは、前の最適化サイクルの値のセットＰｉ－１に基づき、および／または前の最適化サイクルの最適化関数に基づく。値のセットＰｉはまた、ランダムに選択することもできる（例えば、遺伝的最適化アルゴリズムで選択される）。

最適化手段Ｏは、モデル化手段Ｍから結果値Ｒｉを受け取り、受け取った結果Ｒｉに基づいて最適化関数ｆ（Ｒｉ）を計算する。非常に単純なケースでは、最適化関数は、モデル化手段Ｍから受け取った直接の結果Ｒｉであることが可能である。最適化関数は、好ましくは、次のパラメータのうちの１つ以上に依存する：装置のジュール損失、（以下、「装置の」を省略）不平衡電流損失、渦電流損失、ヒステリシス損失、空気力学的損失、機械損失、モータのトルクまたは力、モータ定数ｋｐ、装置の体積、装置の質量、リップル（トルクの振動）、コストまたは調達情報。最適化関数は、特定の最適化パラメータを最大化または最小化するように定義される。つまり、オプティマイザは、最適化パラメータが最小または最大になるように、モデルパラメータＰｉの値を最適化し続けることを意味する。このように、最適化関数は、最適化パラメータに依存する。最適化関数は、さらに、オプティマイザによって最小化または最大化されない、さらなるモデルパラメータまたは制約パラメータに依存することができる。例えば、総損失を閾値以下に抑えるという制約の下でモータトルクを最大化する最適化関数は、総損失を最小化せず、最適化における総損失を単に制約することになる。最適化関数は、次のいずれかであることが好ましい。

一実施形態において、最適化関数は、モータ定数ｋｐが最大化されるように定義される。モータ定数ｋｐは、好ましくは、モータトルクと、モータの損失、特にモータのジュール損失とに依存する。好ましくは、最適化定数は、モータトルクと、損失に依存する値、好ましくは損失に依存する値の平方根との比に依存する。損失に依存する値は、好ましくは、ジュール損失である。ジュール損失は、巻線導体、特に巻線導体トラックにおける電気抵抗に起因する損失を指す。一実施形態において、最適化関数は、全損失が最小化されるように定義される。この場合、モータトルクおよびモータ速度は、好ましくは入力動作パラメータとして与えられる。総損失は、好ましくは、ジュール損失、不平衡電流損失、渦電流損失、ヒステリシス損失、空気力学的損失および機械的損失の１つ、２つ、３つ以上またはすべてを含む。渦電流（フーコー電流とも呼ばれる）は、導体内の磁場の変化または時間発展によって導体内に誘起される電流（循環電流）のループである。渦電流損失は、装置内の渦電流によって引き起こされる損失である。渦電流は、巻線導体や装置の他の導電性部分に現れることがある。したがって、渦電流損失は通常、導体渦電流損失（巻線導体に生じる）と残りの渦電流損失（装置の他の導電部分に生じる）を含む。不平衡電流とは、特にコイルアセンブリで複数の平行導体トラックを使用する場合に、巻線導体の異なる部分における異なる磁場による電圧差によって生じる電流のことである。不平衡電流損失とは、巻線導体に流れる不平衡電流によって引き起こされる装置の損失を指す。ヒステリシス損失とは、強磁性体部品、特にステータヨーク５０とロータヨーク１０におけるヒステリシス損失を指す。空力的損失は、ギャップ３０内のロータによって引き起こされる空力的摩擦によって引き起こされる装置の損失を指す。機械的損失は、装置の機械部品、特にロータの軸受および／またはブラシ（ある場合）に起因する損失を意味する。総損失は、好ましくは、ジュール損失、不平衡電流損失、渦電流損失、ヒステリシス損失、空気力学的損失および機械的損失の２つ以上の線形結合／加重和に依存する。

一実施形態において、最適化関数は、与えられた総損失量または温度に対してモータトルクが最大化されるように定義される。好ましい実施形態では、最適化関数は、モータまたはモータが組み込まれる製品のある点または領域における所定の最大温度に対して、モータトルクが最大化されるように定義される。この場合、全損失量または温度（点または領域における）およびモータ速度は、入力動作パラメータとして与えられることが好ましい。

一実施形態において、最適化関数は、モータのサイズおよび／または重量が最小化されるように定義される。この場合、入力動作パラメータとして、好ましくはモータトルクおよびモータ速度が与えられる。

一実施形態において、最適化関数は、モータの体積密度あたりのトルクまたは質量密度あたりのトルクが最大化されるように定義される。この場合、入力動作パラメータとして、好ましくは、モータトルクおよびモータ速度が与えられる。

一実施形態において、最適化関数は、トルク振動が最小化されるように定義される。この場合、入力動作パラメータとして、好ましくはモータトルクおよびモータ速度が与えられる。

一実施形態において、最適化関数は、ロータのイナーシャが最適化されるように、好ましくは最小化されるように定義される。

一実施形態において、最適化関数は、モータの所定の点またはサブ領域における温度が最小化されるように定義される。

一実施形態において、最適化関数は、電気機械装置の１つまたは複数の部品のコストが最小化されるように定義される。この場合、電気機械装置の１つまたは複数の部品のコストまたは調達情報は、好ましくは入力動作パラメータとして与えられる。コストには、購入コスト、製造コスト、または人件費が含まれることがある。調達情報には、リードタイム、サプライヤー情報、ロジスティクス情報などが含まれる場合がある。

一実施形態において、最適化は、上述した最適化関数のうちの１つの単一の関数に基づいて行われる。別の実施形態では、最適化は、同じ最適化プロセスにおける２つ以上の最適化関数に基づくものである。一実施形態において、２つ以上の最適化関数に基づく最適化は、最適化アルゴリズムが、２つ以上の最適化関数、好ましくは２つ以上の上述の最適化関数を考慮した双目的または多目的最適化を実行することに基づくものである。別の実施形態では、２つ以上の最適化関数に基づく最適化は、２つ以上の上述の最適化関数の線形結合によって形成される最適化関数を使用する（単目的）最適化に基づくものである。好ましくは、ユーザは、最適化が１つのみの最適化関数に基づくか、２つ以上の最適化関数に基づくかを、選択することができる。好ましくは、どの最適化関数を選択および／または組み合わせるか、および／または、どのように組み合わせるか（各最適化関数の重み）を、ユーザが選択することができる。

最適化手段Ｏまたは最適化ツール１００は、好ましくは、ユーザが異なる最適化関数の中から、好ましくは１つまたは複数の上述した最適化関数間を選択できるように構成可能である。最適化手段Ｏまたは最適化ツール１００は、好ましくは、ユーザが、１つの最適化関数のみに基づく単目的最適化アルゴリズムと、少なくとも２つの最適化関数に基づく双目的最適化アルゴリズムとの間で選択できるように構成可能である。

最適化手段Ｏは、最適化サイクルを停止し、モデルパラメータの最終値セットＰｆを与えるための停止基準を含むことが好ましい。停止基準は、例えば、（最後のｎ個の最適化サイクル内で）最適化関数がそれ以上改善されないか、またはある閾値より少なく改善されることであり得る。停止基準はまた、サイクルの最大数である可能性もある。オプティマイザは、停止基準を検出した後、モデルパラメータの最終値セットＰｆを出力する。

最終値セットＰｆは、回路基板を定義するモデルパラメータ（回路基板パラメータ）に対する第１値セットＰｆｗと、他のモデルパラメータに対する第２値セットＰｆｏとを含む。第１値セットＰｆｗは、最適化結果にしたがって回路基板を製造するために使用され、第２値セットＰｆｏは、最適化結果にしたがって装置の他の部品を製造し、最適化結果にしたがって回路基板を形成し、最適化結果にしたがって装置を組み立てるために使用される。

好ましい実施形態において、オプティマイザは、巻線アセンブリ４０のパラメータおよび残りの装置のパラメータを最適化する。巻線アセンブリ４０の設計は、残りの装置と高度に相互作用することが分かった。巻線アセンブリ４０を最適化するだけでは、最適化の結果は制限される。両方を同時に最適化することで、最適化された装置の性能は大幅に改善される。しかし、別の実施形態において、巻線アセンブリ４０または回路基板のパラメータのみを最適化することも可能である。

上記の最適化手段Ｏは、モデルパラメータＰによって定義された装置モデル化手段Ｍを使用する（従来のパラメトリック・オプティマイザ）。しかし、最適化手段Ｏは、電気機械装置またはその一部の設計を最適化するために、生成的な設計を使用することもできる（生成的な設計オプティマイザ）。ロータヨーク１０用の固体円筒形リングの代わりに、重量、コストおよび安定性のための最適なパラメトリック・オプティマイザ設計最適化が使用され得る。回路基板上の巻線導体トラックの設計に固定トポロジを使用し、トポロジのパラメータを最適化する代わりに、巻線導体トラックの最適トポロジを見つけるために生成的な設計を使用することができる。生成的設計とは、電気機械装置内、ロータ内、ステータ内、磁気アセンブリ２０内、巻線アセンブリ４０内、回路基板内の二次元または三次元の位置空間において、位置空間内の各位置点がその材料またはその装置機能を変化させることができることを意味する。装置機能は、位置点が磁気アセンブリ２０、巻線アセンブリ４０、ギャップ３０、ロータヨーク１０、ステータヨーク５０、ロータおよび／またはステータに属することである。このように、生成的設計は、固定されたトポロジのパラメータを最適化するだけでなく、新しいトポロジを作成することによって、トポロジを最適化することができる。これは、人間の論理の制約によってではなく、最適化手段Ｏに与えられた電気機械的制約によってのみ制限される、本当に最適な部品を導くことができる。これは、最適化手段Ｏがパラメトリック・オプティマイザとジェネレーティブ・オプティマイザとを含むように、上述のパラメトリック・オプティマイザと組み合わせることができる。２つのオプティマイザは、生成設計オプティマイザの最後の生成最適化ステップ／サイクルから生成設計を使用してパラメトリック・オプティマイザの１つまたは複数のパラメトリック最適化サイクルを実行し、その後、生成設計オプティマイザの最後のパラメトリック最適化ステップ／サイクルからパラメトリック設計を使用して生成オプティマイザの１つまたは複数の生成最適化サイクルを実行するなどして結合されることが可能である。

最適化ツール１００は、好ましくは温度モデルＴを含む。温度モデルＴは、モデルパラメータの最終値セットＰｆおよび最終結果値Ｒｆに基づいて電気機械装置の温度を計算し、装置の温度Ｔｆを与える。この温度は、平均値であることも、装置上の温度フィールドであることもあり得る。温度モデルＴは、最適化された装置の温度をより良く理解するのに役立つ。別の実施形態では、温度が最適化関数に関連するパラメータである場合、温度モデルはモデル化手段Ｍの一部である可能性がある。

コンピュータ化最適化ツール１００は、好ましくは、コンピュータまたはプロセッサまたはチップ上で実行されるソフトウェアである。コンピュータは、サーバでもあり得る。コンピュータまたはプロセッサは、クラウドコンピューティングまたはデータ処理センターにおけるように、複数のサブ処理装置を含むことができる。コンピュータ化された最適化ツール１００は、チップ、コンピュータ、または専用の最適化装置などの装置であってもよい。また、コンピュータ化最適化ツール１００は、上述したソフトウェアを格納したソフトウェア製品であることもできる。

図２は、さらにコンピュータされた変換ツール２００を示す図である。

コンピュータ化された変換ツール２００は、第１変換器Ｃ１を備える。コンピュータ化された変換ツール２００、特に第１変換器Ｃ１は、コンピュータ化された最適化ツール１００からの巻線アセンブリ４０の最適化設計、すなわち巻線アセンブリ４０または回路基板のモデルパラメータのセットの値Ｐｆｗを回路基板の設計Ｄに変換するよう構成される。回路基板の設計Ｄは、（ｉ）導体トラック、および／または（ｉｉ）回路基板の異なる導体層上の導体トラックを接続するコネクタ、および／または（ｉｉｉ）基板の材料、位置および／または寸法を含む。回路基板の設計Ｄ、特に導体トラックの設計は、巻線アセンブリ４０の設計、特に最適化手段Ｏで使用される巻線導体トラックと区別される。最適化手段Ｏでは、導体をより容易にモデル化するために導体についていくつかの近似がなされることがあり、および／または回路基板の製造に用いられる回路基板の設計Ｄでは、例えば回路基板の製造機械からの追加の制約が存在する。好ましくは、コンピュータ化された変換ツール２００は、第２変換器Ｃ２を含む。第２変換器Ｃ２および／またはコンピュータ化された変換ツール２００は、回路基板の設計を、回路基板を製造するための少なくとも１つの製造機械３００によって読み取り可能な少なくとも１つのファイルＦに変換する。最適化された設計に従った導体トラックおよび／またはコネクタを有する回路基板は、次に、変換された回路基板の設計Ｄに基づいて製造され、好ましくは、ファイルＦに基づいて製造機械３００によって製造される。ファイルＦは、好ましくは複数のファイル、好ましくは、（ｉ）少なくとも二つの導体層上の導体トラックおよび／または位置を定義する少なくとも一つの第２ファイル、並びに（ｉｉ）少なくとも二つの導体層間のコネクタ、並びに（ｉｉｉ）基板の材料、位置および／または寸法を定義する少なくとも一つの第１ファイルを含む。少なくとも１つの第１ファイルは、好ましくは少なくとも２つの第１ファイルを含む、各第１ファイルは、少なくとも２つの導体層のうちの１つの導体層の導体トラックの位置および／または寸法を含む。第１ファイルは、好ましくは、ゲルバー・ファイルである。少なくとも１つの第２ファイルは、好ましくは、ＤＲＩＬＬファイルである。少なくとも１つの第２ファイルは、好ましくは、使用されるコネクタまたはビアのタイプごとに別々のファイルを含む。好ましくは、少なくとも１つのファイルＦは、巻線アセンブリ４０の最適化された設計にしたがって回路基板を製造するための製造機械３００に送られる。

上述のように、回路基板は、好ましくは、多数の回路基板層を重ね合わせることによって、巻線アセンブリ４０に形成される。これは、フレキシブルな回路基板、折り畳み可能な回路基板、または多数の分離したサブ回路基板を含む回路基板によって実現することができる。各回路基板層は、回路基板の異なる（表面）領域に対応する。コンピュータ化された変換ツール２００は、異なる領域における導体トラック間の距離が、その領域が配置されている回路基板層に基づいて適合されるように、巻線アセンブリ４０の最適化設計を回路基板の設計に変換するように構成されることが好ましい。この考慮は、最適化ツール１００では複雑すぎる可能性があり、したがって、変換ツール２００で実現するのがはるかに容易である。導体トラック間の距離は、隣接する導体トラック、好ましくは回路基板の同じ側の導体トラックを指す。場合によっては、変換ツールが、回路基板の異なる側の導体間の距離を変更することも可能である。距離は、好ましくは、常に、回路基板の平面またはこの平面に平行な任意の平面において測定される。

一実施形態において、回路基板はフレキシブル回路基板であり、巻線アセンブリ４０は、フレキシブル回路基板の異なる領域が異なる半径を有する回路基板層で重ね合わせられるように、製造されたフレキシブル回路基板を巻くことによって形成される。好ましくは、巻線アセンブリ４０の最適化設計は、巻線アセンブリ４０の最適化設計において角度的に整列される導体トラックが、ロールされた回路基板によって作成された巻線アセンブリ４０においても整列されるように、異なる領域の導体トラック間の距離が、それぞれの領域に対応する回路基板層の半径に適合するように回路基板の設計に変換される。この小さな変換ステップによって、最適化された装置の性能が向上することが示される。

一実施形態において、巻線アセンブリ４０の最適化設計は、異なる領域における導体トラック間の距離が、導体トラックが磁気方向において定義された位置ずれに従うように回路基板層に基づいて適合されるように、回路基板の設計に変換される。この位置ずれは、最適化ツール１００からの装置の最適化された設計と比較し、ロール状の回路基板の導体トラックのある角度の位置ずれであり得る。このような合わせズレは、例えば、電磁波コヒーレンスに対するフィルタなど、電磁波ノイズに対するフィルタのように機能する。角度的な位置ずれは、最適化された設計において角度的に整列された導体トラックが、変換された設計において、回路層から回路層への一定の角度差を有することが可能である。同様の位置ずれは、積層または折り畳まれた回路基板層を有する線形機械または軸方向磁束回転機械においても発生される可能性がある。

コンピュータ化された変換ツール２００は、好ましくは、コンピュータまたはプロセッサまたはチップ上で実行されるソフトウェアである。コンピュータは、サーバでもあり得る。コンピュータまたはプロセッサは、クラウドコンピューティングまたはデータ処理センターのように、複数のサブ処理装置を含むことができる。コンピュータ化された変換ツール２００は、チップ、コンピュータ、または専用のオプティマイザなどの装置であることも可能である。また、コンピュータ化された変換ツール２００は、上述したソフトウェアを格納したソフトウェアまたはＳａａＳ製品であり得る。コンピュータ化された変換ツール２００は、コンピュータ化最適化ツール１００と同じソフトウェアである可能性もあるし、別個のソフトウェアである可能性もある。後者の場合、２つの別個のソフトウェアは、同じプロセッサまたは同じコンピュータにインストールされ得るし、異なるコンピュータまたはプロセッサにインストールされることもできる。

図２は、巻線アセンブリ４０のための回路基板を製造するための最適化ツール１００、変換ツール２００および製造機械３００を備えるシステムを示す。

このシステムおよび最適化ツールにより、非常に短時間で、人間とのインタラクションがほとんどまたはまったくない状態で、従来技術より優れた新しい電気機械装置を開発することができる。開発された電気機械装置は、少量の用途であっても個性化することができ、著しく改善された性能を示す。巻線アセンブリ４０用の装置の開発および回路基板の製造は、開発が迅速かつ容易であるように、完全にまたは少なくとも高度に自動化することができる。

図３は、巻線アセンブリ４０および電気機械装置の製造方法を示す図である。

ステップＳ１において、電気機械装置の設計は、上述したコンピュータ化された最適化ツール１００で最適化される。好ましくは、最適化ツール１００の入力パラメータ、特に電気機械装置が動作すべき動作パラメータＯＰがコンピュータ化された最適化ツール１００に入力される。好ましくは、電気機械装置の制約条件も、サイズ、最高温度、重量などのように定義される。好ましくは、最適化ツール１００は、例えば、最適化関数、装置モデル、最適化アルゴリズムなどを選択することによって、構成入力Ｌを使用して構成される。そして、最適化ツール１００は、電気機械装置を最適化し、電気機械装置の最適化された設計のためのモデルパラメータＰｆを出力する。

ステップＳ２では、回路基板に関連するモデルパラメータＰｆｗは、上述の変換ツール２００において、回路基板の設計Ｄに変換され、好ましくは、回路基板の製造機械３００が読み取り可能な設計Ｄを有するファイルＦに変換される。

ステップＳ３において、回路基板は、巻線アセンブリ４０の最適化された設計に基づいて、好ましくは回路基板の変換された設計Ｄに基づいて、好ましくはファイルＦに基づいて製造される。巻線アセンブリ４０は、少なくとも１つの製造機械によって製造されることが好ましい。

ステップＳ４において、巻線アセンブリ４０は、コンピュータ化された最適化ツール１００からの巻線アセンブリ４０（Ｐｆによって決定される）の最適化された設計に従って製造された回路基板で形成される。一実施形態において、製造されたフレキシブル回路基板は、円筒形巻線アセンブリ４０、好ましくは中空円筒形巻線アセンブリ４０を得るために巻かれる。形成される巻線アセンブリ４０の内半径、外半径および／または回路基板層の数は、最適化ツールの出力Ｐｆによって定義される。しかし、回路基板から巻線アセンブリ４０を得るための他の形成工程も可能である。ステップＳ３およびＳ４は、最終的に１つのステップに組み合わせることができる。

ステップＳ１～ステップＳ４では、巻線アセンブリ４０の開発（または最適化）及び製造の方法について説明する。

ステップＳ５では、電気機械装置を組み立てる。これは、磁気アセンブリ２０、ステータ（ヨーク）、ロータ（ヨーク）など、最適化ツール１００からの最適化設計に従った電気機械装置の残りの部分の製造や調達が含まれる。巻線アセンブリ４０および残りの部品は、最適化ツール１００の装置モデルで予測されるように組み立てられる。

ステップＳ１～ステップＳ５では、電気機械式装置の開発（または最適化）および製造の方法について説明する。

本発明は、記載された実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲から外れることなく変形を適用することができることを理解されたい。

Claims (18)

1. 電気機械装置用の巻線アセンブリ（４０）を製造する方法であって、前記巻線アセンブリ（４０）は、前記電気機械装置を動作させる動作電流を伝導するように構成される巻線導体トラックを有する回路基板を備え、
   前記方法は、最適化ステップと、製造ステップと、形成ステップとを備え、
   前記最適化ステップでは、コンピュータ化された最適化ツールにおいて、前記巻線アセンブリ（４０）の設計を最適化し、
   前記製造ステップでは、前記巻線アセンブリ（４０）の最適化された前記設計にしたがって、前記巻線導体トラックを有する前記回路基板を製造し、
   前記形成ステップでは、製造された前記回路基板を用いて前記電気機械装置の前記巻線アセンブリ（４０）を形成し、
   前記巻線アセンブリ（４０）の前記設計は、最適化関数に基づいて前記コンピュータ化された最適化ツールにおいて最適化され、前記最適化関数は、第１最適化関数、第２最適化関数、第３最適化関数、第４最適化関数、第５最適化関数、第６最適化関数のうちの少なくとも１つを含み、
   前記第１最適化関数は、総損失が最小化されるように定義され、ここで前記総損失は、ジュール損失、不平衡電流損失、導体トラック内の渦電流損失、導体トラック外の渦電流損失、ヒステリシス損失、空力的損失、および機械的損失のうちの２つ以上を含み、
   前記第２最適化関数は、前記電気機械装置または前記電気機械装置を組み込んだ製品の特定の点または領域の温度が最高温度を超えないという制約のもとで、前記電気機械装置のモータトルクが最大化されるように定義され、
   前記第３最適化関数は、前記電気機械装置のサイズおよび／または重量を最小化されるように定義され、
   前記第４最適化関数は、前記電気機械装置のロータのイナーシャが最適化されるように定義され、
   前記第５最適化関数は、前記電気機械装置の体積密度あたりのモータトルクまたは質量密度あたりのトルクが最大化されるように定義され、
   前記第６最適化関数は、前記電気機械装置の外部磁界が最小化されるように定義される、
   方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記最適化関数は、前記総損失が最小化されるように定義され、ここで前記総損失は、前記ジュール損失、前記不平衡電流損失、前記導体トラック内の前記渦電流損失、前記導体トラック外の前記渦電流損失、前記ヒステリシス損失、前記空力的損失、および前記機械的損失のうちの少なくとも２つを含む、
   方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の方法において、
   前記最適化関数は、前記総損失が最小化されるように定義され、ここで前記総損失は、前記ジュール損失、前記不平衡電流損失、前記導体トラック内の前記渦電流損失、前記導体トラック外の前記渦電流損失、前記ヒステリシス損失、前記空力的損失、および前記機械的損失のうちの少なくとも２つの線形結合である、
   方法。
4. 請求項１～請求項３の何れか１つに記載の方法において、
   前記コンピュータ化された最適化ツールは、以下の（ｉ）～（ｘ）の少なくとも１つに基づいて前記巻線アセンブリ（４０）の設計を最適化するように構成される、
   （ｉ）前記導体トラックの断面の方向または寸法パラメータ、
   （ｉｉ）並列または直列に接続された前記導体トラックの数、
   （ｉｉｉ）１つまたは複数の前記導体トラックの厚さ、
   （ｉｖ）前記巻線アセンブリ（４０）の寸法、
   （ｖ）前記回路基板の重ね合わせ、
   （ｖｉ）回路基板の任意の基板の断面の方向または寸法パラメータ、
   （ｖｉｉ）コイルアセンブリの接続、
   （ｖｉｉｉ）前記コイルアセンブリの数、
   （ｉｘ）前記回路基板または前記基板の材料、
   （ｘ）巻線端末の数および巻線端末の位置、
   方法。
5. 請求項１～請求項４の何れか１つに記載の方法において、
   変換ステップを備え、
   コンピュータ化された変換ツールにおいて、
   前記巻線アセンブリ（４０）の最適化された設計を、（ｉ）前記導体トラック、および／または（ｉｉ）前記回路基板における前記導体トラックの異なる層を接続する前記コネクタ、および／または（ｉｉｉ）前記回路基板の位置および寸法を含む前記回路基板の設計に変換し、ここで、前記巻線アセンブリ（４０）の前記最適化された設計のための前記導体トラックを有する前記回路基板は、前記回路基板の変換された設計に基づいて製造される、
   方法。
6. 請求項５に記載の方法において、
   変換ステップと、送信ステップと、を備え、
   前記変換ステップでは、前記コンピュータ化された変換ツールにおいて、前記回路基板の前記設計を、少なくとも１つの製造機械によって読み取り可能な少なくとも１のファイルに変換し、
   前記送信ステップでは、前記少なくとも１つのファイルを前記少なくとも１つの製造機械に送信し、
   前記巻線アセンブリ（４０）の前記最適化された設計のための前記導体トラックを有する前記回路基板は、前記少なくとも１つのファイルに基づいて前記少なくとも１つの製造機械で製造される、
   方法。
7. 請求項５または請求項６に記載の方法において、
   前記巻線アセンブリ（４０）は、複数の回路基板層の重ね合わせを含み、
   それぞれの前記回路基板層は、前記回路基板の異なる領域に対応し、
   前記異なる領域における前記導体トラック間の距離が、前記領域が前記巻線アセンブリ（４０）内に配置される前記回路基板層に基づいて適合されるように、前記巻線アセンブリ（４０）の前記最適化された設計は、前記回路基板の前記設計に変換される、
   方法。
8. 請求項７に記載の方法において、
   前記巻線アセンブリ（４０）の前記最適化された設計は、前記異なる領域における前記導体トラック間の前記距離が、前記導体トラックが磁気方向において定義された不整列に従うように前記回路基板層に基づいて適合されるように、前記回路基板の前記設計に変換される、
   方法。
9. 請求項１～請求項８の何れか１つに記載の方法において、
   前記コンピュータ化された最適化ツールは、前記電気機械装置の機械的挙動および／または電磁気的挙動をモデル化する前記電気機械装置の装置モデルを備え、ここで、
   前記電気機械装置の前記モデルは、許容モデルパラメータ空間におけるモデルパラメータのセットによって定義され、
   前記コンピュータ化された最適化ツールは、前記電気機械装置の少なくとも１つの動作パラメータを受けるように構成され、
   前記巻線アセンブリ（４０）の前記設計は、前記モデルパラメータのセットに対して異なる値セットを用いて異なる最適化サイクルを繰り返すことによって前記コンピュータ化された最適化ツールで最適化され、
   それぞれの前記最適化サイクルは、それぞれの前記最適化サイクルの前記モデルパラメータのセットに対応する値セットを用いて、決定ステップと、計算ステップと、比較ステップとを含み、
   前記決定ステップでは、少なくとも１つの前記動作パラメータに関する装置モデルと、実際の前記最適化サイクルの前記値セットとに基づいて、前記電気機械装置の前記機械的挙動および前記電磁気的挙動を決定し、
   前記計算ステップでは、前記決定された機械的挙動および／または前記電磁気的挙動に基づいて、最適化関数の結果を計算し、
   前記比較ステップでは、過去最適化サイクルがある場合、前記最適化関数の結果を少なくとも１つの前記過去最適化サイクルの最適化関数の少なくとも１つの結果と比較する、
   方法。
10. 請求項９に記載の方法において、
    前記コンピュータ化された最適化ツールは、前記機械モデルのモデルパラメータのセットの５０％以上が、制約状態および自由状態から選択できる構成可能なモデルパラメータであるように構成され、
    前記制約状態に構成されるそれぞれの前記構成可能なモデルパラメータの最適化は、前記許容モデルパラメータ空間の下位モデルパラメータ空間に限られ、前記自由状態に構成されるそれぞれの前記構成可能なモデルパラメータの最適化は、前記許容モデルパラメータ空間において自由に最適化可能である、
    方法。
11. 請求項１～請求項１０の何れか１つに記載の方法において、
    前記コンピュータ化された最適化ツールは、異なる最適化関数の中から最適化関数を選択できるように構成される、
    方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、
    前記異なる最適化関数は、前記第１最適化関数、前記第２最適化関数、前記第３最適化関数、前記第４最適化関数、前記第５最適化関数、前記第６最適化関数、第７最適化関数、第８最適化関数、第９最適化関数のうちの２つ以上を備え、
    前記第７最適化関数は、前記電気機械装置のモータトルクが最大総損失の制約下で最大化されるように定義され、
    前記第８最適化関数は、前記電気機械装置または前記電気機械装置を組み込んだ製品の特定の点または領域の温度が最小化されるように定義され、
    前記第９最適化関数は、特定のサイクルまたは完全なミッションプロファイルで消費されるエネルギーが最小化されるように定義される、
    方法。
13. 請求項１２に記載の方法において、
    前記コンピュータ化された最適化ツール（１００）は、前記異なる最適化関数のうちの１つに基づく最適化と、前記異なる最適化関数のうちの少なくとも２つに基づく最適化との間で、ユーザが選択できるように構成される、
    方法。
14. 巻線アセンブリ（４０）を備える電気機械装置を製造する方法であって、
    前記方法は、形成ステップと、組立ステップとを備え、
    前記形成ステップでは、請求項１～請求項１３の何れか１つに記載の方法の前記巻線アセンブリ（４０）を形成し、
    前記組立ステップでは、前記巻線アセンブリ（４０）を用いて前記電気機械装置を組み立てる、
    方法。
15. 請求項１～請求項１４の何れか１つに記載の方法において、
    前記コンピュータ化された最適化ツールは、前記巻線アセンブリ（４０）の最適化と残りの前記電気機械装置の前記設計との組み合わせに基づいて、前記電気機械装置を最適化するように構成される、
    方法。
16. 電気機械装置であって、
    請求項１４または請求項１５に記載の方法によって形成される、
    もの。
17. 回路基板または巻線アセンブリ（４０）であって、
    請求項１～請求項１３の何れか１つに記載の方法によって製造される、
    もの。
18. 導体トラックを有する回路基板によって形成される巻線アセンブリ（４０）を備える最適化された電気機械装置を開発するためのコンピュータプログラムであって、
    前記コンピュータプログラムは、プロセッサで実行されると、前記巻線アセンブリ（４０）の設計が最適化されるように構成される命令を含み、
    前記巻線アセンブリ（４０）の前記設計は、最適化関数に基づいて最適化され、前記最適化関数は、第１最適化関数、第２最適化関数、第３最適化関数、第４最適化関数、第５最適化関数、第６最適化関数のうちの少なくとも１つを含み、
    前記第１最適化関数は、総損失が最小化されるように定義され、ここで前記総損失は、ジュール損失、不平衡電流損失、導体トラック内の渦電流損失、導体トラック外の渦電流損失、ヒステリシス損失、空力的損失、および機械的損失のうちの２つ以上を含む、
    前記第２最適化関数は、前記電気機械装置または前記電気機械装置を組み込んだ製品の特定の点または領域の温度が最高温度を超えないという制約のもとで、前記電気機械装置のモータトルクが最大化されるように定義され、
    前記第３最適化関数は、前記電気機械装置のサイズおよび／または重量を最小化されるように定義され、
    前記第４最適化関数は、前記電気機械装置のロータのイナーシャが最適化されるように定義され、
    前記第５最適化関数は、前記電気機械装置の体積密度あたりのモータトルクまたは質量密度あたりのトルクが最大化されるように定義され、
    前記第６最適化関数は、前記電気機械装置の外部磁界が最小化されるように定義される、
    もの。