JP7008623B2 - 印刷回路基板固定子における熱管理のための構造および方法 - Google Patents
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Description
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」)および米国仮特許出願第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」)に関連し、両出願に対する優先権を主張し、それらの内容は、あらゆる目的のためにそれらの全体において参照により本明細書に引用される。
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における熱管理の分野に関する。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、電気モータおよび発電機のための印刷回路基板上に作製される固定子における熱管理の分野に関する。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
(項目1)
固定子であって、前記固定子は、
少なくとも1つの誘電層および複数の伝導層を備えている平面複合構造(PCS)であって、前記PCSは、中心原点および周縁によって少なくとも部分的に特徴付けられている、PCSと、
前記PCSの前記中心原点から前記周縁に向かって距離r 1 まで半径方向に延びている複数の第1の伝導要素であって、前記複数の第1の伝導要素は、前記PCS上に角度を付けて配置され、各第1の伝導要素は、好ましい終端構造内で終端されている、複数の第1の伝導要素と、
前記PCSの前記周縁に向かって前記中心原点からの半径r 2 から半径方向に延びている複数の第2の伝導要素であって、前記複数の第2の伝導要素は、前記PCS上に角度を付けて配置されている、複数の第2の伝導要素と
を備え、
前記第1の伝導要素のうちの少なくとも1つは、接続構成に従って、前記好ましい終端構造において前記第2の伝導要素のうちの少なくとも1つに接続されている、固定子。
(項目2)
r 1 <r 2 である、項目1に記載の固定子。
(項目3)
r 1 =r 2 である、項目1に記載の固定子。
(項目4)
前記第1の伝導要素のうちの少なくとも1つは、銅、炭素、または任意の他の導電性材料を含む、項目1に記載の固定子。
(項目5)
前記第2の伝導要素のうちの少なくとも1つは、銅、炭素、または任意の他の熱伝導性材料を含む、項目1に記載の固定子。
(項目6)
前記好ましい終端構造は、ハンマーヘッド構成を含む、項目1に記載の固定子。
(項目7)
前記接続構成は、熱接続を備えている、項目1に記載の固定子。
(項目8)
前記接続構成は、電気接続を備えている、項目1に記載の固定子。
(項目9)
前記第1の伝導要素のうちの少なくとも1つおよび前記第2の伝導要素のうちの少なくとも1つは、異なる伝導層上に位置している、項目1に記載の固定子。
(項目10)
前記接続構成は、熱接続を備えている、項目9に記載の固定子。
(項目11)
前記熱接続は、前記PCSの周縁に向かって前記中心原点からの半径r 3 から半径方向に延び、前記PCS上に角度を付けて配置されている複数の第3の伝導要素を備え、前記第3の伝導要素のうちの少なくとも1つと前記第2の伝導要素のうちの少なくとも1つとは、一致し、それらは、異なる伝導層上に位置している、項目10に記載の固定子。
(項目12)
r 2 <r 3 である、項目11に記載の固定子。
(項目13)
前記接続構成は、電気接続を備えている、項目9に記載の固定子。
(項目14)
前記電気接続は、前記伝導層のうちの1つ上で始まり、前記伝導層のうちの別のもの上で終わる少なくとも1つのビアを備えている、項目13に記載の固定子。
(項目15)
固定子であって、前記固定子は、
少なくとも1つの誘電層および少なくとも1つの伝導層を備えている平面複合構造(PCS)であって、前記PCSは、中心原点および周縁によって少なくとも部分的に特徴付けられている、PCSと、
前記PCSの前記周縁に向かって前記中心原点からの開始半径r 0 から半径方向に延びている複数の第1の伝導要素であって、前記複数の第1の伝導要素は、前記PCS上に角度を付けて配置され、各第1の伝導要素は、好ましい開始構造において始まる、複数の第1の伝導要素と、
前記中心原点からの半径r -1 から前記PCSの中心原点に向かって半径方向に延びている複数の第2の伝導要素であって、前記複数の第2の伝導要素は、前記PCS上に角度を付けて配置されている、複数の第2の伝導要素と
を備え、
前記第1の伝導要素のうちの少なくとも1つは、接続構成に従って、前記好ましい開始構造において前記第2の伝導要素のうちの少なくとも1つに接続されている、固定子。
(項目16)
r -1 <r 0 である、項目15に記載の固定子。
(項目17)
r -1 =r 0 である、項目15に記載の固定子。
(項目18)
前記第1の伝導要素のうちの少なくとも1つは、銅、炭素、または任意の他の導電性材料を含む、項目15に記載の固定子。
(項目19)
前記第2の伝導要素のうちの少なくとも1つは、銅、炭素、または任意の他の熱伝導性材料を含む、項目15に記載の固定子。
(項目20)
前記好ましい開始構造は、半径方向ビアブロック構成を含む、項目15に記載の固定子。
(項目21)
前記接続構成は、熱接続を備えている、項目15に記載の固定子。
(項目22)
前記接続構成は、電気接続を備えている、項目15に記載の固定子。
(項目23)
前記第1の伝導要素のうちの少なくとも1つと前記第2の伝導要素のうちの少なくとも1つとは、異なる伝導層上に位置している、項目15に記載の固定子。
(項目24)
前記接続構成は、熱接続を備えている、項目23に記載の固定子。
(項目25)
前記熱接続は、前記中心原点からの半径r -2 から前記PCSの中心原点に向かって半径方向に延びている複数の第3の伝導要素であって、前記複数の第3の伝導要素は、前記PCS上に角度を付けて配置されている、複数の第3の伝導要素を備え、前記第3の伝導要素のうちの少なくとも1つと前記第2の伝導要素のうちの少なくとも1つとは、一致し、それらは、異なる伝導層上に位置している、項目24に記載の固定子。
(項目26)
r -2 <r -1 である、項目25に記載の固定子。
(項目27)
前記接続構成は、電気接続を備えている、項目23に記載の固定子。
(項目28)
前記電気接続は、前記伝導層のうちの1つ上で始まり、前記伝導層のうちの別のもの上で終わる少なくとも1つのビアを備えている、項目23に記載の固定子。
Claims (15)
- 軸方向束モータまたは発電機の固定子としての使用のために構成された平面複合構造(PCS)であって、前記PCSは、
少なくとも1つの誘電層と、
前記少なくとも1つの誘電層上に角度を付けて配列された第1の細長い伝導要素であって、前記第1の細長い伝導要素のそれぞれは、前記少なくとも1つの誘電層と関連付けられた原点からの第1の半径方向距離と、前記原点からの第2の半径方向距離との間で半径方向に延び、前記第2の半径方向距離は、前記第1の半径方向距離より長い、第1の細長い伝導要素と、
前記少なくとも1つの誘電層上に配置された伝導内側端巻きであって、前記伝導内側端巻きのそれぞれは、前記第1の半径方向距離で前記第1の細長い伝導要素のうちの少なくとも2つの一部間で接続されている、伝導内側端巻きと、
前記少なくとも1つの誘電層上に配置された伝導外側端巻きであって、前記伝導外側端巻きのそれぞれは、前記第2の半径方向距離で前記第1の細長い伝導要素のうちの少なくとも2つの一部間で接続されている、伝導外側端巻きと、
前記少なくとも1つの誘電層上に配置された少なくとも1つの第2の細長い伝導要素であって、前記少なくとも1つの第2の細長い伝導要素は、前記原点からの第3の半径方向距離と、前記原点からの第4の半径方向距離との間で半径方向に延びる、少なくとも1つの第2の細長い伝導要素と
を備え、
前記第4の半径方向距離は、前記第3の半径方向距離より長く、
(a)前記第4の半径方向距離が前記第1の半径方向距離より短いことにより、前記少なくとも1つの第2の細長い伝導要素が前記固定子の内側エリアに配置され、前記少なくとも1つの第2の細長い伝導要素が、開始構造を通して前記第1の細長い伝導要素のうちの少なくとも最初の1つに、前記少なくとも1つの第2の細長い伝導要素もまた前記第1の細長い伝導要素のうちの前記最初の1つに電気的に接続されていることなしに、熱的に接続されていること、または、(b)前記第3の半径方向距離が前記第2の半径方向距離より長いことにより、前記少なくとも1つの第2の細長い伝導要素が前記固定子の周縁エリアに配置され、前記少なくとも1つの第2の細長い伝導要素が、終端構造を通して前記第1の細長い伝導要素のうちの少なくとも最初の1つに、前記少なくとも1つの第2の細長い伝導要素もまた前記第1の細長い伝導要素のうちの前記最初の1つに電気的に接続されていることなしに、熱的に接続されていることのいずれかである、PCS。 - 前記少なくとも1つの誘電層上に配置された少なくとも1つの第3の細長い伝導要素をさらに備え、
前記少なくとも1つの第3の細長い伝導要素は、
前記少なくとも1つの第2の細長い伝導要素のように、前記少なくとも1つの誘電層の反対側上にあり、
前記少なくとも1つの誘電層によって前記少なくとも1つの第3の細長い伝導要素と前記少なくとも1つの第2の細長い伝導要素との間の熱接続を確立するために、前記少なくとも1つの第2の細長い伝導要素の長さの少なくとも一部に沿って延び、
前記第1の細長い伝導要素のうちの前記最初の1つに熱的に接続されている、請求項1に記載のPCS。 - 前記第3の半径方向距離は、前記第2の半径方向距離より長い、請求項1または請求項2に記載のPCS。
- 前記第4の半径方向距離は、前記第1の半径方向距離より短い、請求項1~3のいずれか一項に記載のPCS。
- 軸方向束モータまたは発電機の固定子としての使用のために構成された平面複合構造(PCS)であって、前記PCSは、
少なくとも1つの誘電層と、
前記少なくとも1つの誘電層上に角度を付けて配列された第1の細長い伝導要素であって、前記第1の細長い伝導要素のそれぞれは、前記少なくとも1つの誘電層と関連付けられた原点からの第1の半径方向距離と、前記原点からの第2の半径方向距離との間で半径方向に延び、前記第2の半径方向距離は、前記第1の半径方向距離より長く、前記第1の細長い伝導要素のうちの最初の1つは、前記少なくとも1つの誘電層の第1の表面上に配置され、前記第1の細長い伝導要素のうちの第2の1つは、前記第1の表面と反対の前記少なくとも1つの誘電層の第2の表面上に配置されている、第1の細長い伝導要素と、
前記少なくとも1つの誘電層上に配置された伝導内側端巻きであって、前記伝導内側端巻きのそれぞれは、前記第1の半径方向距離で前記第1の細長い伝導要素のうちの少なくとも2つの一部間で接続されている、伝導内側端巻きと、
前記少なくとも1つの誘電層上に配置された伝導外側端巻きであって、前記伝導外側端巻きのそれぞれは、前記第2の半径方向距離で前記第1の細長い伝導要素のうちの少なくとも2つの一部間で接続されている、伝導外側端巻きと、
前記第1の表面上に配置された終端構造であって、前記終端構造の最初の一部は、前記第2の半径方向距離で前記第1の細長い伝導要素のうちの最初の1つの最初の一部に接続されている、終端構造と、
前記少なくとも1つの誘電層を通して延びる第1のビアと
を備え、
前記第1のビアは、
前記第1の細長い伝導要素のうちの前記最初の1つの前記最初の一部から角度を付けてオフセットされ、
少なくとも前記終端構造を通して、前記第1の細長い伝導要素のうちの前記最初の1つおよび前記第1の細長い伝導要素のうちの前記第2の1つを電気的に相互接続する、PCS。 - 前記少なくとも1つの誘電層上に配置され、かつ前記原点からの第3の半径方向距離と、前記原点からの第4の半径方向距離との間で半径方向に延びる、第1の外側細長い伝導要素をさらに備え、
前記第4の半径方向距離は、前記第3の半径方向距離より長く、
前記第3の半径方向距離は、前記第2の半径方向距離より長く、
前記第1の外側細長い伝導要素は、前記第1の細長い伝導要素のうちの前記最初の1つに熱的に接続されている、請求項5に記載のPCS。 - 前記少なくとも1つの誘電層上に配置され、かつ前記第3の半径方向距離と、前記第4の半径方向距離との間で半径方向に延びる、第2の外側細長い伝導要素をさらに備え、
前記第1の外側細長い伝導要素は、前記第1の細長い伝導要素のうちの前記最初の1つに電気的に接続されず、
前記第2の外側細長い伝導要素は、前記第1の外側細長い伝導要素のように、前記少なくとも1つの誘電層の反対側上にあり、
前記第2の外側細長い伝導要素は、前記少なくとも1つの誘電層によって前記第2の外側細長い伝導要素と前記第1の外側細長い伝導要素との間の熱接続を確立するために、前記第1の外側細長い伝導要素の長さの少なくとも一部に沿って延び、
前記第2の外側細長い伝導要素は、前記第1のビアを通して前記第1の細長い伝導要素のうちの前記最初の1つに熱的に接続されている、請求項6に記載のPCS。 - 前記第1のビアは、前記第1の細長い伝導要素のうちの前記最初の1つの前記最初の一部から第1の方向に角度を付けてオフセットされ、前記PCSは、前記少なくとも1つの誘電層を通して延びる第2のビアをさらに備え、
前記第2のビアは、
前記第1の細長い伝導要素のうちの前記最初の1つの前記最初の一部から第2の方向に角度を付けてオフセットされ、
少なくとも前記終端構造を通して、前記第1の細長い伝導要素のうちの前記最初の1つおよび前記第1の細長い伝導要素のうちの前記第2の1つを電気的に相互接続し、
前記第2の方向は、前記第1の方向の反対である、請求項5に記載のPCS。 - 前記少なくとも1つの誘電層上に配置された第1および第2の外側細長い伝導要素をさらに備え、それぞれは、前記原点からの第3の半径方向距離と、前記原点からの第4の半径方向距離との間で半径方向に延び、
前記第4の半径方向距離は、前記第3の半径方向距離より長く、前記第3の半径方向距離は、前記第2の半径方向距離より長く、
前記第1および第2の外側細長い伝導要素のそれぞれは、前記第1の細長い伝導要素のうちの前記最初の1つに熱的に接続されている、請求項8に記載のPCS。 - 前記少なくとも1つの誘電層上に配置された第3および第4の外側細長い伝導要素をさらに備え、それぞれは、前記第3の半径方向距離と、前記第4の半径方向距離との間で半径方向に延び、
前記第1および第2の外側細長い伝導要素のいずれも、前記第1の細長い伝導要素のうちの前記最初の1つに電気的に接続されず、
前記第3および第4の外側細長い伝導要素は、前記第1および第2の外側細長い伝導要素のように、前記少なくとも1つの誘電層の反対側上にあり、
前記第3の外側細長い伝導要素は、前記少なくとも1つの誘電層によって前記第3の外側細長い伝導要素と前記第1の外側細長い伝導要素との間の熱接続を確立するために、前記第1の外側細長い伝導要素の長さの少なくとも一部に沿って延び、
前記第4の外側細長い伝導要素は、前記少なくとも1つの誘電層によって前記第4の外側細長い伝導要素と前記第2の外側細長い伝導要素との間の熱接続を確立するために、前記第2の外側細長い伝導要素の長さの少なくとも一部に沿って延び、
前記第3の外側細長い伝導要素は、前記第1のビアを通して前記第1の細長い伝導要素のうちの前記最初の1つに熱的に接続され、
前記第4の外側細長い伝導要素は、前記第2のビアを通して前記第1の細長い伝導要素のうちの前記最初の1つに熱的に接続されている、請求項9に記載のPCS。 - 前記第1および第2の外側細長い伝導要素は、前記少なくとも1つの誘電層の同一表面上に配置されている、請求項9または請求項10に記載のPCS。
- 軸方向束モータまたは発電機の固定子としての使用のために構成された平面複合構造(PCS)であって、前記PCSは、
少なくとも1つの誘電層と、
前記少なくとも1つの誘電層上に角度を付けて配列された第1の細長い伝導要素であって、前記第1の細長い伝導要素のそれぞれは、前記少なくとも1つの誘電層と関連付けられた原点からの第1の半径方向距離と、前記原点からの第2の半径方向距離との間で半径方向に延び、前記第2の半径方向距離は、前記第1の半径方向距離より長い、第1の細長い伝導要素と、
前記少なくとも1つの誘電層上に配置された伝導内側端巻きであって、前記伝導内側端巻きのそれぞれは、前記第1の半径方向距離で前記第1の細長い伝導要素のうちの少なくとも2つの一部間で接続されている、伝導内側端巻きと、
前記少なくとも1つの誘電層上に配置された伝導外側端巻きであって、前記伝導外側端巻きのそれぞれは、前記第2の半径方向距離で前記第1の細長い伝導要素のうちの少なくとも2つの一部間で接続されている、伝導外側端巻きと、
前記少なくとも1つの誘電層上に配置された第1および第2の外側細長い伝導要素であって、それぞれは、前記原点からの第3の半径方向距離と、前記原点からの第4の半径方向距離との間で半径方向に延びる、第1および第2の外側細長い伝導要素と
を備え、
前記第4の半径方向距離は、前記第3の半径方向距離より長く、
前記第3の半径方向距離は、前記第2の半径方向距離より長く、
前記第1および第2の外側細長い伝導要素のそれぞれは、前記第1の細長い伝導要素のうちの最初の1つに熱的に接続されている、PCS。 - 前記第1および第2の外側細長い伝導要素は、前記少なくとも1つの誘電層の同一表面上に配置されている、請求項12に記載のPCS。
- 前記少なくとも1つの誘電層上に配置された第3および第4の外側細長い伝導要素をさらに備え、それぞれは、前記第3の半径方向距離と、前記第4の半径方向距離との間で半径方向に延び、
前記第1および第2の外側細長い伝導要素のいずれも、前記第1の細長い伝導要素のうちの前記最初の1つに電気的に接続されず、
前記第3および第4の外側細長い伝導要素は、前記第1および第2の外側細長い伝導要素のように、前記少なくとも1つの誘電層の反対側上にあり、
前記第3の外側細長い伝導要素は、前記少なくとも1つの誘電層によって前記第3の外側細長い伝導要素と前記第1の外側細長い伝導要素との間の熱接続を確立するために、前記第1の外側細長い伝導要素の長さの少なくとも一部に沿って延び、
前記第4の外側細長い伝導要素は、前記少なくとも1つの誘電層によって前記第4の外側細長い伝導要素と前記第2の外側細長い伝導要素との間の熱接続を確立するために、前記第2の外側細長い伝導要素の長さの少なくとも一部に沿って延び、
前記第3の外側細長い伝導要素は、第1のビアを通して前記第1の細長い伝導要素のうちの前記最初の1つに熱的に接続され、
前記第4の外側細長い伝導要素は、第2のビアを通して前記第1の細長い伝導要素のうちの前記最初の1つに熱的に接続されている、請求項12または13に記載のPCS。 - 前記第1および第2の外側細長い伝導要素のうちの少なくとも1つは、前記第1の細長い伝導要素のうちの前記最初の1つから角度を付けてオフセットされている、請求項12~14のいずれか一項に記載のPCS。
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