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JP7745208B2 - Improved planar composite structures and assemblies for axial flux motors and generators - Google Patents
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JP7745208B2 - Improved planar composite structures and assemblies for axial flux motors and generators - Google Patents

Improved planar composite structures and assemblies for axial flux motors and generators

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JP7745208B2 JP2023047809A JP2023047809A JP7745208B2 JP 7745208 B2 JP7745208 B2 JP 7745208B2 JP 2023047809 A JP2023047809 A JP 2023047809A JP 2023047809 A JP2023047809 A JP 2023047809A JP 7745208 B2 JP7745208 B2 JP 7745208B2
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Description

(関連出願)
本願は、(A)米国特許出願第15/852,972号(2017年12月22日出願、名称「PLANAR COMPOSITE STRUCTURES AND ASSEMBLIES FOR AXIAL FLUX MOTORS AND GENERATORS」)および(B)米国仮特許出願第62/530,552号(2017年7月10日出願、名称「STRUCTURES AND METHODS OF STACKING SUBASSEMBLIES IN PLANAR COMPOSITE STATORS TO OBTAIN HIGHER WORKING VOLTAGES」)の各々に対する優先権を主張する。上記出願、公開、および特許各々の内容は、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組み込まれる。
(Related Applications)
This application is related to (A) U.S. Patent Application No. 15/852,972, filed December 22, 2017, entitled "PLANAR COMPOSITE STRUCTURES AND ASSEMBLIES FOR AXIAL FLUX MOTORS AND GENERATORS" and (B) U.S. Provisional Patent Application No. 62/530,552, filed July 10, 2017, entitled "STRUCTURES AND METHODS OF STACKING SUBASSEMBLIES IN PLANAR COMPOSITE STATORS TO OBTAIN HIGHER WORKING" The contents of each of the above applications, publications, and patents are incorporated herein by reference in their entirety for all purposes.

平面複合構造(PCS)を軸方向磁束モータまたは発電機においてステータとして使用することは、公知である。そのようなステータの例が、米国特許第7,109,625号(「第’625号特許」、特許文献1)に説明されている。 The use of planar composite structures (PCS) as stators in axial flux motors or generators is known. An example of such a stator is described in U.S. Pat. No. 7,109,625 (the "'625 patent").

米国特許第7,109,625号明細書U.S. Patent No. 7,109,625

いくつかの実施形態では、軸方向磁束モータまたは発電機における使用のための平面複合構造(PCS)は、誘電層と、誘電層上に配置された第1の伝導層とを備えている。第1の伝導層は、通電されると、モータまたは発電機の第1の相のための磁束を生成する第1の巻線の第1の部分と、通電されると、モータまたは発電機の第2の相のための磁束を生成する第2の巻線の第1の部分とを形成する第1の伝導性トレースを備えている。 In some embodiments, a planar composite structure (PCS) for use in an axial flux motor or generator includes a dielectric layer and a first conductive layer disposed on the dielectric layer. The first conductive layer includes first conductive traces that form a first portion of a first winding that, when energized, generates magnetic flux for a first phase of the motor or generator, and a first portion of a second winding that, when energized, generates magnetic flux for a second phase of the motor or generator.

いくつかの実施形態では、軸方向磁束モータまたは発電機における使用のための平面複合構造(PCS)は、誘電層と、誘電層の第1の側に位置している第1の伝導層と、誘電層の第2の側に位置している第2の伝導層とを備えている。第1の伝導層は、通電されると、モータまたは発電機の第1の相のための磁束を生成する巻線の第1の部分を形成する第1の伝導性トレースを備えている。第2の伝導層は、巻線の第2の部分を形成する第2の伝導性トレースを備えている。巻線の第1の部分は、巻線の第2の部分と直列に接続され、巻線の第1および第2の部分は、電流の同じ量が、巻線の第1および第2の部分の各々を通して流動するように構成され、配列される。 In some embodiments, a planar composite structure (PCS) for use in an axial flux motor or generator includes a dielectric layer, a first conductive layer located on a first side of the dielectric layer, and a second conductive layer located on a second side of the dielectric layer. The first conductive layer includes a first conductive trace that forms a first portion of a winding that, when energized, generates magnetic flux for a first phase of the motor or generator. The second conductive layer includes a second conductive trace that forms a second portion of the winding. The first portion of the winding is connected in series with the second portion of the winding, the first and second portions of the winding being configured and arranged so that the same amount of current flows through each of the first and second portions of the winding.

いくつかの実施形態では、軸方向磁束モータまたは発電機における使用のための平面複合構造(PCS)は、第1の伝導性トレースを備えている第1の伝導層と、第2の伝導性トレースを備えている第2の伝導層と、第3の伝導性トレースを備えている第3の伝導層と、第4の伝導性トレースを備えている第4の伝導層とを備えている。第1の伝導性トレースは、第1の半径方向距離から第1の半径方向距離より大きい第2の半径方向距離まで半径方向に延びている第1の半径方向導体を含み、第2の伝導性トレースは、第1の半径方向距離から第2の半径方向距離まで半径方向に延びている第2の半径方向導体を含み、第3の伝導性トレースは、第1の半径方向距離から第2の半径方向距離まで半径方向に延びている第3の半径方向導体を含み、第4の伝導性トレースは、第1の半径方向距離から第2の半径方向距離まで半径方向に延びている第4の半径方向導体を含む。第1の半径方向導体は、第1のブラインドまたはベリードビアによって第2の半径方向導体のうちの対応するものに電気的に接続され、第3の半径方向導体は、第2のブラインドもしくはベリードビアによって第4の半径方向導体のうちの対応するものに電気的に接続される。 In some embodiments, a planar composite structure (PCS) for use in an axial flux motor or generator includes a first conductive layer including a first conductive trace, a second conductive layer including a second conductive trace, a third conductive layer including a third conductive trace, and a fourth conductive layer including a fourth conductive trace. The first conductive trace includes a first radial conductor extending radially from a first radial distance to a second radial distance greater than the first radial distance, the second conductive trace includes a second radial conductor extending radially from the first radial distance to the second radial distance, the third conductive trace includes a third radial conductor extending radially from the first radial distance to the second radial distance, and the fourth conductive trace includes a fourth radial conductor extending radially from the first radial distance to the second radial distance. The first radial conductors are electrically connected to corresponding ones of the second radial conductors by first blind or buried vias, and the third radial conductors are electrically connected to corresponding ones of the fourth radial conductors by second blind or buried vias.

いくつかの実施形態では、軸方向磁束モータまたは発電機における使用のための平面複合構造(PCS)は、第1の半径方向距離から第1の半径方向距離より大きい第2の半径方向距離まで半径方向に延びている第1の半径方向導体と、第1のエンドターン導体と、第2のエンドターン導体とを含む第1の伝導層備えているサブアセンブリを備えている。第1のエンドターン導体は、第1の半径方向導体の第1の群を相互接続し、軸方向磁束モータまたは発電機の第1の相のための第1の巻線を形成する。第2のエンドターン導体は、第1の半径方向導体の第2の群を相互接続し、軸方向磁束モータまたは発電機の第2の相のための第2の巻線を形成する。第1のサブアセンブリは、第1のエンドターン導体より多い第2のエンドターン導体を含む。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
軸方向磁束モータまたは発電機における使用のための平面複合構造(PCS)であって、前記PCSは、
誘電層と、
前記誘電層上に配置された第1の伝導層と
を備え、
前記第1の伝導層は、第1の伝導性トレースを備え、前記第1の伝導性トレースは、
通電されると、前記モータまたは発電機の第1の相のための磁束を生成する第1の巻線の第1の部分と、
通電されると、前記モータまたは発電機の第2の相のための磁束を生成する第2の巻線の第1の部分と
を形成する、PCS。
(項目2)
前記第1の伝導性トレースは、
第1の半径方向導体であって、前記第1の半径方向導体の各々は、少なくとも第1の半径方向距離と前記第1の半径方向距離より大きい第2の半径方向距離との間で半径方向に延びている、第1の半径方向導体と、
第1の伝導性エンドターンと
を備え、
前記第1の伝導性エンドターンの各々は、前記第1の半径方向導体のそれぞれの対を相互接続している、項目1に記載のPCS。
(項目3)
前記第1の伝導性エンドターンは、第1の外側エンドターンと、第2の外側エンドターンとを備え、
前記第1の外側エンドターンは、前記第2の半径方向距離において、前記第1の半径方向導体の第1の対の部分を電気的に相互接続し、
前記第2の外側エンドターンは、前記第2の半径方向距離において、前記第1の半径方向導体の第2の対の部分を電気的に相互接続し、
前記第1の巻線の前記第1の部分は、前記第1の外側エンドターンを備え、
前記第2の巻線の前記第1の部分は、前記第2の外側エンドターンを備えている、項目2に記載のPCS。
(項目4)
前記第1の伝導性エンドターンは、第1の内側エンドターンと、第2の内側エンドターンとを備え、
前記第1の内側エンドターンは、前記第1の半径方向距離において、前記第1の半径方向導体の第1の対の部分を電気的に相互接続し、
前記第2の内側エンドターンは、前記第1の半径方向距離において、前記第1の半径方向導体の第2の対の部分を電気的に相互接続し、
前記第1の巻線の前記第1の部分は、前記第1の内側エンドターンを備え、
前記第2の巻線の前記第1の部分は、前記第2の内側エンドターンを備えている、項目2に記載のPCS。
(項目5)
前記第1の巻線は、前記第1の巻線の前記第1の部分と直列に電気的に接続された第2の部分を備え、
前記第1の伝導性エンドターンは、第1の外側エンドターンをさらに備え、
前記第1の外側エンドターンは、前記第2の半径方向距離における前記第1の半径方向導体の前記第1の対のうちの1つの部分と、前記第2の半径方向距離における前記第1の半径方向導体のうちの別の1つの部分とを電気的に相互接続し、
前記第1の巻線の前記第2の部分は、前記第1の外側エンドターンを備えている、項目4に記載のPCS。
(項目6)
前記第1の内側エンドターンおよび前記第1の外側エンドターンは、前記第1の巻線の前記第1の部分と第2の部分とが蛇行パターンを形成するように配列されている、項目5に記載のPCS。
(項目7)
前記第1の伝導層は、前記誘電層の第1の側に位置し、
前記PCSは、前記誘電層の第2の側に位置している第2の伝導層をさらに備え、
前記第2の伝導層は、前記第1の巻線の第3の部分を形成する第2の伝導性トレースを備え、前記第1の巻線の前記第3の部分は、前記第1の巻線の前記第2の部分と直列に接続されている項目5または項目6に記載のPCS。
(項目8)
前記第2の伝導性トレースは、
第2の半径方向導体であって、前記第2の半径方向導体の各々は、少なくとも前記第1の半径方向距離と前記第2の半径方向距離との間で半径方向に延び、前記第1の半径方向導体のうちの対応する1つのものに電気的に接続されている、第2の半径方向導体と、
第2の伝導性エンドターンと
を備え、
前記第2の伝導性エンドターンの各々は、前記第2の半径方向導体のそれぞれの対を相互接続している、項目7に記載のPCS。
(項目9)
前記第2の伝導性エンドターンは、第3の内側エンドターンを備え、
前記第3の内側エンドターンは、前記第1の半径方向距離において、前記第2の半径方向導体の第1の対の部分を電気的に相互接続し、
前記第1の巻線の前記第3の部分は、前記第3の内側エンドターンを備えている、項目8に記載のPCS。
(項目10)
前記第1の巻線は、前記第1の巻線の前記第3の部分と直列に電気的に接続された第4の部分を備え、
前記第1の伝導性エンドターンは、第2の外側エンドターンをさらに備え、
前記第2の外側エンドターンは、前記第2の半径方向距離において、前記第2の半径方向導体の第2の対の部分を電気的に相互接続し、
前記第1の巻線の前記第4の部分は、前記第2の外側エンドターンを備えている、項目8または項目9に記載のPCS。
(項目11)
前記第1の巻線は、前記第1の巻線の前記第3の部分と直列に電気的に接続された第4の部分を備え、
前記第2の伝導性エンドターンは、第2の外側エンドターンをさらに備え、
前記第2の外側エンドターンは、前記第2の半径方向距離における前記第2の半径方向導体の第1の対のうちの1つの部分と、前記第2の半径方向距離における前記第2の半径方向導体ののうちの別の1つの部分とを電気的に相互接続し、
前記第1の巻線の前記第4の部分は、前記第2の外側エンドターンを備えている、項目8または項目9に記載のPCS。
(項目12)
前記誘電層を通したビアをさらに備え、前記ビアは、前記第2の半径方向導体の各々を前記第1の半径方向導体のうちの対応する1つと電気的に相互接続している、項目8-11のいずれか1項に記載のPCS。
(項目13)
前記第1の巻線は、第1の蛇行巻線を備え、前記第2の巻線は、第2の蛇行巻線を備えている、項目8-12のいずれか1項に記載のPCS。
(項目14)
軸方向磁束モータまたは発電機における使用のための平面複合構造(PCS)であって、前記PCSは、
誘電層と、
前記誘電層の第1の側に位置している第1の伝導層であって、前記第1の伝導層は、通電されると、前記モータまたは発電機の第1の相のための磁束を生成する巻線の第1の部分を形成する第1の伝導性トレースを備えている、第1の伝導層と、
前記誘電層の第2の側に位置している第2の伝導層であって、前記第2の伝導層は、前記巻線の第2の部分を形成する第2の伝導性トレースを備えている、第2の伝導層と
を備え、
前記巻線の前記第1の部分は、前記巻線の前記第2の部分と直列に接続され、
前記巻線の前記第1および第2の部分は、電流の同じ量が前記巻線の前記第1および第2の部分の各々を通して流動するように構成され、配列されている、PCS。
(項目15)
前記第1の伝導性トレースは、
第1の半径方向導体であって、前記第1の半径方向導体の各々は、少なくとも第1の半径方向距離と前記第1の半径方向距離より大きい第2の半径方向距離との間で半径方向に延びている、第1の半径方向導体と、
第1の伝導性エンドターンと
を備え、
前記第1の伝導性エンドターンの各々は、前記第1の半径方向導体のそれぞれの対を相互接続し、
前記第2の伝導性トレースは、
第2の半径方向導体であって、前記第2の半径方向導体の各々は、少なくとも前記第1の半径方向距離と前記第2の半径方向距離との間で半径方向に延び、前記第1の半径方向導体のうちの対応する1つのものに電気的に接続されている、第2の半径方向導体と、
第2の伝導性エンドターンと
を備え、
前記第2の伝導性エンドターンの各々は、前記第2の半径方向導体のそれぞれの対を相互接続している、項目14に記載のPCS。
(項目16)
前記第1の伝導性エンドターンは、第1の内側エンドターンを備え、
前記第1の内側エンドターンは、前記第1の半径方向距離において、前記第1の半径方向導体の第1の対の部分を電気的に相互接続し、
前記巻線の前記第1の部分は、前記第1の内側エンドターンを備え、
前記第2の伝導性エンドターンは、第2の内側エンドターンを備え、
前記第2の内側エンドターンは、前記第1の半径方向距離において、前記第2の半径方向導体の第1の対の部分を電気的に相互接続し、
前記巻線の第2の部分は、前記第2の内側エンドターンを備えている、項目15に記載のPCS。
(項目17)
前記巻線は、前記巻線の前記第1の部分と前記巻線の前記第2の部分との間に直列に電気的に接続された第3の部分をさらに備え、
前記第1の伝導性エンドターンは、第1の外側エンドターンをさらに備え、
前記第1の外側エンドターンは、前記第2の半径方向距離における前記第1の半径方向導体の第1の対のうちの1つの部分と、前記第2の半径方向距離における前記第1の半径方向導体のうちの別の1つの部分とを電気的に相互接続し、
前記巻線の前記第3の部分は、前記第1の外側エンドターンを備えている、項目16に記載のPCS。
(項目18)
前記第1の内側エンドターン、前記第2の内側エンドターン、および前記第1の外側エンドターンは、前記第1の巻線の前記第1、第2、および第3の部分が蛇行パターンを形成するように配列されている、項目17に記載のPCS。
(項目19)
前記巻線は、前記巻線の前記第2の部分と直列に電気的に接続された第4の部分を備え、
前記第1の伝導性エンドターンは、第2の外側エンドターンをさらに備え、
前記第2の外側エンドターンは、前記第2の半径方向距離において、前記第2の半径方向導体の第2の対の部分を電気的に相互接続し、
前記巻線の前記第4の部分は、前記第2の外側エンドターンを備えている、項目17または項目18に記載のPCS。
(項目20)
前記巻線は、前記巻線の前記第2の部分と直列に電気的に接続された第4の部分を備え、
前記第2の伝導性エンドターンは、第2の外側エンドターンをさらに備え、
前記第2の外側エンドターンは、前記第2の半径方向距離における前記第2の半径方向導体の第1の対のうちの1つの部分と、前記第2の半径方向距離における前記第2の半径方向導体のうちの別の1つの部分とを電気的に相互接続し、
前記巻線の前記第4の部分は、前記第2の外側エンドターンを備えている、項目17または項目18に記載のPCS。
(項目21)
前記誘電層を通したビアをさらに備え、前記ビアは、前記第2の半径方向導体の各々を前記第1の半径方向導体のうちの対応する1つと電気的に相互接続する、項目15-20のいずれか1項に記載のPCS。
(項目22)
前記第1の伝導層は、前記PCSの第1のサブアセンブリに含まれ、
前記第2の伝導層は、前記PCSの第2のサブアセンブリに含まれ、
前記第1のサブアセンブリは、前記巻線の第3の部分を含み、
前記巻線の前記第3の部分は、前記巻線の前記第1の部分を含み、
前記巻線の第3の部分は、少なくとも一度、前記第1のサブアセンブリの第1の領域を囲み、
前記第2のサブアセンブリは、前記巻線の第4の部分を含み、
前記巻線の前記第4の部分は、前記巻線の前記第2の部分を含み、
前記巻線の前記第4の部分は、少なくとも一度、前記第2のサブアセンブリの第2の領域を囲む、項目14-16のいずれか1項に記載のPCS。
(項目23)
軸方向磁束モータまたは発電機における使用のための平面複合構造(PCS)であって、前記PCSは、
第1の伝導性トレースを備えている第1の伝導層であって、前記第1の伝導性トレースは、第1の半径方向距離から前記第1の半径方向距離より大きい第2の半径方向距離まで半径方向に延びている第1の半径方向導体を含む、第1の伝導層と、
第2の伝導性トレースを備えている第2の伝導層であって、前記第2の伝導性トレースは、前記第1の半径方向距離から前記第2の半径方向距離まで半径方向に延びている第2の半径方向導体を含む、第2の伝導層と、
第3の伝導性トレースを備えている第3の伝導層であって、前記第3の伝導性トレースは、前記第1の半径方向距離から前記第2の半径方向距離まで半径方向に延びている第3の半径方向導体を含む、第3の伝導層と、
第4の伝導性トレースを備えている第4の伝導層であって、前記第4の伝導性トレースは、前記第1の半径方向距離から前記第2の半径方向距離まで半径方向に延びている第4の半径方向導体を含む、第4の伝導層と
を含み、
前記第1の半径方向導体は、第1のブラインドまたはベリードビアによって前記第2の半径方向導体のうちの対応するものに電気的に接続され、
前記第3の半径方向導体は、第2のブラインドまたはベリードビアによって前記第4の半径方向導体のうちの対応するものに電気的に接続されている、PCS。
(項目24)
前記第1の伝導性トレースは、第1の伝導性エンドターンをさらに備え、前記第1の伝導性エンドターンの各々は、前記第1の半径方向導体のそれぞれの対を相互接続し、
前記第2の伝導性トレースは、第2の伝導性エンドターンをさらに備え、前記第2の伝導性エンドターンの各々は、前記第2の半径方向導体のそれぞれの対を相互接続し、
前記第3の伝導性トレースは、第3の伝導性エンドターンをさらに備え、前記第3の伝導性エンドターンの各々は、前記第3の半径方向導体のそれぞれの対を相互接続し、
前記第4の伝導性トレースは、第4の伝導性エンドターンをさらに備え、前記第4の伝導性エンドターンの各々は、前記第4の半径方向導体のそれぞれの対を相互接続している、項目23に記載のPCS。
(項目25)
前記第1の半径方向導体、前記第2の半径方向導体、前記第1の伝導性エンドターン、および前記第2の伝導性エンドターンは、通電されると、前記モータまたは発電機の第1の相のための磁束を生成する巻線の第1の部分のための電気経路を確立し、
前記第3の半径方向導体、前記第4の半径方向導体、前記第3の伝導性エンドターン、および前記第4の伝導性エンドターンは、前記巻線の第2の部分のための電気経路を確立し、
前記巻線の前記第1の部分は、前記巻線の前記第2の部分と直列に接続されている、項目24に記載のPCS。
(項目26)
軸方向磁束モータまたは発電機における使用のための平面複合構造(PCS)であって、前記PCSは、第1の伝導層を備えている第1のサブアセンブリを備え、前記第1の伝導層は、第1の半径方向距離から前記第1の半径方向距離より大きい第2の半径方向距離まで半径方向に延びている第1の半径方向導体と、第1のエンドターン導体と、第2のエンドターン導体とを含み、
前記第1のエンドターン導体は、前記第1の半径方向導体の第1の群を相互接続し、前記軸方向磁束モータまたは発電機の第1の相のための第1の巻線を形成し、
前記第2のエンドターン導体は、前記第1の半径方向導体の第2の群を相互接続し、前記軸方向磁束モータまたは発電機の第2の相のための第2の巻線を形成し、
前記第1のサブアセンブリは、第1のエンドターン導体より多い第2のエンドターン導体を含む、PCS。
(項目27)
第2のサブアセンブリをさらに備え、第2のサブアセンブリは、前記第1の伝導層と異なる第2の伝導層を備え、前記第2の伝導層は、第2の半径方向導体と、第3のエンドターン導体と、第4のエンドターン導体とを含み、
前記第3のエンドターン導体は、前記第2の半径方向導体の第1の群を相互接続し、前記軸方向磁束モータまたは発電機の第1の相のための第3の巻線を形成し、
前記第4のエンドターン導体は、前記第2の半径方向導体の第2の群を相互接続し、前記軸方向磁束モータまたは発電機の第2の相のための第4の巻線を形成し、
前記第1のサブアセンブリは、第4のエンドターン導体より多い第3のエンドターン導体を含む、項目26に記載のPCS。
(項目28)
前記第3の巻線は、前記第1の巻線と直列に接続され、前記第4の巻線は、前記第2の巻線と直列に接続されている、項目27に記載のPCS。
(項目29)
前記第1のエンドターン導体の数足す前記第3のエンドターン導体の数は、前記第2のエンドターン導体の数足す前記第4のエンドターン導体の数に等しい、項目27または項目28に記載のPCS。
(項目30)
前記第1のエンドターン導体は、第1の内側エンドターン導体と、第1の外側エンドターン導体とを備え、
前記第2のエンドターン導体は、第2の内側エンドターン導体と、第2の外側エンドターン導体とを備え、
前記第1の内側エンドターン導体の各々は、前記第1の半径方向距離において、前記第1の半径方向導体のそれぞれの対の部分を電気的に相互接続し、
前記第1の外側エンドターン導体の各々は、前記第2の半径方向距離において、前記第1の半径方向導体のそれぞれの対の部分を電気的に相互接続し、
前記第2の内側エンドターン導体の各々は、前記第1の半径方向距離において、前記第1の半径方向導体のそれぞれの対の部分を電気的に相互接続し、
前記第2の外側エンドターン導体の各々は、前記第2の半径方向距離において、前記第1の半径方向導体のそれぞれの対の部分を電気的に相互接続し、
前記第1のサブアセンブリは、第2の内側エンドターン導体と同じ数の第1の内側エンドターン導体を含み、
前記第1のサブアセンブリは、第1の外側エンドターン導体より多い第2の外側エンドターン導体を含む、項目26-29のいずれか1項に記載のPCS。
In some embodiments, a planar composite structure (PCS) for use in an axial flux motor or generator includes a subassembly having a first conductive layer including first radial conductors extending radially from a first radial distance to a second radial distance greater than the first radial distance, first end-turn conductors, and second end-turn conductors. The first end-turn conductors interconnect a first group of the first radial conductors to form a first winding for a first phase of the axial flux motor or generator. The second end-turn conductors interconnect a second group of the first radial conductors to form a second winding for a second phase of the axial flux motor or generator. The first subassembly includes more second end-turn conductors than the first end-turn conductors.
The present invention provides, for example, the following.
(Item 1)
1. A planar composite structure (PCS) for use in an axial flux motor or generator, said PCS comprising:
a dielectric layer;
a first conductive layer disposed on the dielectric layer;
The first conductive layer comprises a first conductive trace, the first conductive trace comprising:
a first portion of a first winding that, when energized, generates magnetic flux for a first phase of the motor or generator;
and a first portion of a second winding that, when energized, generates magnetic flux for a second phase of the motor or generator.
(Item 2)
The first conductive trace comprises:
first radial conductors, each of the first radial conductors extending radially between at least a first radial distance and a second radial distance greater than the first radial distance;
a first conductive end turn; and
2. The PCS of claim 1, wherein each of the first conductive end turns interconnects a respective pair of the first radial conductors.
(Item 3)
the first conductive end turn comprises a first outer end turn and a second outer end turn;
the first outer end turn electrically interconnects portions of a first pair of the first radial conductors at the second radial distance;
the second outer end turn electrically interconnects portions of a second pair of the first radial conductors at the second radial distance;
the first portion of the first winding comprises the first outer end turn;
3. The PCS of claim 2, wherein the first portion of the second winding comprises the second outer end turn.
(Item 4)
the first conductive end turn comprises a first inner end turn and a second inner end turn;
the first inner end turn electrically interconnects portions of a first pair of the first radial conductors at the first radial distance;
the second inner end turn electrically interconnects portions of a second pair of the first radial conductors at the first radial distance;
the first portion of the first winding comprises the first inner end turn;
3. The PCS of claim 2, wherein the first portion of the second winding comprises the second inner end turn.
(Item 5)
the first winding includes a second portion electrically connected in series with the first portion of the first winding;
the first conductive end turn further comprises a first outer end turn;
the first outer end turn electrically interconnects a portion of one of the first pair of first radial conductors at the second radial distance with a portion of another of the first radial conductors at the second radial distance;
5. The PCS of claim 4, wherein the second portion of the first winding comprises the first outer end turn.
(Item 6)
6. The PCS of claim 5, wherein the first inner end turn and the first outer end turn are arranged such that the first and second portions of the first winding form a serpentine pattern.
(Item 7)
the first conductive layer is located on a first side of the dielectric layer;
the PCS further comprises a second conductive layer located on a second side of the dielectric layer;
7. The PCS of claim 5 or 6, wherein the second conductive layer comprises a second conductive trace forming a third portion of the first winding, the third portion of the first winding being connected in series with the second portion of the first winding.
(Item 8)
The second conductive trace comprises:
second radial conductors, each of the second radial conductors extending radially between at least the first radial distance and the second radial distance, and electrically connected to a corresponding one of the first radial conductors;
a second conductive end turn; and
8. The PCS of claim 7, wherein each of the second conductive end turns interconnects a respective pair of the second radial conductors.
(Item 9)
the second conductive end turn comprises a third inner end turn;
the third inner end turn electrically interconnects portions of a first pair of the second radial conductors at the first radial distance;
9. The PCS of claim 8, wherein the third portion of the first winding comprises the third inner end turn.
(Item 10)
the first winding includes a fourth portion electrically connected in series with the third portion of the first winding;
the first conductive end turn further comprises a second outer end turn;
the second outer end turn electrically interconnects portions of a second pair of the second radial conductors at the second radial distance;
10. The PCS of claim 8 or claim 9, wherein the fourth portion of the first winding comprises the second outer end turn.
(Item 11)
the first winding includes a fourth portion electrically connected in series with the third portion of the first winding;
the second conductive end turn further comprises a second outer end turn;
the second outer end turn electrically interconnects a portion of one of the first pair of second radial conductors at the second radial distance with a portion of another of the second radial conductors at the second radial distance;
10. The PCS of claim 8 or claim 9, wherein the fourth portion of the first winding comprises the second outer end turn.
(Item 12)
12. The PCS of any one of items 8-11, further comprising vias through the dielectric layer, the vias electrically interconnecting each of the second radial conductors with a corresponding one of the first radial conductors.
(Item 13)
13. The PCS of any one of items 8-12, wherein the first winding comprises a first serpentine winding and the second winding comprises a second serpentine winding.
(Item 14)
1. A planar composite structure (PCS) for use in an axial flux motor or generator, said PCS comprising:
a dielectric layer;
a first conductive layer located on a first side of the dielectric layer, the first conductive layer including a first conductive trace that, when energized, forms a first portion of a winding that generates magnetic flux for a first phase of the motor or generator;
a second conductive layer located on a second side of the dielectric layer, the second conductive layer comprising a second conductive trace forming a second portion of the winding;
the first portion of the winding is connected in series with the second portion of the winding;
the first and second portions of the winding are constructed and arranged so that the same amount of current flows through each of the first and second portions of the winding.
(Item 15)
The first conductive trace comprises:
first radial conductors, each of the first radial conductors extending radially between at least a first radial distance and a second radial distance greater than the first radial distance;
a first conductive end turn; and
each of the first conductive end turns interconnecting a respective pair of the first radial conductors;
The second conductive trace comprises:
second radial conductors, each of the second radial conductors extending radially between at least the first radial distance and the second radial distance, and electrically connected to a corresponding one of the first radial conductors;
a second conductive end turn; and
Item 15. The PCS of item 14, wherein each of the second conductive end turns interconnects a respective pair of the second radial conductors.
(Item 16)
the first conductive end turn comprises a first inner end turn;
the first inner end turn electrically interconnects portions of a first pair of the first radial conductors at the first radial distance;
the first portion of the winding comprises the first inner end turn;
the second conductive end turn comprises a second inner end turn;
the second inner end turn electrically interconnects portions of a first pair of the second radial conductors at the first radial distance;
Item 16. The PCS of item 15, wherein the second portion of the winding comprises the second inner end turn.
(Item 17)
the winding further comprising a third portion electrically connected in series between the first portion of the winding and the second portion of the winding;
the first conductive end turn further comprises a first outer end turn;
the first outer end turn electrically interconnects a portion of one of the first pair of first radial conductors at the second radial distance with a portion of another of the first radial conductors at the second radial distance;
17. The PCS of claim 16, wherein the third portion of the winding comprises the first outer end turn.
(Item 18)
20. The PCS of claim 17, wherein the first inner end turn, the second inner end turn, and the first outer end turn are arranged such that the first, second, and third portions of the first winding form a serpentine pattern.
(Item 19)
the winding includes a fourth portion electrically connected in series with the second portion of the winding;
the first conductive end turn further comprises a second outer end turn;
the second outer end turn electrically interconnects portions of a second pair of the second radial conductors at the second radial distance;
19. The PCS of claim 17 or claim 18, wherein the fourth portion of the winding comprises the second outer end turn.
(Item 20)
the winding includes a fourth portion electrically connected in series with the second portion of the winding;
the second conductive end turn further comprises a second outer end turn;
the second outer end turn electrically interconnects a portion of one of the first pair of second radial conductors at the second radial distance with a portion of another of the second radial conductors at the second radial distance;
19. The PCS of claim 17 or claim 18, wherein the fourth portion of the winding comprises the second outer end turn.
(Item 21)
21. The PCS of any one of items 15-20, further comprising vias through the dielectric layer, the vias electrically interconnecting each of the second radial conductors with a corresponding one of the first radial conductors.
(Item 22)
the first conductive layer is included in a first subassembly of the PCS;
the second conductive layer is included in a second subassembly of the PCS;
the first subassembly includes a third portion of the winding;
the third portion of the winding includes the first portion of the winding;
a third portion of the winding encircling the first region of the first subassembly at least once;
the second subassembly includes a fourth portion of the winding;
the fourth portion of the winding includes the second portion of the winding;
17. The PCS of any one of items 14-16, wherein the fourth portion of the winding encircles the second region of the second subassembly at least once.
(Item 23)
1. A planar composite structure (PCS) for use in an axial flux motor or generator, said PCS comprising:
a first conductive layer comprising a first conductive trace, the first conductive trace including a first radial conductor extending radially from a first radial distance to a second radial distance greater than the first radial distance;
a second conductive layer comprising a second conductive trace, the second conductive trace including a second radial conductor extending radially from the first radial distance to the second radial distance;
a third conductive layer comprising a third conductive trace, the third conductive trace including a third radial conductor extending radially from the first radial distance to the second radial distance;
a fourth conductive layer comprising a fourth conductive trace, the fourth conductive trace including a fourth radial conductor extending radially from the first radial distance to the second radial distance;
the first radial conductors are electrically connected to corresponding ones of the second radial conductors by first blind or buried vias;
The PCS, wherein the third radial conductors are electrically connected to corresponding ones of the fourth radial conductors by second blind or buried vias.
(Item 24)
the first conductive trace further comprises first conductive end turns, each of the first conductive end turns interconnecting a respective pair of the first radial conductors;
the second conductive trace further comprises second conductive end turns, each of the second conductive end turns interconnecting a respective pair of the second radial conductors;
the third conductive trace further comprises third conductive end turns, each of the third conductive end turns interconnecting a respective pair of the third radial conductors;
24. The PCS of claim 23, wherein the fourth conductive trace further comprises fourth conductive end turns, each of the fourth conductive end turns interconnecting a respective pair of the fourth radial conductors.
(Item 25)
the first radial conductor, the second radial conductor, the first conductive end turn, and the second conductive end turn, when energized, establish an electrical path for a first portion of a winding that generates magnetic flux for a first phase of the motor or generator;
the third radial conductor, the fourth radial conductor, the third conductive end turn, and the fourth conductive end turn establish an electrical path for a second portion of the winding;
25. The PCS of claim 24, wherein the first portion of the winding is connected in series with the second portion of the winding.
(Item 26)
1. A planar composite structure (PCS) for use in an axial flux motor or generator, the PCS comprising a first subassembly including a first conductive layer, the first conductive layer including a first radial conductor extending radially from a first radial distance to a second radial distance greater than the first radial distance, a first end-turn conductor, and a second end-turn conductor;
the first end-turn conductors interconnect a first group of the first radial conductors and form a first winding for a first phase of the axial flux motor or generator;
the second end-turn conductors interconnect a second group of the first radial conductors and form a second winding for a second phase of the axial flux motor or generator;
The PCS, wherein the first subassembly includes more second end-turn conductors than first end-turn conductors.
(Item 27)
a second subassembly, the second subassembly comprising a second conductive layer different from the first conductive layer, the second conductive layer including a second radial conductor, a third end turn conductor, and a fourth end turn conductor;
the third end-turn conductors interconnect the first group of the second radial conductors and form a third winding for a first phase of the axial flux motor or generator;
the fourth end-turn conductor interconnects a second group of the second radial conductors and forms a fourth winding for a second phase of the axial flux motor or generator;
27. The PCS of claim 26, wherein the first subassembly includes more third end-turn conductors than fourth end-turn conductors.
(Item 28)
28. The PCS of claim 27, wherein the third winding is connected in series with the first winding and the fourth winding is connected in series with the second winding.
(Item 29)
29. The PCS of claim 27 or 28, wherein the number of the first end-turn conductors plus the number of the third end-turn conductors is equal to the number of the second end-turn conductors plus the number of the fourth end-turn conductors.
(Item 30)
the first end turn conductor comprises a first inner end turn conductor and a first outer end turn conductor;
the second end turn conductor comprises a second inner end turn conductor and a second outer end turn conductor;
each of the first inner end-turn conductors electrically interconnects portions of a respective pair of the first radial conductors at the first radial distance;
each of the first outer end-turn conductors electrically interconnects portions of a respective pair of the first radial conductors at the second radial distance;
each of the second inner end-turn conductors electrically interconnects portions of a respective pair of the first radial conductors at the first radial distance;
each of the second outer end-turn conductors electrically interconnects portions of a respective pair of the first radial conductors at the second radial distance;
the first subassembly includes the same number of first inner end-turn conductors as the number of second inner end-turn conductors;
30. The PCS of any one of items 26-29, wherein the first subassembly includes more second outer end-turn conductors than first outer end-turn conductors.

図1Aは、米国特許第7,109,625号(「第’625号特許」)に説明されるもののような巻線レイアウトを有する平面ステータの「ターン層」を図示する。FIG. 1A illustrates a "layer of turns" of a planar stator having a winding layout such as that described in U.S. Pat. No. 7,109,625 ("the '625 patent").

図1Bは、第’625号特許に説明されるもののような巻線レイアウトを有する平面ステータの「リンク層」を図示する。FIG. 1B illustrates the "link layer" of a planar stator having a winding layout such as that described in the '625 patent.

図1Cは、図1Aに示されるターン層の上に図1Bに示されるリンク層を図示し、隠線が、除去されている。FIG. 1C illustrates the link layer shown in FIG. 1B over the turn layer shown in FIG. 1A, with hidden lines removed.

図2は、3つの6層サブアセンブリのスタックを有するステータ構成の選択された部分の図を示す。FIG. 2 shows a view of selected portions of a stator configuration having a stack of three six-layer subassemblies.

図3は、ブラインドまたはベリードビアによって接続される3つの並列の群内に編成されたPCSの12個の伝導層にわたる、単一の角度位置における半径方向トレースを示す。FIG. 3 shows radial traces at a single angular position across the 12 conductive layers of the PCS organized in three parallel groups connected by blind or buried vias.

図4は、図1Aに示される内側エンドターンに類似した第’625号特許に説明されるタイプの内側エンドターンを示す。FIG. 4 shows an inner end turn of the type described in the '625 patent that is similar to the inner end turn shown in FIG. 1A.

図5Aおよび5Bは、PCSの2つのそれぞれの伝導層上の内側エンドターンの代替配列を示す。5A and 5B show alternative arrangements of the inner end turns on two respective conductive layers of the PCS.

図6は、図1Aに示される外側エンドターンに類似した第’625号特許に説明されるタイプの外側エンドターンを示す。FIG. 6 shows an outer end turn of the type described in the '625 patent that is similar to the outer end turn shown in FIG. 1A.

図7Aおよび7Bは、PCSの2つのそれぞれの伝導層上の外側エンドターンの代替配列を示す。7A and 7B show alternative arrangements of the outer end turns on two respective conductive layers of the PCS.

図8は、第’625号特許によって教示される巻線レイアウトに従って、半径方向トレースを相互接続し、ステータの単一のコイルを形成する内側エンドターンおよび外側エンドターンを示す。FIG. 8 shows the inner and outer end turns that interconnect the radial traces and form a single coil of the stator in accordance with the winding layout taught by the '625 patent.

図9は、複数の層の平面図における単一の相のための内側および外側エンドターンの交互配列を示す。FIG. 9 shows the alternating arrangement of inner and outer end turns for a single phase in a plan view of multiple layers.

図10Aは、4つの伝導層を含むサブアセンブリの(z軸において)拡大された斜視図を示し、内側エンドターンおよび外側エンドターンは、明確化のために、選択される相に対応している。FIG. 10A shows an expanded perspective view (in the z-axis) of a subassembly including four conductive layers, with the inner and outer end turns corresponding to selected phases for clarity.

図10Bは、図10Aに示されるサブアセンブリ内の第1の相のための内側エンドターンおよび外側エンドターンの位置を図示する。FIG. 10B illustrates the location of the inner and outer end turns for the first phase in the subassembly shown in FIG. 10A.

図11Aは、図10Aに示されるサブアセンブリ内の第2の相のための内側エンドターンおよび外側エンドターンの位置を図示する。FIG. 11A illustrates the location of the inner and outer end turns for the second phase in the subassembly shown in FIG. 10A.

図11Bは、図10Aに示されるサブアセンブリ内の第3の相のための内側エンドターンおよび外側エンドターンの位置を図示する。FIG. 11B illustrates the location of the inner and outer end turns for the third phase in the subassembly shown in FIG. 10A.

図12Aは、各々が図10Aに示されるサブアセンブリに類似した3つのサブアセンブリのアセンブリの(z軸において)拡大された斜視図を示す。FIG. 12A shows an enlarged perspective view (in the z-axis) of an assembly of three subassemblies, each similar to the subassembly shown in FIG. 10A.

図12Bは、図12Aに示される3つのサブアセンブリのスタック内の第1の相のための内側エンドターンおよび外側エンドターンの位置を図示する。FIG. 12B illustrates the location of the inner and outer end turns for the first phase in the stack of three subassemblies shown in FIG. 12A.

図13Aは、図12Aに示される3つのサブアセンブリのスタック内の第2の相のための内側エンドターンおよび外側エンドターンの位置を図示する。FIG. 13A illustrates the location of the inner and outer end turns for the second phase in the stack of three subassemblies shown in FIG. 12A.

図13Bは、図12Aに示される3つのサブアセンブリのスタック内の第3の相のための内側エンドターンおよび外側エンドターンの位置を図示する。FIG. 13B illustrates the location of the inner and outer end turns for the third phase in the stack of three subassemblies shown in FIG. 12A.

図14は、図9に示されるもののような蛇行巻線を採用するステータの例示的実施形態の(z軸において)拡大された斜視図を示し、図5AおよびBに示されるタイプの内側エンドターンと図7Aおよび7Bに示されるタイプの外側エンドターンとが、2つの伝導層のみを含むアセンブリ内の3つの相のために必要とされる巻線接続の全てを確立するために採用される。FIG. 14 shows an enlarged perspective view (in the z-axis) of an exemplary embodiment of a stator employing serpentine windings such as those shown in FIG. 9, with inner end turns of the type shown in FIGS. 5A and B and outer end turns of the type shown in FIGS. 7A and 7B employed to establish all of the winding connections required for three phases in an assembly including only two conductive layers.

図15Aは、ステータの第1の相に対応する図14に示されるアセンブリの一部のみの(z軸において)拡大された斜視図を示す。FIG. 15A shows an enlarged perspective view (in the z-axis) of only a portion of the assembly shown in FIG. 14 corresponding to the first phase of the stator.

図15Bは、第1の相のための巻線に寄与する図15Aに示される上側伝導層の一部を示す。FIG. 15B shows a portion of the upper conductive layer shown in FIG. 15A that contributes to the winding for the first phase.

図15Cは、第1の相のための巻線に寄与する図15Aに示される下側伝導層の一部を示す。FIG. 15C shows a portion of the lower conductive layer shown in FIG. 15A that contributes to the winding for the first phase.

図16Aは、第2の相のための巻線が図14に示されるアセンブリを通してどのようにそれらの道を作ることができるかを図示し、他の2つの相に対応するアセンブリの部分は、例証の目的のために除去されている。FIG. 16A illustrates how the windings for the second phase can make their way through the assembly shown in FIG. 14, with the portions of the assembly corresponding to the other two phases removed for illustration purposes.

図16Bは、第3の相のための巻線が図14に示されるアセンブリを通してどのようにそれらの道を作ることができるかを図示し、他の2つの相に対応するアセンブリの部分は、例証の目的のために除去されている。FIG. 16B illustrates how the windings for the third phase can make their way through the assembly shown in FIG. 14, with the portions of the assembly corresponding to the other two phases removed for illustration purposes.

図17Aおよび17Bは、多層PCSアセンブリ/サブアセンブリを形成するためのプロセスの例を図示する。17A and 17B illustrate an example process for forming a multi-layer PCS assembly/subassembly.

図18Aは、本明細書に説明されるもののようなPCSが軸方向磁束モータまたは発電機においてステータとして採用されるシステムを図示する。FIG. 18A illustrates a system in which a PCS such as those described herein is employed as a stator in an axial flux motor or generator.

図18Bは、図18Aに示されるシステムの拡大図を図示する。FIG. 18B illustrates an expanded view of the system shown in FIG. 18A.

例えば、軸方向磁束モータまたは発電機においてステータとして使用され得る平面複合構造(PCS)が、非伝導性の誘電材料の1つ以上の層(誘電層)上に伝導性トレースの複数の層(伝導層)を形成することによって構築されることができる。このタイプのステータの例が、米国特許第7,109,625号(「第’625号特許」)、米国特許第9,673,688号、米国特許第No.9,673,684号、および米国特許第9,800,109号(そのそれぞれの内容全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる)に説明されている。 For example, a planar composite structure (PCS) that may be used as a stator in an axial flux motor or generator can be constructed by forming multiple layers of conductive traces (conductive layers) on one or more layers of non-conductive dielectric material (dielectric layers). Examples of this type of stator are described in U.S. Pat. No. 7,109,625 (the "'625 patent"), U.S. Pat. No. 9,673,688, U.S. Pat. No. 9,673,684, and U.S. Pat. No. 9,800,109 (the entire contents of each of which are incorporated herein by reference).

図1A-Cは、第’625号特許に説明されるもののような巻線レイアウトを有する平面ステータの2つの伝導層の平面図を示す。一緒に、示される層は、単一の相のために必要とされる内側および外側「エンドターン」を確立する。図1Aは、各々が極対に関連付けられる、コイル内の半径方向トレース104を配列する内側端エンドターン102aおよび外側エンドターン106を伴う単一の「ターン層」L1を示す。この16極ステータ上に、8個のそのようなコイルが、存在する。示される例では、コイルは、各コイルの終点が同じ層上の後続のコイルの始点に経路決定され得ないように螺旋状に巻き込む。この経路決定の難しさが、図8に関連して下でより詳細に説明される。図1Bは、リンク108を含む「リンク層」L2を示し、リンク108は、ターン層L1との干渉なしに後続のコイルを接続する役割を果たす。層L1上の半径方向トレース104の各々は、例えば、ビア(図示せず)を使用して、層L2上の対応する(かつ並列な)半径方向トレース104に接続される。リンク層L2も、ターン層L1内の内側エンドターン102aと重複する内側エンドターン102bを含む。図1Cは、ターン層L1の上にリンク層L2を示し、隠線は、除去されている。見られるように、この構成では、外側エンドターン106とリンク108とは、ステータの外半径上の同じ空間の一部を占有する。したがって、第’625号特許によって教示されるもののような巻線レイアウトを有する3相の完全なステータは、最低6つの伝導層(すなわち、3相×1相あたり2つの層)を要求する。そのような巻線レイアウトを採用する平衡ステータは、したがって、6の倍数個の伝導層を要求する。本明細書に使用されるように、「平衡ステータ」は、各相の(モータモードにおける)電気負荷特性または(発電機モードにおける)電源特性が、ある電気位相角まで等しいステータを指す。 1A-C show plan views of two conductive layers of a planar stator having a winding layout such as that described in the '625 patent. Together, the layers shown establish the inner and outer "end turns" required for a single phase. FIG. 1A shows a single "turn layer" L1 with inner end turns 102a and outer end turns 106 that align radial traces 104 within the coil, each associated with a pole pair. On this 16-pole stator, there are eight such coils. In the example shown, the coils spiral so that the end of each coil cannot be routed to the start of a subsequent coil on the same layer. This routing difficulty is explained in more detail below in connection with FIG. 8. FIG. 1B shows a "link layer" L2, including links 108, which serve to connect subsequent coils without interference with turn layer L1. Each of the radial traces 104 on layer L1 is connected to a corresponding (and parallel) radial trace 104 on layer L2, for example, using vias (not shown). Link layer L2 also includes an inner end turn 102b that overlaps an inner end turn 102a in turn layer L1. FIG. 1C shows link layer L2 on top of turn layer L1, with hidden lines removed. As can be seen, in this configuration, the outer end turns 106 and links 108 occupy some of the same space on the outer radius of the stator. Therefore, a complete three-phase stator with a winding layout such as that taught by the '625 patent requires a minimum of six conductive layers (i.e., three phases x two layers per phase). A balanced stator employing such a winding layout therefore requires a number of conductive layers that is a multiple of six. As used herein, "balanced stator" refers to a stator in which the electrical load characteristics (in motor mode) or power supply characteristics (in generator mode) of each phase are equal up to a certain electrical phase angle.

図1A-Cに関して、描写される設計、例えば、熱管理および喪失低減のための特定の構造および/または構成のある詳細(米国特許第9,673,684号および第9,800,109号に開示されるもの等)が、第’625号特許に開示されていないことを理解されたい。図1A-Cは、したがって、第’625号特許がそれらの要素のために開示する特定の構造または構成ではなく、第’625号特許によって教示されるような半径方向トレース、内側エンドターン、外側エンドターン、およびリンクの相対位置のみを図示する。 With respect to Figures 1A-C, it should be understood that certain details of the depicted design, e.g., specific structures and/or configurations for thermal management and loss reduction (such as those disclosed in U.S. Patent Nos. 9,673,684 and 9,800,109), are not disclosed in the '625 patent. Figures 1A-C, therefore, illustrate only the relative positions of the radial traces, inner end turns, outer end turns, and links as taught by the '625 patent, rather than the specific structures or configurations that the '625 patent discloses for those elements.

複数の3相の平衡ステータサブアセンブリ(各々が6つの伝導層を有する)が同じ平面複合構造(PCS)上に積み重ねられ、並列に接続されているステータが、設計されている。そのような設計は、例えば、各相のための電流が、それぞれのサブアセンブリ内の並列の経路に沿って運ばれることができるので、ステータのそれぞれの相の電流容量および効率を増大させ得る。図2は、このように積み重ねられた3つの6層サブアセンブリを有するステータ構成の選択された部分の図面を示し、単一の半径方向トレース204が(ビア210を使用して)18個の伝導層にわたって並列に接続されるので、単一の半径方向トレース204に焦点を当てている。最後の層L18上に、2つの隣接する半径方向トレース204a、204bも、視覚ガイドとして示される。貫通ビア210によって接続されるアクティブ領域内の半径方向トレース204の並列配列が、(図1A-Cにおけるような)内側および外側巻線、およびリンクを複数の伝導層にわたって配列する機会をもたらす。しかしながら、これらの18個の半径方向トレースが並列であるので、それらは、単一の巻線構造にのみ寄与し得る。 Stators have been designed in which multiple three-phase balanced stator subassemblies (each with six conductive layers) are stacked and connected in parallel on the same planar composite structure (PCS). Such a design can increase the current capacity and efficiency of each phase of the stator, for example, because the current for each phase can be carried along parallel paths within each subassembly. Figure 2 shows a drawing of a selected portion of a stator configuration with three six-layer subassemblies stacked in this manner, focusing on a single radial trace 204 as it is connected in parallel across 18 conductive layers (using vias 210). On the last layer, L18, two adjacent radial traces 204a, 204b are also shown as a visual guide. The parallel arrangement of radial traces 204 within the active area, connected by through vias 210, provides an opportunity to arrange inner and outer windings and links (as in Figures 1A-C) across multiple conductive layers. However, because these 18 radial traces are parallel, they can only contribute to a single winding structure.

図3は、図2に類似するが、本開示に関する構造を示す。特に、図3は、PCSの12個の伝導層にわたる単一の角度位置における半径方向トレース304を示す。示されるように、各半径方向トレース304は、第1の半径方向距離R1から、第1の半径方向距離R1より大きい第2の半径方向距離R2まで延びている。この場合、半径方向トレース304は、ブラインドまたはベリードビア310によって接続される3つの並列の群312a、312b、312cにおいて編成される。製造上の理由のために、これらの群の各々ために2の倍数個の伝導層を有することが、最も便利である。第’625号特許に従って構成されるステータとは異なり、半径方向トレース304のそれぞれの並列の群312a、312b、312cは、直列に接続され、したがって、ステータの各コイルのためのより高い巻線数を可能にすることができる。並列に接続される半径方向トレースの3つの群を備えている図3に示される構造のための巻線数は、例えば、図2に示される構造のための巻線数より3倍高くあり得る。半径方向トレースの複数の並列に接続される群がそのような様式で直列に接続されるステータ実装の例が、図12A、12B、13A、および13Bに関連して下で説明される。 FIG. 3 is similar to FIG. 2 but illustrates a structure related to the present disclosure. In particular, FIG. 3 illustrates radial traces 304 at a single angular position across the 12 conductive layers of the PCS. As shown, each radial trace 304 extends from a first radial distance R1 to a second radial distance R2 greater than the first radial distance R1. In this case, the radial traces 304 are organized in three parallel groups 312a, 312b, 312c connected by blind or buried vias 310. For manufacturing reasons, it is most convenient to have a multiple of two conductive layers for each of these groups. Unlike stators constructed in accordance with the '625 patent, each parallel group 312a, 312b, 312c of radial traces 304 is connected in series, thus allowing for a higher number of windings for each coil of the stator. The number of windings for the structure shown in Figure 3, which has three groups of radial traces connected in parallel, may be, for example, three times higher than the number of windings for the structure shown in Figure 2. Examples of stator implementations in which multiple parallel-connected groups of radial traces are connected in series in such a manner are described below in connection with Figures 12A, 12B, 13A, and 13B.

図4は、各々が第1の半径方向距離R1から第1の半径方向距離R1より大きい第2の半径方向距離R2まで延びている複数の半径方向トレース404、および、第’625号特許に説明されるタイプの内側エンドターン402を示し、それらは、図1Aに示される内側エンドターン102に類似している。これらの内側エンドターン402は、外側エンドターン606(図6に示される)と一緒に、単一の相の1つの極対あたり3つの巻線を確立するために必要とされるそれぞれの半径方向トレース404間の全ての接続を形成する。したがって、第’625号特許の教示によると、図4に示されるもののような内側エンドターン402と、図6に示されるもののような外側エンドターン606(下で説明される)とを含む1つの伝導層が、単一の相を接続するために必要とされる。この設計に従って構築される3相ボードのために、最低3つのそのような伝導層が、必要とされる。 FIG. 4 shows a plurality of radial traces 404, each extending from a first radial distance R1 to a second radial distance R2 greater than the first radial distance R1, and inner end turns 402 of the type described in the '625 patent, which are similar to the inner end turns 102 shown in FIG. 1A. These inner end turns 402, together with outer end turns 606 (shown in FIG. 6), form all of the connections between the respective radial traces 404 needed to establish three windings per pole pair of a single phase. Thus, according to the teachings of the '625 patent, one conductive layer including inner end turns 402 like those shown in FIG. 4 and outer end turns 606 like those shown in FIG. 6 (described below) is needed to connect a single phase. For a three-phase board constructed according to this design, a minimum of three such conductive layers is needed.

図5Aおよび5Bは、2つのそれぞれの伝導層L3、L4上の内側エンドターン502の代替配列を示す。本明細書に使用される層番号、例えば、「L3」が、説明されている種々の層の識別を可能にするためにのみ提供され、種々の層が位置付けられる順序を含意するものではないことが意図されることを理解されたい。図示される配列では、層L3上の半径方向トレース404が、例えば、図3に示されるビア310に類似するビア(図5Aおよび5Bに図示せず)を使用して、層L4上の対応する(かつ並列な)半径方向トレース404と並列に接続されると、図5Aおよび5Bに示される半径方向トレース404の全てのための内側エンドターン接続が、2つの伝導層上にのみ確立されることができる。下でより詳細に説明されるように、そのような配列は、複数の相のための内側エンドターン502が同じ伝導層上に提供されることを可能にし、同じ相のための内側エンドターン502が複数の伝導層間に分散されることも可能にする。これは、単一の相のみのための内部エンドターン402が所与の層上に提供され、所与の相のための内側エンドターン402が同じ伝導層上に全て含まれる図4の構成と対照的である。 5A and 5B illustrate alternative arrangements of inner end turns 502 on two respective conductive layers L3 and L4. It should be understood that the layer numbers used herein, e.g., "L3," are provided solely to facilitate identification of the various layers being described and are not intended to imply any order in which the various layers are positioned. In the illustrated arrangement, when the radial traces 404 on layer L3 are connected in parallel with corresponding (and parallel) radial traces 404 on layer L4, e.g., using vias (not shown in FIGS. 5A and 5B) similar to vias 310 shown in FIG. 3, the inner end turn connections for all of the radial traces 404 shown in FIGS. 5A and 5B can be established on only two conductive layers. As described in more detail below, such an arrangement allows inner end turns 502 for multiple phases to be provided on the same conductive layer, and also allows inner end turns 502 for the same phase to be distributed among multiple conductive layers. This is in contrast to the configuration of FIG. 4, in which the inner end turns 402 for only a single phase are provided on a given layer, and the inner end turns 402 for a given phase are all contained on the same conductive layer.

加えて、下でより詳細に議論されるように、いくつかの実装では、層L3およびL4のいずれか一方または両方は、加えて、例えば、図6に図示される外側エンドターン606(下で説明される)と同様に配列され得る外側エンドターンを含み得る。このタイプの例示的例が、図10A、10B、11A、11B、12A、12B、13A、および13Bに関連して下で説明される。代替として、層L3およびL4上に提供される外側エンドターンは、図7Aおよび7Bに関連して下で説明される外側エンドターン706と同一またはそれに類似し得る。後者のタイプの例示的例が、図14、15A、15B、15C、16A、および16Bに関連して下で説明される。層L3およびL4のいずれか一方または両方上の外側エンドターンの他の構成、または、全ての外側エンドターンが層L3およびL4以外の層上に含まれる構成さえも、可能であり、想定される。 Additionally, as discussed in more detail below, in some implementations, either or both of layers L3 and L4 may additionally include outer end turns, which may be arranged similarly to, for example, outer end turns 606 illustrated in FIG. 6 (described below). Illustrative examples of this type are described below in conjunction with FIGS. 10A, 10B, 11A, 11B, 12A, 12B, 13A, and 13B. Alternatively, the outer end turns provided on layers L3 and L4 may be identical to or similar to outer end turns 706 described below in conjunction with FIGS. 7A and 7B. Illustrative examples of the latter type are described below in conjunction with FIGS. 14, 15A, 15B, 15C, 16A, and 16B. Other configurations of outer end turns on either or both layers L3 and L4, or even configurations in which all outer end turns are included on layers other than layers L3 and L4, are possible and contemplated.

内側エンドターン502の2つの相補的な組が、図5Aおよび5Bに示され、内側エンドターン502a、502b、502c、502d、502e、および502fの第1の組が、図5Aの層L3上に描写され、内側エンドターン502g、502h、502i、502j、502k、502lの第2の組が、図5Bの層L4上に描写されている。これらの相補的な接続を比較し、複数の相のための内側エンドターン502が同じ伝導層上に提供され得ること、および、所与の相のための内側エンドターン502が複数の伝導層間に分散され得ることを理解することによって、3相ステータのために要求される内側エンドターン接続全てが、図示される2つの層L3およびL4内のみで達成され得ることが明白となる。例えば、第1の相は、図5Aの層L3上の内側エンドターン502aおよび502dと図5Bの層L4上の内側エンドターン502hおよび502kとによって支持されることができ、第2の相は、図5Aの層L3上の内側エンドターン502bおよび502eと図5Bの層L4上の内側エンドターン502iおよび502lとによって支持されることができ、第3の相は、図5Aの層L3上の内側エンドターン502cおよび502fと図5Bの層L4上の内側エンドターン502gおよび502jとによって支持されることができる。そのような実装では、各相のための内側エンドターン502が、層L3の3分の1および層L4の3分の1を消費するので、各相のための内側エンドターン502は、層L3およびL4上の場所の層価値の合計3分の2を消費する。そのうえ、示される例示的実装では、最低2つの伝導層が、3つの相全てのための完全な内側エンドターン接続を形成するために必要とされ、ステータが内側エンドターンに対して平衡を保たせられるために、伝導層数は、2の倍数であるべきである。 Two complementary sets of inner end turns 502 are shown in Figures 5A and 5B, with the first set of inner end turns 502a, 502b, 502c, 502d, 502e, and 502f depicted on layer L3 in Figure 5A and the second set of inner end turns 502g, 502h, 502i, 502j, 502k, and 502l depicted on layer L4 in Figure 5B. By comparing these complementary connections and understanding that inner end turns 502 for multiple phases may be provided on the same conductive layer and that inner end turns 502 for a given phase may be distributed among multiple conductive layers, it becomes apparent that all of the inner end turn connections required for a three-phase stator can be achieved within only the two illustrated layers L3 and L4. For example, a first phase can be supported by inner end turns 502a and 502d on layer L3 of Figure 5A and inner end turns 502h and 502k on layer L4 of Figure 5B, a second phase can be supported by inner end turns 502b and 502e on layer L3 of Figure 5A and inner end turns 502i and 502l on layer L4 of Figure 5B, and a third phase can be supported by inner end turns 502c and 502f on layer L3 of Figure 5A and inner end turns 502g and 502j on layer L4 of Figure 5B. In such an implementation, the inner end turns 502 for each phase consume one-third of layer L3 and one-third of layer L4, so that the inner end turns 502 for each phase consume a total of two-thirds of the layer value of the locations on layers L3 and L4. Additionally, in the exemplary implementation shown, a minimum of two conductive layers are required to form a complete inner end-turn connection for all three phases, and the number of conductive layers should be a multiple of two in order for the stator to be balanced with respect to the inner end-turns.

さらに、図5AおよびBに示される例示的構成では、それぞれの極を確立するために利用可能な合計12個のエンドターン群502a-502lが存在するので、そのような構成を採用する3相ステータの各相が、好ましくは、4つの極を有するべきであることに留意されたい。言い換えると、図5AおよびBに示されるもののような密集して充填された内側エンドターン構成のために、以下の等式が、好ましくは、3相ステータのために満たされる(式中、「k」は、整数である)。
k=3*極
Furthermore, in the exemplary configuration shown in Figures 5A and B, there are a total of 12 end turn groups 502a-502l available to establish the respective poles, and therefore, each phase of a three-phase stator employing such a configuration should preferably have four poles. In other words, for a closely packed inner end turn configuration such as that shown in Figures 5A and B, the following equation is preferably satisfied for a three-phase stator (where "k" is an integer):
4 * k=3*poles

図6は、第’625号特許に説明されるタイプの外側エンドターン606を示し、それらは、図1Aに示される外側エンドターン106に類似している。これらの外側エンドターン606は、内側エンドターン402(図4に示される)と一緒に、単一の相の1つの極対あたり3つの巻線を確立するために必要とされるそれぞれの半径方向トレース404間の接続全てを形成する。したがって、第’625号特許の教示によって、図6に示されるもののような外側エンドターン606と、図4に示されるもののような内側エンドターン402とを含む1つの層が、単一の相を接続するために必要とされる。この設計に従って構築される3相ボードのために、最低3つのそのような伝導層が、必要とされる。 Figure 6 shows outer end turns 606 of the type described in the '625 patent, which are similar to the outer end turns 106 shown in Figure 1A. These outer end turns 606, along with the inner end turns 402 (shown in Figure 4), form all of the connections between the respective radial traces 404 needed to establish three windings per pole pair of a single phase. Thus, according to the teachings of the '625 patent, one layer containing outer end turns 606 like those shown in Figure 6 and inner end turns 402 like those shown in Figure 4 is needed to connect a single phase. For a three-phase board constructed according to this design, a minimum of three such conductive layers is needed.

図5Aおよび5Bと同様に、図7Aおよび7Bは、2つのそれぞれの伝導層L5、L6上の外側エンドターン706の代替配列を示す。図示される配列では、層L5上の半径方向トレース404が、例えば、図3に示されるビア310に類似するビア(図7Aおよび7Bに図示せず)を使用して、層L6上の対応する(かつ並列な)半径方向トレース404と並列に接続されると、図7Aおよび7Bに示される半径方向トレース404の全てのための外側エンドターン接続が、2つの層上にのみ確立されることができる。下でより詳細に説明されるように、そのような配列は、複数の相のための外側エンドターン706が同じ伝導層上に提供されることを可能にし、同じ相のための外側エンドターン706が複数の伝導層間に分散されることも可能にする。これは、単一の相のみのための外側エンドターン606が所与の伝導層上に提供され、所与の相のための外側エンドターン606が同じ伝導層上に全て含まれる図6の構成と対照的である。 Similar to FIGS. 5A and 5B, FIGS. 7A and 7B show alternative arrangements of outer end turns 706 on two respective conductive layers L5 and L6. In the illustrated arrangement, when radial traces 404 on layer L5 are connected in parallel with corresponding (and parallel) radial traces 404 on layer L6, for example, using vias (not shown in FIGS. 7A and 7B) similar to vias 310 shown in FIG. 3, the outer end turn connections for all of the radial traces 404 shown in FIGS. 7A and 7B can be established on only two layers. As explained in more detail below, such an arrangement allows outer end turns 706 for multiple phases to be provided on the same conductive layer, and also allows outer end turns 706 for the same phase to be distributed among multiple conductive layers. This contrasts with the configuration of FIG. 6, in which outer end turns 606 for only a single phase are provided on a given conductive layer, and the outer end turns 606 for a given phase are all contained on the same conductive layer.

加えて、下でより詳細に議論されるように、いくつかの実装では、層L5およびL6のいずれか一方または両方は、加えて、例えば、図4に図示される内側エンドターン402と同様に配列され得る内側エンドターンを含み得る。代替として、層L5およびL6上に提供される内側エンドターンは、図5Aおよび5Bに関連して上で説明される内側エンドターン502と同一またはそれに類似し得る。後者のタイプの例示的例が、図14、15A、15B、15C、16A、および16Bに関連して下で説明される。層L5およびL6のいずれか一方または両方上の内側エンドターンの他の構成、または、全ての内側エンドターンが層L5およびL6以外の層上に含まれる構成さえも、可能であり、想定される。 Additionally, as discussed in more detail below, in some implementations, either or both of layers L5 and L6 may additionally include inner end turns, which may be arranged similarly to, for example, inner end turns 402 illustrated in FIG. 4. Alternatively, the inner end turns provided on layers L5 and L6 may be identical to or similar to inner end turns 502 described above in connection with FIGS. 5A and 5B. Illustrative examples of the latter type are described below in connection with FIGS. 14, 15A, 15B, 15C, 16A, and 16B. Other configurations of inner end turns on either or both layers L5 and L6, or even configurations in which all inner end turns are included on layers other than layers L5 and L6, are possible and contemplated.

実装がどのようなものであるとしても、ある機構が、何らかの方法でそれぞれの相に電流を得るために使用される必要があるであろうことを理解されたい。図7Aおよび7Bに図示される例では、これは、それぞれの巻線回路に入力708a、708b、および708cを確立するために、他の外側エンドターン群とは異なって外側エンドターン群706b、706c、および706hを構成することによって遂行される。他の実装では、電流は、加えて、または代替として、例えば、専用の接続層へのビア/はんだパッド/圧力接触もしくはピンを使用して、ワイヤを1つ以上の他の伝導層から外側エンドターン706の内側のパッドに直接接続すること、または別の類似する技法等のいくつかの他の様式で、相のうちの1つ以上のものに導入され得る。 Whatever the implementation, it should be understood that some mechanism will need to be used to somehow get current to each phase. In the example illustrated in FIGS. 7A and 7B, this is accomplished by configuring outer end turns 706b, 706c, and 706h differently from the other outer end turns to establish inputs 708a, 708b, and 708c to their respective winding circuits. In other implementations, current may additionally or alternatively be introduced to one or more of the phases in some other manner, such as by directly connecting wires from one or more other conductive layers to pads inside outer end turns 706 using vias/solder pads/pressure contacts or pins to dedicated connection layers, or another similar technique.

さらに、いくつかの実装では、電流が、加えて、または代替として、ステータの内側領域からそれぞれの相に給送され得、図4および5に示されるもののような1つ以上の内側エンドターン群402、502が、他の内側エンドターン群とは異なって構成され、入力708a、708b、および/または、708cに類似する入力を可能にするが、代わりにステータの内側領域内に位置していることを理解されたい。そのうえ、いくつかの実装では、ステータの中央領域を貫通するシャフトを有するのではなく、代わりに、ロータが、ステータの「外側」で運転され得、例えば、環状または管状ロータ構造が、ステータを包囲し、それ周りに回転し得る。例えば、ある実施形態では、電流がステータの内側領域からそれぞれの相に給送されるそのような実装が、道理にかない得る。 Furthermore, it should be understood that in some implementations, current may additionally or alternatively be fed to each phase from an inner region of the stator, with one or more inner end turn groups 402, 502, such as those shown in FIGS. 4 and 5, being configured differently from the other inner end turn groups to allow inputs similar to inputs 708a, 708b, and/or 708c, but instead being located within the inner region of the stator. Moreover, in some implementations, rather than having a shaft passing through the central region of the stator, the rotor may instead operate "outside" the stator; for example, an annular or tubular rotor structure may surround and rotate about the stator. For example, in certain embodiments, such an implementation in which current is fed to each phase from an inner region of the stator may make sense.

外側エンドターン706の2つの相補的な組が、図7Aおよび7Bに示され、外側エンドターン706a、706b、706c、706d、706e、および706fの第1の組が、図7Aの層L5上に描写され、外側エンドターン706g、706h、706i、706j、706k、および706lの第2の組が、図7Bの層L6上に描写されている。これらの相補的な接続を比較し、複数の相のための外側エンドターン706が同じ伝導層上に提供され得ること、および所与の相のための外側エンドターン706が複数の伝導層間に分散され得ることを理解することによって、3相ステータのために要求される外側エンドターン接続全てが、図示される2つの層L5およびL6内のみで達成され得ることが明白となる。例えば、第1の相は、図7Aの層L5上の外側エンドターン706aおよび706dと図7Bの層L6上の外側エンドターン706hおよび706kとによって支持されることができ、第2の相は、図7Aの層L5上の外側エンドターン706bおよび706eと図7Bの層L6上の外側エンドターン706iおよび706lとによって支持されることができ、第3の相は、図7Aの層L5上の外側エンドターン706cおよび706fと図7Bの層L6上の外側エンドターン706gおよび706jとによって支持されることができる。そのような実装では、各相のための外側エンドターン706が、層L5の3分の1および層L6の3分の1を消費するので、各相のための外側エンドターン706は、層L5およびL6上の場所の層価値の合計3分の2を消費する。そのうえ、示される例示的実装では、最低2つの伝導層が、3つの相全てのための完全な外側エンドターン接続を形成するために必要とされ、ステータが外側エンドターンに対して平衡を保たせられるために、伝導層数は、2の倍数であるべきである。 Two complementary sets of outer end turns 706 are shown in Figures 7A and 7B, with a first set of outer end turns 706a, 706b, 706c, 706d, 706e, and 706f depicted on layer L5 in Figure 7A and a second set of outer end turns 706g, 706h, 706i, 706j, 706k, and 706l depicted on layer L6 in Figure 7B. By comparing these complementary connections and understanding that outer end turns 706 for multiple phases may be provided on the same conductive layer and that outer end turns 706 for a given phase may be distributed among multiple conductive layers, it becomes apparent that all of the outer end turn connections required for a three-phase stator can be achieved within only the two layers L5 and L6 shown. For example, a first phase can be supported by outer end turns 706a and 706d on layer L5 of Figure 7A and outer end turns 706h and 706k on layer L6 of Figure 7B, a second phase can be supported by outer end turns 706b and 706e on layer L5 of Figure 7A and outer end turns 706i and 706l on layer L6 of Figure 7B, and a third phase can be supported by outer end turns 706c and 706f on layer L5 of Figure 7A and outer end turns 706g and 706j on layer L6 of Figure 7B. In such an implementation, the outer end turns 706 for each phase consume one-third of layer L5 and one-third of layer L6, so that the outer end turns 706 for each phase consume a total of two-thirds of the layer value of the location on layers L5 and L6. Moreover, in the exemplary implementation shown, a minimum of two conductive layers are required to form a complete outer end turn connection for all three phases, and in order for the stator to be balanced with respect to the outer end turns, the number of conductive layers should be a multiple of two.

図8は、第’625号特許によって教示される巻線レイアウトに従って、半径方向トレース804を相互接続し、ステータの単一のコイルを形成する内側エンドターン802および外側エンドターン806を示す。図示されるコイルは、点808において開始し、点810まで「内向きにらせんを描く」、または点810において開始し、点808まで「外向きにらせんを描く」のいずれか一方であるように見え得る。この構造では、4つの内側エンドターン802が存在するが、3つの外側エンドターン806しか存在しないことに留意されたい。「失われた」外側エンドターン806は、それが、らせんの内側(例えば、点810)から次のらせんの外側への接続(または逆もまた同様)を確立する必要があるので、他のターンと同じ層上に経路決定されることはできない。このタイプの接続は、ステータの周囲に進行するにつれて、ステータの中心点を一度のみ取り囲む。 FIG. 8 shows inner end turns 802 and outer end turns 806 that interconnect radial traces 804 and form a single coil of the stator, according to the winding layout taught by the '625 patent. The illustrated coil can be seen to either start at point 808 and "spiral inward" to point 810, or start at point 810 and "spiral outward" to point 808. Note that in this configuration, there are four inner end turns 802, but only three outer end turns 806. The "missing" outer end turn 806 cannot be routed on the same layer as the other turns because it must establish a connection from the inside of a spiral (e.g., point 810) to the outside of the next spiral (or vice versa). This type of connection only encircles the center point of the stator once as it progresses around the stator.

図9は、複数の伝導層の平面図における単一の相のための内側および外側エンドターンの交互配列を示す。3つの巻線が、示される層内にもたらされている。いくつかの実装では、図5Aおよび5Bに示されるそれらのような内側エンドターン502が、採用され得、それらの内側エンドターン502が、2つの(またはそれを上回る)伝導層にわたって分散され得る。いくつかの実装では、例えば、図9に図示される内側エンドターンは、1つの層からの内側エンドターン502の2つの群(例えば、図5Aに示される層L3上の内側エンドターン502bおよび502e)と、別の層からの内側エンドターン502の2つの群(例えば、図5Bに示される層L4上の内側エンドターン502iおよび502l)とを含み得る。図5Aおよび5Bに関連して上で議論されるように、2つ以上の伝導層からの内側エンドターン502の使用は、単一の相のための内側エンドターン接続の完全な組の形成を可能にすることができる。代替として、いくつかの実装では、図9に図示される内側エンドターンのいくつかのものまたは全ては、図4に示されるタイプ、すなわち、内側エンドターン402のようなものであり得、共通伝導層内に配置され得る。 FIG. 9 illustrates an alternating arrangement of inner and outer end turns for a single phase in a plan view of multiple conductive layers. Three windings are provided within the layer shown. In some implementations, inner end turns 502 such as those shown in FIGS. 5A and 5B may be employed, with the inner end turns 502 distributed across two (or more) conductive layers. In some implementations, for example, the inner end turns illustrated in FIG. 9 may include two groups of inner end turns 502 from one layer (e.g., inner end turns 502b and 502e on layer L3 shown in FIG. 5A) and two groups of inner end turns 502 from another layer (e.g., inner end turns 502i and 502l on layer L4 shown in FIG. 5B). As discussed above in connection with FIGS. 5A and 5B, the use of inner end turns 502 from two or more conductive layers can enable the formation of a complete set of inner end turn connections for a single phase. Alternatively, in some implementations, some or all of the inner end turns illustrated in FIG. 9 may be of the type shown in FIG. 4, i.e., inner end turn 402, and may be disposed within a common conductive layer.

いくつかの実装では、図9に図示される外側エンドターンのいくつかのものまたは全ては、図6に示されるタイプ、すなわち、外側エンドターン606のようなものであり得、共通伝導層内に配置され得る。代替として、図示される外側エンドターンのいくつかのものまたは全ては、図7に示されるタイプ、すなわち、外側エンドターン706のようなものであり得、2つの(またはそれを上回る)伝導層にわたって分散され得る。いくつかの実装では、例えば、図9に図示される外側エンドターンは、1つの伝導層からの外側エンドターン706の2つの群(例えば、図7Aに示される層L5上の外側エンドターン706aおよび706d)と、別の伝導層からの外側エンドターン706の2つの群(例えば、図7Bに示される層L6上の外側エンドターン706hおよび706k)とを含み得る。図7Aおよび7Bに関連して上で議論されるように、2つ以上の伝導層からの外側エンドターン706の使用は、単一の相のための外側エンドターン接続の完全な組の形成を可能にすることができる。 In some implementations, some or all of the outer end turns illustrated in FIG. 9 may be of the type shown in FIG. 6, i.e., like outer end turns 606, and may be located in a common conductive layer. Alternatively, some or all of the illustrated outer end turns may be of the type shown in FIG. 7, i.e., like outer end turns 706, and may be distributed across two (or more) conductive layers. In some implementations, for example, the outer end turns illustrated in FIG. 9 may include two groups of outer end turns 706 from one conductive layer (e.g., outer end turns 706a and 706d on layer L5 shown in FIG. 7A) and two groups of outer end turns 706 from another conductive layer (e.g., outer end turns 706h and 706k on layer L6 shown in FIG. 7B). As discussed above in connection with FIGS. 7A and 7B, the use of outer end turns 706 from two or more conductive layers can enable the formation of a complete set of outer end turn connections for a single phase.

実装がどのようなものであるとしても、図8と対照的に、エンドターン群の大部分のものに関して、外側エンドターン606、706の所与の群内のターンの数は、内側エンドターン402、502の隣接する群内のターンの数に等しく、逆も、同様であることを理解されたい。右上の端子902からの接続、半径方向トレース404、内側エンドターン402、502、および外側エンドターン606、706を辿るステップは、単一の伝導層内に経路決定されることが可能である蛇行パターンを形成する。図8に示される実装では、対照的に、未接続の巻線のみが、単一の伝導層内に経路決定され得る。図9に示されるように、端子902で開始し、端子904で終了する蛇行パターンは、ステータの中心点906を3回(または3ターン)取り囲む。 Whatever the implementation, in contrast to FIG. 8, it should be understood that for the majority of end turn groups, the number of turns in a given group of outer end turns 606, 706 is equal to the number of turns in an adjacent group of inner end turns 402, 502, and vice versa. The connection from the upper right terminal 902, tracing the radial trace 404, inner end turns 402, 502, and outer end turns 606, 706 forms a serpentine pattern that can be routed within a single conductive layer. In the implementation shown in FIG. 8, by contrast, only the unconnected windings can be routed within a single conductive layer. As shown in FIG. 9, the serpentine pattern starting at terminal 902 and ending at terminal 904 encircles the stator center point 906 three times (or three turns).

図10A、10B、11A、11B、12A、12B、13A、および13Bは、図9に示されるもののような蛇行巻線を採用するステータの例示的実施形態を図示し、図5AおよびBに示されるタイプの内側エンドターン502および図6に示されるタイプの外側エンドターン606が、各々が4つの伝導層を含む1つ以上のサブアセンブリのための巻線接続を確立するために採用される。単一のそのようなサブアセンブリS1の特徴が、図10A、10B、11A、および11Bに図示され、3つのそのような各サブアセンブリS1、S2、およびS3の積み重ねられた組の特徴が、図12A、12B、13A、および13Bに図示される。これらの図に示される例では、図示される各サブアセンブリS1、S2、およびS3のために、そのサブアセンブリの所与の伝導層上の半径方向コネクタ404の各々は、図3に図示される様式で、ビア310を使用して、その同じサブアセンブリの他の伝導層内の半径方向コネクタ404の対応する(かつ並列な)ものに接続される。示されるそれらのような多層PCSアセンブリ/サブアセンブリを形成するための例証的技法が、図17Aおよび17Bに関連して下で説明される。 10A, 10B, 11A, 11B, 12A, 12B, 13A, and 13B illustrate an exemplary embodiment of a stator employing serpentine windings such as those shown in FIG. 9, in which inner end turns 502 of the type shown in FIGS. 5A and B and outer end turns 606 of the type shown in FIG. 6 are employed to establish winding connections for one or more subassemblies, each including four conductive layers. Features of a single such subassembly S1 are illustrated in FIGS. 10A, 10B, 11A, and 11B, and features of a stacked set of three such subassemblies S1, S2, and S3 are illustrated in FIGS. 12A, 12B, 13A, and 13B. In the example shown in these figures, for each subassembly S1, S2, and S3 shown, each of the radial connectors 404 on a given conductive layer of that subassembly is connected to a corresponding (and parallel) one of the radial connectors 404 in the other conductive layer of that same subassembly using vias 310, in the manner shown in FIG. 3. An illustrative technique for forming multi-layer PCS assemblies/subassemblies such as those shown is described below in connection with FIGS. 17A and 17B.

図10Aは、4つの伝導層を有するサブアセンブリS1の(z軸において)拡大された斜視図を示し、内側エンドターン502b、502e、502i、502lおよび外側エンドターン606は、明確化のために、選択される相に対応している。3相ステータの他の2つの相を確立するために、図10Aの構造の中に組み込まれ得る追加の内側エンドターン502および外側エンドターン606の位置が、下記の図11A-11Bに図示される。図10Bは、図10Aに類似するが、例証の目的のために、他の2つの相に対応するサブアセンブリS1のさらなる部分が、除去されている。図10Bは、したがって、3相ステータの単一の相のための巻線が、4つの伝導層を有するサブアセンブリS1を通してそれらの道をどのように作ることができるかを図示する。 FIG. 10A shows an expanded perspective view (in the z-axis) of a subassembly S1 having four conductive layers, with inner end turns 502b, 502e, 502i, 502l and outer end turn 606 corresponding to a selected phase for clarity. The locations of additional inner end turns 502 and outer end turns 606 that may be incorporated into the structure of FIG. 10A to establish the other two phases of a three-phase stator are illustrated in FIGS. 11A-11B below. FIG. 10B is similar to FIG. 10A, but for purposes of illustration, additional portions of subassembly S1 corresponding to the other two phases have been removed. FIG. 10B therefore illustrates how the windings for a single phase of a three-phase stator can make their way through a subassembly S1 having four conductive layers.

図10Bと同様に、図11A-11Bは、2つの残りの相の巻線が、図10Aに示されるサブアセンブリS1を通してどのようにそれらの道を作り得るかを図示し、例証の目的のために、他の2つの相に対応するサブアセンブリの部分が、除去されている。故に、図10Bは、サブアセンブリS1内の第1の相のための内側エンドターン502b、502e、502i、502lおよび外側エンドターン606の位置を図示し、図11Aは、サブアセンブリS1内の第2の相のための内側エンドターン502a、502d、502h、502kおよび外側エンドターン606の位置を図示し、図11Bは、サブアセンブリS1内の第3の相のための内側エンドターン502c、502f、502g、502および外側エンドターン606の位置を図示する。 10B, Figures 11A-11B illustrate how the windings of the two remaining phases may make their way through subassembly S1 shown in Figure 10A, with the portions of the subassembly corresponding to the other two phases removed for purposes of illustration. Thus, Figure 10B illustrates the location of inner end turns 502b, 502e, 502i, 502l and outer end turn 606 for the first phase within subassembly S1, Figure 11A illustrates the location of inner end turns 502a, 502d, 502h, 502k and outer end turn 606 for the second phase within subassembly S1, and Figure 11B illustrates the location of inner end turns 502c, 502f, 502g, 502j and outer end turn 606 for the third phase within subassembly S1.

図10Aおよび10Bに図示される第1の相のための内側エンドターン502b、502e、502i、502lは、4つの伝導層に関して多重度2で出現し、内側エンドターン502bおよびに502eは、4つの図示される層のうちの2つのものの上に出現し、内側エンドターン502iおよび502lは、残りの2つの層上に出現する。同じことが、図11Aおよび11Bに図示される他の2つの相のための内側エンドターン502にも当てはまる。すなわち、図11Aに図示される第2の相に対して、内側エンドターン502a、502d、502h、502kは、4つの層に関して多重度2で出現し、内側エンドターン502aおよび502dは、4つの図示される層のうちの2つのものの上に出現し、内側エンドターン502hおよび502kは、残りの2つの相上に出現し、図11Bに図示される第3の相に対して、内側エンドターン502c、502f、502g、502は、4つの層に関して多重度2で出現し、内側エンドターン502cおよび502fは、4つの図示される層のうちの2つのものの上に出現し、内側エンドターン502gおよび502は、残りの2つの層上に出現する。故に、図10A、10B、11A、および11Bに示されるサブアセンブリS1の3相全てに対して、内側エンドターン502は、4つの伝導層に関して多重度2で出現し、サブアセンブリS1が2の倍数個の伝導層を有するので、平衡が保たれている(各相に対して等しい)。 The inner end turns 502b, 502e, 502i, and 502l for the first phase illustrated in Figures 10A and 10B occur with a multiplicity of 2 for the four conductive layers, with inner end turns 502b and 502e occurring on two of the four illustrated layers and inner end turns 502i and 502l occurring on the remaining two layers. The same is true for the inner end turns 502 for the other two phases illustrated in Figures 11A and 11B. That is, for the second phase illustrated in FIG. 11A, inner end turns 502a, 502d, 502h, 502k occur with a multiplicity of 2 for four layers, with inner end turns 502a and 502d occurring on two of the four illustrated layers and inner end turns 502h and 502k occurring on the remaining two layers; and for the third phase illustrated in FIG. 11B, inner end turns 502c, 502f, 502g, 502j occur with a multiplicity of 2 for four layers, with inner end turns 502c and 502f occurring on two of the four illustrated layers and inner end turns 502g and 502j occurring on the remaining two layers. Thus, for all three phases of subassembly S1 shown in Figures 10A, 10B, 11A, and 11B, inner end turns 502 appear with a multiplicity of two for four conductive layers, which is balanced (equal for each phase) because subassembly S1 has a number of conductive layers that is a multiple of two.

図10Aおよび10Bに示される特定の相、すなわち、第1の相に対して、外側エンドターン606も、図示される4つの層に関して多重度2で出現する。その相に対して、外側エンドターン606は、4つの伝導層のうちの2つのものを占有する。他の2つの相のための外側エンドターン606(図11Aおよび11Bに示される)は、他の2つの伝導層上にあるが、重複性は伴わない。すなわち、第2の相のための外側エンドターン606(図11Aに示される)は、第3の相のための外側エンドターン606(図11Bに示される)がそうであるように、単一の伝導層上にのみ出現する。したがって、図10A、10B、11A、および11Bに示されるサブアセンブリS1は、3相ステータの要求される接続全てを有するが、相に関する外側エンドターン606の等しくない重複性により、平衡が保たれていない。 For the particular phase shown in FIGS. 10A and 10B, i.e., the first phase, the outer end turns 606 also occur with a multiplicity of two for the four layers shown. For that phase, the outer end turns 606 occupy two of the four conductive layers. The outer end turns 606 for the other two phases (shown in FIGS. 11A and 11B) are on the other two conductive layers, but without redundancy. That is, the outer end turn 606 for the second phase (shown in FIG. 11A) occurs on only a single conductive layer, as does the outer end turn 606 for the third phase (shown in FIG. 11B). Thus, subassembly S1 shown in FIGS. 10A, 10B, 11A, and 11B has all the required three-phase stator connections, but is not balanced due to the unequal redundancy of the outer end turns 606 with respect to the phases.

図12Aは、各々が図10Aに示されるサブアセンブリに類似した3つのサブアセンブリS1、S2、およびS3のアセンブリの(z軸において)拡大された斜視図を示す。いくつかの実施形態では、2つ以上のそのようなそれぞれのサブアセンブリが、一緒に積層され、単一のPCSを形成し得る。図10Aにおけるように、図12Aは、明確化のために、3つの相のうちの1つのもののみに関連付けられる内側エンドターン502および外側エンドターン606を示す。3相ステータの他の2つの相を確立するために、図12Aの構造の中に組み込まれ得る追加の内側エンドターン502および外側エンドターン606の位置が、下記の図13A-13Bに図示される。 Figure 12A shows an enlarged perspective view (in the z-axis) of an assembly of three subassemblies S1, S2, and S3, each similar to the subassembly shown in Figure 10A. In some embodiments, two or more such respective subassemblies may be stacked together to form a single PCS. As in Figure 10A, Figure 12A shows, for clarity, inner end turns 502 and outer end turns 606 associated with only one of the three phases. The locations of additional inner end turns 502 and outer end turns 606 that may be incorporated into the structure of Figure 12A to establish the other two phases of a three-phase stator are illustrated in Figures 13A-13B below.

図12Bは、図12Aに類似するが、例証の目的のために、他の2つの相に対応するサブアセンブリS1、S2、およびS3のさらなる部分が、除去されている。図12Bは、したがって、3相ステータの単一の相のための巻線が、各サブアセンブリが4つの伝導層を有する3つのサブアセンブリS1、S2、およびS3の積み重ねられた組を通してどのようにそれらの道を作ることができるかを図示する。サブアセンブリS1、S2、S3は、貫通ビア1202a、1202b、1202c、1204a、1204b、1204c、1206a、1206b、および1206cによって、並列または直列のいずれかで電気的に接続され得る。示される例では、3つのサブアセンブリS1、S2、およびS3の巻線は、直列に接続され、それによって、アセンブリ全体の各相のための巻線数は、個々のサブアセンブリS1、S2、およびS3のうちのいずれか1つの巻線数より3倍大きい。 Figure 12B is similar to Figure 12A, but for illustration purposes, additional portions of subassemblies S1, S2, and S3 corresponding to the other two phases have been removed. Figure 12B therefore illustrates how the windings for a single phase of a three-phase stator can make their way through a stacked set of three subassemblies S1, S2, and S3, each subassembly having four conductive layers. Subassemblies S1, S2, and S3 can be electrically connected either in parallel or in series by through vias 1202a, 1202b, 1202c, 1204a, 1204b, 1204c, 1206a, 1206b, and 1206c. In the example shown, the windings of the three subassemblies S1, S2, and S3 are connected in series, such that the number of windings for each phase of the entire assembly is three times greater than the number of windings of any one of the individual subassemblies S1, S2, and S3.

電流が図12Bに図示される相のためのサブアセンブリS1、S2、およびS3の巻線を通して、またはそれらの間に流動し得る様式が、ここで、説明されるであろう。個別に説明されていないが、貫通ビア1202、1204、および1206の異なる群を使用するが、類似する経路が、他の2つの相(下で説明される図13Aおよび13Bに示される)の巻線のために辿られ得ることを理解されたい。図12Bに図示される相に対して、電流は、貫通ビア1202bからサブアセンブリS1の巻線の中に流動し得る。電流は、次いで、伝導性トレース1208を介してサブアセンブリS1の巻線から退出し得る。伝導性トレース1208からの電流は、貫通ビア1204bを通して伝導性トレース1210に流動し得、そこで、それは、サブアセンブリS2の巻線に進入し得る。電流は、次いで、伝導性トレース1212aおよび1212bを介してサブアセンブリS2の巻線から退出し得る。伝導性トレース1212a、1212bからの電流は、次いで、貫通ビア1206bを通して伝導性トレース1214aおよび1214bに流動し得、そこで、それは、サブアセンブリS3の巻線に進入し得る。電流は、次いで、サブアセンブリS3の巻線を退出し、他の2つの相(図13Aおよび13Bに示される)からの電流と共に、中性導体に流動し得る。 The manner in which current may flow through or between the windings of subassemblies S1, S2, and S3 for the phase illustrated in FIG. 12B will now be described. Although not individually described, it should be understood that similar paths may be followed for the windings of the other two phases (shown in FIGS. 13A and 13B, described below), although using different groups of through vias 1202, 1204, and 1206. For the phase illustrated in FIG. 12B, current may flow from through via 1202b into the winding of subassembly S1. Current may then exit the winding of subassembly S1 via conductive trace 1208. Current from conductive trace 1208 may flow through through via 1204b to conductive trace 1210, where it may enter the winding of subassembly S2. Current may then exit the winding of subassembly S2 through conductive traces 1212a and 1212b. Current from conductive traces 1212a, 1212b may then flow through through via 1206b to conductive traces 1214a and 1214b, where it may enter the winding of subassembly S3. Current may then exit the winding of subassembly S3 and flow to the neutral conductor along with current from the other two phases (shown in FIGS. 13A and 13B).

図12Bと同様に、図13A-13Bは、2つの残りの相の巻線が、図12Aに示される3つのサブアセンブリS1、S2、およびS3を通してどのようにそれらの道を作ることができるかを図示し、他の2つの相に対応するサブアセンブリの部分は、例証の目的のために除去されている。故に、図12Bは、3つのサブアセンブリS1、S2、およびS3のスタック内の第1の相のための内側エンドターン502b、502e、502i、および502l、および外側エンドターン606の位置を図示し、図13Aは、3つのサブアセンブリS1、S2、およびS3のスタック内の第2の相のための内側エンドターン502a、502d、502h、および502k、および外側エンドターン606の位置を図示し、図13Bは、3つのサブアセンブリS1、S2、およびS3のスタック内の第3の相のための内側エンドターン502c、502f、502g、および502、および外側エンドターン606の位置を図示する。 Similar to FIG. 12B, FIGS. 13A-13B illustrate how the windings of the two remaining phases can make their way through the three subassemblies S1, S2, and S3 shown in FIG. 12A, with the portions of the subassemblies corresponding to the other two phases removed for purposes of illustration. Thus, Figure 12B illustrates the positions of inner end turns 502b, 502e, 502i, and 502l, and outer end turn 606, for a first phase in a stack of three subassemblies S1, S2, and S3; Figure 13A illustrates the positions of inner end turns 502a, 502d, 502h, and 502k, and outer end turn 606, for a second phase in a stack of three subassemblies S1, S2, and S3; and Figure 13B illustrates the positions of inner end turns 502c, 502f, 502g, and 502j , and outer end turn 606, for a third phase in a stack of three subassemblies S1, S2, and S3.

各サブアセンブリS1、S2、およびS3は、図10Aのように、4つの伝導層を備えているが、各アセンブリ内に多重度2の外側エンドターン606を伴う相が、異なる。したがって、図12Aおよび12Bに図示される相に対して、上部サブアセンブリS1は、外側エンドターン606の2つの並列の層を有しているが、他の2つのサブアセンブリS2およびS3は、そうではなく、図13Aに図示される相に対して、底部サブアセンブリS3は、外側エンドターン606の2つの並列な層を有しているが、他の2つのサブアセンブリSおよびSは、そうではなく、図13Bに図示される相に対して、中央サブアセンブリS2は、外側エンドターン606の2つの並列な層を有しているが、他の2つのサブアセンブリS1およびS3は、そうではない。故に、図12A、12B、13A、および13Bの組み合わせによって示される積み重ねられたアセンブリは、3つの相の各々が、内側エンドターン502の同じ数の並列および直列に接続された層を有することに加えて、外側巻線606の同じ数の並列および直列に接続された層を有し、したがって、アセンブリ全体が平衡を保たせられるように配列される。 Each subassembly S1, S2, and S3 includes four conductive layers, as in Figure 10A, but differs in phase with a multiplicity of two outer end turns 606 within each assembly. Thus, for the phase illustrated in Figures 12A and 12B, the top subassembly S1 has two parallel layers of outer end turns 606, but the other two subassemblies S2 and S3 do not; for the phase illustrated in Figure 13A, the bottom subassembly S3 has two parallel layers of outer end turns 606, but the other two subassemblies S1 and S2 do not; and for the phase illustrated in Figure 13B, the middle subassembly S2 has two parallel layers of outer end turns 606, but the other two subassemblies S1 and S3 do not. Thus, the stacked assembly shown by the combination of FIGS. 12A, 12B, 13A, and 13B is arranged so that each of the three phases has the same number of parallel and series connected layers of inner end turns 502, as well as the same number of parallel and series connected layers of outer windings 606, thus making the entire assembly balanced.

図14、15A、15B、15C、16A、および16Bは、図9に示されるもののような蛇行巻線を採用し、図5AおよびBに示されるタイプの内側エンドターン502、および図7Aおよび7Bに示されるタイプの外側エンドターン706が、2つの伝導層のみを含むアセンブリ内の3つの相のために必要とされる巻線接続の全てを確立するために採用されるステータの例示的実施形態を図示する。これらの図に示される例では、上側伝導層上の半径方向コネクタ404の各々は、図3に示されるビア310に類似するビア1410を使用して、下側伝導層内の対応する(かつ並列な)半径方向コネクタ404に接続される。 Figures 14, 15A, 15B, 15C, 16A, and 16B illustrate an exemplary embodiment of a stator employing serpentine windings such as those shown in Figure 9, with inner end turns 502 of the type shown in Figures 5A and B and outer end turns 706 of the type shown in Figures 7A and 7B employed to establish all of the winding connections required for three phases in an assembly including only two conductive layers. In the example shown in these figures, each of the radial connectors 404 on the upper conductive layer is connected to a corresponding (and parallel) radial connector 404 in the lower conductive layer using vias 1410 similar to vias 310 shown in Figure 3.

図15Aは、ステータの第1の相に対応する図14に示されるアセンブリの一部のみの(z軸において)拡大された斜視図を示す。示されるように、第1の相は、図5Aおよび5Bに示される内側エンドターン502b、502e、502i、502l、および図7Aおよび7Bに示される外側エンドターン706a、706d、706h、および706kを採用し得る。図15Aは、したがって、3相ステータの単一の相のための巻線が図14に示されるアセンブリを通してどのようにそれらの道を作ることができるかを図示する。図15Bおよび15Cは、それぞれ、第1の相のための巻線に寄与する図15Aに示される上側および下側伝導層の一部を示す。 Figure 15A shows an enlarged perspective view (in the z-axis) of only a portion of the assembly shown in Figure 14 corresponding to the first phase of the stator. As shown, the first phase may employ inner end turns 502b, 502e, 502i, and 502l shown in Figures 5A and 5B, and outer end turns 706a, 706d, 706h, and 706k shown in Figures 7A and 7B. Figure 15A therefore illustrates how the windings for a single phase of a three-phase stator can make their way through the assembly shown in Figure 14. Figures 15B and 15C show portions of the upper and lower conductive layers shown in Figure 15A, respectively, that contribute to the windings for the first phase.

図15Aと同様に、図16Aおよび16Bは、2つの残りの相のための巻線が図14に示されるアセンブリを通してどのようにそれらの道を作ることができるかを図示し、他の2つの相に対応するアセンブリの部分は、例証の目的のために除去されている。図16Aに示されるように、第2の相は、図5Aおよび5Bに示される内側エンドターン502a、502d、502h、502k、および図7Aおよび7Bに示される外側エンドターン706c、706f、706g、および706jを採用し得る。図16Bに示されるように、第3の相は、図5Aおよび5Bに示される内側エンドターン502c、502f、502g、502、および図7Aおよび7Bに示される外側エンドターン706b、706e、706i、および706lを採用し得る。 Similar to Fig. 15A, Figs. 16A and 16B illustrate how the windings for the two remaining phases can make their way through the assembly shown in Fig. 14, with the portions of the assembly corresponding to the other two phases removed for illustration purposes. As shown in Fig. 16A, the second phase can employ inner end turns 502a, 502d, 502h, and 502k shown in Figs. 5A and 5B and outer end turns 706c, 706f, 706g, and 706j shown in Figs. 7A and 7B. As shown in Fig. 16B, the third phase can employ inner end turns 502c, 502f, 502g, and 502j shown in Figs. 5A and 5B and outer end turns 706b, 706e, 706i, and 706l shown in Figs. 7A and 7B.

図14、15A、15B、16A、および16Bに示される2つの伝導層の実装は、完全な3相ステータのために要求される層の数を低減させることの実践的な限界を表す。しかしながら、そのような構成のために、ある機構が、駆動回路(図示せず)から各相のための蛇行巻線の内側の場所までの電気接続を確立するために必要とされるであろうことを理解されたい。例えば、図15Aを参照して、電気接続が、駆動回路が第1の相のための完全な回路を確立することを可能にするように、ビア1410(または別の導体)までのそのような駆動回路から作製される必要があるであろう。第1の相のための蛇行巻線の他端との電気接続が、図15Aに示される貫通ビア1402bを用いて確立されることができる。同様に、図16Aおよび16Bを参照して、電気接続が、駆動回路が第2およびに第3の相のための完全な回路を確立することを可能にするように、それぞれ、ビア1410および1410(または他の導体)までの駆動回路から作製される必要があるであろう。第2および第3の相のための蛇行巻線の他端との電気接続は、それぞれ図16Aおよび16Bに示される貫通ビア1402cおよび1402aを用いて確立されることができる。 The two-conductive layer implementation shown in Figures 14, 15A, 15B, 16A, and 16B represents a practical limit for reducing the number of layers required for a complete three-phase stator. However, it should be understood that for such a configuration, some mechanism would be required to establish electrical connection from the drive circuit (not shown) to a location inside the serpentine winding for each phase. For example, with reference to Figure 15A, an electrical connection would need to be made from such drive circuit to via 1410b (or another conductor) to allow the drive circuit to establish a complete circuit for the first phase. An electrical connection to the other end of the serpentine winding for the first phase can be established using through via 1402b shown in Figure 15A. Similarly, with reference to Figures 16A and 16B, an electrical connection would need to be made from the drive circuit to vias 1410c and 1410a (or other conductors) to allow the drive circuit to establish a complete circuit for the second and third phases, respectively. Electrical connections to the other ends of the meander windings for the second and third phases can be established using through vias 1402c and 1402a shown in Figures 16A and 16B, respectively.

そのような電気接続は、専用の接続層へのビア/はんだパッド/圧力接触またはピンを通して、ワイヤを外側エンドターンの内側のパッドに直接接続すること、または、別の類似する技法を含むいくつかの機構のうちのいずれかを使用して確立され得る。電気接続をもたらすために、追加の層が必要とされないと仮定して、図14、15A、15B、15C、16A、および16Bに図示されるもののような2つの伝導層アプローチの最大の利点は、1つの層あたりの巻線の数が、第’625号特許に説明されるもののような構成より3倍または図10A、10B、11A、11B、12A、12B、13A、および13Bに関連して上で説明される構成より2倍増加され得ることである。追加の層が、例えば、外側エンドターン半径の外側に中立の接続および端子を伴う完全なステータを構築するために必要とされる場合、この利点は、減少する。加えて、高密度の外側エンドターンが、アクティブ領域に直接接続される熱特徴を使用するための能力に強い影響を及ぼし得る。 Such electrical connections can be established using any of several mechanisms, including vias/solder pads/pressure contacts or pins to a dedicated connection layer, directly connecting wires to pads on the inside of the outer end turns, or another similar technique. Assuming no additional layers are required to provide the electrical connection, the greatest advantage of a two-conductive layer approach such as that illustrated in FIGS. 14, 15A, 15B, 15C, 16A, and 16B is that the number of windings per layer can be increased by a factor of three over configurations such as those described in the '625 patent or by a factor of two over the configurations described above in connection with FIGS. 10A, 10B, 11A, 11B, 12A, 12B, 13A, and 13B. This advantage is diminished if additional layers are required, for example, to build a complete stator with neutral connections and terminals outside the outer end turn radius. Additionally, high density outer end turns can strongly impact the ability to utilize thermal features directly connected to the active area.

図面に示されていないが、図14、15A、15B、15C、16A、および16Bに示されるものに類似した2つ以上のアセンブリを積み重ねること、および、それらのアセンブリの巻線を並列もしくは直列のいずれかで一緒に接続することも、可能であることを理解されたい。いくつかの実装では、例えば、図15Aに示されるビア1410aは、例えば、前述の段落内に説明される接続技法のうちの1つを使用して、2つの伝導層を有する別の類似するアセンブリの蛇行巻線の「入力」に接続され、したがって、第1の相のための追加の巻線への直列接続を確立し得る。いくつかの実施形態では、第2のアセンブリ内のそのような蛇行巻線は、例えば、第1のアセンブリに類似した反時計回りの蛇行経路を進行し得るが、代わりに、最も外側の外側エンドターン706に向かって「外に」巻き得る。追加の電気接続が、同様に、第2のアセンブリの最も外側のエンドターンから、2つの伝導層のみを有するさらに別のアセンブリ上のさらに別の蛇行巻線の入力まで確立され得、その追加の蛇行巻線は、例えば、第2のアセンブリに類似する、例えば、反時計周りの蛇行経路を進行し得るが、再び、図15Aの構成と同様に、「内に」巻き得る。それぞれの直列に接続される層上で「内に」巻き、次いで、「外に」巻くそのような技法は、任意の回数繰り返され、それぞれの相の巻線数を増加させるように継続し得る。いくつかの実施形態では、2つ以上のそのようなそれぞれのアセンブリが、一緒に積層され、単一の平面複合構造(PCS)を形成し得る。 Although not shown in the drawings, it should be understood that it is also possible to stack two or more assemblies similar to those shown in FIGS. 14, 15A, 15B, 15C, 16A, and 16B and connect the windings of those assemblies together in either parallel or series. In some implementations, for example, via 1410a shown in FIG. 15A may be connected to the "input" of a serpentine winding of another similar assembly having two conductive layers, thus establishing a series connection to the additional winding for the first phase, e.g., using one of the connection techniques described in the preceding paragraph. In some embodiments, such a serpentine winding in the second assembly may, for example, travel a counterclockwise serpentine path similar to the first assembly, but instead wind "outward" toward the outermost outer end turn 706. Additional electrical connections may similarly be established from the outermost end turns of the second assembly to the input of yet another serpentine winding on yet another assembly having only two conductive layers, with that additional serpentine winding traveling, for example, a counterclockwise serpentine path similar to the second assembly, but again wound "in," similar to the configuration of FIG. 15A. Such a technique of winding "in" and then "out" on each serially connected layer may be repeated any number of times, continuing to increase the number of windings in each phase. In some embodiments, two or more such respective assemblies may be stacked together to form a single planar composite structure (PCS).

図17Aおよび17Bは、多層PCSアセンブリ/サブアセンブリ1700を形成するためのプロセスの例を図示する。示される例では、PCSアセンブリ/サブアセンブリ1700は、4つの伝導層CL1、CL2、CL3、およびCL4と、3つの非伝導性誘電層DL1、DL2、およびDL3とを含む。しかしながら、説明される技法が、加えて、または代替として、異なる数の層を伴うPCSサブアセンブリおよび/またはサブアセンブリを形成するために使用され得ることを理解されたい。 Figures 17A and 17B illustrate an example process for forming a multi-layer PCS assembly/subassembly 1700. In the example shown, the PCS assembly/subassembly 1700 includes four conductive layers CL1, CL2, CL3, and CL4 and three non-conductive dielectric layers DL1, DL2, and DL3. However, it should be understood that the described techniques may additionally or alternatively be used to form PCS subassemblies and/or subassemblies with a different number of layers.

いくつかの実施形態では、2つ以上の誘電層DL1、DL2、DL3が、複数の伝導層CL1、CL2、CL3、CL4と交互配置され、一緒に積層され得る。各伝導層CL1、CL2、CL3、CL4上の伝導性トレースのパターンは、1つ以上の回路要素(例えば、ステータ巻線の部分)のための導体を形成するように配列され得、銅等の導電性材料で形成され得る。各伝導層CL1、CL2、CL3、CL4は、少なくとも1つの誘電層DL1、DL2、DL3によって機械的に支持され得る。誘電層は、ガラス繊維等の非伝導性材料で形成され得る。各誘電層DL1、DL2、DL3は、したがって、伝導層CL1、CL2、CL3、CL4のそれぞれの対を電気的に絶縁し得る。 In some embodiments, two or more dielectric layers DL1, DL2, DL3 may be interleaved and stacked together with multiple conductive layers CL1, CL2, CL3, CL4. The pattern of conductive traces on each conductive layer CL1, CL2, CL3, CL4 may be arranged to form conductors for one or more circuit elements (e.g., portions of a stator winding) and may be formed of a conductive material such as copper. Each conductive layer CL1, CL2, CL3, CL4 may be mechanically supported by at least one dielectric layer DL1, DL2, DL3. The dielectric layer may be formed of a non-conductive material such as fiberglass. Each dielectric layer DL1, DL2, DL3 may thus electrically insulate each pair of conductive layers CL1, CL2, CL3, CL4.

各伝導層CL1、CL2、CL3、CL4の導体パターンは、限定ではないが、エッチング、打刻、噴霧、切断、または機械加工を含む種々の方法によって生産され得る。いくつかの実装では、例えば、導体パターンは、複数の両面回路基板の両側内に化学的にエッチングされ得、そのような回路基板の各々は、銅の2枚のシート(例えば、図17AのCL1およびCL2、または、CL3およびCL4)の間に挟まれたガラス繊維の1枚のシート(例えば、図17Aの誘電層DL1もしくはDL3)を含む。このように形成される複数の両面回路基板は、次いで、各対の間に挟まれている誘電(例えば、ガラス繊維)シート(例えば、図17Aの誘電層DL2)と一緒に積み重ねられ得る。積み重ねられた両面回路基板およびガラス繊維シートは、次いで、熱および圧力を使用して一緒に積層され、図17Bに示されるもののような複数のプレート配列を形成し得る。記載されるように、結果として生じるPCSは、例えば、軸方向磁束モータまたは発電機のためのステータとして使用され得る。 The conductor patterns of each conductive layer CL1, CL2, CL3, and CL4 can be produced by various methods, including, but not limited to, etching, stamping, spraying, cutting, or machining. In some implementations, for example, the conductor patterns can be chemically etched into both sides of multiple double-sided circuit boards, each of which includes one sheet of fiberglass (e.g., dielectric layer DL1 or DL3 in FIG. 17A) sandwiched between two sheets of copper (e.g., CL1 and CL2, or CL3 and CL4 in FIG. 17A). The multiple double-sided circuit boards thus formed can then be stacked together, with a dielectric (e.g., fiberglass) sheet (e.g., dielectric layer DL2 in FIG. 17A) sandwiched between each pair. The stacked double-sided circuit boards and fiberglass sheets can then be laminated together using heat and pressure to form a multiple-plate array such as that shown in FIG. 17B. As described, the resulting PCS can be used, for example, as a stator for an axial-flux motor or generator.

いくつかの実施形態では、上で説明されるタイプのPCSは、最も一般的に生産される回路基板において使用される銅シートより厚い銅シートを採用し得る。いくつかの実装では、例えば、銅シートは、0.004インチ~0.007インチの範囲に及ぶ厚さを有し得る。孔1702が、PCS 1700の複数の回路基板のうちの1つ以上のもの(もしくは全て)を通して精密な場所内に穿孔され得、孔の内壁が、銅等の伝導性材料で鍍着され得る。ビア(例えば、図3に示されるブラインドまたはベリードビア310もしくは図12Aに示される貫通ビア1202a、1202b、1202c、1204a、1204b、1204c、1206a、1206b、および1206c)としても公知である鍍着された孔は、PCSの異なる伝導層上に伝導性トレースを電気的に相互接続する層間導体としての機能を果たし得る。しかしながら、限定ではないが、伝導性材料で充填される孔、金属ピン、圧着点、スポット溶接、またはワイヤを含む層間導体の他のタイプも、加えて、もしくは代替として、採用され得ることを理解されたい。PCSの異なる層上の種々の導体は、そのようなビアまたは他の層間導体によって直列、および/または、並列に一緒に接続され得る。 In some embodiments, PCSs of the type described above may employ copper sheets that are thicker than those used in most commonly produced circuit boards. In some implementations, for example, the copper sheets may have thicknesses ranging from 0.004 inches to 0.007 inches. Holes 1702 may be drilled in precise locations through one or more (or all) of the multiple circuit boards of PCS 1700, and the interior walls of the holes may be plated with a conductive material such as copper. The plated holes, also known as vias (e.g., blind or buried vias 310 shown in FIG. 3 or through vias 1202a, 1202b, 1202c, 1204a, 1204b, 1204c, 1206a, 1206b, and 1206c shown in FIG. 12A), may serve as interlayer conductors that electrically interconnect conductive traces on different conductive layers of the PCS. However, it should be understood that other types of interlayer conductors may additionally or alternatively be employed, including, but not limited to, holes filled with conductive material, metal pins, crimp points, spot welds, or wires. Various conductors on different layers of the PCS may be connected together in series and/or parallel by such vias or other interlayer conductors.

図17Bに示されるように、PCS 1700は、加えて、下で説明されるように、軸方向磁束モータまたは発電機のロータのシャフトを収容するための中心孔1704を含み得る。 As shown in FIG. 17B, the PCS 1700 may additionally include a central bore 1704 for accommodating the rotor shaft of an axial flux motor or generator, as described below.

本明細書に説明されるアセンブリおよび/またはサブアセンブリは、第’625号特許に説明される軸方向磁束モータ/発電機、および、米国特許第9,673,688号、米国特許第9,673,684号、および/または米国特許第9,800,109号(その全ての内容全体は、上記を参照することによって組み込まれる)に説明されるモータおよび発電機を含む任意の公知のもしくは将来開発されるモータまたは発電機において採用されることができる。 The assemblies and/or subassemblies described herein may be employed in any known or future-developed motor or generator, including the axial flux motor/generator described in the '625 patent, and the motors and generators described in U.S. Pat. Nos. 9,673,688, 9,673,684, and/or 9,800,109 (the entire contents of which are incorporated by reference above).

図18Aは、ロータ構成要素1804aおよび1804bと、シャフト1808と、ねじ1802と、ワイヤ1814と、コントローラ1812とを伴うアセンブリ内に平面複合ステータ1810を採用するシステム1800の例を示す。これらの構成要素およびそれらの組立のための手段を示す拡大図が、図18Bに示される。ロータアセンブリの恒久的に磁化される部分1806a、1806b内の磁極のパターンも、図18Bの拡大図において明白である。図18Aは、電気接続1814がPCS 1810の外半径でとられ、ステータが外周においてフレームまたはケーシングに搭載されるある実施形態の例である。別の有用である構成、すなわち、「アウトランナ」構成は、内半径においてステータを搭載すること、その内半径において電気接続1814を作製すること、および、ロータを半分に分離する環状リングにシャフト1808を置換することを伴う。1つの磁石のみ、すなわち、1806aまたは1806bのいずれかでシステムを構成すること、または、連続する磁石アセンブリ間に複数のステータを挿入することも、可能である。ワイヤ1814は、ステータ上に搭載されるホール効果または類似するセンサの読み取り値に基づくロータの位置に関する情報も伝達し得る。図示されていないが、目的において同様に、シャフト1808に取り付けられるエンコーダが、コントローラ1812に位置情報を提供し得る。 FIG. 18A shows an example of a system 1800 employing a planar compound stator 1810 in assembly with rotor components 1804a and 1804b, a shaft 1808, screws 1802, wires 1814, and a controller 1812. An enlarged view showing these components and their means for assembly is shown in FIG. 18B. The pattern of magnetic poles in the permanently magnetized portions 1806a, 1806b of the rotor assembly is also apparent in the enlarged view of FIG. 18B. FIG. 18A is an example of an embodiment in which the electrical connections 1814 are made at the outer radius of the PCS 1810 and the stator is mounted to a frame or casing at the outer periphery. Another useful configuration, the "outrunner" configuration, involves mounting the stator at the inner radius, making the electrical connections 1814 at that inner radius, and replacing the shaft 1808 with an annular ring that separates the rotor halves. It is also possible to configure the system with only one magnet, either 1806a or 1806b, or to insert multiple stators between successive magnet assemblies. Wires 1814 may also carry information regarding the rotor's position based on readings from Hall-effect or similar sensors mounted on the stators. Although not shown, an encoder attached to shaft 1808 may provide position information to controller 1812, similar in purpose.

図18Aおよび18Bのシステム1800は、シャフト1812に接続されるコントローラ1812および構成要素の動作に応じて、モータまたは発電機のいずれか一方として機能することができる。モータシステムとして、コントローラ1812は、ステータ1810内の電流が、シャフト1808に接続された磁石180a、180bから生じる間隙における磁束に起因してシャフト周りのトルクを生成するように、スイッチを動作させる。コントローラ1812の設計に応じて、間隙および/またはロータの位置における磁束が、測定もしくは推定され、シャフト1808におけるトルク出力を達成するようにスイッチを動作させ得る。発電機システムとして、シャフト1808に接続される機械回転電力源が、ステータの端子1812における電圧波形を生成する。これらの電圧は、負荷に直接印加されるか、または、それらがコントローラ1812内で3相(もしくは多相)整流器を用いて整流されるかのいずれかであることができる。整流器の実装1812は、発電機モードのダイオートを使用する「自己整流」であり得るか、または、整流器の実装1812は、モータコントローラの制御されたスイッチを使用して構成されるが、シャフトトルクは、機械源によって提供されるトルクと対抗し、機械エネルギーが電気エネルギーに転換されるように動作させられ得る。したがって、18A内の同じ構成が、コントローラ1812が動作させられる方法に応じて、発電機およびモータの両方として機能し得る。加えて、コントローラ1812は、フィルタ構成要素を含み得、フィルタ構成要素は、スイッチング効果を軽減させ、ワイヤ1814からのEMI/RFIを低減させ、損失を低減させ、コントローラに供給されるまたはそれから送達される電力における追加の柔軟性を提供する。 18A and 18B can function as either a motor or a generator, depending on the operation of the controller 1812 and components connected to the shaft 1812. As a motor system, the controller 1812 operates switches such that current in the stator 1810 generates torque about the shaft 1808 due to magnetic flux in the gap arising from magnets 1806a , 1806b connected to the shaft 1808. Depending on the design of the controller 1812, the magnetic flux in the gap and/or rotor position may be measured or estimated and operate switches to achieve a torque output at the shaft 1808. As a generator system, a source of mechanical rotating power connected to the shaft 1808 generates voltage waveforms at the stator terminals 1812. These voltages can either be applied directly to a load or they can be rectified using a three-phase (or polyphase) rectifier within the controller 1812. The rectifier implementation 1812 can be "self-commutating" using diodes in generator mode, or the rectifier implementation 1812 can be configured using controlled switches in the motor controller while the shaft torque opposes the torque provided by the mechanical source and mechanical energy is converted to electrical energy. Thus, the same configuration in 18A can function as both a generator and a motor depending on how the controller 1812 is operated. Additionally, the controller 1812 can include filter components that mitigate switching effects, reduce EMI/RFI from the wires 1814, reduce losses, and provide additional flexibility in the power supplied to or delivered from the controller.

本発明の少なくとも一実施形態のいくつかの側面を上記のように説明しているので、種々の改変、修正、および改良が、当業者に容易に想起されるであろうことを理解されたい。そのような改変、修正、および改良は、本開示の一部であることが意図され、本発明の精神ならびに範囲内であることが意図される。故に、前述の説明および図面は、例にすぎない。 Having thus described several aspects of at least one embodiment of the invention, it should be understood that various alterations, modifications, and improvements will readily occur to those skilled in the art. Such alterations, modifications, and improvements are intended to be part of this disclosure, and are intended to be within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the foregoing description and drawings are by way of example only.

本発明の種々の側面は、単独で、または組み合わせ、もしくは前述に説明される実施形態内で具体的に議論されていない種々の配列で使用され得、したがって、本願では、前述の説明に記載または図面内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。 Various aspects of the present invention may be used alone or in combination, or in various arrangements not specifically discussed in the embodiments described above, and therefore this application is not limited to the details and arrangements of components set forth in the foregoing description or illustrated in the drawings. For example, aspects described in one embodiment may be combined in any manner with aspects described in other embodiments.

本発明は、その例が提供されている方法としても具現化され得る。方法の一部として実施される行為は、任意の好適な方法で順序付けられ得る。故に、例証的実施形態では順次行為として示されたとしても、ある行為を同時に実施することを含み得る例証されるものと異なる順序で行為が実施される実施形態が構築され得る。 The present invention may also be embodied as a method, examples of which are provided. The acts performed as part of the method may be ordered in any suitable manner. Thus, although acts may be shown as sequential in an illustrative embodiment, embodiments may be constructed in which acts are performed in a different order than illustrated, which may include performing certain acts simultaneously.

請求項要素を修飾するための請求項内での「第1の」、「第2の」、「第3の」等の序数用語の使用は、それ自体が一請求項要素の、別のものに関するかなる優先順位、優先権、または順序、もしくは方法の作用が実施される時間的順序も暗示せず、単に、ある名称を有する1つの請求される要素を(序数用語の使用がなければ)同じ名称を有する別の要素から区別し、請求項要素を区別するための標識として使用される。 The use of ordinal terms such as "first," "second," "third," etc. in the claims to modify claim elements does not, in itself, imply any priority, precedence, or sequence of one claim element with respect to another, or the chronological order in which method actions are performed, but merely distinguishes one claimed element having a certain name from another element having the same name (absent the use of ordinal terms) and is used as a label to distinguish between claim elements.

本明細書に使用される語法および専門用語も、説明の目的のために使用され、限定するものとして見なされるべきではない。「including(~を含む)」、「comprising(~を備えている)」、または「having(~を有する)」、「containing(~を含む)」、「involving(~を伴う)」、およびそれらの変形例の使用は、本明細書では、その後に列挙される物品、それらの均等物、ならびに追加の物品を包含することを意味する。

The phraseology and terminology used herein is also for purposes of description and should not be regarded as limiting. The use of "including,""comprising," or "having,""containing,""involving," and variations thereof, as used herein, is meant to encompass the items listed thereafter, equivalents thereof, and additional items.

Claims (7)

軸方向磁束モータまたは発電機における使用のためのステータとしての平面複合構造(PCS)であって、前記PCSは、
第1の誘電層と、
前記第1の誘電層の第1の側上の第1の伝導層であって、前記第1の伝導層は、第1の伝導性トレースを備え、前記第1の伝導性トレースは、
第1の半径方向距離から前記第1の半径方向距離より大きい第2の半径方向距離まで半径方向に延びている第1の半径方向導体と、
第1の伝導性エンドターンであって、前記第1の伝導性エンドターンの各々は、前記第1の半径方向導体のそれぞれの対を相互接続している、第1の伝導性エンドターンと
を含む、第1の伝導層と、
前記第1の誘電層の第2の側上の第2の伝導層であって、前記第2の伝導層は、第2の伝導性トレースを備え、前記第2の伝導性トレースは、
前記第1の半径方向距離から前記第2の半径方向距離まで半径方向に延びている第2の半径方向導体と、
第2の伝導性エンドターンであって、前記第2の伝導性エンドターンの各々は、前記第2の半径方向導体のそれぞれの対を相互接続している、第2の伝導性エンドターンと
を含む、第2の伝導層と、
前記第1の誘電層を通した第1のブラインドまたはベリードビアであって、前記第1の半径方向導体の各々は、少なくとも1つのそれぞれの第1のブラインドまたはベリードビアを通して、前記第2の半径方向導体のうちの対応するものに電気的に接続されている、第1のブラインドまたはベリードビアと、
第2の誘電層と、
前記第2の誘電層の第1の側上の第3の伝導層であって、前記第3の伝導層は、第3の伝導性トレースを備え、前記第3の伝導性トレースは、
前記第1の半径方向距離から前記第2の半径方向距離まで半径方向に延びている第3の半径方向導体と、
第3の伝導性エンドターンであって、前記第3の伝導性エンドターンの各々は、前記第3の半径方向導体のそれぞれの対を相互接続している、第3の伝導性エンドターンと
を含む、第3の伝導層と、
前記第2の誘電層の第2の側上の第4の伝導層であって、前記第4の伝導層は、第4の伝導性トレースを備え、前記第4の伝導性トレースは、
前記第1の半径方向距離から前記第2の半径方向距離まで半径方向に延びている第4の半径方向導体と、
第4の伝導性エンドターンであって、前記第4の伝導性エンドターンの各々は、前記第4の半径方向導体のそれぞれの対を相互接続している、第4の伝導性エンドターンと
を含む、第4の伝導層と、
前記第2の誘電層を通した第2のブラインドまたはベリードビアであって、前記第3の半径方向導体の各々は、少なくとも1つのそれぞれの第2のブラインドまたはベリードビアを通して、前記第4の半径方向導体のうちの対応するものに電気的に接続されている、第2のブラインドまたはベリードビアと、
前記第2の伝導層と前記第3の伝導層との間の第3の誘電層と
を備え、
前記第1のブラインドまたはベリードビアのいずれも、前記第3の誘電層を通過せず、
前記第2のブラインドまたはベリードビアのいずれも、前記第3の誘電層を通過しない、PCS。
1. A planar composite structure (PCS) as a stator for use in an axial flux motor or generator, said PCS comprising:
a first dielectric layer; and
a first conductive layer on a first side of the first dielectric layer, the first conductive layer comprising a first conductive trace, the first conductive trace comprising:
a first radial conductor extending radially from a first radial distance to a second radial distance greater than the first radial distance;
a first conductive layer including: first conductive end turns, each of the first conductive end turns interconnecting a respective pair of the first radial conductors;
a second conductive layer on a second side of the first dielectric layer, the second conductive layer comprising a second conductive trace, the second conductive trace comprising:
a second radial conductor extending radially from the first radial distance to the second radial distance;
a second conductive layer including second conductive end turns, each of the second conductive end turns interconnecting a respective pair of the second radial conductors;
first blind or buried vias through the first dielectric layer, each of the first radial conductors being electrically connected to a corresponding one of the second radial conductors through at least one respective first blind or buried via;
a second dielectric layer; and
a third conductive layer on the first side of the second dielectric layer, the third conductive layer comprising a third conductive trace, the third conductive trace comprising:
a third radial conductor extending radially from the first radial distance to the second radial distance;
a third conductive layer including: third conductive end turns, each of the third conductive end turns interconnecting a respective pair of the third radial conductors;
a fourth conductive layer on a second side of the second dielectric layer, the fourth conductive layer comprising a fourth conductive trace, the fourth conductive trace comprising:
a fourth radial conductor extending radially from the first radial distance to the second radial distance;
a fourth conductive layer including: fourth conductive end turns, each of the fourth conductive end turns interconnecting a respective pair of the fourth radial conductors;
second blind or buried vias through the second dielectric layer, each of the third radial conductors being electrically connected to a corresponding one of the fourth radial conductors through at least one respective second blind or buried via;
a third dielectric layer between the second conductive layer and the third conductive layer;
none of the first blind or buried vias passes through the third dielectric layer;
A PCS wherein none of the second blind or buried vias passes through the third dielectric layer.
前記第1の半径方向導体、前記第2の半径方向導体、前記第1の伝導性エンドターン、および前記第2の伝導性エンドターンは、通電されると前記モータまたは発電機の第1の相のための磁束を生成する巻線の第1の部分のための電気経路を確立し、
前記第3の半径方向導体、前記第4の半径方向導体、前記第3の伝導性エンドターン、および前記第4の伝導性エンドターンは、前記巻線の第2の部分のための電気経路を確立し、
前記巻線の前記第1の部分は、前記巻線の前記第2の部分と直列に接続されている、請求項1に記載のPCS。
the first radial conductor, the second radial conductor, the first conductive end turn, and the second conductive end turn establish an electrical path for a first portion of a winding that, when energized, generates magnetic flux for a first phase of the motor or generator;
the third radial conductor, the fourth radial conductor, the third conductive end turn, and the fourth conductive end turn establish an electrical path for a second portion of the winding;
2. The PCS of claim 1, wherein the first portion of the winding is connected in series with the second portion of the winding.
軸方向磁束モータまたは発電機における使用のためのステータとしての平面複合構造(PCS)であって、前記PCSは、第1の伝導層を備えている第1のサブアセンブリを備え、前記第1の伝導層は、第1の半径方向距離から前記第1の半径方向距離より大きい第2の半径方向距離まで半径方向に延びている第1の半径方向導体と、第1のエンドターン導体と、第2のエンドターン導体とを含み、
前記第1のエンドターン導体は、前記第1の半径方向導体の第1の群を相互接続し、前記軸方向磁束モータまたは発電機の第1の相のための第1の巻線を形成し、前記第1のエンドターン導体の各々は、前記ステータの同一の極に関連付けられる前記第1の半径方向導体のそれぞれの対を相互接続し、
前記第2のエンドターン導体は、前記第1の半径方向導体の第2の群を相互接続し、前記軸方向磁束モータまたは発電機の第2の相のための第2の巻線を形成し、前記第2のエンドターン導体の各々は、前記ステータの同一の極に関連付けられる前記第1の半径方向導体のそれぞれの対を相互接続し、
前記第1のサブアセンブリは、第1のエンドターン導体より多い第2のエンドターン導体を含む、PCS。
1. A planar composite structure (PCS) as a stator for use in an axial flux motor or generator, the PCS comprising: a first subassembly including a first conductive layer, the first conductive layer including a first radial conductor extending radially from a first radial distance to a second radial distance greater than the first radial distance, a first end-turn conductor, and a second end-turn conductor;
the first end-turn conductors interconnect a first group of the first radial conductors and form a first winding for a first phase of the axial flux motor or generator, each of the first end-turn conductors interconnecting a respective pair of the first radial conductors associated with the same pole of the stator;
the second end-turn conductors interconnect a second group of the first radial conductors and form a second winding for a second phase of the axial flux motor or generator, each of the second end-turn conductors interconnecting a respective pair of the first radial conductors associated with the same pole of the stator;
The PCS, wherein the first subassembly includes more second end-turn conductors than first end-turn conductors.
第2のサブアセンブリをさらに備え、前記第2のサブアセンブリは、前記第1の伝導層と異なる第2の伝導層を備え、前記第2の伝導層は、前記第1の半径方向距離から前記第2の半径方向距離まで半径方向に延びている第2の半径方向導体と、第3のエンドターン導体と、第4のエンドターン導体とを含み、
前記第3のエンドターン導体は、前記第2の半径方向導体の第1の群を相互接続し、前記軸方向磁束モータまたは発電機の第1の相のための第3の巻線を形成し、前記第3のエンドターン導体の各々は、前記ステータの同一の極に関連付けられる前記第2の半径方向導体のそれぞれの対を相互接続し、
前記第4のエンドターン導体は、前記第2の半径方向導体の第2の群を相互接続し、前記軸方向磁束モータまたは発電機の第2の相のための第4の巻線を形成し、前記第4のエンドターン導体の各々は、前記ステータの同一の極に関連付けられる前記第2の半径方向導体のそれぞれの対を相互接続し、
前記第のサブアセンブリは、第4のエンドターン導体より多い第3のエンドターン導体を含む、請求項3に記載のPCS。
a second subassembly, the second subassembly comprising a second conductive layer different from the first conductive layer, the second conductive layer including a second radial conductor extending radially from the first radial distance to the second radial distance, a third end-turn conductor, and a fourth end-turn conductor;
the third end-turn conductors interconnect a first group of the second radial conductors and form a third winding for a first phase of the axial flux motor or generator, each of the third end-turn conductors interconnecting a respective pair of the second radial conductors associated with the same pole of the stator;
the fourth end-turn conductors interconnect a second group of the second radial conductors and form a fourth winding for a second phase of the axial flux motor or generator, each of the fourth end-turn conductors interconnecting a respective pair of the second radial conductors associated with the same pole of the stator;
The PCS of claim 3 , wherein the second subassembly includes more third end-turn conductors than fourth end-turn conductors.
前記第3の巻線は、前記第1の巻線と直列に接続され、
前記第4の巻線は、前記第2の巻線と直列に接続されている、請求項4に記載のPCS。
the third winding is connected in series with the first winding;
5. The PCS of claim 4, wherein the fourth winding is connected in series with the second winding.
前記第1のエンドターン導体の数足す前記第3のエンドターン導体の数は、前記第2のエンドターン導体の数足す前記第4のエンドターン導体の数に等しい、請求項4または請求項5に記載のPCS。 The PCS of claim 4 or claim 5, wherein the number of the first end turn conductors plus the number of the third end turn conductors is equal to the number of the second end turn conductors plus the number of the fourth end turn conductors. 前記第1のエンドターン導体は、第1の内側エンドターン導体と、第1の外側エンドターン導体とを備え、
前記第2のエンドターン導体は、第2の内側エンドターン導体と、第2の外側エンドターン導体とを備え、
前記第1の内側エンドターン導体の各々は、前記第1の半径方向距離において、前記第1の半径方向導体のそれぞれの対の部分を電気的に相互接続し、
前記第1の外側エンドターン導体の各々は、前記第2の半径方向距離において、前記第1の半径方向導体のそれぞれの対の部分を電気的に相互接続し、
前記第2の内側エンドターン導体の各々は、前記第1の半径方向距離において、前記第1の半径方向導体のそれぞれの対の部分を電気的に相互接続し、
前記第2の外側エンドターン導体の各々は、前記第2の半径方向距離において、前記第1の半径方向導体のそれぞれの対の部分を電気的に相互接続し、
前記第1のサブアセンブリは、第2の内側エンドターン導体と同じ数の第1の内側エンドターン導体を含み、
前記第1のサブアセンブリは、第1の外側エンドターン導体より多い第2の外側エンドターン導体を含む、請求項3~6のいずれか1項に記載のPCS。
the first end turn conductor comprises a first inner end turn conductor and a first outer end turn conductor;
the second end turn conductor comprises a second inner end turn conductor and a second outer end turn conductor;
each of the first inner end-turn conductors electrically interconnects portions of a respective pair of the first radial conductors at the first radial distance;
each of the first outer end-turn conductors electrically interconnects portions of a respective pair of the first radial conductors at the second radial distance;
each of the second inner end-turn conductors electrically interconnects portions of a respective pair of the first radial conductors at the first radial distance;
each of the second outer end-turn conductors electrically interconnects portions of a respective pair of the first radial conductors at the second radial distance;
the first subassembly includes the same number of first inner end-turn conductors as the number of second inner end-turn conductors;
The PCS of any one of claims 3 to 6, wherein the first subassembly includes more second outer end-turn conductors than first outer end-turn conductors.
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