[发明专利]用于控制印刷电路板中的损耗的结构和方法

说明书

本公开涉及印刷电路板电机，特别涉及用在电动机和发电机中的印刷电路板。在印刷电路板上由铜形成的绕组已经用于形成可以包含在永磁无刷DC(永磁同步)机器中的天线、电感器、变压器和定子的目的。对于使用现代永磁材料和PCB定子的能量转换装置，磁场并非强受限于磁敏感材料。因此，来自绕组中的相邻匝和/或(对于多层配置)相邻层上的绕组的场之间的交互可以是显著的。下文公开的结构减小了绕组中的有效电阻，因而减小了相关损耗以实现在旋转能量转换装置的部分中的减小的电流密度。与当前可用的装置相比，所公开的结构的效果是损耗机制随频率增加的可测量减小。这些效果在对于能量转换处理和例如脉冲宽度调制的典型控制策略重要的频率范围中是显著的。

相关申请的交叉引用

本公开根据35U.S.C§119(e)要求由Steven R.Shaw于2015年10月2日提交的题为“STRUCTURES TO REDUCE LOSSES IN PRINTED CIRCUIT BOARD WINDINGS”的美国临时专利申请No.62/236,407的权益。本公开根据35U.S.C§119(e)还要求由Steven R.Shaw于2015年10月2日提交的题为“STRUCTURES FOR THERMAL MANAGEMENT IN PRINTED CIRCUIT BOARDSTATORS”的临时专利申请No.62/236,422的权益。本公开根据35U.S.C§120还要求由StevenR.Shaw于2016年6月30日提交的题为“STRUCTURES AND METHODS FOR THERMAL MAGAGEMENTIN PRINTED CIRCUIT BOARD STATORS”的美国专利申请No.15/199,527的权益。前述每个申请的全部内容出于各种目的通过引用合并到本文中。

技术领域

本文描述的实施方式总体上涉及减小印刷电路板装置中的损耗的领域。更特别地，本文公开的实施方式涉及在用于电动机和/或发电机的多层印刷电路板上制造的定子中的绕组损耗管理的领域。

背景技术

发明人已经认识和理解到，处理通过印刷电路板(PCB)中的电引线的高电流的当前电动机和其他电气装置面临由在PCB中流动的电流所产生的多个问题。这样的问题包括：由于寄生电流或涡电流而生成不想要的热量，这可以导致机械故障和与电动机或发电机的转子的破坏性机械干扰；以及在电动机或发电机的操作中的其他低效率事件。作为在电路的区域中流动的增加的电流密度的副产品，尤其是由高电流梯度产生的PCB中的高温度梯度可能导致对PCB的结构损害，例如层离、或者基底中的电引线或电介质材料的局部破坏或退化。更重要地，也许这些高电流密度起作用以生成不期望的较大电磁场，较大电磁场例如可以在电路的物理邻近区域中产生寄生电流和涡电流，这继而会成为电动机或发电机转子的累赘，由此减小其功率输出和效率。

被构建成不具有下文描述的有益特征的印刷电路板电气装置采用各种策略来连接被铺设在构造在这些装置中的电介质基底的PCB表面上或在多层板装置的情况下的多个表面上的电流承载迹线。然而，这些策略不以任何实质性方式来解决或认识到由电路迹线的部分中的增强的电流密度导致的缺点以及由此产生的不利结果。

发明内容

本公开的特定示例性实施方式涉及印刷电路板电动机和发电机。印刷电路板中由铜形成的绕组已经用于形成可以包含在永磁无刷DC(永磁同步)机器中的天线、电感器、变压器和定子的目的。对于使用现代永磁材料和PCB定子的能量转换装置，磁场并非强受限于磁敏感材料。因此，来自绕组中的相邻匝和/或(对于多层配置)相邻层上的绕组的场之间的交互可以是显著的。下文公开的结构减小了绕组中的有效电阻，因而减小了相关损耗以实现旋转能量转换装置中的指定电流密度。与当前可用的装置相比，所公开的结构的效果是损耗机制随频率增加的可测量减小。这些效果在对于能量转换处理和例如脉冲宽度调制的典型控制策略重要的频率范围中是显著的。