KR101387666B1 - 복합 레이디얼-액시얼 자기 베어링용 적층 코어 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

복합 레이디얼-액시얼 자기 베어링의 코어는 적어도 하나의 반경 방향 절단부(9)가 각각 마련된 코팅 판들을 적층함으로써 이루어진다. 그 절단부(9)들은 적층 스택의 중앙 홀을 지나는 액시얼 제어 자속을 변화시킴으로써 야기되는 순환 전류의 유도를 방지한다. 각각의 판을 이전의 판에 대해 회전시킴으로써 자기적 대칭이 유지된다.

Description

복합 레이디얼-액시얼 자기 베어링용 적층 코어 및 이의 제조 방법{LAMINATED CORE FOR A COMBINED RADIAL-AXIAL MAGNETIC BEARING AND CORRESPONDING METHOD}

본 발명은, 일체형 레이디얼-액시얼 구조를 갖고 있고 액시얼 제어 자속이 연자성 코어(soft-magnetic core)의 중앙 개구를 관통해 흐르는, 회전 기계용 자기 베어링에 관한 것이다.

자기 베어링에 의해 무접촉 서스펜션이 얻어질 수 있다. 그들의 제한된 마찰 손실은 자기 베어링이 고속 용례에 대해 매력적이게 하고 있다. 고속 회전 기계의 설계는 종종 회전자 동특성의 한계로 인해 복잡해진다. 이러한 점에서, 샤프트의 축방향 길이의 임의의 감소는 회전자 동특성의 여유에 기여한다. 이러한 특성은 소위 복합 베어링에서 최대로 이용된다. 그 베어링은 다수의 기능 부품이 공유되는 컴팩트한 구조로 액시얼 채널과 레이디얼 채널을 통합한 베어링들이다.

그러한 복합 베어링의 다양한 예들은 특허 문헌 및 기술 문헌에서 확인할 수 있다. 흔히, 액시얼 제어 자속의 경로는 강자성 재료의 적층 스택의 중앙 홀을 가로지른다. 이의 예들은 US 5514924, US 6268674, US 6727617, WO 2008074045, 및 CN 1737388과 같은 특허 및 특허 공개 공보에서 확인할 수 있다. 다른 예는 예를 들면 Imoberdorf 등, Pichot 등. 및 Buckner 등의 논문과 같은 기술 문헌에서 확인할 수 있다. Blumenstock의 미국 특허 US 6359357 B1에 개시된 형태의 복합 베어링에서, 액시얼 제어 자속은 강자성 재료의 적층 스택의 중앙 홀을 가로지르지 않는다.

복합 베어링의 액시얼 채널 성능은, 액시얼 제어 자속의 경로가 적층 스택의 중앙 홀을 가로지르는 경우에, 혹은 보다 일반적으로는 전기 전도 경로가 제어 자속을 둘러싸고 있는 영역을 복합 베어링이 갖고 있는 경우에 악영향을 받을 수 있다. 그 경우, 변화하는 제어 자속은 그 주변 재료 내에 전압을 유도할 수 있다. 이러한 유도 전압은 주변 경로가 폐경로를 이루고 전기 전도성을 갖는다면, 순환 전류를 야기하고, 이에 따른 주울(Joule) 손실도 초래하다. 실제로, 그러한 적층 스택은 변압기의 단락 이차 코일로서 간주될 수 있고 액시얼 제어 코일이 일차 코일로서 간주될 수 있다. 그 효과는 주파수에 의존적인데, 손실이 주파수에 따라 증가한다. 특정 액시얼 제어 전류 및 주파수가 주어지면, 주울 손실은 실현될 수 있는 힘을 감소시킨다. 결과적으로, 액시얼 채널의 성능이 영향을 받는다.

유사한 현상은 액시얼 액추에이터가 작용하는 적층 스택에서 발생할 수 있다. 이 경우, 제어 자속이 스택 자체로 유입되지만, 물리학적 설명은 동일하다. Takahashi의 미국 특허 US 6268674에서는 그러한 타겟 적층 스택 내부에 균일하게 분포된 일련의 반경 방향 슬릿을 절개하는 것을 제시하고 있다. 분명히, 회전 중에 충분한 강도를 유지하기 위해서 적층체를 그 전체 두께에 걸쳐 절단하지는 않는다. 그렇게 함으로써, 제어 자속이 전적으로 슬릿 영역으로 유입된다면, 유도 전류는 국부 구역에 남아 있게 된다. 이러한 기법은 단지 타겟 적층 스택에서의 손실을 감소시키는 해법을 제공한다. 전체적 제어 자속은 여전히 고정자 스택에 의해 둘러싸여 있다.

본 발명자들이 알기로는, 그러한 종류의 손실을 감소시키기 위한 다른 기법은 보고되지 않았다. 본 명세서에서는 손실을 감소시키는 다른 기법을 제시한다. 이는 복합 자기 베어링의 회전자 및 고정자 스택 모두에 적용될 수 있다.

본 발명은, 영구자석 바이어스(permanent magnet biased) 또는 전류 바이어스식 복합 레이디얼-액시얼 자기 베어링의 고정자 또는 회전자의 적층 코어에 관한 것이다. 이 적층 코어는 편평한 연자성 개별 판들의 솔리드 스택(solid stack)을 포함한다. 개별 판들은 이들 판의 평면에서의 순환 전류에 대한 적어도 하나의 완전한 물리적 중단부를 생성하도록 호모토픽(homotopic)적으로 볼(ball) 형상에 등가인 토폴로지 특성을 갖는다. 솔리드 스택은 자기적 대칭을 생성하도록 호모토픽적으로 링 형상에 등가인 토폴로지 특성을 갖는다. 적어도 하나의 물리적 중단부는 전기 절연 재료로 채워지며,
- 적어도 하나의 물리적 중단부는 인접한 판들에서 서로에 대해 선회되어 배치되며,
- 솔리드 스택은 복수의 서브스택(substack)을 포함하며, 이 서브스택은 인접한 판들에서 적어도 하나의 물리적 중단부가 서로 일치하도록 배치되고, 복수의 서브스택의 상기 적어도 하나의 물리적 중단부(9)는 서로에 대해 선회되어 배치된다.

이와 관련하여, 순환 전류는 적층 코어를 둘러싸는 폐경로를 따라 연자성 재료를 통해 흐르는 전류로서 정의한다.

편평한 판과 볼 형상 간에 호모토픽적으로 등가라는 표현은 그 편평한 판이 사실상 단지 굴곡, 연신 및/또는 수축 작업만을 이용하여 볼 형상으로 되도록 성형될 수 있음을 의미한다. 여기서, 절단 또는 접착 작업은 허용되지 않는다. 마찬가지로, 솔리드 스택과 링 형상 간에 호모토픽적으로 등가라는 표현은 그 스택이 사실상 단지 굴곡, 연신 및/또는 수축 작업만을 적용함으로써 링 형상으로 되도록 성형될 수 있음 있음을 의미한다.

여기서, "판의 평면에서 순환 전류에 대한 적어도 하나의 완전한 물리적 중단부를 생성하도록"이라는 표현은, 다시 말하면 판의 평면에서 순환 전류에 대한 적어도 하나의 물리적 중단부에 의해 로터를 에워싸는 거의 완전히 닫힌 연자성 경로가 생성됨을 의미한다.

또한, "로터를 에워싸는 거의 완전히 닫힌 연자성 경로"라 함은 로터를 에워싸는 경로로서, 바람직하게는 적어도 75%의 연자성 재료로 이루어진 경로를 의미한다. 훨씬 더 바람직하게는 적어도 95%의 연자성 재료로 이루어진다.

본 발명은 또한 복합 레이디얼-액시얼 자기 베어링의 고정자 또는 회전자의 적층 코어를 제조하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은,

- 볼 형상에 호모토픽적으로 등가인 토폴로지 형상을 갖는 편평한 연자성 판들의 세트를 마련하는 단계;

- 순환 전류에 대한 적어도 하나의 물리적 중단부가 얻어지도록 제1 연자성 층을 배치하는 단계;

- 모든 후속한 연자성 판층들을 바로 전의 연자성 층에 대해 선회 및/또는 뒤집어 배치하는 단계; 및

- 얻어진 연자성 층들의 세트를 함께 결속(solidifying)하는 단계를 포함하다.

본 발명은 또한 복합 레이디얼-액시얼 자기 베어링의 고정자 또는 회전자의 적층 코어를 제조하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은,

- 볼 형상에 호모토픽적으로 등가인 토폴로지 형상을 갖는 편평한 연자성 판들의 세트를 마련하는 단계;

- 순환 전류에 대한 적어도 하나의 물리적 중단부가 얻어지고 이 적어도 하나의 물리적 중단부가 인접하는 모든 층들에서 일치하도록 제1의 복수의 연자성 층을 배치하는 단계;

- 제1의 복수의 연자성 층과 동일한 방식으로 후속한 복수의 연자성 층들을 배치하되, 후속한 복수의 연자성 층들 모두를 바로 전의 복수의 연자성 층에 대해 선회 및/또는 뒤집어 배치하는 단계; 및

- 얻어진 연자성 층들의 세트를 함께 결속하는 단계를 포함하다.

이러한 식으로 복합 베어링의 고정자 코어 또는 회전자 코어를 제조함으로써, 변화하는 제어 자속으로 인한 순환 맴돌이 전류가 발생하지 않는다. 결과적으로, 베어링에서의 손실은 감소하고 액시얼 액추에이터 성능이 증가한다.

이하에서는 본 발명의 특징을 보다 잘 나타내기 위해, 본 발명에 따른 복합 레이디얼-액시얼 자기 베어링의 고정자 또는 회전자를 위한 적층 코어의 몇몇 바람직한 실시예에 대해 첨부 도면을 참조하여 어떠한 식으로든 한정하고자 하는 것이 아니라 예로서 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 영구 자석 바이어스식의 제1 복합 베어링의 종방향 반단면도이며,
도 2는 종래 기술에 따른 영구 자석 바이어스식의 제2 복합 베어링의 종단면도이고,
도 3은 종래 기술에 따른 전류 바이어스식의 제3 복합 베어링의 종단면도이며,
도 4는 종래 기술에 따른 제1 복합 베어링 형태의 4극 레이디얼 액추에이터 부분의 단면도이고,
도 5는 종래 기술에 따른 제2 복합 베어링 형태의 3극 레이디얼 액추에이터 부분의 단면도이며,
도 6은 대칭 축선에서 절단된, 복합 베어링의 4극 레이디얼 액추에이터 부분의 360<°판의 단면도이고,
도 7은 도 6의 판을 자극의 위치는 유지한 상태로 선회시켜 배치할 수 있는 가능한 모든 위치를 나타내는 도면이며,
도 8은 두께 0.35mm의 양면 10㎛ 코팅 적층 시트 4개로 이루어진 스택에 대해 0.5mm의 접선 방향 치수를 갖는 절단부 부근에서의 자기력선의 분포를 나타내는 도면이고,
도 9는 두께 0.35mm의 양면 10㎛ 코팅 적층 시트 4개로 이루어진 스택에 대해 0.5mm의 접선 방향 치수를 갖는 절단부 부근에서의 자속 밀도의 분포를 나타내는 도면이며,
도 10은 대칭 축선에서 절단되지 않은, 복합 베어링의 4극 레이디얼 액추에이터 부분의 360<°판의 단면도이고,
도 11은 도 10의 판을 자극의 위치는 유지한 상태로 선회 및/또는 뒤집어 배치할 수 있는 가능한 모든 위치를 나타내는 도면이며,
도 12는 대칭 축선에서 절단된, 복합 베어링의 3극 레이디얼 액추에이터 부분의 360<°판의 단면도이고,
도 13은 도 11의 판을 자극의 위치는 유지한 상태로 선회시켜 배치할 수 있는 가능한 모든 위치를 나타내는 도면이며,
도 14는 대칭 축선에서 절단되지 않은, 복합 베어링의 3극 레이디얼 액추에이터 부분의 360<°판의 단면도이고,
도 15는 도 14의 판을 자극의 위치는 유지한 상태로 선회 및/또는 뒤집어 배치할 수 있는 가능한 모든 위치를 나타내는 도면이며,
도 16은 복합 베어링의 4극 레이디얼 액추에이터 부분의 180<°판 세그먼트의 단면도이고,
도 17은 도 16의 판 세그먼트를 자극의 위치는 유지한 상태로 선회 및/또는 뒤집어 배치할 수 있는 가능한 모든 위치를 나타내는 도면이며,
도 18은 복합 베어링의 3극 레이디얼 액추에이터 부분의 120<°판 세그먼트의 단면도이고,
도 19는 도 17의 판 세그먼트를 자극의 위치는 유지한 상태로 선회 및/또는 뒤집어 배치할 수 있는 가능한 모든 위치를 나타내는 도면이며,
도 20은 액추에이터 타겟 스택의 분할된 360<°판의 단면도이고,
도 21은 비(非)직선 절단부 및 절연 스페이서를 갖는 360<°판의 단면도이다.

도 1, 도 2 및 도 3에는 기존의 복합 베어링 형태의 몇몇 종방향 단면도가 도시되어 있다. 도 4 및 도 5에는 기존의 복합 베어링의 가능한 2가지 형태의 횡단면도가 도시되어 있다. 도시한 대안적인 구조들은 모두 기하학적 회전축선 X-X'을 갖는 적층 회전자 스택(1), 적층 고정자 스택(2), 고정자 요크(3), 및 2개의 액시얼 자극(axial pole)(4a, 4b), 및 적어도 3개의 레이디얼 자극(5)으로 이루어진다. 액시얼 힘은 회전 대칭 구조로 이루어진 액시얼 제어 코일(6)에 의해 제어된다. 레이디얼 힘은 레이디얼 제어 코일(7)에 의해 제어된다. 이 코일은 레이디얼 자극(5) 주위에 권취되어 있다. 영구 자석(8)에 의해 바이어스 자기장이 생성되지 않는 경우, 바이어스 자기장은 몇몇 특정 방식으로 액시얼 제어 전류에 바이어스 전류를 추가하거나, 회전 대칭 형상을 갖고 액시얼 제어 코일(6)에 근접하게 위치한 별도의 바이어스 코일에 바이어스 전류를 공급함으로써 생성될 수 있다.

전류가 레이디얼 제어 코일(7)에 공급되는 경우, 자속이 고정자 스택(2)의 판들의 평면 내에서 흐르기 시작한다. 액시얼 제어 코일(6)에 공급되는 전류에 의해 생성된 자속은 고정자 요크(3)를 거쳐 액시얼 자극(4a)으로 보내지고, 이어서 간극을 가로질러 회전자 스택(1) 쪽으로, 다시 간극을 가로질러 반대측의 액시얼 자극(4b) 쪽으로 보내진 후에 궁극적으로 고정자 요크(3)로 되돌려 보내진다. 결과적으로, 액시얼 제어 전류가 시간에 따라 변화하기 때문에, 시변 자속이 고정자 스택(2)의 중앙 홀을 가로지르게 된다. 페러데이-렌츠 법칙 및 오옴의 법칙에 따라, 고정자 스택(2)의 판들에 순환 전류가 유도된다. 따라서, 본 발명의 목적은 유도된 순환 전류에 대한 경로를 물리적으로 중단시키는 데에 있다.

그러한 물리적 중단부를 구현하는 하나의 가능성은, 4극 고정자 스택(2)의 경우에 도 6에 도시한 바와 같이 고정자 스택(2)의 각각의 360<°판(10)에 단일의 전달부(9)를 마련하는 것이다. 여기서, "360<°"라는 표기는 절단부(9)의 존재로 인해 판이 360°바로 아래의 각도를 커버함을 의미한다. 분명히, 그러한 절단부(9)는 0.25mm 이하의 절단 폭을 얻기가 어렵기 때문에 실제로 상당한 접선 방향 릴럭턴스를 야기한다. 따라서, 판(10)은 레이디얼 제어 자장을 위한 자기적 대칭성의 일부를 잃게 된다. 단지 하나의 단일 판(10)을 갖는 가상적인 고정자 스택은 그러한 절단부로 인해 레이디얼 채널 성능의 상당한 손실을 나타낼 것이다. 그러나, 판(10)들을 적층함으로써 그러한 성능 손실을 피할 방안이 제공된다.

도 7은 도 6의 단일 절단부(9)를 갖는 360<°판(10)이 4개의 자극(5)의 위치에 영향을 미치지 않고 선회되어 배치될 수 있는 가능한 모든 위치를 도시하고 있다. 따라서, 인접한 360<°판(10)들의 절단부(9)가 항시 서로 떨어지도록 고정자를 적층하는 경우에, 자기력선은 360<°판(10)을 옮겨가면서 절단부를 가로지를 수 있다. 이에 의해, 인접한 판(10)들의 코팅을 2회 가로지를 필요가 있다. 여기서, 주요한 문제는 판의 코팅이 절단부의 폭보다 훨씬 더 얇게 이루어질 수 있다는 점, 예를 들면 적어도 250㎛에 비교할 때에 1㎛로 이루어질 수 있다는 점이다.

도 8은 4개의 판(10)으로 이루어진 고정자 스택(2)의 단면도를 도시하고 있다. 이 도면은 판(10)들 중 하나에서의 절단부(9)의 위치에서 스택의 중심에 대해 접선 방향으로 이루어진 판(10)의 평면에 직교하는 단면도이다. 도 8에는 절단부(9) 부근에서의 레이디얼 제어 자속의 자기력선의 분포가 도시되어 있다. 이러한 특정 예에서, 판(10)의 두께는 0.35㎜이고, 절단부의 폭(B)은 0.5㎜이며, 코팅의 두께(D)는 10㎛이고, 이는 연자성 부분들 사이가 20㎛임을 의미한다(양면 코팅). 절단부(9)에 접근할 수록, 자기력선은 2개의 절반부로 갈라진다. 절단부(9) 내부에는 자기력선이 거의 존재하지 않는다. 절단부(9)를 지나고 나면, 자기력선들이 원래 판(10) 내에서 다시 합쳐진다.

분명히, 이는 도 8에 도시한 바와 동일한 고정자 스택(2)에 대해 도 9에 도시한 바와 같이 절단부(9) 부근에서의 국부적 자속 밀도에 영향을 미친다. 절단부(9) 내부에는 자기력선이 거의 존재하지 않아, 거기에서 자속 밀도가 거의 0으로 된다. 이는 도 9에 암청색(DB)의 음영으로 표시되어 있다. 그 판의 평면을 따라 절단부의 영역을 떠남에 따라, 그 자속 밀도는 암청색(DB)에서부터 연청색(LB) 및청록색(CN)을 거쳐 녹색(GR)에서 황색(GL)에 이르는 색상 변화로 나타낸 바와 같이 그 공칭값에 이르기까지 점점 증가한다. 인접한 판들에서는 자속 밀도가 황색(GL)에서 오렌지색(OR)을 거쳐 적색(RED)에 이르는 색상 변화로 나타낸 바와 같이 절단부에 접근함에 따라 증가한다.

코팅이 상당히 두꺼운 이러한 특정 예에서, 자속 밀도는 단지 인접한 판(10)들에 지배적으로 영향을 받는다. 다른 판들은 단지 약간 영향을 미친다. 이론적으로, 판(10)에서의 자속 밀도는 그 공칭값의 1.5배에 이르기까지 국부적으로 증가할 수 있다. 그러나, 코팅이 얇을 수록, 자기력선이 보다 넓게 퍼질 것으로 예상할 있고, 이는 국부적 피크 자속 밀도를 더 감소시키게 된다.

도 8 및 도 9로부터, 자속 밀도가 절단부(9)에 의해 영향을 받게 되는 영역의 크기는 수 밀리미터보다 크지 않은 것으로 결론 내릴 수도 있을 것이다. 결과적으로, 더 큰 레이디얼 제어 전류가 공급되는 경우, 몇몇 국부적 포화가 존재할 수 있지만, 베어링의 전체적인 성능에 미치는 영향은 여전히 작을 것이다.

원래의 자기적 대칭성을 전체적으로 복원시키기 위해, 절단부(9)들을 고정자 스택(2)의 둘레에 걸쳐 균일하게 분포시키도록 해야 한다. 도 7의 360<°판(10)들을 교대로 배치하면, 예를 들어 4개의 360<°판들의 반복 패턴을 갖는 고정자 스택(2)을 생성할 수 있다. 그러면, 절단부(9)들 간의 최소 축방향 거리는 판(10)의 두께의 약 4배에 상응한다.

도 6에 도시한 360<°판(10)에는 대칭 축선과 일치하는 절단부(9)가 마련된다. 그러나, 반드시 그럴 필요는 없다. 그와 반대로, 대칭 축선에 일치하지 않는 절단부는 절단부(9)들 간의 최소 축방향 거리를 더욱 증가시키기 위해 고려될 수 있다. 예를 들면, 4개의 자극(5)을 갖는 도 10에 도시한 360<°판(10)에는 대칭 축선과 일치하지 않는 절단부(9)가 마련되어 있다. 판(10)을 선회시키거나 및/또는 뒤집음으로써, 도 11에 도시한 바와 같이 자극(5)들의 위치가 유지되는 8개의 상이한 위치를 찾을 수 있다. 그러한 판들을 적층함으로써, 8개의 판(10)들의 반복 패턴을 갖고 또한 절단부들 간의 최소 축방향 거리가 8개의 판(10)에 상응하는 자기적 대칭의 고정자 스택(2)이 얻어지다.

도 12에서는 단지 3개의 자극(5)을 갖고 있고 단일 절단부(9)가 대칭 축선상에 마련되어 있는 360<°판(10)을 도시하고 있다. 도 13에서는 도 12의 판(10)을 선회시킴으로써 단지 자극(5)의 위치가 유지되는 3개의 상이한 위치가 얻어지는 것을 보여주고 있다. 전체 스택이 자기적으로 대칭을 이루도록 그 판들을 적층한 후에, 절단부(9)들 간의 최소 축방향 거리는 3개의 판(10)에 상응한다. 이러한 특정 구성에서, 자기력선은 단지 1개의 판(10)에 상응하는 거리에 걸쳐 분산되어, 절단부(90) 근처에서의 자속 밀도 증가가 50%에 근사할 수 있을 것이다.

3개의 자극(5)을 갖는 고정자 스택(2)의 경우에 절단부(9)들 간의 최소 축방향 거리를 증가시키기 위해, 절단부(9)를 도 14에 도시한 바와 같이 대칭 축선과 일치하지 않도록 형성할 필요가 있다. 이 경우, 도 14의 판(10)을 선회시키거나 및/또는 뒤집음으로써, 도 15에 도시한 바와 같이 자극(5)의 위치를 유지한 채 절단부(9)에 대한 6개의 대안적인 위치들이 얻어진다. 그러면, 절단부(9)들 간의 최소 축방향 거리는 판(10)의 두께의 약 6배에 상응한다.

지금까지는 단일 절단부(9)를 갖는 예들만을 제시하였다. 그러나, 그에 제한되지 않는다. 예를 들면, 4개의 자극(5)을 갖는 고정자 스택(2)이 도 16에 도시한 것과 같이 180<°판(11)을 이용하여 제조될 수 있다. 적절히 배치되는 경우, 2개의 그러한 180<°판은 2개의 절단부(9)에 상당하는 것을 갖는 복합 판 구조(13)를 형성한다. 도 14의 180<°판(11)을 선회시키거나 및/또는 뒤집음으로써, 도 17에 도시한 바와 같이 자극(5)의 위치를 유지한 채 절단부(9)가 상이한 위치에 있게 되는 4가지의 배치를 찾을 수 있다. 그러한 판들을 적층함으로써, 4개의 180<°판(11)들의 반복 패턴을 갖고 또한 절단부(9)들 간의 최소 축방향 거리가 4개의 180<°판(11)에 상응하는 고정자 스택(2)이 얻어지다. 단일 절단부(9)를 갖는 360<°판(10) 대신에 180<°판(11)을 사용한 그러한 배치를 선택하는 한가지 이유는 예를 들면 펀칭에 의한 잠재적 낭비 감소에 있다.

도 17의 복합 판 구조(13)는 대칭 축선과 일치하지 않는 2개의 절단부를 갖는다는 점을 유념해야 할 것이다. 일치하는 경우에는 단지 2개의 대안적인 배치만을 찾을 수 있다. 이는 절단부(9) 근처에서의 자속 밀도를 배가시킴을 의미하기 때문에 덜 매력적이다. 유사한 상황이 도 18에 도시한 것과 같이 3개의 자극(5)과 3개의 절단부(9)를 갖는 구조를 위한 120<°판(12)에 의해서도 발생한다. 이 경우, 도 19에 도시한 바와 같이 3개의 절단부(9)가 대칭 축선과 일치하지 않는다면, 단지 2개의 가능한 배치를 찾을 수 있다. 이 경우, 대칭적인 120<°판(12)은 모든 절단부가 일치하게 놓이기 때문에 이용될 수 없다.

전술한 설명에서는 3개 및 4개의 자극을 갖는 구조에 대한 몇몇 대안예들에 중점을 두었다. 그러나, 일반성을 잃지 않고 동일한 사상을 보다 많은 개수의 자극(5)을 갖는 구조나 심지어는 어떠한 자극(5)도 갖지 않는 구조로 확장시킬 수 있다. 자극(5)을 갖지 않는 판의 예가 도 20에 제시되어 있다. 그러한 구조는 예를 들면 회전 부분 상에 액추에이터 타겟 스택(1)을 조립하는 데에 이용될 수 있다.

360<°판(10)에 단일 절단부(9)를 포함시키면, 그 기계적 강성을 극적으로 감소시킨다. 그러나, 본 발명의 원리에 따라 그 판들을 적층하는 경우, 얻어지는 스택의 강성 및 기계적 일체성이 절단부(9)가 없는 경우와 비교해 거의 감소하지 않는다. 180<°판(11) 또는 120<°판(12)이나 기타 복합 판 구조(13)가 이용되는 경우, 유사한 기계적 특성을 얻기가 어렵지만 불가능하지는 않다.

전술한 모든 예에서, 절단부(9)는 반경 방향으로 도시되어 있고, 자극(5)을 갖는 경우에는 스택의 가장 얇은 부분을 통과하도록 되어 있다. 본 발명의 사상은 그러한 특정 경우에 한정되지 않는다. 예를 들면, 자극(5)을 통과하는 절단부를 갖는 것도 생각할 수 있다. 마찬가지로, 비(非)반경 방향 직선형 절단부(9)나 심지어는 비직선형 절단부(9)에 의해 물리적 중단부를 구현하는 것도 고려할 수 있다. 비반경 방향 절단부를 적용하는 이유는 절단부 근처에서의 자속 밀도의 증가를 더욱 감소시키기 위해서 일 수 있다. 비직선형 절단부를 적용하는 이유는, 작동 중에 스택이 회전하는 경우나 그 스택이 180<°판(11) 또는 120<°판(12)으로 조립된 경우에 스택의 구조적 특성을 개선시키기 위해서 일 수 있다. 이 경우, 예를 들면 절단부(9)를 더브테일형 연결부와 같은 형상으로 형성하고 바람직하게는 임의의 가능한 전기적 접촉을 피하기 위해 절연 스페이서 재료(14)를 그 사이에 배치하는 것을 고려할 수 있다. 이러한 개념이 도 21에 도시되어 있다.

전술한 설명에 의해 커버되는 모든 가능한 실시예에서, 인접한 판 층들에서의 절단부(9)들은 결코 일치하지 않는다. 이러한 조건은 다소 완화될 수 있다. 또한, 액추에이터 타겟 스택(1) 또는 고정자 스택(2)을, 일련의 선회 및/또는 뒤집힌 서브스택들로서 조립할 수도 있고, 이 경우, 각각의 서브스택 자체는 적어도 2개의 인접한 판 층들로 이루어진 스택으로서, 인접한 판 층들에서의 절단부(9)들의 일부 또는 전부가 일치하게 배치된다는 특성을 갖는다. 이 경우, 자기적 대칭은 완전한 스택의 둘레에 걸쳐 절단부(9)의 전체 세트들을 균일하게 분포시킴으로써 보호될 수 있다. 그렇게 함으로써, 자기장이 항시 절단부 부근에서 인접한 서브스택을 통한 저 릴럭턴스 경로(low-reluctant path)를 찾을 수 있는 구성이 얻어진다. 그러나, 그러한 구성에서는 자기력선이 보다 많은 코팅층들을 가로질러야 하기 때문에 덜 바람직한 구성으로 간주될 수도 있다. 한편, 제조상 문제점들은 그러한 개념이 실행 가능한 대안일 수 있게 한다.

본 발명은 어떠한 식으로든 전술하고 도면에 도시한 바와 같은 적층 코어의 실시 형태들에 한정되는 것이 아니라, 그러한 적층 코어는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 임의의 형상 또는 치수로 이루어질 수 있다.

Claims (15)

1. 영구자석 바이어스 또는 전류 바이어스식 복합 레이디얼-액시얼 자기 베어링의 고정자 또는 회전자의 적층 코어(1, 2)에 있어서,
   상기 적층 코어(1, 2)는 편평한 연자성 개별 판(10, 11, 12)들의 솔리드 스택(solid stack)을 포함하며; 상기 개별 판(10, 11, 12)들은 이들 판의 평면에서의 순환 전류에 대한 적어도 하나의 완전한 물리적 중단부(9)를 생성하도록 호모토픽(homotopic)적으로 볼 형상에 등가인 토폴로지 특성을 가지며, 상기 솔리드 스택은 자기적 대칭을 생성하도록 호모토픽적으로 링 형상에 등가인 토폴로지 특성을 가지며, 상기 적어도 하나의 물리적 중단부(9)는 전기 절연 재료(14)로 채워지며,
   - 상기 적어도 하나의 물리적 중단부(9)는 인접한 판(10, 11, 12)들에서 서로에 대해 선회되어 배치되며,
   - 상기 솔리드 스택은 복수의 서브스택(substack)을 포함하며, 이 서브스택 내에서 인접한 판(10, 11, 12)들의 상기 적어도 하나의 물리적 중단부(9)가 서로 일치하도록 배치되고, 상기 복수의 서브스택의 상기 적어도 하나의 물리적 중단부(9)는 서로에 대해 선회되어 배치되는 것을 특징으로 하는 적층 코어.
2. 제1항에 있어서, 상기 개별 판(10, 11, 12)들 중 어느 것도 서로 전기적으로 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 적층 코어.
3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 물리적 중단부(9)는 직선형이고 반경 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 적층 코어.
4. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 물리적 중단부(9)는 직선형이고 비(非)반경 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 적층 코어.
5. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 물리적 중단부(9)는 더브테일 연결부 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 적층 코어.
6. 삭제
7. 삭제
8. 복합 레이디얼-액시얼 자기 베어링의 고정자 또는 회전자의 적층 코어를 제조하는 방법에 있어서,
   - 볼 형상에 호모토픽적으로 등가인 토폴로지 형상을 갖는 편평한 연자성 판(10, 11, 12)들의 세트를 마련하는 단계;
   - 유도된 순환 전류에 대한 적어도 하나의 물리적 중단부(9)가 얻어지도록 제1 연자성층을 배치하는 단계;
   - 모든 후속한 연자성 층들을 바로 전의 연자성 층에 대해 선회된 상태 및 뒤집힌 상태 중 하나 이상의 상태로 배치하는 단계; 및
   - 얻어진 연자성 층들의 세트를 함께 결속하는 단계
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 코어 제조 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 물리적 중단부(9) 내에 전기적 절연 재료(14)를 제공하는 것을 특징으로 하는 적층 코어 제조 방법.
10. 복합 레이디얼-액시얼 자기 베어링의 고정자 또는 회전자의 적층 코어를 제조하는 방법에 있어서,
    - 볼 형상에 호모토픽적으로 등가인 토폴로지 형상을 갖는 편평한 연자성 판(10, 11, 12)들의 세트를 마련하는 단계;
    - 유도된 순환 전류에 대한 적어도 하나의 물리적 중단부(9)가 각 판 층마다 얻어지고 이 적어도 하나의 물리적 중단부가 인접하는 모든 판 층들에서 일치하도록 제1의 복수의 연자성 층을 배치함으로써 제1 서브스택을 조립하는 단계;
    - 제1의 복수의 연자성 층을 갖는 제1 서브스택과 동일한 방식으로 후속한 복수의 연자성 층들을 배치함으로써 후속 서브스택을 조립하되, 복수의 연자성 층들을 갖는 후속한 서브스택들 모두를 복수의 연자성 층을 갖는 바로 전의 서브스택에 대해 선회된 상태 및 뒤집힌 상태 중 하나 이상의 상태로 조립하는 단계; 및
    - 얻어진 연자성 층들의 세트를 함께 결속하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 코어 제조 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 적어도 하나의 물리적 중단부(9) 내에 전기적 절연 재료(14)를 제공하는 것을 특징으로 하는 적층 코어 제조 방법.
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