KR101447640B1 - 모터의 슬롯리스 고정자용 코일권선방법 및 코일권선구조 - Google Patents

Abstract

슬롯리스 고정자용 계자권선을 형성하는 방법은: 절연와이어의 각 선회가 상기 절연와이어의 다음 선회와 인접하도록 맨드릴 둘레에 각 코일권선용 절연와이어를 나선형으로 감아서 제 1 코일군을 형성하고; 제 1 코일군 형성한 후, 상기 절연와이어를 제 2 코일군의 각 코일권선의 앞쪽에 위치시킬 수 있도록, 상기 절연와이어를 각 코일권선의 뒤쪽으로부터 맨드릴을 따라 축방향으로 이동시키고; 맨드릴 둘레에 각 코일권선용 절연연와이어를 나선형으로 감아서 제 2 코일군을 형성하고; 상기 제 1 코일군과 상기 제 2 코일군으로부터 상기 맨드릴을 제거하고; 코일권선부분들이 끼워지도록 감겨진 상기 코일군들을 단일층 웨브로 접고; 그리고 계자권선이 형성되도록 상기 웨브를 원통체로 감는 단계를 포함한다.

Description

모터의 슬롯리스 고정자용 코일권선방법 및 코일권선구조{COIL WINDING METHODS AND STRUCTURES FOR A SLOTLESS STATOR IN A MOTOR}

본 발명은 전기구동모터용 고정자에 관한 것이다. 특히 본 발명은 다수의 코일권선으로 교류(AC) 및 직류(DC) 전기모터의 슬롯리스 고정자용 다상 계자권선을 형성하는 방법들 및 이러한 고정자들용 코일권선 토포로지에 관한 것이다.

모터는 전통적으로 원통형 내부 회전자를 둘러싸는 환상 고정자, 및 고정자와 회전자 사이의 공극을 갖는다. 고정자는 전형적으로 도전성 코일 권선으로 만들어진 계자권선을 포함한다. 다상, 예를 들면 3상, 모터용 계자권선에는 다수의 코일권선이 있다. 각 코일권선은 절연된 전도체, 예를 들면 와이어로 이루어져 있으며, 이 와이어는 고정자의 길이방향을 따라서 앞뒤로 연장한다. 코일권선을 통과하는 교류는 원통형 고정자의 중공부에 회전 전자기장을 발생시킨다. 고정자내의 회전자는 그 회전 전자기장에 의해 회전된다.

고정자 코일권선은 전통적으로 도전성 코일(들), 예를 들면 와이어로 맨드릴둘레를 감고; 감겨진 코일(체)로부터 맨드릴을 제거하고; 감겨진 코일(체)를 접어서 웨브로 만들고; 웨브를 감아서 고정자에 포함될 원통체를 형성함으로써 이루어진다. 알려진 코일권선을 감는 토포로지 및 방법은 미합중국특허 3,813,267; 5,197,180; 5,425,165; 5,619,085; 5,714,827; 6,355,993; 및 6,791,224에 제시되어 있다. 수행하기 상대적으로 용이하고 저렴하며, 또한 고정자용 효율적인 계자권선을 제공하는 슬롯리스 고정자 코일 토포로지 및 권선 방법(slotles stator coil topologies and winding methods)에 대한 필요성을 오랫동안 느껴왔다.

다상 모터에서 슬롯리스 고정자에 사용할, 계자권선을 형성할 코일을 권선하는 신규의 코일권선 토포로지 및 방법들이 개발되어 왔다. 코일권선이 플럭스 리턴링의 안쪽 면에 설치되어, 고정자 및 리턴링과 동축인 회전자둘레에 환상체를 형성한다. 고정자의 코일권선에 가해진 기전력이 인가된 기전력에 의존한 속도와 토그로 회전자를 구동한다. 기전력은 전형적으로 3상 AC 전압 등의 다상 교류(AC)전압이다. 고정자 계자권선은 교류 전압의 각 상에 대한 개별적인 코일권선을 포함한다.

여기서 공개된 코일권선 토포로지는 또한 전기발전기의 고정자로서의 용도에 적용될 수 있다. 권선방법들은 다상, 예를 들면 3상 , 슬롯리스 고정자에 대한 다중 코일권선들 예를 들면 3개(A, B, C)를 포함한다. 고정자 코일 권선들은 코골이 치료장치의 송풍기용 소형모터에 사용될 수 있다.

제 1 코일군과 제 2 코일군에 배열된 다수의 코일권선을 포함하는 슬롯리스 고정자용, 3 상 계자권선 등의 다상 계자권선을 제조하는 방법이 여기에 개시되어 있다. 이 방법은: 절연와이어의 각 선회가 상기 절연와이어의 다음 선회와 인접하도록 맨드릴 둘레에 각 코일권선용 절연와이어를 감아서, 완성되었을 때 상기 제 1 코일군의 각 코일권선들이 실질적으로 동일한 코일 폭을 가지며, 상기 제 1 코일군의 인접한 코일권선들 간의 간격이 완성된 권선들 중 하나의 폭과 실질적으로 동일한 거리인, 제 1 코일군을 형성하고; 상기 제 1 코일군을 형성한 후, 상기 절연와이어를 제 2 코일군의 각 코일권선의 앞쪽에 위치시킬 수 있도록, 상기 절연와이어를 각 코일권선의 뒤쪽으로부터 맨드릴을 따라 완성된 권선들 중 하나의 폭의 5배와 실질적으로 동일한 거리만큼 축방향으로 이동시키고; 상기 절연와이어의 각 선회가 상기 절연와이어의 다음 선회와 인접하도록 맨드릴 둘레에 각 코일권선용 절연와이어를 감아서, 완성되었을 때 상기 제 2 코일 군과 상기 제 1 코일군의 각 코일권선들이 실질적으로 동일한 코일 폭을 가지며, 상기 제 1 코일군의 인접한 코일권선들 간의 간격이 완성된 권선들 중 하나의 폭과 실질적으로 동일한 거리인, 제 2 코일군을 형성하고; 감겨진 상기 제 1 코일군과 상기 제 2 코일군으로부터 상기 맨드릴을 제거하고; 상기 제 1 코일군의 코일권선부분들이 상기 제 2 코일군의 코일권선부분들에 끼워지는 단일층 웨브가 형성되도록 감겨진 상기 제 1 코일군과 상기 제 2 코일군을 접고; 그리고, 계자권선이 형성되도록 상기 단일층 웨브를 원통체로 감는 단계를 포함한다.

원통형 웨브;를 포함하는 3 상 계자권선 등의 슬롯리스 고정자용 다상 계자권선이 개시되어 있으며, 이 계자권선은: 제 1 코일군과 제 2 코일군을 포함하는 복수의 코일권선들; 각 코일권선을 위한 절연와이어로 이루어진 제 1 나선형 권선을 포함하고, 상기 절연와이어가 상기 절연와이어의 각 선회가 상기 절연와이어의 다음 선회와 인접하도록 맨드릴의 둘레에 감기고, 제 1 코일군에서 상기 맨드릴의 인접한 코일권선들 사이의 간격이 제 1 코일군에 있는 임의의 코일권선의 폭과 실질적으로 동일한, 제 1 코일군; 각 코일권선을 위한 절연와이어로 이루어진 제 2 나선형 권선을 포함하고, 상기 절연와이어가 상기 절연와이어의 각 선회가 상기 절연와이어의 다음 선회와 인접하도록 맨드릴의 둘레에 감기고, 제 2 코일군과 제 1 코일군의 각 코일권선이 실질적으로 동일한 코일폭을 가지며, 제 2 코일군에서 상기 맨드릴의 인접한 코일권선들 사이의 간격이 제 2 코일군에 있는 임의의 코일권선의 폭과 실질적으로 동일하고, 그리고 상기 제 2 코일군의 권선방향이 상기 제 1 코일군과 반대인, 제 2 코일군; 및 상기 제 1 코일군의 코일권선부분들이 상기 제 2 코일군의 코일권선부분들에 끼워지도록 접혀진 상기 제 1 코일군과 상기 제 2 코일군을 포함한다.

3 개 코일권선들을 포함하는, 슬롯리스 고정자용 3 상 계자권선의 제조방법이 개시되어 있으며, 이 방법은: 절연와이어의 각 선회가 상기 절연와이어의 다음 선회와 인접하도록 맨드릴 둘레에 각 코일권선용 절연와이어를 감아서, 완성되었을 때 제 1 코일군의 각 코일권선들이 실질적으로 동일한 코일 폭을 가지며, 상기 제 1 코일군의 인접한 코일권선들 간의 간격이 완성된 권선들 중 하나의 폭과 실질적으로 동일한 거리인, 3 개 코일권선들의 코일군을 형성하는 단계; 감긴 상기 코일군으로부터 상기 맨드릴을 제거하는 단계; 상기 맨드릴의 일 측면의 코일권선부분들이 상기 맨드릴의 반대 측면의 코일권선부분들 사이에 끼워지도록 감긴 상기 코일군들을 접는 단계; 및 계자권선이 형성되도록 상기 단일층 웨브를, 여기서 상기 웨브의 일 단의 코일권선부분은 상기 웨브의 타 단의 코일권선부분들에 끼워지고, 동일한 코일권선의 권선부분들은 상기 원통체의 반대편에 위치되는, 원통체로 감는 단계;를 포함한다.

전자기 다상 장치용 계자권선의 권선방법이 개시되어 있으며, 이 방법은: 코일권선들의 제 1 군이 형성되도록 복수의 절연도선들을 맨드릴의 둘레에 나선형으로 감고, 상기 제 1 군의 감겨진 상기 코일들을 상기 맨드릴 상에서 상기 제 1 군의 다른 감겨진 코일들 중 적어도 하나와 밀착하여 인접시키는 단계; 상기 절연도선들의 길이를 상기 제 1 군의 감겨진 상기 코일들의 폭과 실질적으로 동일한 거리로 상기 맨드릴을 따라 축방향으로 이동시키는 단계; 코일권선들의 상기 제 1 군의 뒤쪽으로부터 상기 제 1 군의 감겨진 상기 코일들의 폭과 실질적으로 동일한 거리에서 시작하여, 상기 제 1 군과 마찬가지로 동일한 권선방향으로 코일들의 제 2 군을 나선형으로 감고, 상기 제 2 군의 감겨진 상기 코일들을 상기 맨드릴 상에서 상기 제 1 군의 다른 감겨진 코일들 중 적어도 하나와 밀착하여 인접시키는 단계; 상기 맨드릴을 제거하고, 그리고 상기 제 2 군의 코일부분들에 끼워진 상기 제 1 군의 코일부분들을 포함하는 단일층 웨브를 형성하도록 상기 코일을 납작하게 하는 단계; 및 웨브를 상기 제 1 군의 코일들이 동일한 도선들에 의해 형성된 상기 제 2 군의 코일들과 겹쳐지는 이중층 원통체로 감는 단계;를 포함한다.

도 1은 맨드릴상에서 2개의 코일군으로 감긴 3개 코일권선의 제 1 배열체의 개략도이다.

도 2는 도 1에 보여진 코일들의 개략도로서, 맨드릴이 제거되고 코일권선이 속이 비어 단일층 웨브로 되어 있다.

도 3은 단일층 원통형 웨브로 배열된 도2에 보여진 코일들의 웨브의 끝면도(end view)의 개략적인 횡단면도이다.

도 4는 고정자를 형성할 자속반환링에 설치된 도2에 보여진 원통형 웨브의 끝면도의 개략도이다.

도 5는 도 1 내지 도 4에 보여진 제 1 코일권선배열체를 나타내는 전기 3상 코일배열체의 개략도이다.

도 6는 단일코일군을 개별적으로 가지며 맨드릴둘레로 감겨진 3개 코일권선의 제 2 배열체의 개략도이다.

도 7은 맨드릴이 제거되고 코일들이 속이 비어져서 단일층 웨브를 형성하는 코일권선의 제 2 배열체의 개략도이다.

도 8은 도 7의 코일권선으로서, 원통체로 형성된 웨브의 끝면도의 개략적인 횡단면도이다.

도 9는 자속반환링에 설치된 도 8의 윈통형 코일웨브의 끝면도의 개략적인 횡단면도이다.

도 10은 제 2 코일권선배열체를 나타내는 전기 3 상 코일배열체의 개략도이다.

도 11은 맨드릴상의 2개 코일군으로 감겨진 3개 코일권선의 제 3 배열체이디.

도 12는 맨드릴이 제거되고 코일들이 속이 비어 이중층 웨브로 된 코일권선 의 제 3 배열체의 개략도이다.

도 13은 이중층 원통체로 배열된 도 12의 코일권선의 웨브의 끝면도의 개략적인 횡단면도이다.

도 14는 자속반환링에 설치된 도 13의 이중층 원통형 코일권선웨브의 끝면도의 개략적인 횡단면도이다.

도 15는 3상 코일권선배열체를 나타내는 전기 3상 코일배열체의 개략도이다.

도 16은 단일층 원통체에 배열된 도 12의 코일권선의 웨브의 끝면도의 개략적인 횡단면도이다.

도 17은 자속반환링에 설치된 도 16의 단일층 원통형 코일권선웨브의 끝면도의 횡단면도이다.

도 18은 맨드릴상에 2개 코일군으로 감겨진 3개 코일권선의 제 4 배열체의 개략도이다.

도 19는 맨드릴이 제거되고 코일권선이 속이 비어 단일층웨브로 된 도 18에 보여진 코일들의 개략도이다.

도 20은 자속반환링에 배열된 도 19에 보여진 코일들의 웨브의 끝면도의 개략적인 횡단면도이다.

도 21은 고정자를 형성할 자속반환링에 설치된 도 2에 보여진 원통형 코일웨브의 끝면도의 개략도이다.

도 1은 맨드릴상에서 2개 코일군(12, 14)(A1, B1 및 C1, 그리고 A2, B2, 및 C2)으로 감겨진 3개 코일권선(A, B, C)의 제 1 배열체(10)의 개략도이다. 도전성 절연와이어들은 맨드릴둘레에 감겨져 각 코일권선의 군들을 형성한다. 접착테이프(18)의 띠들이 코일군들의 양측에 가해져서 코일들을 일시적으로 함께 유지한다. 테이프는 맨드릴이 제거되고나서 그리고 배열체(10)가 속이 비어 웨브로 되었을 때 코일들과 코일군들사이의 거리를 유지하는 것을 돕는다(도 2 참고).

맨드릴(16)의 경주장 형상 횡단면은 일반직으로 곧은 양 측벽 부분들(20) 및 용마루 형상의 상하면들(22)을 갖는다. 바람직하게는 맨드릴은 육각형의 횡단면을 가지나, 다른 다각형의 횡단면을 가지거나, 또는 2개의 양 벽 부분들(20)과 곡선모양의 상하면들(22)을 가질 수 있다.

맨드릴의 벽 부분들(20)은 공동 길이를 가지며 상하면들 보다 더 긴 경향이 있다. 벽 부분들(20)은 원통체내에 배열되고 모터의 회전자와 대면할 코일권선의 곧은 부분들(24, 26)(도 2 참고)을 형성하는 데 이용된다. 벽 부분들(20)은 형성될 고정자코일 부분들의 길이와 실질적으로 동일한 폭을 가진다.

맨드릴의 상하면들(22)상에 놓여있는 코일 부분들은 코일권선의 끝 선회구간들(28)을 형성한다. 맨드릴의 폭, 즉 양 벽 부분들(20)사이의 거리는 코일들의 끝 선회구간들(28)의 폭을 결정한다. 끝 선회들은, 코일들이 웨브로 평평하게 되었을 때, 연결된 코일군들, 예를 들면 A1 및 A2사이의 간격을 채울 정도의 길이를 가져야 한다. 따라서, 맨드릴의 폭은 끝 선회들(end turns)이 그것들의 필요한 길이를 가질 정도로 충분하여야 한다.

코일 부분들(24, 26)이 고정자로 형성되었을 때, 코일 부분들(24, 26)은 고 정자의 원통체내에 배열된다. 코일 부분들이 평행하고 회전자에 인접되어 있다. 코일 부분들은 고정자의 내부 원통형 표면상에 배열되며, 회전자로부터 환상형 공극 만큼 떨어져 있으며, 회전자의 길이를 연장시킨다. 코일들의 끝 선회구간들(28)은 인접한 곧은 코일부분들(24, 26)와 연결된다. 끝 선회구간들(28)은 접어 포개지거나, 또는 그렇지 않으면 작게 배열된다. 전형적인 코일권선에서는, 곧은 코일부분들(24, 26)과 끝 선회구간들(28)은 절연 외피(insulting sheath)를 갖는 연속도전성와이어에 의해 번갈아 놓이게 될 것이다. 끝 선회 부분들의 폭, 예를 들면 양 벽 부분들(20)의 거리는, 코일이 접어진 상태에서, 연결된 코일군들 사이의 거리에 끝 선회들이 걸칠 수 있을 정도이다.

각 코일군(12, 14)은 와이어들을 촘촘한 나선형으로 감음으로써 형성되며 여기서 와이어의 각 선회는 각 코일권선에서 다음의 선회에 인접하여 있다. 각 권선의 시초 선회에서의 끝들은 SA, SB 및 SC 각각에 의해 표시되어 있다. 각 코일권선의 마지막 선회에서의 끝들은 EA, EB 및 EC 각각에 의해 표시되어 있다. 이 분야에서 잘 알려진 자동 코일 권선 기구들이 맨드릴둘레에 와이어들을 자동적으로 감는데 사용될 수 있다. 각 권선의 와이어들은 우선 제 1 방향(화살표로 표시된 권선방향들)으로 감기어져 코일의 제 1 군(12)을 형성한다. 제 1 코일군은 와이어의 예정된 수의 선회들(turns), 예를 들어 25 내지 250 선회들로 이루어진다. 와이어 선회들은 전형적으로 맨드릴의 표면에 대하여 촘촘하게 나란한 배열체로 되어 감겨진 코일들의 단일 층을 형성한다.

독립된 와이어가 각 코일권선을 형성하는 데 사용된다. 도 1에 보여진 바와 같이, 3개 절연 와이어들(A, B, C)이 맨드릴 둘레에 감기어진다. 와이어들은 처음에는 제 1 방향으로 감기어져서 코일들의 제 1 군(12)을 형성한다. 각 코일군(A1, B1, C1)은 맨드릴 둘레에 감겨진 독립한 절연와이어에 해당한다. 각 코일군은, 각 코일군의 폭과 각 코일군의 선회들의 수가 실질적으로 동일하도록, 실질적으로 동일한 수의 권선들을 가진다.

인접한 코일군들사이의 간격, 예를 들면 코일군 A1의 뒤쪽과 코일군 B1의 앞쪽 사이의 간격(G)은 코일부분의 폭(W)일 수 있다. 이 간격은 코일들이 단일 층 웨브로 평탄화되었을 때 코일부분이 어떠한 중첩하는 코일들이 없이 그 간격안에 자리잡게 할 수 있다(도 2 참조).

코일권선의 제 1 군(A1, B1, C1)이 감기고 나서 코일권선의 다음 군(A2, B2, C2)이 감기기 전에, 각 완성된 코일군(12)으로부터 연장하는 도전성와이어들은 맨드릴을 따라서 축방향으로 이동되어진다. 축방향이동은 도전성와이어들을 완성된 제 1 코일군, 예를 들면 A1의 뒤쪽으로부터 감기어질 제 2 군 코일군, 예를 들면 A2의 앞쪽으로 도전성와이어들을 이동시킨다. 2개의 코일군을 갖는 3상 코일에 있어서, 축방향이동의 거리는 코일권선부분의 폭(W)의 5배이다. 축방향이동은 3상 이외의 다른 상을 가지며 다른 수의 코일군들을 가지는 다상 코일권선에 대하여는 달라질 것이다. 일반적으로, 완성된 코일군(12)에서 새로운 코일군(14)로의 축방향 이동은 코일군들의 수 곱하기 코일권선들의 수의 2배에서 1을 뺀것이다. 이 축방향 이동 알고리즘은 단일층 시트로 접어질 수 있는 맨드릴 코일권선상에 제공될 것이다.

각 코일(A, B, C)에 대한 도전성와이어들은 먼저 하나의 방향, 예를 들면 시계방향으로 감기어져 제 1 코일군(A1, B1, C1)을 형성하고 그리고 또 하나의 반대방향, 예를 들면 반 시계방향으로 감기어져 제 2 코일군(A2, B2, C2)을 형성한다. 권선방향이 화살표에 의해 도면에 표시되어 있다. 부가적인 코일군들은 코일들을 대안적으로 시계방향과 반 시계방향으로 맨드릴 둘레를 감음으로써 형성될 수 있다. 코일들의 군들의 권선은 코일들의 군들의 원하는 수가 형성될 때까지 권선방향을 역전시킴으로써 반복되어진다.

권선이 완료되고나서 맨드릴이 감겨진 코일들로부터 제거된다. 맨드릴이 제거됨에 따라, 와이어들이 그것들의 개개의 코일군에서 나란히 머물고 간격들이 코일군들사이에 남아 있도록 접착테이프(18)가 코일군들의 위치를 유지시킨다. 접착테이프는 전형적으로 코일부분(24, 26)의 각각의 양 면상의 2개 띠의 테이프이다. 접착테이프의 제 1 띠는 맨드릴의 표면에 고정되고 접착표면은 감겨진 코일을 수용하기 위하여 바깥쪽으로 대면하고 있다. 테이프의 제 2 띠는 권선공정이 완료되고나서 코일부분에 가해지고, 전형적으로 제 1 테이프 띠의 위에 놓이도록 가해진다.

도 2는 맨드릴의 제거후의 코일 권선을 보여준다. 코일들은 단층 웨브(30)로 평탄화되어 있다. 코일부분들의 적절한 중복(overlapping)을 보장하기 위하여, 예를 들면, 코일의 제 1 면상의 A1'는, 코일들의 반대면상의 선택된 부분들, 예를 들면 C1 및 A2 사이의 간격내의 위치쪽으로 축방향으로 이동된다. 코일부분들은, 부분들(예를 들면 A1, B1, C1, A1', A2, B1' B2, C1', C2, A2', B2', 및 C2')이 평행하며 중첩되지 않도록, 웨브내에 배열된다. 코일부분들(24, 26)(A1, B1, C1, A1', B1', 및 C1')은 회전자와 인접한 고정자 구간들(stator sections)을 형성할 웨브의 부분들이다. 코일부분들(24, 26)은 그것들이 회전자의 회전축에 평행하도록 고정자내에 배열될 것이다.

코일부분들(24, 26)은 권선방향(도 1 및 도 2의 부분들상의 화살표들을 참조)은 동일한 코일권선의 인접한 부분들에 대하여 평행하도록 배열된다. 예를 들면, 웨브는 맨드릴상에 동일한 권선방향으로 감겨졌던 인접한 부분들(A1', A2)을 가진다. 유사하게, 인접한 부분들의 각 쌍(B1', B2; C1', C2; A2, A1'; B2', B1 및 C1, C2')은 동일한 권선방향을 가진다. 코일이 웨브로 평탄화되었기 때문에, 맨드릴의 한 면상에 형성된 코일부분들, 예를 들면, 도 2에 보여진 프라임 부호(" ' ")로 식별된 부분들에는 코일부분들, 예를 들면 맨드릴의 반대면에 형성된 프라임 부호가 없는 코일부분들이 끼워져 있다. 코일부분들을 끼워 넣어 한 코일군으로부터의 부분들을 또 하나의 코일군으로부터의 코일부분들사이에 위치시킨다. 코일부분들이 끼워넣어졌을 때 권선방향들이 동일한 코일의 인접한 코일부분들에 대하여 동일하도록 코일군들은 양 방향들로 감겨 있다.

코일부분를 통과하는 전류의 방향은 부분의 권선방향에 의존한다. 인접한 부분들이 동일한 권선방향을 갖도록 동일한 코일의 코일부분들을 위치시키는 것은 전류방향이 인접한 부분들을 통하여 동일하다는 것을 확실하게 한다.

코일부분들(24, 26)이 웨브로 속이 빈 상태로 되었을 때 중첩되지 않는다. 코일의 끝 선회 부분들은 부분들(A1 내지 A1', B1 내지 B1', 및 C1 내지 C1')와 결합한다. 끝 선회 구간들은 웨브가 형성되었을 때 부분적으로 중첩될 것이다. 중첩 은 평탄화 공정에 부수적으로 발생하며 코일부분들의 중첩을 구성하지 않는다.

웨브의 끝들에 가장 가까운 코일부분들(A1, B1 및 B2' 및 C2')은 서로 간격(G) 만큼 떨어져 있다. 이들 간격은 웨브의 반대편 끝의 코일부분들을 수용할 것이다. 특히, 부분 A1은 부분들 A2'와 B2' 사이의 틈새에 끼워질 것이고, 부분 B1은 웨브가 원통체로 압연되었을 때 부분들(B2' 및 C2') 사이의 틈새에 끼워질 것이다.

도 3은 고정자 계자권선(31)으로 형성된 웨브(30)의 웨브부분들의 횡단면도이다. 웨브는 중첩하는 코일부분들이 없이 원통형체로 압연되어 있다. 웨브의 끝들에 있는 코일부분들(A1, C1')은 다른 코일부분들에 끼워지며 이들 다른 부분들과 중첩되지 않는다. 부분들은, 제 1 군(A1, B1, C1)의 코일부분이 동일 코일의 제 2 군(A2, B2, C2)의 코일부분에 인접하도록, 원통형 고정자 계자권선(31) 내에 배열된다. 원통형 웨브의 내경은 고정자의 안쪽직경(interior diamenter)의 직경과 실질적으로 동일하다. 고정자부분들은 원통체의 축과 평행하다. 회전자(도 4에서 N극 및 S극으로 표시된 회전자를 참조)는 웨브(30)에 의해 형성된 원통형 고정자 계자권선(31)에 동축으로 일치한다.

코일권선(A, B, C)의 각각의 코일부분들은 전류가 고정자의 일 측면상에서 일 방향으로 흐르고, 고정자의 반대 측면에서 타 방향으로 흐르도록 고정자에 배열된다. 코일부분들(24, 26)(도 1)이 맨드릴상에 감기는 방향이 전류흐름방향을 결정한다. 코일 A에서, 예를 들면, 부분들(A1' 및 A2)은 제 1 권선방향을 가지며(도 2 참고) 또한 고정자의 타 측면상의 부분들(A1 및 A2')은 반대 권선방향을 가진다. 따라서, 부분들(A1' 및 A2)을 통한 전류방향은 동일하나, 부분들(A1 및 A2')에서의 전류방향과 반대이다. 유사하게는, 부분들(C2' 및 C1)에 대한 전류방향은 동일하나, 고정자의 타 측면상의 부분들(C2 및 C1')에 대한 전류방향과 반대이다. 아울러, 부분들(B1 및 B2')에 대한 전류방향은 동일하나, 부분들(B1' 및 B2)에 대한 전류방향과 반대이다. 따라서, 전류는 고정자 원통체의 일 측면상에서 일 방향으로 흐르고 그 원통체의 타 측면 상에서 반대방향으로 흐른다.

도 4는 자속반환경로(magnetic flux return path)를 제공하는 강자성 링(32)에 삽입된 원통형상 고정자 계자권선(31)을 보여준다. 굴대가 코일웨브에 의해 형성된 원통체의 내측둘레로 삽입되어 고정자의 내경(ID)을 형성할 수 있다. 아울러, 코일권선의 끝 선회구간들(28)은 (고정자의 양 끝에서의) 각 부분의 양 끝에 팽팽하게 배열되어 있다. 코일들을 링의 내부주변에 니스 칠을 하여 붙이거나(varnishing) 또는 코일을 링에 모울딩하는(molding) 것을 포함하는 다양한 수단을 사용하여 복귀 경로 링(return path ring)(32)에 코일들이 고정된다. 웨브와 복귀 경로가 슬롯리스 고정자를 형성한다. 원통형 고정자 계자권선(31)은 회전자 극들 N극과 S극으로 표현된 회전 회전자를 갖는 모터 또는 발전기에 포함될 수 있다.

도 5는 도 4의 고정자 계자권선(31)의 도전성 경로들을 보여주는 전기적 개략도이다. 각 코일군, 예를 들면 A1은 각 도전성 코일군에서 각 권선의 적은 저항을 반향하기 위한 저항기(34)로서 표시되어진다. 코일군들(A1, A2)은 그것들의 개별적인 코일권선에서 직렬로 연결되어 있다. 3개의 코일권선들(A1 & A2; B1 & B2, 및 C1 & C2)은 공통 터미널(36), 예를 들면 중앙 탭에 연결된다. 각 권선의 맞은 편 끝들은 모터용 동력원의 상 터미널(phase terminal)에 연결된 터미널(38)을 가 진다. 제 1 권선선회에 해당하는 각 권선의 끝들은 도 5상에서 SA, SB 및 SC로 표시되어 개략도에서 코일의 출발의 위치를 표시한다. 또한, 각 권선의 마지막 선회 EA, EB 및 EC가 도 5 및 도 1에 각각 표시되어 있다.

도 6은 맨드릴(16)상의 제 2 코일권선 배열체(40)를 보여주는 개략도이다. 3 개의 코일권선들(A, B 및 C)은 맨드릴둘레로 단일방향( 화살표 참조)으로 모두 감겨진 단일코일군(42)을 갖는다. 양 측면들(20)상의 접착테이프(18)의 띠들은 코일부분들(24, 26)(도 7 참조)을 고정시킨다. 인접한 코일들사이의 간격(G)은 코일부분의 폭(W)과 실질적으로 동일하다.

도 7은 맨드릴이 제거되고 나서 그리고 코일이 웨브(44)로 평탄화되고 나서 코일권선(40)를 보여준다. 각 권선의 초기 선회들은 SA, SB 및 SC로 각각 표시되고 각 권선의 마지막 선회는 EA, EB 및 EC로 각각 표시되어 있다. 접착테이프는 코일이 웨브로 평탄화되었을 때 제거되거나 또는 제거되지 않을 수 있다. 코일이 평탄화되었기 때문에, 맨드릴의 한 측면의 코일부분들(24)(A1', B1' 및 C1')은 축방향으로 이동되어 맨드릴의 맞은편 측면의 코일부분들(26)(A1, B1 및 C1)사이의 간격들에 끼워진다.

끼워넣어진 코일부분들(24, 26)은 중첩되지 않는다. 맨드릴의 일 측면의 부분(24)는 맨드릴의 타 측면의 부분들 사이의 간격(G)에 자리하게 된다. 각 코일권선에서 직렬로 코일부분를 연결하는 끝 선회 구간들(28)은, 그것들이 웨브로 접어지기 때문에, 중첩될 수 있다. 끝 선회들은 웨브의 길이 또는 면적을, 고정자 코일부분들(24, 26)을 형성하는 데 요구되는 면적을 훨씬 넘어서, 과도하게 증가시키지 않도록 배열될 수 있다.

코일들(A, B 및 C) 각각은 각 코일권선의 일 단에 있는 공통 터미널(46) 및 코일권선의 맞은편 단에 있는 각 코일용 독립된 터미널(48)을 갖는다. 독립된 터미널(48)은 모터용 전력원의 개별적인 상(a respective phase)에 연결된다. 공통 터미널(46)은 접지될 수 있다.

도 8은 고정자용 원통체로 형성된 웨브(44)의 개략적인 횡단면도이다. 도 9는 플럭스 리턴 링(32)의 내부 표면상에 설치된 웨브(44)의 개략적인 횡단면도이다. 끝 코일부분들(A1, C1')은 B1'와 C1)사이에 그리고 A1과 B1사이에 각각 있는 간격들(G) 안에 잘 끼워 넣어진다. 각 권선용 2개의 코일부분들은 원통체의 양 측면들상에 있다. 예를 들면, 부분 A1은 부분 A1'용 원통체의 양 측면상에 있다. Al 용 권선방향은 A1'용 권선방향과 반대이다(도 7의 권선방향 참조). 각 코일에서, 전류는 원통체의 일 측면상에서, 예를 들면 부분 A1를 통하여 일 방향으로 흐르고, 또한 고정자 원통체의 맞은편 측면상에서, 예를 들면 부분 A를 통하여 반대 방향으로 흐른다. 따라서, 전류는 고정자 원통체의 일 측면상에서 일 방향으로 각 코일에서 흐르고 또한 원통체의 맞은편 측면상에서 반대방향으로 흐른다.

도 10은 도 9에 보여진 3-상 고정자 권선의 전기적인 개략도이다. 각 상(phase)에 대한 코일권선은 각각 A, B, 및 C로 표시되어 있다. 각 권선에 대한 전력 터미널 (48)(SA, SB 및 SC)은, 그라운드 연결체 등을 통하여, 3-상 전력 공급원에 연결될 수 있다. 각 권선의 첫번째 1 선회들은 각각 SA, SB 및 SC로 표시되어 있다. 함께 연결된 각 권선의 마지막 선회는 EA, EB 및 EC로 표시되어 있다.

도 11은 각각 제 1 코일군(52) 및 제 2 코일군(54)에 배열된 3개의 코일권선(A, B 및 C)을 갖는 또하나의 코일권선 배열체의 개략도이다. 코일군들은 각각 동일한 권선방향, 예를 들면 시계방향(코일들 상의 화살표 참조)으로 감겨져 있다.

각 코일은 맨드릴(16) 둘레에 절연와이어를 감아서 형성된다. 각 와이어의 출발은 SA, SB 및 SC로 각각 표시된다. 3-상 계자권선의 3 코일 권선을 형성하는 3개 와이어는 우선 맨드릴 둘레에 함께 감기어져 각각 제 1 코일군(52)을 형성한다. 코일군은 와이어의 각 선회가 맨드릴상의 와이어의 전 선회에 인접하도록 나선상으로 감기고 치밀하게 묶여진다. 아울러, 제 1 군의 완성된 코일권선(A1, B1 및 C1)은, 코일권선 A1와 B1 사이에 또한 B1 와 C1 사이에 어떠한 간격도 없도록, 서로 인접되어 있다. 코일권선 B1과 C1 용 맨드릴상의 출발위치는 코일권선 A1을 감는 출발부터 각각 거리 W 및 2×W이다. 여기서 W는 완성된 코일권선의 폭이다. 각 군의 코일권선은 바람직하게는 각각 공통폭(W)을 갖는다.

제 1 코일군(52)의 권선공정의 완료후에, 코일와이어들은 맨드릴을 따라서 축방향으로 제 1 군의 각 권선의 뒤쪽으로부터 이동되어 제 2 코일군(54)의 각 코일의 앞 부분을 시작한다. 축방향이동은 5×W이거나, 또는 더욱 보편적으로는 한 군에서의 코일들의 결합 폭의 2배에서 한 군의 한 코일권선(w)의 폭(W)을 뺀 것이다. 축방향 이동 후에, 코일와이어들은 맨드릴 둘레에 감기어져 제 2 코일군들(54)을 형성한다. 권선방향은 제 1 코일군들(52)을 감기는 데 사용된 방향과 동일한 방향이다.

도 12는 맨드릴(16)과 접착테이프 띠(18)가 코일부분들(24, 26)로부터 제거 되고 나서 추가적인 권선배열체(50)의 개략도이다. 코일로 감겨진 권선들(coiled winding)은 속이 비어져 단일층 웨브(56)로 된다. 제 1 코일군의 코일부분들(Al', B1', 및 C1')은 제 1 및 제 2 코일군들(27, 29)의 코일부분들(A1, B1, C1 및 A2, B2, C2)(26) 사이에 끼워넣어 진다. 웨브(56)의 코일부분들은 웨브(56)의 길이를 따라서 나란히 배열되어 있다. 인접한 3 세트의 코일군들, 예를 들면 A1, B1 및 C1 대 Al', B1', 및 C1'의 권선방향들(화살표 참조)은 반대가 된다. 권선방향은 웨브(56)의 길이를 따라서 4번 바뀐다.

도 13은 이중층 고정자 원통체(58)로 감긴 웨브(56)의 횡단면도이다. 원통체 각각의 층들은 2개 세트의 3개 코일군들을 포함한다. 외부층은 제 1 코일군(27)의 코일군 부분들(A1, B1, C1) 및 제 1 코일군(27)의 부분들(A1', B1', 및 C1')을 포함한다. 내부층은 코일군(29)의 코일군 부분들(A2, B2, C2) 및 코일군(29)의 부분들(A2', B2' 및 C2')을 포함한다. 중첩 부분들, 예를 들면 Al 및 A2는, 전류방향이 중첩하는 부분들을 통과하여 동일하도록, 동일한 권선방향(도 11 참조)을 갖는다. 아울러, 반대의 권선방향을 가지며 동일한 코일권선, 예를 들면 코일권선 A로부터의 코일부분들, 예를 들면 A1' 및 A2'는 원통체의 맞은편 측면상에 있다. 따라서, 전류는 각 코일권선에서 고정자 원통체의 일 측면상에 일 방향으로 흐르고 원통체의 맞은 측면상에 반대방향으로 흐른다.

도 14는 강자성 플럭스 리턴 링(60)의 내부면상에 설치된 고정자 원통체(58)의 횡단면도이다. 원통체는 링(60)에 아교로 붙여질 수 있으며 원통체는 고정자를 형성하는 이 분야에 잘 알려진 실런트 및 기타 코팅제로 피복될 수 있다. 아울러, 고정자 원통체를 형성하는 코일권선의 끝 선회들(28)은 링의 깊이를 최소화하고 링의 축 및 원통체에 삽입된 회전자의 축과 평행한 고정자 부분들(24, 26)과의 전기적 간섭을 피하기 위하여 웨브의 내부면을 따라서 배열되어 있다.

도 15는 각각 제 1 코일군(27)(A1, B1 및 C1) 및 제 2 코일군(A2, B2 및 C2)에 배열된 3개 코일권선(A, B 및 C)을 갖는 코일권선 배열체(50)의 개략도이다. 제 1 권선 선회의 출발은 각 코일권선에 대하여, 각각 SA, SB 및 SC로 표기된다. 마지막 권선 선회는 각 코일권선에 대하여 각각 EA, EB 및 EC로 표기된다.

도 16은 고정자용 계자권선들을 형성하기 위하여 원통체(64)로 형상화된 단일층 웨브(62)의 횡단면도이다. 웨브(62)는 코일들(A, B 및 C)로 형성되어 있으며 각 코일은 A1 및 A2 등의 2개 또는 그 이상의 코일군으로 배열되어 있다. 코일들은 맨드릴상에 감겨지며 도 11 및 도 12와 관련하여 위에 기재된 것과 동일한 방식으로 웨브로 형성되어진다. 코일들의 부분들은, 부분들이 중첩되지 않도록, 평탄화되어 웨브(62)를 형성한다.

도 17은 강자성 플럭스 리턴링(66)의 내부면상에 설치된 고정자 원통체(64)의 횡단면도이다. 원통체는 링에 아교로 붙여질 수 있으며 링 및 원통체는 고정자를 형성하는 이 분야에 잘 알려진 실런트 및 기타 코팅제로 피복될 수 있다. 아울러, 고정자 원통체를 형성하는 코일권선의 끝 선회들은 링의 깊이를 최소화하고 링(66)의 축 및 원통체에 삽입된 회전자의 축과 평행한 고정자 부분들과의 전기적 간섭을 피하기 위하여 웨브의 내부면을 따라서 배열되어 있다.

동일한 코일, 예를 들면 A1 및 A2의 두 군들로부터의 맨드릴의 동일 측면상 에 형성된 코일 부분들이 원통체(64) 내에서 서로 마주하게 배열되도록 웨브(60)가 배열된다. 이들 마주하는 부분들의 전류방향은 코일이 맨드릴상에 감겨지는 방식 때문에 동일하다. 유사하게, 동일한 코일의 마주보는 부분들, 예를 들면 A1' 및 A2'는 코일부분들 A1 및 A2의 위치로부터 90 도 만큼 떨어진 원통체의 위치들에 배열된다. 전류는 마주보는 부분들 A1' 및 A2'을 통하여 동일한 방향으로 흐른다. 이 전류방향은 부분들 A1 및 A2를 통과하는 전류방향과 반대이다. 원통체(64)의 코일부분들의 배열은 도 17에 보여진 4 극에 의해 나타내어진 4-극 회전자에 적합하다. 4 극 회전자의 극성은 N-S-N-S이며, 이들 극의 각각은 90 도 만큼 떨어져 있다. 대조적으로, 도 4, 도 9 및 도 14에 보여진 고정자 원통체들은 단일 N 극과 단일 S 극을 갖는 2-극 회전자에 대한 배열을 보여지며, 여기서 양 극들은 180 도 만큼 떨어져 있다. 이들 2-극 회전자는 도 4, 도 9 및 도 14에서 N S로 표시되어 있다.

도 11 및 도 12에 보여진 코일 래핑 및 플래트닝 패턴들(coil wrapping and flattening patterns)에 의해 형성된 웨브(62) 등의 단일층 웨브는 4 극 보다 많은 자극을 갖는 회전자들과 작동할 고정자들용 계자권선들을 생성하는 데 사용될 수 있다. 4 극보다 많은 극을 갖는 회전자에 대하여, 각 코일의 군의 수는 극의 수의 절반과 동일하여야 한다. 예를 들면, 대응하는 회전자가 6 극을 갖는다면, (A1, A2 및 A3 등의) 3개의 코일군들이 맨드릴상에 감겨져야 한다. 4극 보다 많은 극을 갖는 회전자들과 함께 사용될 고정자 코일들을 형성하기 위하여, 맨드릴상의 고정자 코일들의 권선 및 감겨진 코일들의 웨브로의 평탄화(flattening)는 도 18 및 도 19와 관련하여 위에 기재된 것과 동일한 절차들을 사용할 수 있다.

도 18은 맨드릴(16)상에 두 코일군(12, 14)(A1, B1, 및 C1, 그리고 A2, B2 및 C2)으로 감겨진 3개의 코일권선(A, B, C)의 제 4 코일권선배열체(70)의 개략도이다. 제 4 코일권선배열체는 제 2 코일군(A2, B2 및 C2 )이 제 1 코일군(A1, B1 및 C1)과 동일한 방향으로 감겨진다는 점을 제외하고는 도 1에 보여진 3개의 코일권선과 유사하다. 대조적으로, 제 1 코일권선배열체(10)의 제 2 코일군(A2, B2 및 C2)은 제 1 코일군(A1, B1 및 C1)의 코일권선방향과 반대방향으로 감기어진다. 제 4 코일권선배열체는 4 극 회전자용 고정자 계자권선으로서 사용하기에 적합하며, 반면에 제 1 코일권선배열체는 2 극 회전자용 고정자 계자권선으로서 사용하기에 적합하다.

제 4 코일권선배열체(70)는 맨드릴(16)상에 감겨진 3개 코일들의 두 군(A1, B1, 및 C1 - 도면부호 72의 군, 그리고 A2, B2 및 C2 - 도면부호 74의 군)을 포함하며, 각 코일은 각 코일의 폭(W)과 거의 동일한 간격(G)만큼 떨어져 있다. 접착테이프(18)는 코일들을 함께 유지할 코일들의 각 측면상에 배열되어 있다. 코일들 A1-A2, B1-B2, C1-C2은 4극 회전자와 함께 사용될 고정자용 3상 계자권선유닛을 형성한다. 4극 보다 많은 극을 갖는 회전자들에 대하여, 코일군의 수는 극 카운트(pole counts)의 수의 절반으로 설정되어야 한다. 예를 들면, 6극 회전자용 고정자는 모두가 동일한 방향으로 맨드릴둘레에 감긴 3개의 코일군들로 만들어진 고정자 계자권선을 가져야 한다.

각 코일군(12, 14)은 와이어들을 촘촘하게 나선형으로 감아서 형성되며 여기서 와이어의 각 선회는 각 코일권선에서 다음 선회와 인접되어 있다. 각 권선의 출 발 선회에서의 끝들은 각각 SA, SB 및 SC로 표시되어 있다.각 코일권선의 마지막 선회에서의 끝들은 각각 EA, EB 및 EC로 표시되어 있다. 이 분야에서 잘 알려진 자동코일권선 매커니즘은 맨드릴 둘레로 와이어들을 자동적으로 감기 위하여 사용될 수 있다. 각 권선의 와이어들은 우선 코일의 제 1 군(12)을 형성하기 위하여 제 1 방향(화살표들로 표시된 권선방향들)으로 감겨져 있다. 제 1 코일군은 와이어의 예정된 선회 수, 예를 들면 25 내지 250으로 이루어진다. 와이어 선회들은 전형적으로 감겨진 코일들의 단일 층을 형성하기 위하여 맨드릴의 표면에 대하여 나란한 배열체로서 함께 치밀하게 충전되어 있다.

독립적인 와이어가 각 코일권선을 형성하기 위하여 사용된다. 도1에 보여진 바와 같이, 세개의 절연 와이어들(A, B, C)은 맨드릴 둘레에 감겨져 있다. 와이어들은 동일한 방향으로 감기어져 코일들의 제 1 코일군(A1, B1, 및 C1)(72), 제 2 코일군(A2, B2, 및 C2), 그리고 (만약 회전자가 4 극 이상을 갖는다면) 그 다음의 코일군(An, Bn 및 Cn - 도시되지 아니함)을 형성한다. 각 코일 A, B, C는 맨드릴둘레에 감기어진 개별 절연와이어에 해당된다. 각 코일군, 예를 들면 A1, B1 및 C1은 각 코일군의 폭과 각 코일군의 선회의 수가 실질적으로 동일하도록, 실질적으로 동일한 수의 권선들을 갖는다. 유사하게, 하나의 코일군에서 각 코일에 대한 선회의 폭과 수는 코일권선에서의 모든 코일군들에 대하여 바람직하게는 동일하다.

인접한 코일군들사이의 간격, 예를 들면 코일군 A1의 뒤쪽과 코일군 B1의 앞쪽사이의 간격(G)은 코일부분의 폭(W)일 수 있다. 이 간격은 코일부분가 코일들이 단일층웨브로 평탄화되었을 때 어떠한 중첩한 코일도 없이 간격 안에 놓여질 수 있 게 한다(도 19 참조).

코일권선의 제 1 군(A1, B1, C1)이 감기어지고 나서, 코일권선의 제 2 군(A2, B2, C2)이 감기기 전에, 각 완성된 코일군(72)으로부터 연장하는 도전성 와이어들이 맨드릴을 따라서 축방향으로 이동되어진다. 축방향이동은 도전성 와이어들을 완성된 제 1 코일군, 예를 들면 A1의 뒤쪽에서 감기어질 제 2 코일군, 예를 들면 A2의 앞쪽으로 움직인다. 두 코일군을 갖는 3-상 코일에 대하여, 축방향 이동의 거리는 코일권선배열체의 폭(W)의 5배이다.

축 방향 이동은 3 상 이외의 상 및 다른 수의 코일군을 갖는 다상 코일권선에 있어서는 다를 것이다. 일반적으로, 완성된 코일군(72)에서 새로운 코일군(74)으로의 축방향 이동은 2×(코일군의 수 × 코일권선의 수) - 1 이다. 이 축방향 이동 알고니즘은 코일들의 단일층 웨브로 접혀질 수 있는 권선을 제공할 것이다.

도 19는 맨드릴의 제거 후 (도 18에 보여진) 코일권선을 보여준다. 코일들은 단일층웨브(76)으로 평탄화되어 있다. 코일부분들의 끼워넣음을 확실하게 하기 위하여, 평탄화공정동안에 코일의 제 1 측면상의 부분, 예를 들면 A1는 코일들의 맞은편 측면상의 선택된 부분들, 예를 들면 B1'과 C1'사이의 간격내의 지점쪽으로 축방향을 따라서 이동된다. 코일부분들은, 부분들(예를 들면, A1', B1', A1, C1', B1, A2', C1, B2', A2, C2', B2, 및 C2)이 평행하고 중첩되지 않도록, 웨브내에 배열된다. 코일부분들(24, 26)(예를 들어, A1, B1, C1, A1', B1', 및 C1')은 회전자에 인접하여 고정자 섹션들을 형성할 웨브의 부분들이다. 코일부분들(24, 26)은, 그것들이 회전자의 회전축에 평행하도록, 고정자내에 배열될 것이다.

도 20은 원통형 고정자 계자권선(78)으로 형성된 웨브(76)의 웨브부분들의 횡단면도이다. 웨브는 사이에 끼워넣어진 코일부분들을 갖는 원통형상으로 말려진다. 웨브의 일단에 있는 코일부분(A1')은 다른 코일부분들(B2, C2)의 사이에 끼워넣어지고, 이들 다른 부분들과 중첩되지 않는다. 원통형 웨브의 내경은 고정자의 내부 직경과 실질적으로 동일하다. 고정자부분들은 원통체의 축과 평행하다. 4극 회전자(도 21에 N, S, N, S 극에 의해 표시된 회전자 참조)는 웨브(76)에 의해 형성된 원통형 고정자 계자권선(78) 내에 동축을 이루면서 끼워넣어진다. 코일권선(A, B, C)의 각각의 코일부분들은 전류가 고정자의 맞은편 측면상에서 동일한 방향으로 흐르도록, 고정자내에 배열된다.

도 21은 자속반환경로(magnetic flux return path)를 제공하는 강자성링(80)에 삽입된 원통형상의 고정자 계자권선(78)을 보여준다. 굴대가 고정자의 내경(ID)을 확보하기 위하여 코일웨브에 의해 형성된 원통체의 안쪽 주변안으로 삽입될 수 있다. 아울러, 코일권선의 끝 선회들(28)은 전체 고정자 높이를 최소화하기 위하여 각 부분의 양 단에서(고정자의 양 단에서) 촘촘하게 배열된다. 코일들은 모울딩을 포함하는 다양한 수단을 사용하여 복귀 경로 링(80)에 고정된다. 웨브 및 복귀 경로는 슬롯리스 고정자를 형성한다. 원통형 고정자 계자권선(78)은 회전자 극들 N, S, N 및 S에 의해 표시된 회전하는 4극 회전자를 갖는 모터 또는 발전기에 포함될 수 있다.

본 발명은 현재 가장 실용적이며 바람직한 실시예로 여겨지는 것과 관련하여 기재되었지만, 본 발명은 개시된 실시예에 제한되지 않을 것이며 반대로 첨부된 클레임의 사상과 범위내에 포함된 다양한 개량과 균등의 배열들을 포함할 것이라는 것을 이해하게 될 것이다.

본 출원은 2006년 12월 28일 출원되고, 본 명세서에 통합된 미국 가출원 제60/877,373호의 이익을 주장한다.

Claims (29)

1. 제 1 코일군과 제 2 코일군으로 배열된 복수의 코일권선들을 포함하는, 슬롯리스 고정자용 3 상 계자권선의 제조방법으로서:

   절연와이어의 각 선회가 상기 절연와이어의 다음 선회와 인접하도록, 맨드릴 둘레에 각 코일권선용 상기 절연와이어를 감아서 상기 제 1 코일군을 형성하는 단계(여기서, 상기 제 1 코일군의 각 코일권선들은 완성되었을 때 실질적으로 동일한 코일 폭을 가지며, 상기 제 1 코일군의 인접한 코일권선들 간의 간격은 완성된 권선들 중 하나의 폭과 실질적으로 동일한 거리이다);

   상기 제 1 코일군을 형성한 후, 상기 절연와이어를 상기 제 2 코일군의 각 코일권선의 앞쪽에 위치시킬 수 있도록, 상기 절연와이어를 각 코일권선의 뒤쪽으로부터 상기 맨드릴을 따라, 완성된 권선들 중 하나의 폭의 5배와 실질적으로 동일한 거리만큼 축 방향으로 이동시키는 단계;

   상기 절연와이어의 각 선회가 상기 절연와이어의 다음 선회와 인접하도록, 맨드릴 둘레에 각 코일권선용 상기 절연와이어를 감아서 상기 제 2 코일군을 형성하는 단계(여기서, 상기 제 2 코일군의 각 코일권선들은 완성되었을 때 상기 제 1 코일군의 각 코일권선들과 실질적으로 동일한 코일 폭을 가지며, 상기 제 2 코일군의 인접한 코일권선들 간의 간격은 완성된 권선들 중 하나의 폭과 실질적으로 동일한 거리이다);

   감긴 상기 제 1 코일군과 상기 제 2 코일군으로부터 상기 맨드릴을 제거하는 단계;

   상기 제 1 코일군의 하나 이상의 코일권선부분들이 상기 제 2 코일군의 코일권선부분들에 끼워지는 단일층 웨브가 형성되도록, 감긴 상기 제 1 코일군과 상기 제 2 코일군을 접는 단계; 및

   계자권선이 형성되도록 상기 단일층 웨브를 원통체로 감는 단계를 포함하는 계자권선 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서, 환형 자속반환링의 안쪽 면에 감긴 원통체를 장착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계자권선의 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 웨브의 끼워진 코일권선부분들은 동일한 코일권선의 인접한 코일권선부분들을 포함하는 것을 특징으로 하는 계자권선의 제조방법.
4. 청구항 3에 있어서, 원통체로 감긴 상기 웨브는 상기 원통체의 반대편에, 동일한 코일권선의 인접한 코일권선부분들의 쌍들이 위치되는 것을 특징으로 하는 계자권선의 제조방법.
5. 청구항 1에 있어서, 감긴 상기 웨브는 상기 웨브의 타 단의 코일권선부분들에 끼워진 상기 웨브의 일 단의 코일권선부분들을 포함하는 것을 특징으로 하는 계자권선의 제조방법.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 단일층 웨브가 원통체로 감길 때, 상기 단일층 웨브의 타 단의 코일권선부분들은 상기 타 단의 코일권선부분들이 동일한 코일권선의 코일권선부분과 인접하여 위치되도록 끼워지는 것을 특징으로 하는 계자권선의 제조방법.
7. 청구항 1에 있어서, 각 코일권선의 한쪽 끝을 공통 단자에 전기적으로 연결하고, 각 코일권선의 반대편 끝을 3 상 전원공급원의 각 위상과 연결가능한 단자와 연결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계자권선의 제조방법.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 제 2 코일군의 권선방향은 상기 제 1 코일군의 권선방향과 반대인 것을 특징으로 하는 계자권선의 제조방법.
9. 삭제
10. 제 1 코일군과 제 2 코일군을 포함하는 복수의 코일권선들; 및

    상기 제 1 코일군의 하나 이상의 코일권선부분들이 상기 제 2 코일군의 코일권선부분들에 끼워지도록 접혀진 상기 제 1 코일군과 상기 제 2 코일군을 포함하는 원통형 웨브;를 포함하고,

    상기 원통형 웨브는:

    절연와이어를 맨드릴의 둘레에 감아서, 각 코일권선용 상기 절연와이어로 이루어진 제 1 나선형 권선을 포함하는 상기 제 1 코일군을 형성하는 단계(여기서, 상기 절연와이어의 각 선회는 상기 절연와이어의 다음 선회와 인접하고, 상기 제 1 코일군에서 맨드릴 상의 인접한 코일권선들 사이의 간격은 상기 제 1 코일군에 있는 코일권선의 폭과 실질적으로 동일하다); 및

    상기 절연와이어의 각 선회가 상기 절연와이어의 다음 선회와 인접하도록 상기 절연와이어를 맨드릴의 둘레에 감아서, 각 코일권선용 상기 절연와이어로 이루어진 제 2 나선형 권선을 포함하는 상기 제 2 코일군을 형성하는 단계(여기서, 상기 제 2 코일군과 상기 제 1 코일군의 각 코일권선은 실질적으로 동일한 코일폭을 가지며, 상기 제 2 코일군에서 상기 맨드릴의 인접한 코일권선들 사이의 간격이 상기 제 2 코일군에 있는 임의의 코일권선의 폭과 실질적으로 동일하다);를

    포함하는 과정으로 형성되는 것을 특징으로 하는 슬롯리스 고정자용 3 상 계자권선.
11. 청구항 10에 있어서, 환형 자속반환링을 더 포함하고, 상기 원통형 웨브는 상기 자속반환링의 안쪽 면에 장착되는 것을 특징으로 하는 슬롯리스 고정자용 3 상 계자권선.
12. 청구항 10에 있어서, 상기 웨브에서 끼워진 코일권선부분들은 동일한 코일권선의 인접한 코일권선부분들을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯리스 고정자용 3 상 계자권선.
13. 청구항 12에 있어서, 동일한 코일권선의 인접한 코일권선부분들의 쌍들은 상기 원통형 웨브의 반대편에 있는 것을 특징으로 하는 슬롯리스 고정자용 3 상 계자 권선.
14. 청구항 10에 있어서, 상기 웨브의 일 단의 코일권선부분들은 상기 웨브의 타 단의 코일권선부분들에 끼워지는 것을 특징으로 하는 슬롯리스 고정자용 3 상 계자권선.
15. 청구항 14에 있어서, 상기 웨브의 타 단의 코일권선부분들은 상기 코일권선부분들이 동일한 코일권선의 코일권선부분들과 인접하도록 끼워지는 것을 특징으로 하는 슬롯리스 고정자용 3 상 계자권선.
16. 청구항 10에 있어서, 각 코일권선의 한쪽 끝은 공통 단자와 연결되고, 각 코일권선의 반대편 끝은 3 상 전원공급원의 각 위상과 연결가능한 단자와 연결되는 것을 특징으로 하는 슬롯리스 고정자용 3 상 계자권선.
17. 청구항 10에 있어서, 상기 제 2 코일군의 권선방향은 상기 제 1 코일군의 권선방향과 반대인 것을 특징으로 하는 슬롯리스 고정자용 3 상 계자권선.
18. 청구항 10에 있어서, 상기 제 2 코일군은 상기 제 1 코일군과 마찬가지로 상기 맨드릴의 둘레에 동일한 방향으로 감기는 것을 특징으로 하는 슬롯리스 고정자용 3 상 계자권선.
19. 전자기 다상 장치용 계자권선의 권선방법으로서:

    코일권선들의 제 1 군이 형성되도록 복수의 절연도선들을 맨드릴의 둘레에 나선형으로 감는 단계(여기서, 코일권선들의 상기 제 1 군은 권선의 각 위상의 권선부분을 포함하고, 상기 제 1 군에서의 감긴 코일들은 맨드릴 상에서 상기 제 1 군에서의 다른 감긴 코일들 중 적어도 하나와 밀착하여 인접한다);

    상기 절연도선들의 길이를 상기 제 1 군의 감긴 코일들의 폭과 실질적으로 동일한 거리로 상기 맨드릴을 따라 축 방향으로 이동시키는 단계;

    코일권선들의 상기 제 1 군의 뒤쪽으로부터 상기 제 1 군의 감긴 상기 코일들의 폭과 실질적으로 동일한 거리에서 시작하여, 상기 제 1 군과 동일한 권선방향의 코일들의 제 2 군을 나선으로 감는 단계(여기서, 코일권선들의 제 2 군은 권선의 각 위상의 권선부분을 포함하고, 상기 제 2 군에서의 감긴 코일들은 상기 맨드릴 상에서 상기 제 2 군에서의 다른 감긴 코일들 중 적어도 하나와 밀착하여 인접한다);

    상기 맨드릴의 제 2 측면에 형성된 제 1 군의 부분들이 상기 맨드릴의 제 1 측면에 형성된 제 1 군의 부분들과 상기 맨드릴의 제 1 측면에 형성된 제 2 코일군의 부분들 사이에 끼워지는 단일층의 웨브를 형성하도록, 상기 맨드릴을 제거하고 상기 코일을 납작하게 하는 단계; 및

    상기 웨브를 상기 제 1 군의 코일들이 동일한 도선들에 의해 형성된 상기 제 2 군의 코일들과 겹쳐지는 이중층 원통체로 감는 단계;를 포함하는 계자권선의 권선방법.
20. 청구항 19에 있어서, 자속반환링의 안쪽 면에 원통체를 장착하는 단계를 더 포함하고, 상기 코일부분들은 상기 원통체의 중심 축과 평행한 것을 특징으로 하는 계자권선의 권선방법.
21. 청구항 19에 있어서, 상기 복수의 절연도선들은 3 개인 것을 특징으로 하는 계자권선의 권선방법.
22. 청구항 19에 있어서, 제 1 군에서 상기 맨드릴의 제 1 면에 형성된 코일부분들은 상기 제 2 군에서 상기 맨드릴의 제 2 면에 형성된 코일부분들과 겹쳐지는 것을 특징으로 하는 계자권선의 권선방법.
23. 청구항 22에 있어서, 제 1 군에서 상기 맨드릴의 제 2 면에 형성된 코일부분들은 상기 제 2 군에서 상기 맨드릴의 제 1 면에 형성된 코일부분들과 겹쳐지는 것을 특징으로 하는 계자권선의 권선방법.
24. 청구항 19에 있어서,

    상기 원통체의 층들 중 제 1 층은 상기 제 1 군의 코일부분들에 의해 형성되고, 상기 원통체의 층들 중 제 2 층은 상기 제 2 군의 코일부분들에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 계자권선의 권선방법.
25. 3 개 코일권선들을 포함하는, 슬롯리스 고정자용 3 상 계자권선의 제조방법으로서:

    절연와이어의 각 선회가 상기 절연와이어의 다음 선회와 인접하도록 맨드릴 둘레에 각 코일권선용 상기 절연와이어를 감아서, 3 개 코일권선들의 코일군을 형성하는 단계(여기서, 상기 코일군의 각 코일권선들은 완성되었을 때 실질적으로 동일한 코일 폭을 가지며, 상기 제 1 코일군의 인접한 코일권선들 간의 간격은 완성된 권선들 중 하나의 폭과 실질적으로 동일한 거리이다);

    감긴 상기 코일군으로부터 상기 맨드릴을 제거하는 단계;

    단일층의 웨브를 형성하도록, 상기 맨드릴의 일 측면의 코일권선부분들을 상기 맨드릴의 반대 측면의 코일권선부분들 사이에 끼워넣어서, 감긴 상기 코일군들을 접는 단계; 및

    계자권선이 형성되도록, 상기 단일층 웨브를 원통체로 감는 단계(여기서, 상기 웨브의 일 단의 코일권선부분은 상기 웨브의 타 단의 코일권선부분들에 끼워지고, 동일한 코일권선의 권선부분들은 상기 단일층 웨브로부터 형성되었을 때 상기 원통체의 반대편에 위치된다)를 포함하는 계자권선의 제조방법.
26. 청구항 25에 있어서, 자속반환링의 안쪽 면에 상기 원통체를 장착하는 단계를 더 포함하고, 상기 코일권선부분들은 상기 원통체의 중심 축과 평행한 것을 특징으로 하는 계자권선의 제조방법.
27. 청구항 25에 있어서, 상기 코일권선부분들은 상기 웨브로 접혀지고 코일권선부분들 사이로 끼워질 때 겹쳐지지 않는 것을 특징으로 하는 계자권선의 제조방법.
28. 청구항 25에 있어서, 각 코일권선의 한쪽 끝을 공통 단자와 전기적으로 연결시키고, 각 코일권선의 반대편 끝을 3 상 전원공급원의 각 위상에 연결가능한 단자와 연결시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계자권선의 제조방법.
29. 제 1 코일군과 제 2 코일군으로 배열된 복수의 코일권선들을 포함하는, 슬롯리스 고정자용 3 상 계자권선의 제조방법으로서:

    절연와이어의 각 선회가 상기 절연와이어의 다음 선회와 인접하도록, 맨드릴 둘레에 제 1 방향으로 각 코일권선용 상기 절연와이어를 감아서 상기 제 1 코일군을 형성하는 단계(여기서, 상기 제 1 코일군의 각 코일권선들은 완성되었을 때 실질적으로 동일한 코일 폭을 가지며, 상기 제 1 코일군의 인접한 코일권선들 간의 간격은 완성된 권선들 중 하나의 폭과 실질적으로 동일한 거리이다);

    상기 제 1 코일군을 형성한 후, 상기 절연와이어를 상기 제 2 코일군의 각 코일권선의 앞쪽에 위치시킬 수 있도록, 상기 절연와이어를 각 코일권선의 뒤쪽으로부터 상기 맨드릴을 따라, 완성된 권선들 중 하나의 폭의 5배와 실질적으로 동일한 거리만큼 축 방향으로 이동시키는 단계;

    상기 절연와이어의 각 선회가 상기 절연와이어의 다음 선회와 인접하도록, 상기 맨드릴 둘레에 상기 제 1 방향으로 각 코일권선용 상기 절연와이어를 감아서 상기 제 2 코일군을 형성하는 단계(여기서, 상기 제 2 코일 군과 상기 제 1 코일군의 각 코일권선들은 완성되었을 때 실질적으로 동일한 코일 폭을 가지며, 상기 제 2 코일군의 인접한 코일권선들 간의 간격은 완성된 권선들 중 하나의 폭과 실질적으로 동일한 거리이다);

    감긴 상기 제 1 코일군과 상기 제 2 코일군으로부터 상기 맨드릴을 제거하는 단계;

    상기 맨드릴의 일 측면에 형성된 코일권선부분들이 상기 맨드릴의 반대 측면에 형성된 코일권선부분들에 끼워지는 단일층의 웨브가 형성되도록, 감긴 상기 제 1 코일군과 상기 제 2 코일군을 접는 단계; 및

    계자권선이 형성되도록 상기 단일층 웨브를 원통체로 감는 단계를 포함하는 계자권선 제조방법.

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