KR101996687B1 - 전기 기계에서의 토크 리플 감소 - Google Patents

전기 기계에서의 토크 리플 감소 Download PDF

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Abstract

X상(X phases)을 가지는 내부 영구 자석 또는 동기식 자기 저항 기계와 같은 전기 기계가, 스테이터 코어 및 스테이터 치형부를 구비하는, M 개의 슬롯들을 가지는 스테이터 조립체로서, 상기 스테이터 조립체는, 교류 전류로 여기될 때 스테이터 자기장을 생성하기 위한 스테이터 권선들로 추가적으로 구성되고 공동을 형성하는 내측 표면과 함께 길이방향 축을 따라서 연장하는, 스테이터 조립체; 및 상기 공동 내부에 배치되고 길이방향 축 주위로 회전하도록 구성된, N 개의 폴들을 가지는 로터 조립체로서, 상기 로터 조립체가 샤프트, 상기 샤프트 주위에서 둘레방향으로 위치되는 로터 코어를 가지는, 로터 조립체를 포함한다. 상기 기계는 값 k = M/(X*N)가 되도록 구성되며, 상기 k는 약 1.3 보다 큰 비정수이다. 전기 기계는, 대안적으로, 또는 부가적으로, 로터 스포크들의 외측 표면과 스테이터의 내측 스테이터 표면 사이의 불균일한 갭을 포함할 수 있다.

Description

전기 기계에서의 토크 리플 감소{TORQUE RIPPLE REDUCTION IN ELECTRIC MACHINES}
본 발명은 미국 에너지부(U.S. Department of Energy)와 계약 번호 제 DE-EE0005573 호로 계약한 정부 지원으로 만들어진 것이다. 정부는 발명에서 특정 권리를 갖는다.
발명은 일반적으로 전기 기계에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 토크 리플을 효과적으로 해결하는 스포크-타입(spoke-type) 내부 영구 자석(IPM) 기계 및 동기식 자기 저항(reluctance) 기계와 같은 전기 기계 그리고 디자인 구성에 관한 것이다.
스포크-타입 IPM 및 동기식 자기 저항 기계와 같은 전기 기계 내의 토크 리플이 관심 사항이다. 낮은 토크 리플은 전기 기계 내의 감소된 과도적 손실(transient loss)뿐만 아니라 전기 토크 입력에 대한 보다 원활한 반응을 유도한다.
토크 리플을 감소시키는 하나의 기술은 슬롯 피치에 의한 스테이터 시프팅(shifting)에 의한 것이다. 이러한 방법은 토크 리플 감소에 도움이 되는 한편, 그러한 방법은 기계 내의 토크 콘텐트(content) 감소뿐만 아니라 슬롯 내의 절연 재료에 원치 않는 응력들을 가할 수 있다. 축방향에 걸친 스테이터 시프팅 또는 스텝핑(stepping)은 날카로운 엣지들을 생성할 수 있고, 그러한 날카로운 엣지들은 슬롯 절연(slot insulation) 내로 컷팅할 수 있고, 최종적으로 전기 기계의 강인성(robustness) 및 신뢰성에 영향을 미칠 수 있다.
그에 따라, 토크 리플을 효과적으로 줄이기 위해서, 스포크-타입 IPM 및 동기적 자기 저항 기계들과 같은 전기 기계들에서의 현재의 디자인들을 개선하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, X상(X phases)을 가지는 전기 기계는 스테이터 코어를 가지는 스테이터 조립체로서, 상기 스테이터 코어는 복수의 스테이터 치형부(tooth)들을 포함하고, 상기 스테이터 조립체는, 교류 전류로 여기될 때에 스테이터 자기장을 생성하기 위한 스테이터 권선들로 추가적으로 구성되고 공동을 형성하는 내측 표면과 함께 길이방향 축을 따라서 연장하며, 상기 스테이터 조립체는 M개의 슬롯을 가지는, 스테이터 조립체; 및 상기 공동 내부에 배치되고 길이방향 축 주위로 회전하도록 구성된 로터 조립체로서, 상기 로터 조립체가 N 개의 폴(pole)을 가지는 로터 조립체를 포함하고, 상기 로터 조립체는: 샤프트; 상기 샤프트 주위에서 둘레방향으로 위치되는 로터 코어; 및 적층체들 사이에 배치되고 자기장을 생성하도록 구성된 복수의 영구 자석들로서, 상기 자기장이 상기 스테이터 자기장과 상호작용하여 토크를 생성하는, 복수의 영구 자석들을 포함하고, 그리고 추가적으로, 상기 전기 기계는 스포크-타입 내부 영구 자석(IPM) 기계를 포함하고 값 k = M/(X*N)가 되도록 구성되며, 상기 k는 약 1.3보다 큰 비정수이다.
다른 실시예에 따르면, X상을 가지는 스포크-타입 내부 영구 자석(IPM) 기계는 스테이터 코어를 포함하는 스테이터 조립체로서, 상기 스테이터 코어는 복수의 스테이터 치형부들을 포함하고, 상기 스테이터 조립체는 M개의 슬롯을 가지며, 상기 스테이터 조립체는, 교류 전류로 여기될 때에 자기장을 생성하기 위한 스테이터 권선들로 추가적으로 구성되고 공동을 형성하는 내측 표면과 함께 길이방향 축을 따라서 연장하는, 스테이터 조립체; 및 로터 코어를 포함하는 로터 조립체로서, 상기 로터 조립체가 N 개의 폴을 가지고, 상기 로터 조립체는 상기 공동 내부에 배치되고 길이방향 축 주위로 회전하도록 구성된, 로터 조립체를 포함하고, 상기 로터 조립체는: 샤프트; 및 상기 로터 코어 내에 배치되고 자기장을 생성하도록 구성된 복수의 영구 자석들로서, 상기 자기장이 상기 스테이터 자기장과 상호작용하여 토크를 생성하는, 복수의 영구 자석들을 더 포함하고, 상기 스테이터 조립체가 내측 곡선형 표면을 가지고, 상기 로터 조립체는 상기 내측 곡선형 표면과 대면하여 그 사이에 갭을 형성하는 외측 표면을 가지는 복수의 스포크들을 포함하고, 상기 갭은 상기 외측 표면의 길이를 따라서 불균일한 거리를 갖는다.
예시적인 실시예에 따르면, X상을 가지는 전기 기계는 스테이터 코어를 포함하는 스테이터 조립체로서, 상기 스테이터 코어는 복수의 스테이터 치형부들을 포함하고, 상기 스테이터 조립체는, 교류 전류로 여기될 때에 스테이터 자기장을 생성하기 위한 스테이터 권선들로 추가적으로 구성되고 공동을 형성하는 내측 표면과 함께 길이방향 축을 따라서 연장하며, 상기 스테이터 조립체는 M 개의 슬롯을 가지는, 스테이터 조립체; 및 상기 공동 내부에 배치되고 길이방향 축 주위로 회전하도록 구성된 로터 조립체로서, 상기 로터 조립체가 N 개의 폴을 가지는, 로터 조립체를 포함하고, 상기 로터 조립체는: 샤프트; 및 상기 샤프트 주위에서 둘레방향으로 위치되는 로터 코어를 포함하고, 추가적으로, 상기 전기 기계는 동기식 자기 저항 기계를 포함하고 값 k = M/(X*N)가 되도록 구성되며, 상기 k는 약 1.3보다 큰 비정순이다.
예시적인 실시예에 따르면, X상을 가지는 동기식 자기 저항 기계는 스테이터 코어를 포함하는 스테이터 조립체로서, 상기 스테이터 코어는 복수의 스테이터 치형부들을 포함하고, 상기 스테이터 조립체는 M 개의 슬롯을 가지고, 상기 스테이터 조립체는, 교류 전류로 여기될 때에 자기장을 생성하기 위한 스테이터 권선들로 추가적으로 구성되고 공동을 형성하는 내측 표면과 함께 길이방향 축을 따라서 연장하는, 스테이터 조립체; 및 로터 코어 및 샤프트를 포함하는 로터 조립체로서, 상기 로터 조립체는 N 개의 폴을 가지고, 상기 로터 조립체는 상기 공동 내부에 배치되고 길이방향 축 주위로 회전하도록 구성된, 로터 조립체를 포함하고, 상기 스테이터 조립체는 내측 곡선형 표면을 가지고, 상기 로터 조립체는, 상기 내측 곡선형 표면과 대면하여 그 사이에 갭을 형성하는 외측 표면을 가지는 복수의 스포크들을 포함하고, 상기 갭이 상기 외측 표면의 길이를 따라서 불균일한 거리를 가진다.
도면들 전반을 통해서 유사한 문자들이 유사한 부분들을 나타내는 첨부 도면들을 참조하여 이하의 상세한 설명으로부터, 본원 발명의 이러한 그리고 다른 특징들, 양태들 및 장점들을 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 스포크-타입 IPM 기계의 로터 및 스테이터 조립체의 횡단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스포크-타입 IPM 기계의 로터 및 스테이터 조립체의 단일 폴 부분의 확대 횡단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 단일 폴 스테이터 로터 계면의 다른 확대 횡단면도이다.
이하에서 구체적으로 설명되는 바와 같이, 발명의 실시예들은, 전기 기계 내에서 토크 리플을 감소시키는, 스포크-타입 내부 영구 자석(IPM) 기계 및 동기식 자기 저항 기계를 포함하는 전기 기계에서 적용가능한 디자인 방법론에 관한 것이다. 이러한 디자인은, 제조에서의 복잡성을 감소시키면서, 분배된 권선들을 가지는 전기 모터에서 이용될 수 있을 것이다. 그러한 방법론은, 세그먼트화된 스포크 로터와 조합된 특정 수의 슬롯들을 가지는 스테이터에 의해서 달성되는 특별한 상 당 폴 당 슬롯(slot per pole per phase) 조합들을 재고려하는 것에 의한, 토크 리플을 목표로 하는 것이다. 그러한 방법론의 다른 양태는 로터 스포크의 외측 표면의 형상 및/또는 로터 스포크와 스테이터 사이의 갭을 구성하는 것에 의한, 토크 리플을 목표로 하는 것이다. 발명의 실시예들은 전기 기계들에서 토크 리플을 효과적으로 감소시키는데 있어서 어느 하나의 또는 양자 모두의 양태들을 채택할 수 있을 것이다.
본원 발명의 여러 가지 실시예들의 요소들을 도입할 때, 단일형("a" ,"an", "the", 및 "said")은 하나 이상의 요소들이 존재한다는 것을 의미하도록 의도된 것이다. "이루어진다(comprising)", "포함한다including)", 및 "갖는다(having)"라는 용어들은 포괄적인 것으로 의도된 것이고 나열된 요소들 이외의 부가적인 요소들이 존재할 수 있다는 것을 의미한다. 동작 매개변수들의 임의의 예들은 개시된 실시예들의 다른 매개변수들을 배제하지 않는다.
도 1을 참조하면, 조립체(100)의 정면 사시도가 도시되어 있다. 조립체(100)는 로터 조립체(20)를 둘러싸고, 샤프트 또는 액슬(40)을 추가적으로 둘러싸는 스테이터 조립체(10)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 로터 조립체(20)는 주위의 스테이터 조립체(10)에 의해서 형성된 공동 내부에 전형적으로 배치된다. 조립체(100)는 전기 기계로서 기능할 수 있을 것이고, 그에 따라, 로터 조립체(20)가 중심 축("z"로 표시됨) 주위로 회전될 수 있을 것이고, 그에 의해서 샤프트(40)에 회전 에너지를 최종적으로 제공한다. 전기 기계(100) 또는 조립체는, 비제한적으로, 비포장 도로(off highway) 차량(OHV), 광산 차량 등을 포함하는 차량을 위한 견인 구동 모터를 포함하는, 매우 다양한 용도들에서 이용될 수 있을 것이다.
스테이터 조립체(10)는, 교류 전류(AC)로 여기될 때 스테이터 자기장을 생성하기 위한 스테이터 권선들(미도시)과 함께 구성된 복수의 스테이터 슬롯들(14) 사이에 배치된 복수의 스테이터 치형부들을 가지는 스테이터 코어(12)를 포함할 수 있을 것이다. 스테이터 코어(12)는 길이방향 축("z")을 따라서 연장한다. 스테이터 코어(12)의 내측 표면이 공동을 형성한다. 스테이터 조립체(10)는 M 개의 슬롯들을 포함하고, M은 슬롯들의 수량이다. M은 사실상 임의의 짝수의(even) 정수일 수 있다. 특정 실시예들에서, M이, 예를 들어, 36, 54, 60 등일 수 있다.
로터 조립체(20)는 공동 내부에 배치되고 길이방향 축 및 샤프트(40) 주위로 회전하도록 구성된다. 로터 조립체(20)는 N 개의 폴들을 가지고, N은 폴들의 수량이다. 로터 조립체(20)는 상기 샤프트(40) 주위에서 둘레방향으로 위치된 로터 코어를 포함한다. N은, ≥2 인 사실상 임의의 짝수 정수일 수 있다. 특정 실시예들에서, N은, 예를 들어, 8, 12 등일 수 있을 것이다.
로터 조립체(20)는 로터 코어의 일부를 형성하는 복수의 스포크들(22)을 포함할 수 있을 것이다. 도 1이 IPM 기계들을 도시한다는 점에서, 로터 조립체(20)는, 도시된 바와 같이, 축방향으로 분배되고 스포크(22) 사이에 배치되는 산재된 복수의 자석들(24)을 더 포함한다.
로터 조립체(20) 및 스테이터 조립체(10)는 함께 X상을 가지는 전기 기계(100)를 구성한다. 전기 기계(100) 실시예들에서 X에 대한 공통 값은 3(삼)상이다.
값 k = M/(X*N)가 되도록, M 개의 슬롯들, N 개의 폴들, 및 X상을 가지는 전기 기계(100)가 구성되며, 상기 k는 비정수(non-integer)이다. 실시예들에서, 전기 기계(100)가 구성되고, 여기에서 k = Y.5이고, Y는 정수이다. 다른 실시예들에서, Y.3≤k≤Y.7 이 되도록 전기 기계(100)가 구성되고, 상기 Y는 정수이다.
표시된 바와 같이, k의 특정 값들이 특정 장점들을 가질 수 있을 것이나, k에 대한 다른 값들이 이용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 값 k = Y.5 는 토크 리플을 낮추는 것과 관련하여 특정 장점들을 가진다는 것이 발견되었다. 그러나, Y.5 이외의 k의 값들(예를 들어, Y.3 ≤ k ≤ Y.4 또는 Y.6 ≤ k ≤ Y.7)이 이용될 수 있을 것이다. 이러한 특별한 실시예들에서, 토크 리플의 감소가 부가적인 코어 손실들에 의해서 달성될 수 있을 것이다. 코어 손실에 대응하기 위해서, 예를 들어, 공기 또는 액체 냉각을 이용한 로터의 부분들의 냉각을 포함하는 여러 가지 냉각 수단이 이용될 수 있을 것이다.
그에 따라, 예로서 그리고 비제한적으로, 전기 기계(100)의 실시예가 실시예에서, 8개의 폴들, 36개의 슬롯들, 및 3상을 가질 수 있고, 그에 의해서 k = 1.5를 가질 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 전기 기계(100)가 12 개의 폴들, 54 개의 슬롯들, 3상을 가질 수 있고, 그에 의해서 k = 1.5이다. 다른 실시예에서, 전기 기계(100)가 8 개의 폴들, 60 개의 슬롯들, 3상을 가질 수 있고, 그에 의해서 k = 2.5이다. 다른 실시예에서, 전기 기계(100)가 10 개의 폴들, 75 개의 슬롯들, 3상을 가질 수 있고, 그에 의해서 k = 2.5이다. 본원 발명의 양태들로부터 벗어나지 않고도 다른 조합들이 가능하다.
예를 들어, 그리고 비제한적으로, 도 1에 도시된 실시예는 60 개의 슬롯들(즉, M=60) 및 8 개의 폴들(즉, N=10)을 가지는 3상(즉, X = 3) 전기 기계(100)이다.
도 2 및 3 모두에서 제공된 확대도들을 참조하면, 본 발명의 다른 양태가 단독으로 또는 전술한 양태들과 조합되어 적용되어, 전기 기계 내의 토크 리플 감소를 도울 수 있다. 도 2 및 3은 로터 및 스테이터 계면의 다른 실시예의 단일-폴 부분만을 도시하였고; 예를 들어, 단지 명료함 목적들만을 위해서 자석들(24)을 도시하지 않았다. 도시된 바와 같이, 스테이터 조립체(10)의 내측 표면(16)은 로터 조립체(20)의 스포크들(22)의 외측 표면(26)과 대면한다. 갭이 내측 표면(16)과 외측 표면(26) 사이에 형성된다. 갭은 외측 표면(26)의 길이("L"로서 표시됨)를 따라서 불균일하다. 도 3에 도시된 바와 같이, 갭의 거리는 스포크(22)의, D-축을 따른, 중간 지점에서 X1 이 될 수 있고, 스포크(22)의 단부에서 X2 가 될 수 있으며, X2 > X1 이다. 스포크(22)를 따른 갭의 차이는, 예를 들어, 내측 표면(16)과 외측 표면(26)의 곡률 반경의 중심점의 차이에 의해서 제공될 수 있다. 도시된 바와 같이, 내측 표면(16)은 반경(R2) 및 중심점(C2)을 가지는 곡률을 가진다. 유사하게 외측 표면(26)은 반경(R1) 및 중심점(C1)을 가지는 곡률을 가진다. C2 ≠ C1 이 되도록, 전기 기계(100)가 구성될 수 있을 것이다. 이러한 방식에서, 외측 표면(26)과 내측 표면(16) 사이의 스포크(22)의 길이를 따라서 갭이 불균일하다.
불균일한 갭을 외측 표면(26)의 길이(L)를 따라서 제공하는 것에 의해서, 보다 사인파형인(sinusoidal) 자기장들이 갭 내에 제공되어, 최종적으로 전기 기계(100) 내의 토크 리플 감소에 도움을 준다. 외측 표면(26)의 구성은, 실시예에 따라서 달라질 수 있을 것이다. 예를 들어, 도 2 및 3의 스포크(22)의 외측 표면(26)이 연속적인 볼록 곡선이다. 다른 곡선형 형상들 및 구성들이 이용될 수 있을 것이다. 또 다른 실시예들에서, 외측 표면(26)이 곡선형일 필요가 없다. 예를 들어, 외측 표면(26)이 그 대신에 각도형(angular), 직선형, 및 세그먼트형 등일 수 있을 것이다. D-축에 상응하는 외측 표면(26)의 길이(L)의 중간 지점은 스테이터(12)의 내측 표면(16)에 대한 외측 표면(26)의 가장 근접한 지점일 수 있을 것이다.
예를 들어, 그리고 비제한적으로, 도 2 및 3에 도시된 실시예가 48 개의 슬롯들(즉, M = 48) 및 8 개의 폴들(즉, N = 8)을 가지는 3상(즉, X=3)일 수 있을 것이다. 따라서, 도 2 및 3에 도시된 실시예에서, k 값이 2.0이 될 수 있을 것이다.
X1, X2, C1, C2, R1, 및 R2 의 값은 특별한 전기 기계(100)에 의존하여 달라질 것이다. X1 의 전형적인 값들의 예들은 약 0.5 mm 내지 약 1.2 mm 범위의 크기이다. 유사하게, 실시예들에서 X2 > X1 일 때, X2 의 전형적인 값들의 예들은 약 1.5 mm 내지 약 4.0 mm 범위의 크기이다. R1 및 R2 의 전형적인 값들의 예들은 약 20 mm 내지 약 300 mm 범위이다. 범위로부터 벗어나지 않고도 다른 값이 이용될 수 있을 것이다.
전기 기계(100)는 다양한 전기 기계일 수 있을 것이다. 비록 도면들이 로터 조립체(20) 내의 자석(24)을 도시하지만, 자석이 이용될 필요가 있다. 예를 들어, 전기 기계(100)가 스포크-타입 IPM 기계(즉, 자석(24)을 가짐), 동기식 자기 저항(즉, 자석을 가지지 않음) 등이 될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같이, 전기 기계는 예를 들어, 여러 가지 차량 상에서의 견인 모터를 포함하는, 여러 가지 용도들에 적합할 수 있을 것이다. 그러나, 그러한 전기 기계는 다양한 다른 용도들에서 채용될 수 있을 것이다. 전기 기계는 또한, 견인 용도, 풍력 및 가스 터빈, 항공우주 용도를 위한 시동기-발전기, 산업적인 용도, 및 가전제품 등과 같은 다른 비제한적인 예들을 위해서 이용될 수 있다.
그에 따라, 발명의 실시예에 따르면, X상을 가지는 전기 기계는 스테이터 코어를 가지는 스테이터 조립체로서, 상기 스테이터 코어는 복수의 스테이터 치형부들을 포함하고, 상기 스테이터 조립체는, 교류 전류로 여기될 때에 스테이터 자기장을 생성하기 위한 스테이터 권선들로 추가적으로 구성되고 공동을 형성하는 내측 표면과 함께 길이방향 축을 따라서 연장하며, 상기 스테이터 조립체는 M개의 슬롯을 가지는, 스테이터 조립체; 및 상기 공동 내부에 배치되고 길이방향 축 주위로 회전하도록 구성된 로터 조립체로서, 상기 로터 조립체가 N 개의 폴을 가지는 로터 조립체를 포함하고, 상기 로터 조립체는: 샤프트; 상기 샤프트 주위로 외주방향으로 위치되는 로터 코어; 및 적층체들 사이에 배치되고 자기장을 생성하도록 구성된 복수의 영구 자석들로서, 상기 자기장이 상기 스테이터 자기장과 상호작용하여 토크를 생성하는, 복수의 영구 자석들을 포함하고, 그리고 추가적으로, 상기 전기 기계는 스포크-타입 내부 영구 자석(IPM) 기계를 포함하고 값 k = M/(X*N)가 되도록 구성되며, 상기 k는 비정수 > 약 1.3이다.
다른 실시예에 따르면, X상을 가지는 스포크-타입 내부 영구 자석(IPM) 기계는 스테이터 코어를 포함하는 스테이터 조립체로서, 상기 스테이터 코어는 복수의 스테이터 치형부들을 포함하고, 상기 스테이터 조립체는 M개의 슬롯을 가지며, 상기 스테이터 조립체는, 교류 전류로 여기될 때에 자기장을 생성하기 위한 스테이터 권선들로 추가적으로 구성되고 공동을 형성하는 내측 표면과 함께 길이방향 축을 따라서 연장하는, 스테이터 조립체; 및 로터 코어를 포함하는 로터 조립체로서, 상기 로터 조립체가 N 개의 폴을 가지고, 상기 로터 조립체는 상기 공동 내부에 배치되고 길이방향 축 주위로 회전하도록 구성된, 로터 조립체를 포함하고, 상기 로터 조립체는: 샤프트; 및 상기 로터 코어 내에 배치되고 자기장을 생성하도록 구성된 복수의 영구 자석들로서, 상기 자기장이 상기 스테이터 자기장과 상호작용하여 토크를 생성하고, 상기 스테이터 조립체가 내측 곡선형 표면을 가지고, 상기 로터 조립체는 상기 내측 곡선형 표면과 대면하여 그 사이에 갭을 형성하는 외측 표면을 가지는 복수의 스포크들을 포함하고, 상기 갭은 상기 외측 표면의 길이를 따라서 불균일한 거리를 가지는, 복수의 영구 자석들을 더 포함한다.
예시적인 실시예에 따르면, X상을 가지는 전기 기계는 스테이터 코어를 포함하는 스테이터 조립체로서, 상기 스테이터 코어는 복수의 스테이터 치형부들을 포함하고, 상기 스테이터 조립체는, 교류 전류로 여기될 때에 스테이터 자기장을 생성하기 위한 스테이터 권선들로 추가적으로 구성되고 공동을 형성하는 내측 표면과 함께 길이방향 축을 따라서 연장하며, 상기 스테이터 조립체는 M 개의 슬롯을 가지는, 스테이터 조립체; 및 상기 공동 내부에 배치되고 길이방향 축 주위로 회전하도록 구성된 로터 조립체로서, 상기 로터 조립체가 N 개의 폴을 가지는, 로터 조립체를 포함하고, 상기 로터 조립체는: 샤프트; 및 상기 샤프트 주위로 외주방향으로 위치되는 로터 코어를 포함하고, 추가적으로, 상기 전기 기계는 동기식 자기 저항 기계를 포함하고 값 k = M/(X*N)가 되도록 구성되며, 상기 k는 비정수 > 약 1.3이다.
예시적인 실시예에 따르면, X상을 가지는 동기식 자기 저항 기계는 스테이터 코어를 포함하는 스테이터 조립체로서, 상기 스테이터 코어는 복수의 스테이터 치형부들을 포함하고, 상기 스테이터 조립체는 M 개의 슬롯을 가지고, 상기 스테이터 조립체는, 교류 전류로 여기될 때 자기장을 생성하기 위한 스테이터 권선들로 추가적으로 구성되고 공동을 형성하는 내측 표면과 함께 길이방향 축을 따라서 연장하는, 스테이터 조립체; 및 로터 코어 및 샤프트를 포함하는 로터 조립체로서, 상기 로터 조립체는 N 개의 폴을 가지고, 상기 로터 조립체는 상기 공동 내부에 배치되고 길이방향 축 주위로 회전하도록 구성된, 로터 조립체를 포함하고, 상기 스테이터 조립체는 내측 곡선형 표면을 가지고, 상기 로터 조립체는, 상기 내측 곡선형 표면과 대면하여 그 사이에 갭을 형성하는 외측 표면을 가지는 복수의 스포크들을 포함하고, 상기 갭이 상기 외측 표면의 길이를 따라서 불균일한 거리를 가진다.
물론, 전술한 모든 그러한 목적들 또는 장점들이 임의의 특별한 실시예에 따라서 반드시 달성될 필요가 없다는 것이 이해된다. 그에 따라, 예를 들어 당업자는, 여기에서 교시되거나 제시될 수 있는 다른 목적들 및 장점들을 반드시 성취하지 않고 여기에서 교시된 바와 같은 하나의 장점들 또는 장점들의 그룹을 성취 또는 최적화하는 방식으로, 여기에서 개시된 시스템들 및 기술들이 구현 또는 실현될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
발명의 특정의 특징들만을 여기에서 도시 및 설명하였지만, 많은 수정들 및 변화들이 당업자들에 의해서 이루어질 수 있을 것이다. 그에 따라, 첨부된 청구항들은, 그러한 모든 수정들 및 변화들을, 발명의 실제 사상 내에 포함되는 것으로, 포괄하도록 의도된 것임을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (28)

  1. X상(X phases)을 가지는 전기 기계에 있어서:
    스테이터 코어를 포함하는 스테이터 조립체로서, 상기 스테이터 코어는 복수의 스테이터 치형부(tooth)들을 포함하고, 상기 스테이터 조립체는 또한, 교류 전류로 여기될 때에 스테이터 자기장을 생성하기 위한 스테이터 권선들로 구성되고 공동을 형성하는 내측 표면과 함께 길이방향 축을 따라서 연장하며, 상기 스테이터 조립체는 M 개의 슬롯을 가지는, 스테이터 조립체; 및
    상기 공동 내부에 배치되고 상기 길이방향 축 주위로 회전하도록 구성된 로터 조립체로서, 상기 로터 조립체가 N 개의 폴(pole)을 가지는, 로터 조립체
    를 포함하고, 상기 로터 조립체는:
    샤프트;
    상기 샤프트 주위에서 둘레방향으로 위치되는 로터 코어; 및
    적층체들 사이에 배치되고 자기장을 생성하도록 구성된 복수의 영구 자석들로서, 상기 자기장이 스테이터 자기장과 상호작용하여 토크를 생성하는, 복수의 영구 자석들
    을 포함하고, 상기 전기 기계는 스포크-타입 내부 영구 자석(Interior Permanent Magnet; IPM) 기계를 포함하고 값 k = M/(X*N)가 되도록 구성되며, 상기 k는 1.3보다 큰 비정수이고,
    상기 스테이터 조립체는 중심(C2)을 가지는 내측 곡선형 표면을 가지며, 상기 로터 조립체는 중심(C1)을 가지는 외측 곡선형 표면을 가지는 복수의 스포크들을 포함하며, C1 ≠ C2이고,
    상기 내측 곡선형 표면과 상기 외측 곡선형 표면은 그 사이에 갭을 형성하며,
    상기 갭은 상기 외측 곡선형 표면의 길이를 따라서 불균일한 거리를 가지고,
    상기 갭의 거리는 각각의 스포크의 중간 지점에서 X1이되, 각각의 스포크의 단부들에서 X2이며, X2 > X1이고,
    X1은 0.5 mm 내지 1.2 mm의 범위 내에 있고, X2는 1.5 mm 내지 4.0 mm의 범위 내에 있는 것인, 전기 기계.
  2. 제 1 항에 있어서, k는 Y.5이고, Y가 정수인, 전기 기계.
  3. 제 1 항에 있어서, 추가적으로 Y.3 ≤ k ≤ Y.7이고, 상기 Y는 정수이고, 추가적으로 k ≠ Y.5인, 전기 기계.
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  7. 제 1 항에 따른 전기 기계 및 상기 전기 기계에 부착된 차량 지지 구조물을 포함하는 차량.
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  13. X상을 가지는 전기 기계에 있어서:
    스테이터 코어를 포함하는 스테이터 조립체로서, 상기 스테이터 코어는 복수의 스테이터 치형부들을 포함하고, 상기 스테이터 조립체는 또한, 교류 전류로 여기될 때에 스테이터 자기장을 생성하기 위한 스테이터 권선들로 구성되고 공동을 형성하는 내측 표면과 함께 길이방향 축을 따라서 연장하며, 상기 스테이터 조립체는 M 개의 슬롯을 가지는, 스테이터 조립체; 및
    상기 공동 내부에 배치되고 상기 길이방향 축 주위로 회전하도록 구성된 로터 조립체로서, 상기 로터 조립체가 N 개의 폴을 가지는, 로터 조립체
    를 포함하고, 상기 로터 조립체는:
    샤프트; 및
    상기 샤프트 주위에서 둘레방향으로 위치되는 로터 코어
    를 포함하고, 상기 전기 기계는 동기식 자기 저항 기계(synchronous reluctance machine)를 포함하고, 값 k = M/(X*N)가 되도록 구성되며, 상기 k는 1.3보다 큰 비정수이고,
    상기 스테이터 조립체는 중심(C2)을 가지는 내측 곡선형 표면을 가지며, 상기 로터 조립체는 중심(C1)을 가지는 외측 곡선형 표면을 가지는 복수의 스포크들을 포함하며, C1 ≠ C2이고,
    상기 내측 곡선형 표면과 상기 외측 곡선형 표면은 그 사이에 갭을 형성하며,
    상기 갭은 상기 외측 곡선형 표면의 길이를 따라서 불균일한 거리를 가지고,
    상기 갭의 거리는 각각의 스포크의 중간 지점에서 X1이되, 각각의 스포크의 단부들에서 X2이며, X2 > X1이고,
    X1은 0.5 mm 내지 1.2 mm의 범위 내에 있고, X2는 1.5 mm 내지 4.0 mm의 범위 내에 있는 것인, 전기 기계.
  14. 제 13 항에 있어서, 추가적으로 k는 Y.5이고, Y가 정수인, 전기 기계.
  15. 제 13 항에 있어서, 추가적으로 Y.3 ≤ k ≤ Y.7이고, 상기 Y는 정수이고, 추가적으로 k ≠ Y.5인, 전기 기계.
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  19. 제 13 항에 따른 전기 기계 및 상기 전기 기계에 부착된 차량 지지 구조물을 포함하는 차량.
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