KR102188617B1

KR102188617B1 - 전기 기계

Info

Publication number: KR102188617B1
Application number: KR1020187021395A
Authority: KR
Inventors: 로란트 카스퍼; 노르만 보르하르트
Original assignee: 오토-본-귀릭케-우니베르지테트 마그데부르크
Priority date: 2016-01-18
Filing date: 2017-01-18
Publication date: 2020-12-08
Also published as: EP3406021A1; WO2017125416A1; KR20180105147A; EP3406021B1; DE102016100744B3; US20190115814A1; BR112018013370B1; US11211854B2; CN108475975A; CA3009439A1; EA201800401A1; CA3009439C; JP6732921B2; EA035869B1; JP2019502354A; CN108475975B; BR112018013370A2

Abstract

전기 기계 (1)는 제1차부 (2), 제2차부 (3), 및 그 사이에 2개의 상 (4a, 4b)을 갖고 상기 제1차부의 철심 (7)에 배치되어 있는 에어갭 권선 (4)을 갖는 에어갭 (6)을 포함한다. 자극 (9)은 상기 제2차부의 철심 (10)에서 교호하여 배치된다. 자기 회로 (11)는 2개의 극 (9a, 9b)과 상기 제2차부의 철심, 상기 에어갭 (6) 및 상기 제1차부의 철심을 2회 거쳐서 통과한다. 각각의 극 및 각 상 (4a, 4b)에 대해, 권선 가닥 (12a, 12b)은 상기 에어갭의 자속 밀도 (11a, 11b)에 수직으로 놓인다. 헤드 피스 (12c, 12d)는 상기 에어갭 권선의 위상의 이웃하는 권선 가닥에 교호하여 연결하여 도체를 형성한다. 상기 제1차부는 상기 철심 (7)의 슬롯 (8)에 2개의 상 (5a, 5b)을 갖는 슬롯 권선 (5)을 갖는다. 각각의 극 및 각 상 (5a, 5b)에 대해, 권선 가닥은 동일한 극과 관련된 상기 에어갭 권선의 상기 권선 가닥과 평행하게 놓인다. 헤드 피스 (14c, 14d)는 상기 슬롯 권선의 위상 (5a, 5b)의 인접한 권선 가닥 (14a, 14b)에 교호하여 연결하여 도체를 형성한다. 상기 에어갭 권선의 제1 위상 (4a)의 상기 권선 가닥 (12a, 12b)은 상기 슬롯 권선의 제1 위상 (5a)의 상기 권선 가닥 (14a, 14b)에 관하여 위상 수에 의해 결정되는 위치상의 오프셋 (a)을 갖는다. 상기 에어갭 권선 및 상기 슬롯 권선은 상기 자극 (9)의 위치와 교호하여 동기화되는 제어 장치에 의해 작동 가능하다.

Description

전기 기계

본 발명은 제1차부(primary part), 제2차부(secondary part), 제1차부와 제2차부 사이의 에어갭(air gap), 상기 에어갭 내의 에어갭 권선(winding)을 갖는 전기 기계에 관한 것으로, 적어도 2개의 상(phases)을 갖는 상기 권선은 상기 제1차부의 철심에 배치되며; 또한 상기 기계의 제2차부의 철심에는 자극(magnetic poles)이 교호하여 배치되고, 국부 자기 회로는 한 쌍의 자극(magnetic poles), 제2차부의 철심을 경유하며, 한 쌍의 자극(magnetic poles)을 갖는 자석 2개와 제1차부 사이의 에어갭을 2번 경유하게 형성되는데; 상기 에어갭 권선은 자극(magnetic poles)에 대하여 권선 가닥(winding strand)이 상기 에어갭 내부에서 각각의 자극(magnetic poles) 및 위상을 향해 놓이는 방식으로 배치되는데, 즉, 에어갭에서의 자속 밀도에 수직이고 또한 이동 방향에 수직으로 위치하며, 상기 에어갭 내의 상기 에어갭 권선의 위상의 서로 평행하고 직접적으로 인접한 상기 권선 가닥은 양단에서 교호하여 각각의 도체를 형성하는 헤드 피스에 의해 연결된다.

전기 모터의 형태로 된 전기 기계는 잘 알려져 있으며 많은 응용 분야에서 지속적으로 그 사용이 증가하고 있다. 이러한 유형의 전기 기계에 대한 일련의 시도가 이미 고안되었다.

전기 기계용 전기자(armature) 배열은 DE 58011 A에 이미 기술되어있다. 전기자(armature)로 언급되는 회전자(rotor)는 슬롯으로 구성된다. 일부 권선 가닥(winding strand)은 슬롯에 배치되고, 동시에 다른 권선 가닥(winding strand)은 지정된 전기자(armature)의 표면 위에 놓인다. 이로써 권선을 위한 더 큰 권선 영역이 생성된다.

또한, 다른 예로, 고정자(stator) 및 회전자(rotor)를 포함하는 전기 모터가 DE 34 33 695 C2에 개시되어있다. 제1차부 역할을 하는 고정자(stator)에는 2개의 위상의 권선(winding)이 설치되어있다. 제2차부인 회전자(rotor)는 교호하여 배열 된 자극(magnetic poles)을 갖추고 있다.

DE 10 2011 111 352 B4에 기재된 전기 모터는 특히나 효과적이고 유리한 것으로 밝혀졌다. 이것은 적어도 2개의 상을 갖는 코일 장치를 갖는 고정자(stator) 형태의 제1차부를 포함한다. 제2차부는 제2차부에 교호하여 배열된 짝수 개의 자극(magnetic poles)을 갖는다. 코일 장치는 제1차부와 제2차부 사이의 에어갭 내에 배치된다. 코일 장치는 적어도 2개의 권선 가닥(winding strand)과 적어도 하나의 전기 접합 요소를 포함한다. 권선 가닥(winding strand)은 전기 접합 요소에 의해 제1차부에 고정된다.

에어갭의 자기장은 각 전류 전달 단계에서 효과적이고 로런츠 힘(Lorentz force)을 생성한다.

에어갭 내에 있는 권선(winding)이 고정자(stator)에 직접 고정되고, 특히 사행(meandering) 형상을 가짐으로써 장점이 된다.

그럼에도 불구하고, 이러한 유형의 전기 기계에 대해 보다 많은 개선을 하고자 한다.

본 발명의 목적은 주요 청구항의 첫 부분에 따른 전기 기계와 비교하여 더 많은 가능성을 가지는 전기 기계를 제안하는 것이다.

주된 청구항의 제1차부에 따른 전기 기계의 경우, 해당 목적은 본 발명인, 제1 철심을 갖는 제1차부, 제2 철심을 갖는 제2차부, 제1차부와 제2차부 사이의 에어갭, 에어갭 내에 마련되어 적어도 두 개의 상을 갖고 제1차부의 철심에 직접 배치되는 에어갭 권선, 제2차부의 제2 철심에 교대로 배치된 자극(magnetic poles), 한 쌍의 자극과 제2차부의 철심, 한 쌍의 자극을 가지는 2개의 자석과 제1차부의 철심 사이의 에어갭을 2번 통과하여 형성되는 각각의 국부 자기 회로를 갖는 전기 기계에 의해 달성되며,

여기에서, 에어갭 권선은 자극에 대하여 권선 가닥이 에어갭 내부에서 각각의 자극 및 위상을 향해 놓이는 방식으로 배치되는데, 즉, 에어갭 내에서 자속 밀도에 수직이고 또한 제2차부의 이동 방향에 수직으로 위치하며, 상기 에어갭 내의 상기 에어갭 권선의 위상의 서로 평행하고 직접적으로 인접한 상기 권선 가닥은 양단에서 교호하여 각각의 도체를 형성하는 헤드 피스에 의해 연결되고, 상기 제1차부에는 슬롯 권선이 추가로 제공되며, 상기 슬롯 권선은 적어도 2 개의 상을 포함하고 상기 제1차부의 철심의 슬롯 내에 배치되고, 상기 슬롯 권선은 상기 자극들과 관련하여, 각각의 자극 및 각 위상에 대한 상기 슬롯 권선에 대해, 동일한 상기 자극과 관련된 에어갭 권선의 권선 가닥에 평행하게 각각의 권선 가닥이 상기 슬롯에 놓이는 방식으로 배치되며, 상기 슬롯에서의 상기 슬롯 권선의 위상의 상호 평행하고 직접 인접하는 권선 가닥들은 양단에서 교호하여 각각의 도체를 형성하는 헤드 피스에 의해 연결되고, 상기 에어갭 권선의 제1 상의 상기 권선 가닥과 상기 슬롯 권선의 제1 상의 상기 권선 가닥은 서로에 관하여 위상의 수에 의해 결정되는 위치상의 오프셋를 보이며, 상기 에어갭 권선 및 상기 슬롯 권선은 상기 자극의 위치에 교호하여 동기화되는 제어 장치에 의해 작동 가능하다. 또한 이와 같이 연결되는 에어갭 권선 및 슬롯 권선에서의 권선 가닥들과 헤드 피스들은 주기적 파형 형태를 갖는다.

무엇보다, 이러한 개념은 본 발명의 의미에서 오직 하나의 사행형 에어갭 권선을 갖는 전기 기계의 컨셉을 제공하는 경우에도 이미 존재하는 모든 유리한 특성을 보여준다.

철심은 자속(magnetic flux)의 피드백을 담당하는 상이한 기하 구조 및 배열의 고도자율 재료로 이루어진 장치로서 이해되어야 한다. 따라서, 철심은 항상 단단한 철 몸체의 형태일 필요는 없다. 제1차부는 와전류를 줄이기 위한 목적으로 일반적으로 적층(lamination) 형태로 구현된다. 전기 기계의 무게를 줄이기 위해, 철심은 또한, 예를 들어 철 분말(iron powder)을 내장한 합성 물질을 포함하는 장치 역시 될 수 있다.

따라서 모든 자극을 동시에 사용하여 힘 또는 토크를 구성 할 수 있으므로 큰 토크를 발생할 수 있다.

구조 내부에서 자속을 전달하기 위한 목적으로 상대적으로 적은 양의 철만 필요하며, 본 기계를 매우 가벼운 구조로 만드는데 활용 될 수 있다.

더욱이, 사행 형태의 에어갭 권선을 위한 권선 수는 1이므로, 비교적 적은 구리만이 필요하여, 비용을 감소하고 또한 더 가벼운 구조가 가능하다.

고정자에 에어갭 권선을 직접 적용하여 에어갭 권선의 우수한 냉각을 달성 할 수 있다. 또한, 매우 높은 힘 또는 토크를 전달할 수도 있다.

이와 대조적으로, 힘 형성 및 토크 형성 부분에 필요한 공간은 매우 작아서 매우 컴팩트 한 기계가 가능하다.

본 발명에 따른 구성은 또한 전기 기계에 대해 매우 간단한 기하학 구조를 제공하는 것을 가능하게 한다. 따라서 생산 비용을 크게 줄일 수 있다.

본 전기 기계는 현저하게 필드 약화가 일어나는 영역이 없어 높은 회전 수에서도 효율적으로 사용될 수 있다.

하기에서, 본 발명의 일부 예시적인 실시예가 도면과 함께 보다 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 기계의 제 1 실시예를 개략적으로 도시한 단면도;
도 2는 본 발명에 따른 전기 기계의 제 2 실시예를 개략적으로 도시한 단면도;
도 3은 도 1 또는 도 2에 도시된 실시예로부터의 슬롯 영역 내 섹션에 관한 확대된 상세도;
도 4는 도 1 또는 도 2에 도시된 실시예로부터의 슬롯 영역 내 위치상의 오프셋에 관하여 확대된 상세도;
도 5는 도 1 또는 도 2에 도시된 실시예들 중 어느 하나에서의 에어갭 권선의 형상의 개략도;
도 6은 도 1 또는 도 2에 도시된 실시예들 중 어느 하나에서의 슬롯 권선의 개략도;
도 7은 본 발명에 따른 전기 기계의 내부 전기자 형태의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 단면도;이고,
도 8은 본 발명에 따른 전기 기계의 외부 전기자 형태의 제 4 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다.

본 발명에 따른 추가적 조치로, 에어 갭 권선의 사행 형태에 대한 보충으로서, 제1차부, 바람직하게는 고정자, 내로 통합된 제 2 권선이 제안된다. 슬롯 권선의 수용을 위해 사용되는 슬롯은 제1차부, 즉 고정자 내에 형성될 수 있다. 따라서, 성능 및 토크 강도가 더욱 증가 될 수 있다.

상기 슬롯 권선은 특히나 효과적인 방식으로 부가적인 힘 및 토크를 형성하기 위해 이미 구축된 자기 회로를 이용한다. 이로써, 슬롯 권선을 통한 전류의 배열 및 통과는, 에어갭 권선의 영향이 슬롯 권선의 최대 전력 출력에 대해 가능한 한 작은 영향을 받는 방식으로 선택된다. 이러한 방법으로 초기 시험이 보여주듯이 에어갭 권선이 하나 밖에 없는 구조와 비교하여 힘과 토크가 60 ~ 80 % 증가 할 수 있다.

전기 기계의 경량 구조의 잠재력은 매우 효과적으로 유용하다. 슬롯 권선이 없는 것과 달리, 슬롯 권선 자체의 무게만 고려되므로, 본 기계 부분의 추가적인 서브어셈블리가 필요하지 않다. 슬롯 권선은, 바람직하게는 한 번의 권선 수로 구현 될 수 있으며, 따라서 매우 적은 구리로 처리할 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서는 1 보다 큰 권선 수가 예상된다.

전체적으로, 본 발명으로부터 전기 기계 전환 공정을 위한 2 개의 상이한 구조의 권선을 사용하는 자기 회로를 갖는 전기 기계가 얻어진다. 한편으로는, 고정자 철심 요크의 표면 상에 위치하는 사행 에어갭 권선이 있고, 다른 한편으로는, 고정자 철심 요크내에 형성된 슬롯에 위치하는 슬롯 권선이 있다. 두 권선은 상호 연결되어 함께 총 힘 또는 총 토크를 변환한다. 이로써 두 가지 전기 기계 변환 원리가 작용한다. 자기장에서 전류 전달 전기 전도체에 대한 일반적인 로런츠 힘(Lorentz force) 법칙은 에어갭 권선에 적용 가능하고, 고정자 또는 고정 부재 내에 형성된 전자석과 전기자 또는 회전자 내의 영구적으로 여기된 또는 독립적으로 여기된 극들 사이의 자기력은 상기 슬롯 권선에 적용한다.

본 발명에 따른 전기 기계는 매우 콤팩트하고, 가볍고, 효율적이고, 동적이며, 특히 매우 높은 토크를 갖는다.

단 하나의 에어갭 권선을 갖는 것과 비교하여, 이러한 변경은 매우 작은 제조 비용 증가만을 가져오기 때문에 어떠한 경우라도 유리하고 효과적이다. 현저히 증가된 토크 및 동력과 동시에 중량의 매우 작은 증가와 관련하여 상기 제조 비용은 어떠한 경우라도 유리하다.

또한, 이러한 변경을 통해 매우 간단한 기하학적 구조 및 소형 구조가 제공되는 것 또한 이점이다.

이러한 특성으로 인해, 본 발명에 따른 전기 기계는 특히 이러한 특성에 특별히 의존적인 모든 적용 분야에 사용될 수 있다.

그 중에서도 전기 자동차, 전기 자전거, 전기 스쿠터, 전기 보트, 전기 선박 또는 전기 항공기와 같은 전기 운송수단과 같은 모바일 구동 시스템이 포함된다. 이러한 모든 적용 분야에서, 가벼운 전기 기계가 유리하고, 사용 가능한 공간의 양이 한정되어 있기 때문에 소형 구조가 특히 바람직하다. 그럼에도 불구하고, 이들 시스템에서 사용 되어야 하는 전기 기계는 효율적이고 역동적이어야 한다.

또한, 본 발명에 따른 전기 기계는 매우 용이하게 크기 변경이 가능하다. 이러한 이유로, 보다 넓은 출력 범위가 적절하게 적응된 치수로 커버 될 수 있다.

또한, 장치에 대한 임의의 추가 설계 없이 슬롯 권선의 냉각이 이미 통상적으로 사용되는 냉각 시스템에 의해 달성 될 수 있다는 점에서 특히 유리하다.

사용되는 2 가지 유형의 권선의 특징적인 장점은 작동시 유리하게 결합 될 수있다. 이는 슬롯 권선은 필드의 약화를 유발할 수 있는 반면에, 에어 갭 권선이 단지 필드의 매우 적은 약화를 야기하기 때문이다. 시스템의 최적화는 최대 토크를 갖는 것과 관련하여 또는 콤비네이션에 의한 특정 의도에 의한 최대 효율과 관련한 예에 따라 이루어질 수 있다.

제1차부의 슬롯 권선을 위한 슬롯의 수와 제2차부의 자극의 수의 비율은 1보다 크거나 작거나 같게 구현되고, 에어갭에서의 권선 가닥의 위치에 대한 슬롯 내의 권선 가닥의 위치상 오프셋 및 슬롯 권선의 제어는 선택된 비율로 적용 가능하다. 이 개념으로 인해, 본 발명에 따른 전기 기계는 상이한 요건에 더 잘 적응할 수 있다.

본 발명에 따른 전기 기계의 실질적인 이용을 위한 하나의 예로; 제1차부가 고정자이고, 제2차부가 회전자이며, 회전축 형태의 축이 제공되고, 상기 제2차부는 상기 축에 평행한 제1차부 상에 배치되는 것이 있다.

실질적인 적용을 위한 또 다른 예는; 추력축(thrust axis)의 형태인 축이 제공되고, 제1차부가 고정자이며, 제2차부가 전기자의 형태일 때, 제2차부는 제1차부에 평행하게 배치되고, 제1차부 및 제2차부의 둘 모두가 축에 대하여 수직으로 배치되는 것이 있다.

그렇게 함으로써, 제2차부가 내부 전기자의 형태로 제1차부 내에 배열되거나 외부 전기자의 형태로 제1차부 외부에 배치 될 수 있다.

상기 자극은 영구적이거나 외부적으로 여기될 수 있다. 적용 예로 본 발명에 따른 전기 기계가 직류 기계의 형태로서, 에어갭 권선 및 슬롯 권선은 펄스 직류 전압(pulsed direct voltage) 또는 펄스 전기 직류 전압(pulsed electrical direct voltage)에 의해 동시에 제어 가능하다.

또 다른 예는 본 전기 기계가 교류 기계의 형태로, 에어갭 권선 및 슬롯 권선이 교류 전압 또는 전기적 교류 전압에 의해 제어 될 수 있다는 점에 특징이 있으며, 여기서 공급되는 교류 전압은 상호 위상 변위를 보인다.

당연히, 2 개의 권선 중 하나가 직류 모드로 제어되고, 다른 하나가 교류 모드로 제어되는 방식으로 전기 기계가 구성 될 수도 있다.

제1차부는 슬롯이 있는 솔리드 실린더 또는 슬롯이 있는 중공 실린더 형태인 경우에 특히나 실질적인 이점이 있다. 따라서 제1차부는 두 개의 권선을 가질 수 있으며, 두 개의 권선은 개별 형상을 가질 수 있다.

다른 예로, 제1차부는 적어도 하나의 슬롯형 실린더 또는 중공 실린더 세그먼트를 포함 할 수 있고, 제2차부는 중공 실린더 또는 중공 실린더 세그먼트로 구현 될 수 있다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예는 에어갭 권선의 전기 접합 요소와 슬롯 권선의 전기 접합 요소가 교호하여 배열되는 방식으로, 바람직하게는 사행 형태로 권선 가닥에 연결된다. 사행 형태는 특별히 신뢰할 수 있는 효율적이며 실용적인 것으로 나타난다.

또한, 에어갭 권선의 전기 접합 요소 및 슬롯 권선의 전기 접합 요소가 공간적으로 권선 가닥의 평면 상에 배치되거나 또는 이동 방향의 평면에 대해 임의의 각도로 배치되는 방식으로 권선 가닥과 연결될 수 있다.

에어갭 권선의 권선 가닥 및/또는 슬롯 권선의 권선 가닥은 단일 또는 다중 파트 방식으로 형성되고, 직사각형, 정사각형, 원형 또는 링 세그먼트의 단면을 가질 수 있다.

에어갭 권선의 권선 가닥 및 슬롯 권선의 권선 가닥의 배열 및 배향에 대한 다른 시도도 있을 수 있다.

이로써, 이들은 회전축과 평행 및/또는 추력축(thrust axis)에 수직으로 정렬될 수 있다. 권선 가닥을 전기 접합 요소에 의해 제1차부에 고정 및/또는 전기 접합 요소와 함께 일체형으로 권선 가닥을 형성하는 것도 가능하다.

에어갭 권선 및/또는 슬롯 권선 자체는 제1차부와 함께 일체형으로 형성 될 수도 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 슬롯 권선은 1보다 큰 권선 수로 구현된다.

본 발명의 다른 특징 및 유리한 효과는 하기의 도면의 설명뿐만 아니라 첨부된 청구의 범위에 기재되어있다.

도 1은 본 발명에 따른 전기 기계 (1)의 제 1 실시예의 구성을 개략적으로 도시한다. 상기 전기 기계 (1)는 제1차부 (2b) 및 제2차부 (3b)를 구비한다. 상기 제1차부 (2b)와 상기 제2차부 (3b)는 에어갭 (6)에 의해 분리되어있다.

또한, 에어갭 권선 (4) 및 슬롯 권선 (5)이 제공된다. 상기 예시 된 실시예의 경우, 슬롯 권선 (5) 및 에어갭 권선 (4)이 선형 배열로 결합된 것이다. 상기 제1차부 (2b)는 철심 (7)의 형태의 철제 요크, 슬롯 권선 (5) 및 에어갭 권선 (4)을 갖는다. 상기 전기 기계 (1) 즉, 여기서의 선형 전기 기계의 상기 철심 (7) 또는 철제 요크는 슬롯형 고정자이다. 따라서, 상기 철심 (7)은 슬롯 (8)을 포함한다. 예시적인 방식으로, 2개 위상의 슬롯 권선 (5a, 5b)은 철심 (7) 또는 철제 요크의 슬롯 (8)에 통합/삽입된다. 예시적으로, 2개 위상의 에어갭 권선 (4a, 4b)은 상기 철심 (7) 또는 철제 요크의 슬롯면에 적용된다.

상기 전기 기계 (1) 또는 선형 기계의 제2차부 (3b)는 전기자이다. 이 전기자는 철심 (10) 또는 철제 요크 및 영구적으로 여기된 자극 (9)을 포함한다. 상기 자극은 철심 (10) 또는 철제 요크의 표면 상에 교호하게 분극하여 배열된다. 본 실시예에서 영구적으로 여기된 자극 (9)의 분극은 N극의 경우 N으로, S극의 경우 S로 정의된다. 제2차부 (3b)는 축, 여기에서는 추력축 (16), 을 따라 그 위치를 변화시킬 수 있다.

슬롯 권선 (5)의 2개의 위상 (5a, 5b)과 에어갭 권선 (4)의 2개의 위상 (4a, 4b)이 결합한 본 발명에 따른 전기 기계 (1)의 일 실시예가 도 2에서 확대도 형태로 개략적으로 도시되어있다.

여기서, 자기 회로 (11)는 설명의 목적으로 강조된다. 상기 자기 회로 (11)는 상기 철제 요크 또는 철심 (7), 상기 에어갭 권선 (4)의 2개의 위상 (4a, 4b), 상기 에어갭 내에 위치된 자기적으로 유효한 제1 에어갭 (6a)과 제2 에어갭 (6b)을 한번씩 2회 가로 질러, 상기 자극 (9a, 9b) 및 상기 제2차부 (3b)의 철제 요크 또는 철심 (10)을 지나간다.

상기 자기 회로 (11)에 대한 상기 에어갭 (6) 내의 자속 밀도의 방향은 2 개의 섹션 (11a, 11b)에 의해 도시된다.

또한, 도 2에는 제1차부 (2)의 철심 (7) 또는 철제 요크에 슬롯이 마련된 실시예가 도시되어있다. 예시적인 방식으로, 2 개의 위상 (5a, 5b)을 갖는 슬롯 권선 (5)은 내부에 형성된 상기 슬롯 (8)에 통합되거나 삽입된다. 예시적으로, 마찬가지로 2 개의 위상 (4a, 4b)을 갖는 에어갭 권선 (4)이 상기 제1차부 (2)의 상기 철제 요크 또는 철심 (7)의 슬롯면에 적용된다.

상기 실시예에서 상기 제2차부 (3)는 상기 철제 요크 또는 철심 (10) 및 영구적으로 여기된 상기 2개의 자극 (9a, 9b)으로 제시된다. 상기 자극 (9a, 9b)은 교호하게 분극하여 상기 철심 (10)의 표면 상에 배치된다. 상기 영구적으로 여기된 자극 (9)의 분극은 N극의 경우 N으로, S극의 경우 S로 정의된다. 상기 제2차부 (3)는 이동 방향 (13)을 따라 그 위치를 변화시킬 수 있다.

도 1 또는 도 2에 도시 된 실시예에 대응하는 전기 기계 (1)의 단면의 상세도가 예시로 도 3의 확대도에 개략적으로 도시되어있다. 특히, 상기 상세도는 상기 제1차부 (2b)의 상기 철심 (7) 또는 철제 요크 내의 슬롯 (8)을 보여준다. 여기서 구체적으로 도시 된 상기 슬롯 (8)의 기하학적 형상은 수많은 가능한 실시예 중의 하나일 뿐이다. 또한, 도 3은 상기 에어갭 권선 (4)의 위상 (4a)의 권선 가닥을 도시한다. 상기 제2차부 (3b)의 상기 자극 (9)과 제1차부 (2b) 사이의 에어갭 (6)을 쉽게 감지 할 수 있다.

상기 슬롯 (8) 내의 슬롯 권선 (5)의 위상 (5a)과 상기 에어갭 권선 (4)의 위상 (4a) 사이의 위치상의 오프셋 (a)은 도 4에서 확대된 형태로 더 상세히 도시 될 수 있으며, 이 도면은 마찬가지로 도 1 또는 도 2에 도시 된 상기 실시예에서 참조할 수 있다. 또한, 도 4는 상기 전기 기계 (1)의 상기 제1차부 (2) 및 제2차부 (3)를 도시한다. 상기 제1차부 (2)에는 상기 철심 (7) 또는 철제 요크, 상기 슬롯 (8), 상기 슬롯 권선 (5)의 위상 (5a)의 권선 가닥 및 에어갭 권선 (4)의 위상 (4a)의 권선 가닥이 도시되어있다. 상기 제2차부 (3)에는 상기 철심 (10) 또는 철제 요크 및 상기 자극 (9a)이 도시되어있다. 여기에서도 상기 제1차부 (2)와 상기 제2차부 (3) 사이의 상기 에어갭 (6)을 볼 수 있다.

도 5는 상기 제1차부 (2)상의 상기 에어갭 권선 (4)가 따르는 경로를 개략적으로 도시한다. 상기 에어갭 권선 (4)은 권선 가닥 (12a, 12b) 및 교호하는 헤드 피스 (12c, 12d)로 구성된다. 폭 (b)은 자극 (9)의 폭을 나타낸다. 상기 헤드 피스 (12c, 12d)는 상기 에어갭 (6)의 외측에 위치하고 상기 에어갭 (6) 내에 위치하는 상기 에어갭 권선 (4)의 권선 가닥 (12a, 12b)에 교호하여 연결된다. 이와 같이 연결되는 권선 가닥 (12a, 12b)들과 헤드 피스 (12c, 12d)들은 주기적 파형 형태를 갖는다.

도 6은 상기 제1차부 (2)상의 상기 슬롯 권선 (5)이 따르는 경로를 개략적으로 도시한다. 상기 슬롯 권선 (5)은 권선 가닥 (14a, 14b) 및 교호하는 헤드 피스 (14c, 14d)로 구성된다. 상기 폭 (b)은 다시 자극 (9)의 폭을 나타낸다. 상기 헤드 피스 (14c, 14d)는 상기 제1차부 (2)의 슬롯 (8)에 위치하는 슬롯 권선 (5)의 권선 가닥 (14a, 14b)에 교호하여 연결된다. 이와 같이 연결되는 권선 가닥 (14a, 14b)들과 헤드 피스 (14c, 14d)들은 주기적 파형 형태를 갖는다.

도 7은 본 발명에 따른 전기 기계 (1)의 또 다른 실시예의 구성을 개략적으로 도시한다. 상기 전기 기계 (1)는 제1차부 (2a) 및 제2차부 (3a)를 구비한다. 상기 제1차부 (2a)와 상기 제2차부 (3a)는 에어갭 (6)에 의해 서로 분리된다.

또한, 에어갭 권선 (4) 및 슬롯 권선 (5)이 제공된다. 예시 된 실시예의 경우에는, 회전 전기 기계용으로 결합된 슬롯 권선 (5) 및 에어갭 권선 (4)이다. 상기 제1차부 (2a)는 철심 (7) 형태의 철제 요크, 상기 슬롯 권선 (5) 및 상기 에어갭 권선 (4)를 포함한다. 상기 전기 기계 (1) 즉 여기서의 회전 전기 기계의 상기 철심 (7) 또는 철제 요크는 슬롯 형 고정자이다. 따라서 상기 철심 (7)은 슬롯 (8)을 포함한다. 예시적인 방식으로, 2개 위상의 슬롯 권선 (5a, 5b)은 상기 철심 (7) 또는 철제 요크의 상기 슬롯 (8)에 통합/삽입된다. 예시적으로, 2개 위상의 에어갭 권선 (4a, 4b)은 상기 철심 (7) 또는 철제 요크의 상기 슬롯면에 적용된다.

상기 전기 기계 (1) 또는 회전 기계의 상기 제2차부 (3a)은 회전자이다. 이 회전자는 철심 (10) 또는 철제 요크 및 영구적으로 여기 된 자극 (9)을 포함한다. 상기 자극은 철심 (10) 또는 철제 요크의 표면 상에 교호하게 분극하여 배열된다. 상기 실시예에서 상기 영구적으로 여기 된 자극 (9)의 분극은 N극의 경우 N이고 S극의 경우 S로 정의된다. 회전자로서, 상기 제2차부 (3a)는 축, 여기서는 회전축 (15), 을 중심으로 회전 할 수 있다. 이로써, 내부 전기자 형태의 일 실시예가 도 7에 도시된다.

전기 기계 (1)의 제4 실시예가 도 8에 도시되어있다. 본 실시예는 도 7에 도시된 실시예에 대해 도시된 요소의 대부분에 대응한다. 도 8의 실시예는 제1차부 (2a)가 고정자 이고 제2차부 (3a)가 회전자로 이루어진 외부 전기자를 갖는 회전 전기 기계가 도시되어 있다는 점에서 도 7의 실시예와 상이하다.

1 전기 기계
2 제1차부
2a 고정자
2b 고정자
3 제2차부
3a 회전자
3b 전기자
4 에어갭 권선
4a, 4b 에어갭 권선의 위상
5 슬롯 권선
5a, 5b 슬롯 권선의 위상
6 에어갭
6a, 6b 자기 회로의 에어갭
7 제1차부 (2)의 철심
8 슬롯
9 자극
9a, 9b 쌍의 자극
10 제2차부 (3)의 철심
11 자기 회로
11a, 11b 에어갭 내의 자속 밀도
12a, 12b 에어갭 권선의 권선 가닥
12c, 12d 에어갭 권선의 교호하는 헤드 피스
13 운동 방향
14a, 14b 슬롯 권선의 권선 가닥
14c, 14d 슬롯 권선의 교호하는 헤드 피스
15 회전축
16 추력축
a 위치상의 오프셋
b 자극 (9)의 폭
N N극
S S극

Claims

전기 기계 (1)에 있어서,
제1 철심 (7)을 포함하는 제1차부 (2)와,
제2 철심 (10)을 포함하는 제2차부 (3)와,
상기 제1차부 (2)와 상기 제2차부 (3)의 사이의 에어갭 (6)과,
상기 에어갭 (6) 내에 마련되어 적어도 2 개의 상 (4a, 4b)을 갖고 상기 제1차부 (2)의 상기 제1 철심 (7)에 직접 배치되는 에어갭 권선 (4)과,
상기 제2차부 (3)의 상기 제2 철심 (10)에 교호하여 배치되는 자극 (9)과,
한 쌍의 자극 (9a, 9b), 상기 제2차부 (3)의 상기 제2 철심 (10), 상기 한 쌍의 자극 (9a, 9b)의 상기 2개의 자석과 상기 제1차부 (2)의 상기 제1 철심 (7) 사이의 상기 에어갭 (6)을 2회 통과하여 형성된 각각의 국부 자기 회로 (11)를 가지며,
상기 에어갭 권선 (4)은 상기 자극들 (9)과 관련하여, 각각의 자극 (9)과 각 위상 (4a, 4b)에 대해 각각의 권선 가닥 (12a, 12b)이 상기 에어갭 (6) 내에 놓이는 방식으로, 즉, 상기 에어갭 (6) 내의 자속 밀도 (11a, 11b)에 수직이 되고 상기 제2차부 (3)의 이동 방향과도 역시 수직이 되도록 배치되며,
상기 에어갭 (6)에서의 상기 에어갭 권선 (4)의 위상 (4a, 4b)의 상호 평행하고 직접 인접하는 권선 가닥 (12a, 12b)들은 양단에서 교호하여 각각의 도체를 형성하는 헤드 피스 (12c, 12d)들에 의해 연결되고, 상기 연결된 권선 가닥 (12a, 12b)들과 상기 헤드 피스 (12c, 12d)들은 주기적 파형 형태를 갖고,
상기 제1차부 (2)는 슬롯 권선 (5)을 더 구비하고,
상기 슬롯 권선 (5)은 적어도 2개의 상 (5a, 5b)을 갖고 상기 제1차부 (2)의 상기 제1 철심 (7)의 슬롯 (8)에 배치되며,
상기 슬롯 권선 (5)은 상기 자극들 (9)과 관련하여, 각각의 자극 (9a, 9b) 및 각 상 (5a, 5b)에 대한 상기 슬롯 권선 (5)에 대해, 동일한 상기 자극 (9a, 9b)과 관련된 에어갭 권선 (4)의 권선 가닥 (12a, 12b)에 평행하게 각각의 권선 가닥 (14a, 14b)이 상기 슬롯 (8)에 놓이도록 배치되며,
상기 슬롯 권선 (5)은 1의 권선 수로 구현되며,
상기 슬롯 (8)에서의 상기 슬롯 권선 (5)의 상 (5a, 5b)의 상호 평행하고 직접 인접하는 권선 가닥 (14a, 14b)들은 양단에서 교호하여 각각의 도체를 형성하는 헤드 피스 (14c, 14d)들에 의해 연결되고, 상기 연결된 권선 가닥 (14a, 14b)들과 상기 헤드 피스 (14c, 14d)들은 주기적 파형 형태를 갖고,
상기 에어갭 권선 (4)의 상기 제1 상 (4a)의 상기 권선가닥 (12a, 12b)과 상기 슬롯 권선 (5)의 상기 제1 상 (5a)의 상기 권선 가닥 (14a, 14b)은 서로에 관하여 위상의 수에 의해 결정되는 위치상의 오프셋 (a)을 보이며, 상기 에어갭 권선 (4) 및 상기 슬롯 권선 (5)은 상기 자극 (9)의 위치에 교호하여 동기화되는 제어 장치에 의해 작동 가능하도록 한 전기 기계 (1).
제 1항에 있어서,
상기 제1차부 (2)내의 슬롯 권선 (5)의 슬롯 (8)의 수와 상기 제2차부 (3)의 자극 (9)의 수의 비율은 1보다 작거나 같은 수로 선택적으로 구현되고,
상기 에어갭 (6) 내의 권선 가닥 (12a, 12b)의 위치에 대한 상기 슬롯 (8) 내의 권선 가닥 (14a, 14b)의 위치상의 오프셋 (a)과 상기 슬롯 권선 (5)의 제어는 상기 선택된 비율에 상응하여 적용 가능한 것을
특징으로 하는 전기 기계 (1).
제 1항에 있어서,
상기 제1차부 (2)내의 슬롯 권선 (5)의 슬롯 (8)의 수와 상기 제2차부 (3)의 자극 (9)의 수의 비율은 1보다 큰 수로 선택적으로 구현되고,
상기 에어갭 (6) 내의 권선 가닥 (12a, 12b)의 위치에 대한 상기 슬롯 (8) 내의 권선 가닥 (14a, 14b)의 위치상의 오프셋 (a)과 상기 슬롯 권선 (5)의 제어는 상기 선택된 비율에 상응하여 적용 가능한 것을
특징으로 하는 전기 기계 (1).
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1차부 (2)는 고정자 (2a)이고,
상기 제2차부 (3)는 회전자 (3a)의 형태이고,
회전축이 되는 축 (15)이 제공되고,
상기 제2차부 (3)는 상기 축 (15)에 평행한 제1차부 (2) 상에 배치되는 것을
특징으로 하는 전기 기계 (1).
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1차부 (2)는 고정자 (2b)이고,
상기 제2차부 (3)는 전기자 (3b) 형태이며,
추력축(thrust axis)이 되는 축 (16)이 제공되며,
상기 제2차부 (3)는 상기 제1차부 (2)에 평행하고 상기 제1차부 및 제2차부가 상기 축 (16)에 수직으로 배치되는 것을
특징으로 하는 전기 기계 (1).
제 5항에 있어서,
상기 제2차부 (3)는 상기 제1차부 (2)의 내부의 내부 전기자로서 또는 상기 제1차부 (2)의 외부의 외부 전기자로서 배치되는 것을
특징으로 하는 전기 기계 (1).
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자극 (9)은 영구적 또는 외부적으로 여기 될 수 있는 것을
특징으로 하는 전기 기계 (1).
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기 기계는 직류 기계로서의 구조를 가지며,
상기 에어갭 권선(4) 및 상기 슬롯 권선 (5)은 펄스 직류 전압에 의해 동시에 제어 가능한 것을
특징으로 하는 전기 기계 (1).
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기 기계는 교류 기계로서의 구조를 가지며,
상기 에어갭 권선 (4) 및 상기 슬롯 권선 (5)은 교류 전압에 의해 제어 가능하고, 상기 각각의 교류 전압이 상호 위상 변위를 갖는 것을
특징으로 하는 전기 기계 (1).
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 2개의 권선 (4 또는 5) 중 하나는 직류 동작 모드로 제어되고 상기 2개의 권선 (4 또는 5) 중 다른 하나는 교류 동작 모드로 제어되는 것을
특징으로 하는 전기 기계 (1).
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1차부 (2)는 슬롯형 솔리드 실린더 또는 슬롯형 중공 실린더 형태인 것을
특징으로 하는 전기 기계 (1).
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1차부 (2)는 적어도 하나의 슬롯형 실린더 세그먼트 또는 중공 실린더 세그먼트를 포함하고
상기 제2차부 (3)는 중공 실린더 또는 중공 실린더 세그먼트로 구현되는 것을
특징으로 하는 전기 기계 (1).
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에어갭 권선 (4)의 전기 접합 요소 (12c, 2d)와 상기 슬롯 권선 (5)의 전기 접합 요소 (14c, 14d)가 교호하는, 사행 형태로 배치되는 방식으로 상기 권선 가닥 (12a, 12b; 14a, 14b)에 연결되는 것을
특징으로 하는 전기 기계 (1).
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에어갭 권선 (4)의 전기 접합 요소 (12c, 12d)와 상기 슬롯 권선 (5)의 전기 접합 요소 (14c, 14d)가 상기 권선 가닥의 평면 내에 공간적으로 또는 이동 방향의 평면에 대해 임의의 각도로 배치되는 방식으로 상기 권선 가닥 (12a, 12b; 14a, 14b)에 연결되는 것을
특징으로 하는 전기 기계 (1).
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에어갭 권선 (4)의 권선 가닥 (12a, 12b) 및 상기 슬롯 권선 (5)의 권선 가닥 (14a, 14b)이 하나 또는 다수의 부분으로 형성되고, 직사각형, 정사각형, 원형 또는 링 세그먼트의 단면을 갖는 것을
특징으로 하는 전기 기계 (1).
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에어갭 권선 (4)의 권선 가닥 (12a, 12b) 및 슬롯 권선 (5)의 권선 가닥 (14a, 14b)이, 회전축 (15)에 평행하게 배향되는 형태와, 추력축(thrust axis) (16)에 수직으로 배향되는 형태와, 전기 접합 요소 (12c, 12d, 14c, 14d)에 의해 상기 제1차부 (2)에 고정되는 형태와, 또는 전기 접합 요소 (12c, 12d, 14c, 14d)와 함께 일체로 형성되는 형태 중 적어도 어느 하나의 형태를 갖는 것을
특징으로 하는 전기 기계 (1).