KR102652639B1 - 와전류 척력 모터 - Google Patents
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Abstract
전기 모터를 제어하기 위한 방법 및 장치. 전기 모터 내의 스테이터 코일들을 통한 교류 전류의 흐름은 교류 전류가 스테이터 코일을 통해서 흐를 때 스테이터 코일들에서의 스테이터 코일과 로터 간의 척력이 일어나도록 전기 모터 내의 로터의 포지션을 기초로 하여 제어된다.
Description
본 발명은 일반적으로 전기 모터(electric motor)들에 관한 것이며, 특히 교류 전류를 이용하는 전기 모터들에 관한 것이다.
전기 모터는 전기적 파워(electrical power)를 기계적 파워(mechanical power)로 변환하는 장치이다. 전기 모터들은 다양한 애플리케이션(application)들을 위해서 이용될 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 전기 모터들은 팬(fan), 펌프(pump), 툴(tool), 디스크 드라이브(disk drive), 드릴(drill), 및 다른 타입의 장치들을 구동하는 데에 이용될 수 있다. 전기 모터들은 다양한 환경들에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 전기 모터들은 항공기 및 다른 비히클(vehicle)과 같은 다양한 고정(fixed) 및 이동(mobile) 플랫폼들상의 애플리케이션들을 위해 이용될 수 있다.
전기 모터들은 다양한 기능들을 수행하기 위해서 항공기상에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 항공기상의 전기 모터들은 비행 조종면(flight control surface)들을 움직이는 데에 이용될 수 있고, 착륙장치(landing gear)를 올리고 내리는 데에 이용될 수 있고, 밸브(valve)들을 열고 닫는 데에 이용될 수 있고, 항공기상의 다른 기능들을 수행하는 데에 이용될 수 있다.
전기 모터들이 항공기에서 이용될 때, 무게(weight) 및 공간(space)과 같은 요소들이 중요한 고려사항들이다. 종래의 전기 모터들은 강자성체 물질이 들어 있는 로터들을 채용한다. 강자성체 물질은 고밀도(high density)를 가진다. 그 결과, 로터의 무게는 원하던 것보다 더 많은 무게를 전기 모터에 부가할 수 있다. 로터 무게는 또한 전기 모터의 응답성(responsiveness), 속도(speed), 및 전력 밀도(power density)에 영향을 줄 수 있다.
예를 들어, 전기 모터는 작동을 시작하고 멈추기 위하여 원하지 않는 시간량(amount of time)을 소요할 수 있다. 로터 내의 철(iron)은 다른 더 가벼운 물질들에 비하여 더 큰 관성 모멘트(moment of inertia)를 낳는다. 더 큰 관성 모멘트는 원하지 않는 응답성을 낳는다. 게다가, 전기 모터들은 원심응력(centrifugal stress)들에 의해 초래되는 최대 속도 제한(maximum speed limit), 커뮤테이션 전압 제한(commutation voltage limit)들, 또는 이들의 몇몇 조합을 가질 수 있다.
게다가, 전기 모터들은 원하던 것보다 더 많은 비용이 들 수 있다. 예를 들어, 재료들 및 부품들이 전기 모터의 비용에 추가된다.
다른 예로서, 조립의 비용이 원하던 것보다 더 클 수 있다. 예를 들어, 전기 모터들을 제조하는 것은 코일들을 감는 것(winding), 절연층(insulating layer)들을 가진 라미네이팅된(laminated) 철 시트(iron sheet)들을 적층하는 것(stacking), 및 전기 모터를 조립하기 위해 취해지는 단계들을 포함할 수 있다. 상이한 부품들을 조립하기 위한 이 단계들은 전기 모터들의 비용에 추가된다.
전기 모터들을 위해 필요한 제조 정밀성(manufacturing precision) 또한 비용을 증가시킨다. 예를 들어, 전기 모터들은 로터와 스테이터 코일들 사이의 에어 갭 거리(air gap distances)에 매우 민감할 수 있다. 그래서, 다수의 부품들 및 이 부품들을 전기 모터로 조립하기 위해 수행되는 상이한 오퍼레이션(operation)들은 원하던 것보다 더 많이 비용을 증가시킬 수 있다.
브러쉬리스(brushless) 직류 전류(DC) 모터는 영구 자석들을 이용하는 전기 모터의 한 타입이다. 이 영구 자석들은 전형적으로 사마륨 코발트(samarium cobalt) 또는 네오디뮴 철 붕소(neodymium iron boron)로 이루어진다. 이러한 타입의 자석들은 제작하기 위해서 비용이 많이 들고, 기계가공(machine) 및 조립(assemble)하는 것이 더 어렵다.
브러쉬리스 직류 전류 모터는 권선들에 의한 열로부터 발생할 수 있는 마모(wear and tear)를 상쇄하기(counteract) 위해서 선택된 베어링(bearing)들로부터의 무게를 포함한다. 이러한 타입의 모터의 관성 모멘트는 흔히 매우 크고, 응답성을 감소시킨다. 권선들에서의 무게 및 열은 또한 브러쉬리스 직류 전류 모터의 속도를 제한한다.
릴럭턴스 모터(reluctance motor)는 강자성체 로터(ferromagnetic rotor)상에 비영구 자극(nonpermanent magnetic pole)들을 포함하는 전기 모터의 한 타입이다. 토크(torque)는 자기 저항(magnetic reluctance)을 이용해서 생성된다. 릴럭턴스 모터는 영구 자석들을 이용하지 않기 때문에, 이러한 타입의 모터는 브러쉬리스 직류 전류 모터보다 비용이 덜 든다.
하지만, 릴럭턴스 모터는 여전히 전형적으로 로터 및 스테이터 양쪽 모두를 위해 적층된 라미네이트(laminate)들을 이용한다. 플럭스 리턴 경로(flux return path)들과 로터 내의 강자성체 물질 및 라미네이트들을 이용함으로써 무게가 원하던 것보다 더 많이 나갈 수 있다.
게다가, 스테이터와 로터 간에 인력(attraction)만이 발생해서 이러한 타입의 모터의 응답성을 제한한다. 게다가, 이러한 타입의 모터와의 더 빠른 커뮤테이션(commutation)은 방향을 반대로 하거나(reverse direction) 멈추기 위해서 더 높은 전압을 필요로 한다. 릴럭턴스 모터는 특정한 공급 전압에 대해서 고정된 속도(fixed speed)를 가지고, 속도도 로터 내의 원심응력에 의해서 구속된다(constrained).
유도 모터(induction motor)는 교류 전류(AC) 전기 모터이고, 여기서 토크를 생성하기 위해 이용되는 로터 내의 전류는 스테이터에서의 권선들에 의해 생성되는 자기장으로부터의 전자기 유도(electromagnetic induction)에 의해 획득된다. 유도 모터는 영구 자석들을 이용하는 다른 전기 모터들에 비하여 더 낮은 비용을 가진다. 게다가, 유도 모터는 다른 타입의 전기 모터들보다 제어하기가 더 쉽고, 그래서 덜 복잡한 제어 회로들을 낳는다.
하지만, 유도 모터는 다람쥐 케이지(squirrel cage) 로터 설계로 인하여 비교적 무겁다. 이러한 타입의 로터 설계는 적층된 라미네이트들, 권선들, 또는 과도하게 몰딩된(overly molded) 전기전도성 물질들을 이용한다. 로터의 이러한 무게로 인하여, 특히 방향을 반대로(reversing direction) 할 때 유도 모터의 응답이 원하던 것만큼 크지 않을 수 있다.
그러므로, 상술한 문제점들 중의 적어도 일부들뿐만 아니라 다른 가능한 문제점들을 고려하는 방법 및 장치를 갖는 것이 바람직할 것이다. 예를 들어, 전기 모터들의 무게와 관련된 기술적 문제를 극복하는 방법 및 장치를 가지는 것이 바람직할 것이다. 다른 예로서, 전기 모터들의 비용과 관련된 기술적 문제를 극복하는 방법 및 장치를 가지는 것이 바람직할 것이다. 전기 모터들의 속도 및 응답성과 과 관련된 기술적 문제를 극복하는 방법 및 장치를 가지는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 예는 장치를 제공한다. 장치는 로터, 스테이터 코일들, 및 전류 제어 시스템을 포함한다. 로터는 전기전도성 물질로 이루어지고, 로터는 축 둘레로 회전가능하다. 스테이터 코일들은 스테이터 코일들을 통해서 교류 전류가 흐를 때 와전류가 로터에 생성되도록 로터에 인접하게 배치된다. 전류 제어 시스템은 로터의 포지션을 기초로 하여 스테이터 코일들을 통한 교류 전류의 흐름을 제어하고, 스테이터 코일들에서의 스테이터 코일은 스테이터 코일을 통해서 교류 전류가 흐를 때 교류 자기장을 생성해서, 스테이터 코일과 로터 간의 척력이 로터를 축 둘레로 회전시키도록 로터에 와전류를 야기한다.
본 발명의 추가적인 예시적인 예는 듀얼 주파수 전기 모터를 제공한다. 듀얼 주파수 전기 모터는 로터, 스테이터 코일들, 및 전류 제어 시스템으로 이루어진다. 로터는 축 둘레로 회전가능한 로터이고, 로터는 강자성체 물질로부터 형성된 코어 및 코어를 둘러싸는 레이어를 포함하고, 레이어는 비강자성인(non-ferromagnetic) 전도성 물질을 포함한다. 스테이터 코일들은 교류 전류 파워 서플라이 및 직류 전류 파워 서플라이에 연결된다. 전류 제어 시스템은 로터의 포지션을 기초로 하여 스테이터 코일들을 통한 교류 전류 및 직류 전류의 흐름을 제어하고, 스테이터 코일들에서의 스테이터 코일은, 로터가 축 둘레로 회전하도록 하기 위하여, 스테이터 코일을 통해서 교류 전류가 흐를 때 교류 자기장을 생성해서 스테이터 코일(136)과 로터 간의 척력을 야기하고, 스테이터 코일을 통해서 직류 전류가 흐를 때 단방향 자기장을 생성해서 스테이터 코일과 로터 간의 인력을 야기한다.
본 발명의 더욱 추가적인 예시적인 예는 전기 모터를 제어하기 위한 방법을 제공한다. 전기 모터 내의 스테이터 코일들을 통한 교류 전류의 흐름은 스테이터 코일을 통해서 교류 전류가 흐를 때 스테이터 코일들에서의 스테이터 코일과 로터 간의 척력이 일어나도록 전기 모터 내의 로터의 포지션을 기초로 하여 제어된다.
본 발명의 더욱 추가적인 예시적인 예는 전기 모터를 제어하기 위한 방법을 제공한다. 전기 모터의 로터가 스테이터 코일에 대해서 제1 포지션으로 되어 있을 때 전기 모터 내의 스테이터 코일들에서의 스테이터 코일을 통해서 직류 전류가 보내지고, 스테이터 코일과 로터 간의 인력이 로터를 축 둘레로 회전시킨다. 로터가 스테이터 코일에 대해서 제2 포지션으로 되어 있을 때 전기 모터 내의 스테이터 코일을 통해서 교류 전류가 보내지고, 스테이터 코일과 로터 간의 척력이 로터를 축 둘레로 회전시킨다.
특징들 및 기능들은 본 발명의 다양한 예들에서 독립적으로 달성될 수 있고, 또 다른 예들에서 조합될 수 있으며, 여기서 추가적인 세부사항들은 이하의 설명 및 도면들을 참조하여 이해될 수 있다.
도 1은 예시적인 예에 따른 전기 모터 환경의 블록도의 도면이다.
도 2는 예시적인 예에 따른 전류 제어 시스템의 블록도의 도면이다.
도 3은 예시적인 예에 따른 로터를 가진 전기 모터의 도면이다.
도 4는 예시적인 예에 따른 전기 모터의 동작의 도면이다.
도 5는 예시적인 예에 따른 척력을 이용한 전기 모터의 동작의 도면이다.
도 6은 예시적인 예에 따른 척력을 이용한 전기 모터의 동작의 도면이다.
도 7은 예시적인 예에 따른 척력을 이용한 전기 모터의 동작의 도면이다.
도 8은 예시적인 예에 따른 척력을 이용한 전기 모터의 동작의 도면이다.
도 9는 예시적인 예에 따른 듀얼 주파수 전기 모터의 도면이다.
도 10은 예시적인 예에 따른 듀얼 주파수 전기 모터의 동작의 도면이다.
도 11은 예시적인 예에 따른 듀얼 주파수 전기 모터의 동작의 도면이다.
도 12는 예시적인 예에 따른 듀얼 주파수 전기 모터를 위한 전원의 블록도의 도면이다.
도 13은 예시적인 예에 따른 듀얼 주파수 전기 모터를 위한 전원의 블록도의 도면이다.
도 14는 예시적인 예에 따른 듀얼 주파수 전기 모터를 위한 전원의 블록도의 도면이다.
도 15는 예시적인 예에 따른 전기 모터를 위한 로터의 도면이다.
도 16은 예시적인 예에 따른 전기 모터를 제어하기 위한 프로세스의 흐름도이다.
도 17은 예시적인 예에 따른 듀얼 주파수 전기 모터를 제어하기 위한 프로세스의 흐름도이다.
도 18은 예시적인 예에 따른 항공기 제작 및 서비스 방법의 블록도의 도면이다.
도 19는 예시적인 예가 구현될 수 있는 항공기의 블록도의 도면이다.
도 2는 예시적인 예에 따른 전류 제어 시스템의 블록도의 도면이다.
도 3은 예시적인 예에 따른 로터를 가진 전기 모터의 도면이다.
도 4는 예시적인 예에 따른 전기 모터의 동작의 도면이다.
도 5는 예시적인 예에 따른 척력을 이용한 전기 모터의 동작의 도면이다.
도 6은 예시적인 예에 따른 척력을 이용한 전기 모터의 동작의 도면이다.
도 7은 예시적인 예에 따른 척력을 이용한 전기 모터의 동작의 도면이다.
도 8은 예시적인 예에 따른 척력을 이용한 전기 모터의 동작의 도면이다.
도 9는 예시적인 예에 따른 듀얼 주파수 전기 모터의 도면이다.
도 10은 예시적인 예에 따른 듀얼 주파수 전기 모터의 동작의 도면이다.
도 11은 예시적인 예에 따른 듀얼 주파수 전기 모터의 동작의 도면이다.
도 12는 예시적인 예에 따른 듀얼 주파수 전기 모터를 위한 전원의 블록도의 도면이다.
도 13은 예시적인 예에 따른 듀얼 주파수 전기 모터를 위한 전원의 블록도의 도면이다.
도 14는 예시적인 예에 따른 듀얼 주파수 전기 모터를 위한 전원의 블록도의 도면이다.
도 15는 예시적인 예에 따른 전기 모터를 위한 로터의 도면이다.
도 16은 예시적인 예에 따른 전기 모터를 제어하기 위한 프로세스의 흐름도이다.
도 17은 예시적인 예에 따른 듀얼 주파수 전기 모터를 제어하기 위한 프로세스의 흐름도이다.
도 18은 예시적인 예에 따른 항공기 제작 및 서비스 방법의 블록도의 도면이다.
도 19는 예시적인 예가 구현될 수 있는 항공기의 블록도의 도면이다.
예시적인 예들의 특성이라고 여겨지는 신규한 특징들이 첨부된 청구항들에서 제시된다. 하지만, 예시적인 예들뿐만 아니라 이들의 선호되는 사용 모드(preferred mode of use), 추가적인 목적들 및 특징들은 본 발명의 예시적인 예에 대한 이하의 상세한 설명을 참조하여 첨부도면들과 함께 읽을 때 가장 잘 이해될 것이다.
예시적인 예들은 하나 이상의 상이한 고려사항들을 인식하고 고려한다. 예를 들어, 예시적인 예들은 로터 내에서의 강자성체 물질의 이용과 로터 내의 부품들의 수 및 전기 모터의 다른 부분들이 원하던 것만큼 크지 않은 응답성을 초래할 수 있을 뿐만 아니라 원하던 것보다 많은 비용을 초래할 수 있다는 점을 인식하고 고려한다. 예시적인 예들은 또한 로터 내에서 발생할 수 있는 원심응력에 의해서 속도가 구속되는 전기 모터들을 가지는 것이 바람직할 것이라는 점을 인식하고 고려한다.
예시적인 예들은 또한 종래의 전기 모터들에 비하여 더 작은 사이즈로 더 큰 토크를 제공하는 경량 전기 모터(lightweight electrical motor)들을 가지는 것이 바람직하다는 점을 인식하고 고려한다. 예를 들어, 무인항공기(unmanned aerial vehicle)와 같은 항공기의 날개(wing)들 안으로 배치될 수 있는 전기적 비행 제어 액츄에이터들 내에서 높은 가속도(acceleration) 및 높은 전력 밀도(power density)를 가지는 것이 바람직하다는 점을 인식하고 고려한다.
예시적인 예들은 또한 의료적 이용 또는 연구를 위한 전기 모터들에 대한 더 작은 사이즈 및 더 빠른 속도가 바람직하다는 점을 인식하고 고려한다. 종래의 전기 모터들에 비하여, 원하는 토크량(amount of torque)을 가진 더 작은 전기 모터들은 인공기관들(prosthetics) 또는 이식가능장치들(implantable devices)과 같은 의료 장치들을 위해서 유용할 수 있다. 연구와 관련하여, 원하는 회전 속도 레벨을 제공하는 전기 모터들은 원심분리기(centrifuge)들과 같은 의료 장치들을 위해 바람직하다.
예시적인 예들은 또한 무게(weight), 공간(space), 및 속도(speed)가 자동차들에서 이용되는 전기 모터들을 위한 인자(factor)들이다는 점을 인식하고 고려한다. 전기 자동차(electric car)들 및 하이브리드 전기 자동차(hybrid electric car)에 있어서, 그리고, 특히 이러한 타입의 자동차들의 고성능 버전(high performance version)들에 있어서, 전기 모터들의 사이즈, 무게, 및 속도는 비히클들을 설계하는 데에 고려사항들이다.
그래서, 예시적인 예들은 더 적은 양의 강자성체 물질 또는 더 적은 수의 부품들 중의 적어도 하나를 구비한 전기 모터를 가지는 것이 바람직할 것이라는 점을 인식하고 고려한다. 본 명세서에서 사용될 때, "~ 중의 적어도 하나(at least one of)"라는 문구는 아이템(item)들의 목록과 함께 사용되는 경우에, 열거된 아이템들 중의 하나 이상의 상이한 조합들이 이용될 수 있다는 것과 목록 내의 각각의 아이템 중의 하나만이 필요할 수 있다는 것을 의미한다. 다시 말해, "~ 중의 적어도 하나(at least one of)"는, 아이템들의 임의의 조합 및 아이템들의 임의의 수가 목록으로부터 이용될 수 있지만, 목록 내의 아이템들 전부가 필수적인 것은 아니라는 것을 의미한다. 아이템은 특정한 오브젝트(object), 것(thing), 또는 카테고리(category)일 수 있다.
예를 들어, 제한 없이(without limitation), "아이템 A, 아이템 B, 또는 아이템 C 중의 적어도 하나(at least one of item A, item B, or item C)"는 아이템 A, 아이템 A 및 아이템 B, 또는 아이템 B를 포함할 수 있다. 이 예는 또한 아이템 A, 아이템 B, 및 아이템 C 또는 아이템 B 및 아이템 C를 포함할 수 있다. 물론, 이 아이템들의 임의의 조함들이 존재할 수 있다. 몇몇 예시적인 예들에서, "~ 중의 적어도 하나(at least one of)"는 예를 들어, 제한 없이, 두 개의 아이템 A; 하나의 아이템 B; 및 열 개의 아이템 C; 네 개의 아이템 B 및 일곱 개의 아이템 C; 또는 다른 적절한 조합들일 수 있다.
예시적인 예들은 더 적은 양의 강자성체 물질 또는 더 적은 수의 부품들이 달성될 수 있는 하나의 방식(manner)이 로터의 무게를 감소시키는 것을 포함한다는 것을 인식하고 고려한다. 이러한 방식에 있어서, 응답성, 속도, 및 전력 밀도의 제한들이 감소될 수 있다. 하나의 예시적인 예에서, 전도성 물질 내에서의 발생(occurrence)을 야기하는 주파수들을 가진 자기장들은 전기 모터 내의 로터의 무게를 줄이는 방식에서 이용될 수 있다.
도시된 바와 같이, 예시적인 예들은 유도 전류(induced electric current)가 유도 전류를 초래한 변화에 반대되는 방향으로 흐른다는 점을 인식하고 고려한다. 게다가, 반대 방향(opposite direction)들로 흐르는 전류들은 자기적으로(magnetically) 서로 밀어내는 경향이 있다. 다시 말해, 이 전류들은 서로 밀어내는(repel each other) 자기장들을 생성한다. 그 결과, "와전류(eddy currents)"라고 알려진 유도 전류는 전형적으로 "와전류(eddy currents)"를 야기하는(cause) 전류에 의해서 밀어내진다(repelled).
하나의 예시적인 예에서, 장치는 로터, 스테이터 코일들, 및 전류 제어 시스템을 포함한다. 로터는 전기전도성 물질을 포함하고, 로터는 축 둘레로 회전가능하다(rotatable). 스테이터 코일들은 스테이터 코일들을 통해서 교류 전류가 흐를 때 와전류가 로터에 생성되도록 로터에 인접하게(adjacent) 배치된다. 전류 제어 시스템은 로터의 포지션을 기초로 하여 스테이터 코일들을 통한 교류 전류의 흐름을 제어한다. 스테이터 코일들 내의 스테이터 코일은 교류 전류가 스테이터 코일을 통해서 흐를 때 교류 자기장을 생성하고, 스테이터 코일에 와전류를 야기해서, 스테이터 코일과 로터 간의 척력이 로터를 축 둘레로 회전시킨다(rotate).
이제 도면들을 참조하면, 특히 도 1을 참조하면, 전기 모터 환경(electric motor environment)의 블록도의 도면이 예시적인 예에 따라서 도시된다. 전기 모터 환경(100)은 예시적인 예가 구현될 수 있는 환경의 예이다.
전기 모터 환경(100)은 전기 모터 시스템(electric motor system)(102)이 플랫폼(platform)(106)을 위한 기계적 파워(104)를 제공하는 임의의 환경일 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 전기 모터 환경(100)은 제조 환경(manufacturing environment), 연구 환경(research environment), 의료 환경(medical environment), 군사 환경(military environment), 운송 환경(transportation environment), 또는 기계적 파워(104)가 플랫폼(106)을 위해 필요하거나 요구되는 임의의 다른 적절한 환경을 포함할 수 있다.
예를 들어, 플랫폼(106)은 이동 플랫폼(mobile platform), 정지 플랫폼(stationary platform), 지상기반 구조물(land-based structure), 수중기반 구조물(aquatic-based structure), 및 우주기반 구조물(space-based structure)을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 더욱 구체적으로는, 플랫폼은 수상함(surface ship), 탱크(tank), 병력 수송차(personnel carrier), 기차(train), 우주선(spacecraft), 우주 정거장(space station), 위성(satellite), 잠수함(submarine), 자동차(automobile), 발전소(power plant), 다리(bridge), 댐(dam), 집(house), 제조 시설(manufacturing facility), 건물(building), 및 다른 적절한 플랫폼들을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 하나의 예시적인 예에서, 플랫폼(106)은 인체(human body)일 수 있다.
전기 모터 시스템(102)은 전기 모터 환경(100) 내의 임의의 적절한 애플리케이션을 위한 기계적 파워(104)를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 애플리케이션은 팬(fan), 펌프(pump), 툴(tool), 디스크 드라이브(disk drive), 드릴(drill), 임의의 다른 적절한 타입의 장치, 또는 장치들의 다양한 조합들을 구동하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 플랫폼(106)이 항공기의 형태를 취하는 경우에, 전기 모터 시스템(102)을 위한 애플리케이션은 비행 조종면들을 움직이는 것, 착륙장치를 올리고 내리는 것, 및 항공기상의 다른 기능들 또는 기능들의 다양한 조합들을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
이러한 예시적인 예에서, 전기 모터 시스템(102)은 다수의 상이한 구성요소들을 포함한다. 도시된 바와 같이, 전기 모터 시스템(102)은 전기 모터(electric motor)(108), 센서 시스템(sensor system)(110), 전류 제어 시스템(current control system)(112), 및 전원(power source)(114)을 포함한다.
전기 모터(108)는 이러한 예시적인 예에서 기계적 파워(104)를 생성한다. 전기 모터(108)는 로터(rotor)(116) 및 스테이터 코일들(stator coils)(118)을 포함한다.
도시된 바와 같이, 로터(116)는 전기전도성 물질(electrically conductive material)(120)로 이루어진다. 게다가, 로터(116)는 축(axis)(122) 둘레로 회전가능하다. 예시적인 예에서, 전기전도성 물질(120)은 전도성 강자성체 물질(conductive ferromagnetic material)(124) 또는 전도성 비강자성체 물질(conductive non-ferromagnetic material)(126) 중의 적어도 하나로부터 선택된다.
도시된 바와 같이, 전도성 강자성체 금속(124)은 철(iron), 산화철(iron oxide), 니켈(nickel), 또는 사마륨 코발트(samarium cobalt), 또는 몇몇 다른 적절한 물질 중의 적어도 하나로부터 선택된다. 이 예에서, 전도성 비강자성체 물질(126)은 알루미늄(aluminum), 구리(copper), 금(gold), 층간삽입된 그라핀(intercalated graphene), 납(lead), 니켈(nickel), 은(silver), 주석(tin), 티타늄(titanium), 아연(zinc), 또는 몇몇 다른 적절한 물질 중의 적어도 하나로부터 선택된다.
스테이터 코일들(118)은 로터(116)에 인접하게 배치된다. 예시적인 예에서, 스테이터 코일들(118)은, 로터(116)의 임의의 정지 포지션(stationary position)으로부터 로터(116)를 회전시키기에 충분한 레벨로 척력(repulsive force)(140)이 생성될 수 있게 로터(116)에 인접하게 배치된다.
포지션은 교류 전류(alternating current)(130)가 스테이터 코일들(118)을 통해서 흐를 때 로터(116)에 와전류(eddy current)(128)가 생성되도록 되어 있다. 이러한 예시적인 예에서, 교류 전류(130)는 스테이터 코일들(118)에서의 권선들(windings)(132)을 통해서 흐른다. 권선들(132)은 스테이터 코일들(118)에서의 코일들에 레이업 된(laid up) 전기전도성 와이어들(electrically conductive wires)이다.
예시적인 예에서, 교류 전류(130)의 제1 주파수는 로터(116)의 제2 회전 주파수(frequency of a rotation)에 독립적(independent)이다. 다시 말해, 제1 주파수는 제2 주파수와 관련이 없다. 예를 들어, 제1 주파수는 제1 주파수와 제2 주파수의 유리수 곱(rational number product)이거나 정수배(integer multiple)이다. 하나의 예시적인 예에서, 교류 전류(130)의 주파수는 약 10 kHz와 같거나 약 10 kHz보다 더 크다.
도시된 바와 같이, 주파수는 와전류(128)를 위한 원하는 위치를 기초로 하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 주파수는, 와전류(128)가 표면에 더 가까운 것이 바람직한지 또는 로터(116) 내에 더 깊은 것이 바람직한지 여부를 기초로 할 수 있다. 축(122)으로부터 더욱 떨어진 와전류(128)의 발생은 예시적인 예들에서 더 큰 토크를 낳는다.
센서 시스템(110)은 로터(116)의 포지션(position)(134)을 식별한다(identify). 도시된 바와 같이, 포지션(134)은 센서 시스템(110)에 의해 전류 제어 시스템(112)으로 보내진다.
하나의 예시적인 예에서, 센서 시스템(110)은 로터(116)의 포지션(134)을 나타내는 로터리 인코더(rotary encoder)이다. 로터리 인코더는 로터(116) 또는 로터(116)가 설치되는(mounted) 샤프트(shaft) 중의 적어도 하나에 부착될 수 있다. 예시적인 예에서, 로터리 인코더는 기계식 인코더(mechanical encoder), 광학적 인코더(optical encoder), 자기식 인코더(magnetic encoder), 용량식 인코더(capacitive encoder), 또는 몇몇 다른 적절한 인코딩(encoding) 시스템 중의 하나로부터 선택될 수 있다.
다른 예시적인 예에서, 센서 시스템(110)은 로터(116)의 포지션(134)을 기초로 하여 로터(116) 내의 와전류(128)에 반응하는(react) 포지션 센싱 코일들(position sensing coils)의 그룹이고, 로터(116)의 포지션(134)은 포지션 센싱 코일들의 그룹을 이용해서 식별된다.
포지션 센싱 코일들에 있어서, 교류 전류는 포지션 센싱 코일들 각각을 통해서 지속적으로(continually) 보내진다. 로터(116)가 돌 때, 포지션 센싱 코일들에 의해서 로터(116)에 와전류(128)가 유도된다(induced). 로터(116)가 포지션 센싱 코일에 다가감에 따라 와전류(128)가 더 강하게 된다. 그 결과, 포지션 센싱 스테이터 코일(position sensing stator coil)을 통해서 흐르는 교류 전류가 감소된다. 이러한 방식에 있어서, 로터(116)의 포지션은, 와전류(128)에 의해 야기되는 것와 같이 포지션 센싱 코일을 통해서 흐르는 교류 전류의 변화를 통해 식별될 수 있다.
포지션 센싱 코일들을 통해서 보내지는 교류 전류는 교류 전류(130)에 비하여 더 약하다. 이 교류 전류는 척력(140)이 생성되지 않거나 원하지 않는 방식으로 로터(116)의 회전에 영향을 주지 않게 충분히 작도록 선택된다.
센서 시스템(110)을 위한 이러한 타입의 구현은 로터리 인코더를 가지고 일어날 수 있는 먼지(dirt) 또는 다른 파편(debris)에 의해 블록킹될(blocked) 수 있는 광학적 구성요소들을 필요로 하지 않는다. 이러한 방식에 있어서, 로터(116)의 포지션(134)은 와전류(128)에 의해 영향을 받는 것과 같은 포지션 센싱 코일들을 통해서 흐르는 전류의 변화를 기초로 하여 결정될 수 있다.
이러한 예시적인 예에서, 전류 제어 시스템(112)은 로터(116)의 포지션(134)을 기초로 하여 스테이터 코일들(118)을 통한 교류 전류(130)의 흐름을 제어한다. 전류 제어 시스템(112)은 커뮤테이터(commutator)의 형태를 취할 수 있다. 도시된 바와 같이, 전류 제어 시스템(112)은 로터(116)의 포지션(134)이 스테이터 코일들(118)에 대하여 선택된 포지션(selected position)들에 속할(fall into) 때 스테이터 코일들(118) 중의 서로 다른 것들을 전원(114)에 연결할 수 있다.
스테이터 코일들(118)에서의 스테이터 코일(stator coil)(136)은 스테이터 코일(136)을 통해서 교류 전류(130)가 흐를 때 교류 자기장(138)을 생성해서, 스테이터 코일(136)과 로터(116) 간의 척력(140)이 로터(116)를 축(122) 둘레로 회전시키도록 로터(116)에 와전류(128)를 야기한다.
더욱 구체적으로는, 와전류(128)는 교류 자기장(alternating magnetic field)(144)을 생성한다. 스테이터 코일(136)로부터의 교류 자기장(138)과 로터(116)의 단부(end)(142)로부터의 교류 자기장(144)은 척력(140)을 생성하도록 상호작용한다(interact).
도시된 예에서, 로터(116)의 단부(142)가 스테이터 코일(136)에 인접하도록 로터(116)의 포지션(134)이 되어 있는 경우에, 전류 제어 시스템(112)은 스테이터 코일(136)을 통해서 교류 전류(130)를 보낸다.
이제 도 2를 참조하면, 전류 제어 시스템의 블록도의 도면이 예시적인 예에 따라서 도시된다. 예시적인 예들에서, 동일한 참조부호가 하나 이상의 도면에서 이용될 수 있다. 상이한 도면들에서의 하나의 참조부호의 이러한 재사용은 상이한 도면들에서의 동일한 엘리먼트(element)를 나타낸다.
도시된 바와 같이, 전류 제어 시스템(112)은 다수의 상이한 방식으로 구현될 수 있다. 하나의 예시적인 예에서, 전류 제어 시스템(112)은 컨트롤러(controller)(200) 및 스위치들(202)을 포함한다.
스위치들(202)은 도 1의 스테이터 코일들(118)에 연결되고, 도 1의 전원(114)에 연결된다. 도시된 바와 같이, 스테이터 코일들(118)은 스위치들(202)을 통해서 전원(114)에 간접적으로 연결된다. 도시된 바와 같이, 스위치들(202)에서의 각각의 스위치는 스테이터 코일들(118)에서의 상응하는 스테이터 코일에 연결된다.
예를 들어, 스위치들(switches)(202)에서의 스위치(switch)(204)는 스위치(204)가 닫힌 포지션(closed position)(206)으로 되어 있을 때에 스테이터 코일(136)을 통해서 교류 전류(130)를 보낸다. 스위치(204)가 열린 포지션(open position)(208)으로 되어 있을 때에는 스테이터 코일(136)을 통해서 교류 전류(130)가 흐르지 않는다.
컨트롤러(200)는 로터(116)의 포지션(134)을 기초로 하여 스테이터 코일들(118)을 통한 교류 전류(130)의 흐름을 제어함으로써 스위치들(202)을 제어한다. 다시 말해, 컨트롤러(200)는 로터(116)의 포지션(134)을 기초로 하여 스위치들(202)을 턴온(turn on)하고 턴오프(turn off)한다. 로터(116)의 포지션(134)은 도 1의 센서 시스템(110)을 이용해서 식별된다.
이러한 예시적인 예에서, 스테이터 코일들(118)에서의 스테이터 코일(136)은 스테이터 코일(136)을 통해서 교류 전류(130)가 흐를 때 교류 자기장(138)을 생성한다. 교류 자기장(138)은, 스테이터 코일(136)과 로터(116) 간의 척력(140)이 로터(116)로 하여금 축(122) 둘레로 회전하게 하도록 로터(116)에 와전류(128)를 야기한다. 더욱 구체적으로는, 와전류(128)는 교류 자기장(144)을 생성한다. 스테이터 코일(136)로부터의 교류 자기장(138)과 로터(116)의 단부(142)로부터의 교류 자기장(144)은 척력(140)을 생성하도록 상호작용한다.
컨트롤러(200)는 스테이터 코일들(118)에서의 스테이터 코일(136)을 통해서 교류 전류(130)를 스위칭하도록(switch) 구성되는데, 여기서 로터(116)는 로터(116)의 단부(142)가 스테이터 코일(136)과 정렬된(aligned) 포지션을 가진다. 도시된 예에서, 정렬(alignment)은 로터(116)의 단부(142)가 스테이터 코일(136)의 중심(center)을 지나서(past) 존재하도록 선택된다.
포지션뿐만 아니라, 컨트롤러(200)는 또한 교류 전류(130)가 영(zero)이거나 교류 전류(AC) 사이클(cycle)에서의 영에 가까울(near zero) 때 스테이터 코일(136)로의 교류 전류(130)의 흐름을 스위칭 오프(switch off)할 수 있다. 이러한 방식에 있어서, 커뮤테이션 전압이 감소될 수 있다. 이러한 감소(reduction)는 더 높은 토크를 낳는 더 높은 전류의 이용을 가능하게 한다. 이러한 더 높은 전류의 이용은 비싸거나 무거운 고전압 구성요소(high-voltage component)들을 이용하지 않고 일어날 수 있다. 게다가, 교류 전류(130)의 흐름을 턴온 및 턴오프하는 패턴은, 자기적 인력(attractive magnetic force)을 이용하는 전기 모터와 비교하여, 로터에 대한 상이한 위상각(different phase angle)을 이용해서 일어날 수 있다.
예시적인 예에서, 컨트롤러(200)는 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어가 이용될 때, 컨트롤러(200)에 의해서 수행되는 동작(operation)들은 프로세서 유닛(processor unit)과 같은 하드웨어상에서 실행하도록 구성된 프로그램 코드(program code)로 구현될 수 있다. 펌웨어가 이용되는 경우에, 컨트롤러(200)에 의해 수행되는 동작들은 프로그램 코드 및 데이터로 구현되거나, 프로세서 유닛상에서 실행하기 위하여 영구 메모리에 저장될 수 있다. 하드웨어가 채용되는 경우에, 하드웨어는 컨트롤러(200)에서의 동작들을 수행하도록 작동하는 회로들을 포함할 수 있다.
예시적인 예들에서, 하드웨어는 회로 시스템, 집적회로, ASIC(application-specific integrated circuit), 프로그램가능한 로직 디바이스(programmable logic device), 또는 다수의 동작들을 수행하도록 구성된 몇몇 다른 적절한 타입의 하드웨어의 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(200)는 솔리드 스테이트 회로(solid state circuit), 실리콘 제어 정류기(SCR)(silicon controlled rectifier), 교류 전류 회로용 트라이오드(TRIAC)(triode for alternating current circuit), 또는 몇몇 다른 적절한 타입의 회로 중의 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
프로그램가능한 로직 디바이스에 있어서, 디바이스는 다수의 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다. 디바이스는 이후에 재구성될 수 있거나, 다수의 동작들을 수행하도록 영구적으로 구성될 수 있다. 프로그램가능한 로직 디바이스들은, 예를 들어, 프로그램가능한 로직 어레이(programmable logic array), 프로그램가능한 어레이 로직(programmable array logic), 필드 프로그램가능한 로직 어레이(field programmable logic array), 필드 프로그램가능한 게이트 어레이(field programmable gate array), 및 다른 적절한 하드웨어 장치들을 포함한다. 게다가, 프로세스들은 무기물적 구성요소(inorganic component)들과 통합된 유기물적 구성요소(organic component)들로 구현될 수 있고, 인간을 제외한 유기물적 구성요소들로 전적으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 프로세스들은 유기 반도체(organic semiconductor)들에서의 회로들로서 구현될 수 있다.
다른 예시적인 예에서, 전류 제어 시스템(112)은 전기적 브러쉬들(electrical brushes)(210) 및 전기적 컨택들(electrical contacts)(212)로 이루어질 수 있다. 이러한 예시적인 예에서, 스테이터 코일들(118)은 전원(114)에 연결되는 제1 단부들(first ends)을 가진다. 전기적 브러쉬들(210)은 스테이터 코일들(118)의 제2 단부들(second ends)에 연결된다.
전기적 컨택들(212)은 도 1의 축(122) 둘레에 배치된다. 전기적 컨택들(212)은 전원(114)에 연결된다. 도시된 바와 같이, 전기적 브러쉬들(210)은 로터(116)의 포지션(134)에 따라 전기적 컨택들(212)과 접촉(contact)할 수 있다.
로터(116)가 회전함에 따라 전기적 컨택들(212)이 회전한다. 게다가, 전기적 컨택들(212)이 축(122) 둘레를 회전할 때 전기적 브러쉬들(210)이 로터(116)의 상이한 포지션들에서 전기적 컨택들(212)과 접촉하도록 하는 패턴(pattern)(214)으로 전기적 컨택들(212)이 배치되어, 스테이터 코일들(118)을 통한 교류 전류(130)의 흐름을 제어한다.
도시된 바와 같이, 전기적 컨택들(212)은 로터(116)와 연계되어(associated) 있다. 연계(association)는 직접적인 연계(direct association)일 수 있는데, 여기서 전기적 컨택들(212)은 로터(116)상에 위치해 있다. 다른 예에서, 연계는 간접적인 것일 수 있는데, 여기서 전기적 컨택들(212)은 로터(116)에 연결된 샤프트(shaft)상에 위치해 있다.
전기적 브러쉬들(210) 및 전기적 컨택들(212)의 이용은 더 낮은 비용을 가질 수 있고, 전기 모터 시스템(102)에서의 전기 회로들의 이용을 감소시킬 수 있다. 그 결과, 이러한 타입의 구성을 이용해서 비용 감소가 일어날 수 있다.
그래서, 예시적인 예들은 전기 모터들의 무게와 관련된 기술적 문제점을 극복하기 위하여 하나 이상의 기술적 해결책들을 제공한다. 예를 들어, 종래의 전기 모터들에서 이용되던 재료들 대신에 더 가벼운 재료들이 전기 모터(108)에서 이용될 수 있다.
다른 예로서, 예시적인 예들은 전기 모터들의 비용과 관련된 기술적 문제점을 극복하는 기술적 해결책을 제공한다. 예를 들어, 더 적은 수의 구성요소들이 전기 모터(108)를 제조하는 데에 이용될 수 있어서, 더 낮은 구성요소 비용 및 더 낮은 조립 비용을 초래한다. 예를 들어, 전기 모터(108) 내의 로터(116)는 무거운 물질들 및 라미네이트들로 이루어진 레이어들을 이용할 필요가 없다.
게다가, 예시적인 예들은 또한 전기 모터들의 속도 및 응답성과 관련된 기술적 문제점을 극복하기 위하여 하나 이상의 기술적 해결책들을 제공할 수 있다. 증가된 관성(increased inertia)을 기초로 한 속도 및 응답성에 대한 제한들이 감소될 수 있다. 게다가, 로터상의 응력(stress)을 기초로 한 속도 및 스팟(spot)들에 대한 제한들이 예시적인 예를 이용해서 감소될 수 있다. 예를 들어, 로터(116)는 원하는 성능 레벨(level of performance)을 제공하기 위하여 종래의 로터들에 비하여 더욱 간단한 설계를 가질 수 있다.
도 1 및 도 2의 전기 모터 환경(100)의 도면 및 상이한 구성요소들은 예시적인 예가 구현될 수 있는 방식에 대한 물리적 또는 구조적 제한들을 시사하려고 의도된 것이 아니다. 도시된 것들에 추가하거나 대신하여 다른 구성요소들이 이용될 수 있다. 몇몇 구성요소들은 불필요할 수 있다. 또한, 몇몇 기능적인 구성요소들을 도시하기 위해서 블록들이 제시된다. 이러한 블록들 중의 하나 이상은 예시적인 예에서 구현될 때 상이한 블록들로 결합되거나, 분리되거나, 결합 및 분리될 수 있다.
예를 들어, 센서 시스템(110)은 로터(116)의 포지션(134)에 추가하거나 대신하여 다른 정보를 식별할 수 있다. 예를 들어, 센서 시스템(110)은 온도, 속도, 토크, 자기장 레벨, 또는 전기 모터(108)에 대한 몇몇 다른 원하는 정보 중의 적어도 하나로부터 선택된 정보를 식별할 수 있다.
이러한 예시적인 예에서, 전원(114)은 교류 전류(130)를 스테이터 코일들(118)에 공급한다. 교류 전류(130)의 공급은 전류 제어 시스템(112)의 제어하에서 일어난다. 교류 전류(130)는 직접적으로 또는 간접적으로 공급될 수 있다. 예를 들어, 교류 전류(130)는 와이어(wire)들을 통해서 직접적으로 스테이터 코일들(118)에 공급되거나, 무선 자기 결합(wireless magnetic coupling)을 통해서 간접적으로 스테이터 코일들(118)에 공급될 수 있다.
다른 예로서, 스테이터 코일들(118) 각각은 다른 스테이터 코일들과는 상이한 공진 주파수(resonant frequency)를 가질 수 있다. 공진 주파수는 교류 전류의 크기(magnitude)가 특정 스테이터 코일에 대해 가장 큰 응답을 갖는 주파수이다. 예시적인 예에서, 공진 주파수는 스테이터 코일에 병렬로(in parallel) 연결된 커패시터를 이용해서 설정될(set) 수 있다.
이 예에서, 컨트롤러(200)는 스테이터 코일들(118)에 대한 무선 자기 결합(wireless magnetic coupling)에 의해 스테이터 코일들(118)에 파워를 전송하도록 구성된 파워 트랜스미터(power transmitter)를 포함한다. 전송되는 파워는 스테이터 코일들(118)을 통해서 흐르는 교류 전류(130)를 낳는다.
또 다른 예시적인 예에서, 전류 제어 시스템(112)이 아날로그 전류 제어 시스템인 경우에, 센서 시스템(110)은 생략될 수 있다. 전기적 브러쉬들 및 전기적 컨택들이 존재하는 경우에, 센서 시스템(110)은 로터(116)의 포지션(134)을 식별할 필요가 없다.
다음의 도 3 내지 도 8을 참조하면, 전기 모터의 동작의 도면들이 예시적인 예들에 따라서 도시된다. 이 도면들은 전기 모터의 로터를 회전시키기 위하여 척력이 어떻게 이용되는지를 도시한다.
우선 도 3을 참조하면, 로터를 가진 전기 모터의 도면이 예시적인 예에 따라서 도시된다. 이러한 예시적인 예에서, 전기 모터(300)는 로터(302) 및 스테이터 코일들(304)을 포함한다.
도시된 바와 같이, 로터(302)는 축(312)으로부터 뻗어 있는(extend) 아암(arm)(301) 및 아암(303)을 가진다. 이러한 예시적인 예에서, 로터(302)는 자성 물질(magnetic material)을 포함하지 않는다. 로터(302)는 전도성 비강자성체 물질의 형태의 전기전도성 물질로 이루어진다. 이러한 특정한 예에서, 로터(302)는 알루미늄으로 이루어진다.
이러한 예시적인 예에서, 스테이터 코일들(304)은 스테이터 코일(306), 스테이터 코일(308), 및 스테이터 코일(310)을 포함한다. 두 개보다 더 많은 임의의 수의 스테이터 코일들(304)이 전기 모터(300)에서 이용될 수 있다.
도시된 바와 같이, 로터(302)는 정지 포지션으로 되어 있다. 이 정지 포지션은 이러한 예시적인 예에서 시작 포지션(starting position)이다. 이 예에서, 로터(302)를 위한 원하는 회전 방향은 축(312) 둘레로 화살표(314) 방향이다.
이러한 예시적인 예에서, 로터(302)의 아암(301)의 단부(end)(316)가 스테이터 코일(306)에 대해 시작 포지션에서 도시된다. 동작들의 시퀀스(sequence)는 로터(302)를 회전시키도록 스테이터 코일들(304)을 활성화(activate) 및 비활성화(deactivate)한다.
로터(302)의 시작 포지션에서, 스테이터 코일(306)과 로터(302)의 아암(301)의 단부(316)의 정렬은 단부(316)의 중심선(centerline)(320)이 스테이터 코일(306)의 중심선(318)으로부터 오프셋(offset)되도록 되어 있다. 다시 말해, 단부(316)는 스테이터 코일(306)의 중심을 지나서(past) 있다. 이러한 예시적인 예에서, 오프셋은 각도(degree)로 측정된다. 오프셋은 예를 들어 1도(one degree) 또는 2도(two degrees)일 수 있다.
중심선은 로터(302) 및 스테이터 코일(306)과 같은 오브젝트(object)를 반(halves)으로 나누거나 양분하는 선이다. 도시된 바와 같이, 스테이터 코일(308)은 중심선(322)을 가지고, 스테이터 코일(310)은 중심선(324)을 가진다. 도시된 예들에서의 중심선들은 가상의(imaginary) 선이고, 구조물들상에서 실제로 보이지는 않는다.
이 예에서 도시된 오프셋은 전기 모터(300)의 동작이 시작될 때 화살표(314) 방향으로 로터(302)의 회전을 초래한다. 중심선(318)과 중심선(320) 간의 오프셋의 크기는 교류 전류가 스테이터 코일(306)에 인가될(applied) 때 원하는 척력의 양에 따라서 달라질 수 있다.
이제 도 4를 참조하면, 전기 모터의 동작의 도면이 예시적인 예에 따라서 도시된다. 도시된 바와 같이, 스테이터 코일(306)은 스테이터 코일(306)을 통해서 교류 전류(400)가 흐를 때 턴온된다.
교류 전류(400)의 흐름은 교류 자기장(404)이 생성되는 것을 야기한다. 교류 자기장(404)의 결과로서, 와전류(402)가 로터(302)의 단부(316)에 생성된다. 와전류(402)는 교류 자기장(406)을 생성한다.
이러한 예시적인 예에서, 교류 전류(400)는 종래의 다른 교류 전류 모터들과 비교하여 상대적으로 높은 주파수를 가질 수 있다. 예를 들어, 주파수는 10 kHz와 같거나 10 kHz보다 더 클 수 있다.
이 두 전류들로부터의 자기장들은 척력(408)을 낳는다. 그리고, 척력(408)은 이 도면에서 도시된 바와 같이 화살표(314) 방향으로 로터(302)의 회전을 초래한다.
도시된 바와 같이, 척력(408)은 두 개의 성분들을 가진다. 이 성분들은 접선방향 힘(tangential force)(410)과 방사방향 힘(radial force)(412)이다. 이 성분들은 로터(302)의 회전에 대해서 존재한다. 접선방향 힘(410)은 로터(302)를 돌리는(turn) 토크를 생성한다.
다음으로 도 5를 참조하면, 척력을 이용한 전기 모터의 동작의 도면이 예시적인 예에 따라서 도시된다. 이 예에서, 로터(302)는 로터(302)의 중심선(320)이 스테이터 코일(310)의 중심선(324)과 라인업(line up)되도록 회전하였다.
이 포지션에서, 스테이터 코일(306)은 턴오프된다. 다시 말해, 도 4의 교류 전류(400)는 더 이상 스테이터 코일(306)을 통해서 흐르지 않는다. 그 결과, 도 4의 교류 자기장(404)은 더 이상 존재하지 않는다.
도 6에서, 척력을 이용한 전기 모터의 동작의 도면이 예시적인 예에 따라서 도시된다. 도시된 바와 같이, 로터(302)는 로터(302) 내의 관성 모멘트를 통해서 도 5에 도시된 포지션에서부터 도 6에 도시된 포지션으로 회전하였다.
이 도면에서, 로터(302)는 로터(302)의 단부(317)의 중심선(320)이 스테이터 코일(310)의 중심선(324)을 지나치도록 회전하였다. 다시 말해, 스테이터 코일(310)과 로터(302)의 단부(317)의 정렬은 스테이터 코일(310)을 위한 중심선(324)과 단부(317)의 중심선(320) 사이에 오프셋이 존재하도록 되어 있다.
스테이터 코일(310)과 단부(317)의 이러한 정렬에 있어서, 교류 전류(600)는 스테이터 코일(310)을 통해서 보내지고, 스테이터 코일(310)을 턴온한다. 다시 말해, 로터(302)의 단부(317)가 스테이터 코일(310)의 중심선(324)을 지나서(past) 회전함에 따라, 교류 전류(600)가 스테이터 코일(310)을 통해서 보내진다. 교류 전류(600)가 스테이터 코일(310)을 통해서 흐름으로써, 교류 자기장(602)이 생성된다.
교류 자기장(602)은 와전류(402)가 로터(302)의 단부(317)를 통해서 흐르는 것을 야기한다. 그리고, 와전류(402)는 로터(302)의 단부(317)에서 교류 자기장(604)을 생성한다.
와전류(402) 및 스테이터 코일(310) 내의 교류 전류(600)는 교류 자기장(602)과 교류 자기장(604) 간의 상호작용으로 인한 척력(408)을 낳는다. 그 결과, 토크가 로터(302)에 인가되어, 로터(302)가 화살표(314) 방향으로 도는(turn) 것을 야기한다.
다음으로 도 7을 참조하면, 척력을 이용한 전기 모터의 동작의 도면이 예시적인 예를 따라서 도시된다. 로터(302)는 단부(316)의 중심선(320)이 스테이터 코일(308)의 중심선(322)과 라인업되도록 회전하였다. 이 포지션에서, 스테이터 코일(310)이 턴오프된다.
도 8을 참조하면, 척력을 이용한 전기 모터의 동작의 도면이 예시적인 예를 따라서 도시된다. 도시된 바와 같이, 로터(302)는 로터(302) 내의 관성 모멘트를 통해서 도 7에 도시된 포지션에서부터 도 8에 도시된 포지션으로 회전하였다.
이 도면에서, 로터(302)의 중심선(320)은 스테이터 코일(308)의 중심선(322)과 정렬된다. 정렬은 중심선(320)이 중심선(322)으로부터 오프셋되도록 되어 있다.
이러한 정렬에 있어서, 스테이터 코일(308)은 스테이터 코일(308)을 통해서 흐르는 교류 전류(800)를 가지고 턴온되고, 교류 자기장(802)이 스테이터 코일(308)에 의해서 생성된다. 그 결과, 와전류(402)가 로터(302)의 단부(316)에서 흐른다. 와전류(402)는 교류 자기장(804)을 낳는다.
이러한 방식에 있어서, 교류 전류(800)와 와전류(402)는 척력(408)을 생성한다. 척력(408)은 화살표(314) 방향으로 로터(302)의 회전을 야기한다. 로터(302)의 이러한 회전은 로터(302)가 도 3에 도시된 포지션까지 돌아오게(back) 회전하는 것을 야기한다.
도시된 예에서, 테이터 코일들(304)을 턴온 및 턴오프하는 패턴은 화살표(314) 방향으로 토크가 항상 존재하도록 일어난다. 설명된 바와 같이, 전기 모터(300)의 동작 동안의 스테이터 코일들(304)과 단부(316)의 정렬은 스테이터 코일들(304)의 중심선들과 로터(302)의 단부(316)의 중심선(320) 사이에 오프셋이 존재하도록 일어난다. 예시적인 예에서, 오프셋은 각도로 측정된다. 각도의 값은 구체적인 구현에 따라서 달라질 수 있다.
도 3 내지 도 8의 전기 모터(300)의 도면들은 도 1에서 블록 형태로 도시된 전기 모터(108)의 하나의 구현의 실례를 보일 목적으로 도시된다. 전기 모터(300)의 도면은 전기 모터(108)가 다른 예시적인 예들에서 구현될 수 있는 방식을 제한하려고 의도된 것이 아니다.
스테이터 코일들(304)은 전기 모터(300)에서 도시된 바와 같이 세 개의 스테이터 코일들을 포함하지만, 다른 수의 스테이터 코일들(304)이 다른 예시적인 예들에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 두 개, 다섯 개, 일곱 개, 또는 몇몇 다른 수의 스테이터 코일들(304)이 다른 예시적인 예들의 전기 모터(300)에서 이용될 수 있다.
이러한 예시적인 예에서, 스테이터 코일들의 수는 로터(302)의 구성(configuration)에 의존할 수 있다. 도시된 바와 같이, 로터(302)는 축(312)으로부터 뻗어 있는 아암(301) 및 아암(303)의 형태로 두 개의 세장형 부재(elongate member)들을 가진다. 다른 예시적인 예들에서, 아암(arm)들의 수가 달라질 수 있다.
로터(302)를 위한 아암들 및 스테이터 코일들(304)의 수를 선택함에 있어서, 스테이터 코일들(304)의 수는 다수의 상이한 방법으로 선택될 수 있다. 예를 들어, 스테이터 코일들(304)의 수는 로터(302)에 대한 아암들의 수와 0.5, 1, 또는 2를 곱한 값과 같지 않고 2보다 큰 값으로서 선택될 수 있다. 0.5, 1, 및 2의 비율(ratio)들은 로터(302)가 포지션들을 차지하는(occupy) 것을 가능하고, 스테이터 코일들(304)로부터의 척력들은 대칭이다(symmetric). 이 비율들은 로터(302)를 위해서 덜 바람직한데, 왜냐하면, 척력들이 대칭인 포지션들이 존재할 때 이 포지션들은 로터(302)상에 제로 네트 토크(zero net torque)를 생성하기 때문이다.
그 결과, 만일 로터(302)가 이 포지션들 중의 하나에서 멈춘다면 로터(302)는 움직이기 시작할 수 없다. 예를 들어, 로터(302)상에 두 개의 아암들과 네 개의 스테이터 코일들(304)을 가지는 구성은 덜 바람직하다.
바람직한 구성의 하나의 예에 있어서, 로터(302)를 위한 아암들의 수 및 스테이터 코일들(304)의 수는 서로 상이한 것이거나 연속적(consecutive)일 수 있다. 예를 들어, 로터(302)가 아홉 개의 아암들을 가지는 경우에 스테이터 코일들(304)을 위해서 열 개의 스테이터 코일들이 이용될 수 있다.
바람직한 구성의 다른 예에서, 스테이터 코일들(304)의 수는 3의 배수일 수 있다. 예를 들어, 로터(302)에 네 개의 아암이 존재하는 경우에 스테이터 코일들(304)을 위해서 여섯 개의 스테이터 코일들(304)이 이용될 수 있다. 3의 배수의 스테이터 코일들(304)은 모터가 세 개의 커뮤테이터 상(commutator phase)들을 가지고 동작하는 것을 가능하게 한다.
도 3의 예시적인 예에서, 전기 모터(300)가 데드 스톱(dead stop)에서부터 동작을 시작할 때 시작 포지션으로서 스테이터 코일(306)의 중심선(318)을 약간 지나서(slightly past) 있는 중심선(320)을 갖는 로터(302)를 구비한 전기 모터(300)가 도시된다. 전기 모터(300)의 동작을 제어함에 있어서, 로터(302)의 시작 포지션에 상관없이, 원한다면, 데드 스톱에서부터 화살표(314) 방향으로 또는 반대 방향으로 로터(302)가 돌도록 스테이터 코일들(304)을 통해서 전류가 보내질 수 있다. 예를 들어, 단부(316)의 중심선(320)이 스테이터 코일(306)의 중심선(318)과 라인업된다면, 스테이터 코일(306) 및 스테이터 코일(308)에 교류 전류를 보냄에 있어서의 약간의 오버랩(slight overlap)은 화살표(314) 방향으로 로터(302)의 회전을 야기하기 위해서 이용될 수 있다.
도시된 예에서, 스테이터 코일들(304)에 교류 전류를 보내는 것의 약간의 오버랩은 스테이터 코일들(304)에서의 둘 이상의 스테이터 코일이 턴온될 수 있도록 존재할 수 있다. 예를 들어, 로터(302)의 단부(316)의 중심선(320)이 스테이터 코일(306)의 중심선(318)과 라인업될 때, 스테이터 코일(310)은 계속 턴온된다.
그래서, 로터(302)가 서로 라인업된 중심선들을 가지고 시작할 때, 로터(302)는 그 포지션에 머물러 있지 않거나 원하지 않는 방향으로 회전하지 않는다. 로터(302)의 단부(316)의 중심선(320)이 스테이터 코일(306)의 중심선(318)을 지나서(past) 몇 도(a few degrees) 회전하는 때에 스테이터 코일(310)은 턴오프된다.
로터(302)의 단부(316)의 중심선(320)이 스테이터 코일(308)의 중심선(322)과 일치하는(coincide) 때에 동일한 패턴이 적용된다. 이 포지션에서, 스테이터 코일(306)은 몇 도(a few degrees)의 회전에 대해서 계속 턴온된다. 로터(302)의 단부(316)가 스테이터 코일(310)을 지나서(past) 움직일 때 유사한 시퀀스가 일어난다.
스테이터 코일들(304)을 턴온하는 상이한 패턴은 화살표(314)의 반대방향으로 로터(302)를 회전시키는 데에 이용될 수 있다. 다시 말해, 로터(302)는 반시계방향 또는 시계방향 움직임으로 회전될 수 있다. 게다가, 하나 이상의 스테이터 코일들(304)을 통해서 보내지는 전류의 지속시간(duration) 및 전류의 양(amount) 중의 적어도 하나는 로터(302)의 속도, 토크, 또는 회전방향 중의 적어도 하나를 변경하는 데에 이용될 수 있다.
게다가, 회전의 속도를 측정하기 위해서 센서가 이용될 수 있다. 이 측정은 전기 모터(300) 내의 로터(302)가 특정 임계 속도(threshold speed) 이상으로 회전하는 때에 오버랩 영역(overlap region)들을 제거하기 위해서 이용될 수 있다. 이러한 방식에 있어서, 설명된 바와 같이, 스테이터 코일들(304) 중의 두 개를 통해서 전류를 보내기 위해 필요한 전기적 파워에 있어서의 스파이크(spike)의 양은 로터(302)가 회전하기 시작한 후에 감소되거나 제거된다.
이제 도 9를 참조하면, 듀얼 주파수 전기 모터(dual frequency electric motor)의 도면이 예시적인 예에 따라서 도시된다. 도시된 바와 같이, 듀얼 주파수 전기 모터(900)의 평면 단면도(top cross-sectional view)가 도시된다. 이러한 예시적인 예에서, 듀얼 주파수 전기 모터(900)는 로터(902) 및 스테이터 코일들(904)을 포함한다. 듀얼 주파수 전기 모터(900)는 로터(902)를 회전시키기 위하여 척력 및 인력 양쪽 모두를 이용한다. 척력 및 인력 양쪽 모두를 이용하는 것은 각각의 스테이터 코일에 대한 백퍼센트 듀티 사이클(one hundred percent duty cycle)을 가능하게 하고, 또한 듀얼 주파수 전기 모터(900)에 의해서 생성될 수 있는 토크를 증가시킨다.
이러한 예시적인 예에서, 로터(902)는 축(908)으로부터 뻗어 있는 아암(905) 및 아암(906)을 가진다. 이 단면도에서 보이는 바와 같이, 로터(902)는 코어(core)(910) 및 레이어(layer)(912)를 포함한다. 레이어(912)는 코어(910)상에 형성된 코팅(coating)이다.
이러한 예시적인 예에서, 코어(910)는 전도성 강자성체 물질로 이루어진다. 이 예에서, 전도성 강자성체 물질은 철, 산화철, 니켈, 또는 사마륨 코발트 중의 적어도 하나로부터 선택될 수 있다.
레이어(912)는 전도성 비강자성체 물질로 이루어진다. 이 예에서, 전도성 비강자성체 물질은 알루미늄, 구리, 금, 층간삽입된 그라핀, 납, 은, 주석, 티타늄, 또는 아연 중의 적어도 하나로부터 선택된다.
이러한 예시적인 예에서, 스테이터 코일들(904)은 세 개의 스테이터 코일들을 포함한다. 더욱 구체적으로는, 스테이터 코일들(904)은 스테이터 코일(914), 스테이터 코일(916), 및 스테이터 코일(918)을 포함한다.
도시된 바와 같이, 듀얼 주파수들(dual frequencies)은 듀얼 주파수 전기 모터(900)를 작동시키는 데에 이용될 수 있다. 이러한 예시적인 예에서, 제1 주파수는 인력을 생성하는 데에 이용되는 반면에, 제2 주파수는 듀얼 주파수 전기 모터(900)에서 척력을 생성하는 데에 이용될 수 있다. 이러한 타입의 모터는 듀얼 주파수 전기 모터라고도 지칭될 수 있고, 여기서 인력 또는 척력 중의 적어도 하나는 로터(902)를 회전시키는 데에 이용된다.
레이어(912)의 두께를 선택함에 있어서, 레이어(912)는, 인가된(applied) 자기장의 주파수뿐만 아니라 물질의 전도율(conductivity) 및 투자율(permeability)에 의존하는 전기적 스킨 뎁스(electrical skin depth) δ를 가진다. 이러한 예시적인 예에서, 스킨 뎁스는 전류가 흐르는 레벨(level)과 외부 표면(outer surface) 사이의 거리이다. 스킨 뎁스는:
에 따라서, 깊이(depth) d에서의 전류 밀도(current density) J를 결정하고, 여기서, Js는 표면에서의 전류 밀도이다. 스킨 뎁스 δ는 다음과 같이 추정될(estimated) 수 있다:
δ =
여기서, = 도체의 비저항(resistivity); = 전류의 각주파수(angular frequency), 즉, 2π×주파수); = 도체의 상대적 투자율(relative magnetic permeability); = 자유공간의 상대적 투자율; ; = 물질의 비유전율(relative permittivity); = 자유 공간의 비유전율; 및 .
레이어(912)의 코팅 두께는 저주파수에서는 1 스킨 뎁스(one skin depth)보다 더 작고 고주파수에서는 1 스킨 뎁스보다 더 크도록 선택된다. 저주파수는 약 30 Hz에서부터 100 Hz까지의 커뮤테이팅 주파수(commutating frequency)일 수 있다. 저주파수는 직류 전류만큼 낮을 수 있다. 고주파수는 와전류 모터가 동작하는 교류 전류(AC) 주파수일 수 있다. 이 주파수는 약 10 kHz일 수 있다. 이러한 예시적인 예에서, 레이어(912)는 알루미늄 코팅의 형태로 약 1.5 밀리미터(millimeter) 두께이다.
이제 도 10을 참조하면, 듀얼 주파수 전기 모터의 동작의 도면이 예시적인 예에 따라서 도시된다. 이 도면에서 도시된 바와 같이, 로터(902)는 축(908) 둘레로 화살표(1000) 방향으로 회전한다.
로터(902)의 아암(905)의 단부(1004)가 스테이터 코일(914)에 접근할 때, 직류 전류(1006)는 스테이터 코일(914)을 통해서 보내진다. 직류 전류(1006)는 스테이터 코일(914)을 통해서 흐르고, 스테이터 코일(914)로 하여금 단방향 자기장(unidirectional magnetic field)(1008)을 생성하게 한다. 이러한 예시적인 예에서, 단방향 자기장(1008)은 약 30 Hz의 주파수를 가진다. 이 변동 주파수(variation frequency)는 단방향 자기장(1008)의 세기(intensity) 내에 존재한다.
이 주파수에서, 단방향 자기장(1008)의 스킨 뎁스는 약 14 밀리미터이다. 만일 주파수가 0 Hz이면, 스킨 뎁스는 무한하다(infinite). 그 결과, 단방향 자기장(1008) 내의 거의 모든 자속(magnetic flux)이, 약 1.5 밀리미터인 레이어(912)를 통해서 지나간다.
단방향 자기장(1008)은 코어(910)상에 인력(attractive force)(1010)을 생성한다. 인력(1010)은 로터(902)의 아암(905)의 단부(1004)를 스테이터 코일(914)을 향해서 당긴다(pull). 코어(910)상의 이러한 당김(pull)은 로터(902)로 하여금 화살표(1000) 방향으로 축(908) 둘레로 회전하게 한다.
다음으로 도 11을 참조하면, 듀얼 주파수 전기 모터의 동작의 도면이 예시적인 예에 따라서 도시된다. 이 도면에서, 로터(902)의 아암(905)의 단부(1004)가 스테이터 코일(914)을 지나서(past) 회전하기 시작하는 것으로 도시된다. 로터(902)의 이러한 포지션에서, 도 10의 직류 전류(1006)의 흐름이 턴오프되고, 교류 전류(1100)의 흐름이 스테이터 코일(914)을 통해서 일어난다.
스테이터 코일(914)을 통해서 흐르는 교류 전류(1100)는 교류 자기장(1102)을 야기한다. 이러한 예시적인 예에서, 교류 자기장(1102)은 약 10 kHz의 주파수를 가진다. 이 주파수에서, 레이어(912) 내의 알루미늄의 스킨 뎁스는 약 0.8 밀리미터이다. 교류 자기장(1102)의 대부분(majority)은 레이어(912) 내에서 흐르는 와전류(1104)에 의해서 차단된다(blocked).
와전류(1104)는 교류 자기장(1106)이 생성되는 것을 초래한다. 이 자기장들의 상호작용은 로터(902)의 아암(905)의 단부(1004)와 스테이터 코일(914) 간에 일어나는 척력(1108)을 낳아서, 로터(902)가 화살표(1000) 방향으로 축(908) 둘레로 회전하게 한다. 스테이터 코일(914)을 통해서 흐르는 교류 전류(1100)와 직류 전류(1006)의 이러한 패턴은 스테이터 코일(916) 및 스테이터 코일(918)에 대한 로터(902)의 단부(1004)의 유사한 포지션들에 대해서 스테이터 코일(916) 및 스테이터 코일(914)에도 적용될 수 있다.
도 9 내지 도 11의 듀얼 주파수 전기 모터(900)의 도면들은 도 1에서 블록 형태로 도시된 전기 모터(108)에 대한 구현의 실례를 보일 목적으로 제공된다. 도시된 바와 같이, 듀얼 주파수 전기 모터(900)는 로터(902)를 회전시키기 위하여 척력(1108)뿐만 아니라 인력(1010)을 이용한다.
이제 도 12를 참조하면, 듀얼 주파수 전기 모터를 위한 전원의 블록도의 도면이 예시적인 예에 따라서 도시된다. 이 도면은 도 9의 듀얼 주파수 전기 모터(900)와 같은 듀얼 주파수 전기 모터에 전력이 공급될 수 있는 하나의 방식을 도시한다.
이러한 예시적인 예에서, 전원(1200)은 직류 전류 파워 서플라이(direct current power supply)(1202) 및 교류 전류 파워 서플라이(alternating current power supply)(1204)를 포함한다. 전원(1200)은 도 1에서 블록 형태로 도시된 바와 같은 전원(114)을 위한 구현의 예이다. 전원(1200)은 직류 전류(1210) 및 교류 전류(1212) 양쪽 모두를 듀얼 주파수 전기 모터(1208) 내의 스테이터 코일들(1206)에 공급한다. 각각의 파워 서플라이는 상이한 주파수를 가진다.
이러한 예시적인 예에서, 전류 제어 시스템(1214)은 도 1에서 블록 형태로 도시된 바와 같은 전류 제어 시스템(112)을 위한 구현의 예이다. 도시된 바와 같이, 전류 제어 시스템(1214)은 컨트롤러(1216), 선택기 스위치(selector switch)(1218), 및 선택기 스위치(1220)를 포함한다. 전류 제어 시스템(1214)은 도 1에서 블록 형태로 도시된 전류 제어 시스템(112)을 위한 하나의 구현의 예이다.
컨트롤러(1216)는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 몇몇 조합 중의 적어도 하나로 구현될 수 있다. 컨트롤러(1216)는 커뮤테이션 전자장치(commutation electronics)의 형태를 취할 수 있다. 컨트롤러(1216)는 직류 전류 파워 서플라이(1202) 또는 교류 전류 파워 서플라이(1204) 중의 하나를 선택함으로써 주파수를 선택하도록 선택기 스위치(1220)를 제어한다. 이러한 예시적인 예에서, 교류 전류 파워 서플라이(1204)는 약 10 kHz의 주파수를 가진다.
선택된 파워 서플라이로부터의 전류는 선택기 스위치(1218)에 보내진다. 컨트롤러(1216)는 선택된 전류를 스테이터 코일들(1206)에서의 특정 코일에 향하게 하도록(direct) 선택기 스위치(1218)를 제어한다. 예시적인 예에서, 전류는 특정한 구현에 따라서 스테이터 코일들(1206)에서의 둘 이상의 스테이터 코일에 향하게 될 수 있다.
이러한 예시적인 예에서, 토크에 대한 실질적으로 백퍼센트 듀티 사이클이 스테이터 코일들(1206)에서의 각각의 스테이터 코일로부터 제공된다. 이러한 구성은, 릴럭턴스 모터 내의 각각의 스테이터 코일로부터의 오십퍼센트(fifty percent) 듀티 사이클과 비교하여, 주어진 사이즈의 전기 모터로부터의 평균 토크를 증가시킨다.
이제 도 13을 참조하면, 듀얼 주파수 전기 모터를 위한 전원의 블록도의 도면이 예시적인 예에 따라서 도시된다. 이러한 예시적인 예에서, 전원(1300)은 직류 전류 파워 서플라이(1302)이다. 전류 제어 시스템(1304)은 컨트롤러(1306), 선택기 스위치(1308), 및 선택기 스위치(1310)를 포함한다.
도시된 바와 같이, 커패시터(capacitor)(1312)는 선택기 스위치(1310) 및 전기 모터(1316) 내의 스테이터 코일들(1314)에 병렬로(in parallel) 연결된다. 전류 제어 시스템(1304)은 도 1에서 블록 형태로 도시된 전류 제어 시스템(112)을 위한 하나의 구현의 예이다.
동작(operation) 동안, 컨트롤러(1306)는 직류 전류 파워 서플라이(1302)로부터의 전류를 선택기 스위치(1308)에 보내도록 선택기 스위치(1310)를 제어한다. 게다가, 컨트롤러(1306)는 직류 전류 파워 서플라이(1302)에 연결하기 위한 스테이터 코일들(1314)에서의 특정 스테이터 코일을 선택하도록 선택기 스위치(1308)를 제어한다. 직류 전류 파워 서플라이(1302)는 선택된 코일에 대해 가장 가까운 포지션에 로터의 단부가 있게 될 때까지 전류를 공급하는 데에 이용된다. 직류 전류 파워 서플라이(1302)가 연결되어 있는 동안, 직류 전류 파워 서플라이(1302)는 커패시터(1312)도 충전한다(charge).
로터의 단부가 그것의 가장 가까운 포지션에 있을 때, 컨트롤러(1306)는 직류 전류 파워 서플라이(1302)의 연결을 끊고(disconnect), 선택기 스위치(1308)를 이용해서 커패시터(1312)를 스테이터 코일에 연결시킨다. 그 결과, 커패시터(1312)와 스테이터 코일들(1314)에서의 선택된 스테이터 코일 사이에 회로(circuit)가 형성된다. 전류가 커패시터(1312) 안으로 흐른다.
스테이터 코일과 커패시터(1312)는 코일을 통해서 교류 전류를 보내도록 진동하는(oscillate) 인덕터 커패시터(LC) 탱크 회로(inductor capacitor (LC) tank circuit)를 형성한다. 이 교류 전류는 로터에서 와전류를 야기해서, 로터를 회전시키는 척력을 야기한다.
커패시터(1312)를 위한 값을 선택함에 있어서,
를 이용해서 커패시터(1312)를 위한 커패시턴스(capacitance) C에 대한 값을 식별하기 위하여, 코일의 인덕턴스(inductance) L 및 로터의 전도성 코팅(conductive coating) 내에 표피 효과(skin effect)가 완전히 들어 있을(fully contained) 때의 주파수 ω0가 이용된다.
이 예에서, 로터의 전도성 코팅 내에 표피 효과가 완전히 들어 있을 때의 주파수 ω0는 스킨 뎁스가 로터의 코어를 코팅하는 레이어의 두께의 반보다 작을 때의 주파수로서 선택될 수 있다.
예시적인 예에서, 스테이터 코일들(1314)에서의 각각의 스테이터 코일은 커패시터(1312)에 연결된다. 다른 예시적인 예에서, 도 13에서 도시된 바와 같은 스테이터 코일들(1314) 모두를 위한 단일한 커패시터인 커패시터(1312)를 이용하는 대신에, 각각의 스테이터 코일이 커패시터를 가질 수 있다.
이제 도 14를 참조하면, 듀얼 주파수 전기 모터를 위한 전원의 블록도의 도면이 예시적인 예에 따라서 도시된다. 이 도면에서, 스테이터 코일(1400)은 커패시터들의 세트(set of capacitors)(1402)에 연결된다.
본 명세서에서 사용될 때, "~의 세트(set of)"는 아이템들과 관련하여 사용되는 경우에 하나 이상의 아이템들을 의미한다. 예를 들어, 커패시터들의 세트(1402)는 하나 이상의 커패시터들이다. 예를 들어, 복수의 커패시터들은 원하는 커패시턴스 레벨을 얻기 위하여 직렬로, 병렬로, 또는 이들의 몇몇 조합으로 연결될 수 있다.
도시된 바와 같이, 커패시터들의 세트(1402)는 스테이터 코일(1400)의 제1 단부(first end)(1406) 및 스테이터 코일(1400)의 제2 단부(second end)(1408)에 연결된다. 게다가, 제1 단부(1406)는 스위치(1412)를 통해서 직류 전류 파워 서플라이(1410)에 연결된다. 제2 단부(1408)는 직류 전류 파워 서플라이(1410)에 연결된다.
이러한 구성에서, 커패시터들의 세트(1402)는 스테이터 코일(1400)과 직류 전류 파워 서플라이(1410)에 병렬로(in parallel) 연결된다. 이러한 예시적인 예에서, 스테이터 코일(1400)과 커패시터들의 세트(1402)는 공진 인덕터 커패시터(LC) 탱크 회로(resonant inductor capacitor (LC) tank circuit)를 형성한다.
스위치(1412)가 닫힌(closed) 때, 직류 전류 파워 서플라이(1410)는 스테이터 코일(1400) 및 커패시터들의 세트(1402) 양쪽 모두에 직류 전압을 인가한다. 스위치(1412)가 닫힘으로써(closed), 전류는 화살표(1414) 방향으로 스테이터 코일(1400)을 통해서 흐른다. 이 시간 동안, 커패시터들의 세트(1402)가 충전된다. 게다가, 스테이터 코일(1400)을 통해서 흐르는 직류 전류 파워 서플라이(1410)로부터의 직류 전류와 함께, 도 8의 스테이터 코일(1400)에 의해 생성된 단방향 자기장(1008)에 의해서 인력이 생성된다.
스위치(1412)가 열린(open) 때, 스테이터 코일(1400)은 직류 전류 파워 서플라이(1410)로부터 연결이 끊긴다(disconnected). 전류는 계속해서 화살표(1414) 방향으로 흘러서, 커패시터들의 세트(1402)로부터 전하(charge)를 소모하고(drain), 이후, 직류 전류 파워 서플라이(1410)보다 더 높은 전압 및 반대 극성(opposite polarity)을 가지고 커패시터들의 세트(1402)를 충전한다.
이후, 스테이터 코일(1400) 및 커패시터들의 세트(1402)에 의해 형성된 공진 인덕터 커패시터(LC) 탱크는 화살표(1416) 방향으로 전류 흐름을 가지고 진동한다. 전류의 진동(oscillation)은 시간이 흐름에 따라 감쇠한다(decay). 이러한 전류의 진동은 로터에서 와전류들을 야기해서, 로터를 돌리는 척력을 낳는다.
각각의 스테이터 코일이 커패시터들의 세트를 가지는 이러한 구성은, 스테이터 코일들과 함께 단일한 커패시터만이 이용되는 도 13에 도시된 구성보다 많은 커패시터들을 이용한다. 커패시터들의 세트를 스테이터 코일들 각각과 연계시키는 것(associating)은 더 적은 수의 스위치들을 이용하는 것을 낳는다.
도 13 및 도 14의 전원들의 구성들 양쪽 모두는 각각의 스테이터 코일로부터의 토크에 대해서 오십퍼센트보다 크되, 백퍼센트보다 작은 듀티 사이클을 제공한다. 이러한 타입의 성능(performance)은 릴럭턴스 모터보다는 크지만, 도 12에 도시된 바와 같은 직류 전류 파워 서플라이(1202) 및 교류 전류 파워 서플라이(1204)를 가진 전원(1200)을 이용하는 듀얼 주파수 전기 모터(1208)보다 작다.
도 9 내지 도 14의 듀얼 주파수 전기 모터 시스템의 도면들은 도 1의 블록 형태로 도시된 바와 같은 전기 모터(108)를 위해서 듀얼 주파수 전기 모터가 구현될 수 있는 하나의 방식의 실례를 보일 목적으로 제공되었다. 이 도면은 다른 듀얼 주파수 전기 모터들이 구현되는 방식을 제한하려고 의도된 것이 아니다.
예를 들어, 듀얼 주파수 전기 모터(900) 내의 로터(902)를 위해 도시된 두 개의 아암들이 아닌 다른 수의 아암들이 이용될 수 있다. 예를 들어, 로터(902)는 세 개의 아암들, 네 개의 아암들, 또는 몇몇 다른 수의 아암들을 이용해서 구현될 수 있다. 게다가, 스테이터 코일들(904)의 수 또한 로터(902)의 구성을 기초로 하여 변경될 수 있다.
다음으로 도 15를 참조하면, 전기 모터를 위한 로터의 도면이 예시적인 예에 따라서 도시된다. 도시된 바와 같이, 로터(1500)는 도 1에서 블록 형태로 도시된 바와 같은 로터(116)의 하나의 구현의 예이다.
도시된 바와 같이, 로터(1500)는 축(1502) 둘레로 회전가능하다. 로터(1500)는 세 개의 아암들, 즉, 아암(1504), 아맘(1506), 및 아암(1508)을 가진다. 알 수 있는 바와 같이, 이 아암들은 아암들이 축(1502)으로부터 멀어지게 뻗어나감에 따라 폭이 가늘어진다(taper).
게다가, 로터(1500)는 두 개 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 이 예에서, 로터(1500)는 코어(1510)를 포함한다. 코어(1510)는 높은 비율(ratio)의 인장강도 대 밀도(tensile strength to density)를 갖는 물질로 이루어질 수 있고, 이것은 로터(1500)가 종래의 로터들에 비하여 아암들의 팁(tip)들에서 더 높은 속도로 회전하는 것을 가능하게 한다.
예를 들어, 인장강도 대 밀도의 비율은 적어도 베릴륨(beryllium)만큼 큰 강도-대-밀도 비율(strength-to-density ratio)을 제공하도록 선택될 수 있다. 베릴륨의 강도-대-밀도 비율은 약 200,000 파스칼 퍼 킬로그램 퍼 큐빅 미터(Pascals per kilogram per cubic meter)이다.
도시된 바와 같이, 로터 내의 응력은 대부분 방사 방향(radial direction)으로 존재하기 때문에, 코어(1510)는 이방성(anisotropic) 인장강도를 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 타입의 물질은 방사 방향으로 인장강도 대 밀도의 높은 비율을 로터(1510)에게 제공할 수 있다. 예를 들어, 약 60퍼센트 섬유체적(fiber volume)을 갖는 표준 단방향성(unidirectional) CFRP(carbon-fiber-reinforced plastic)는 적어도 약 937,500 파스칼 퍼 킬로그램 퍼 큐빅 미터(Pascals per kilogram per cubic meter)만큼 클 수 있는 방사방향의 강도-대-밀도 비율을 낳는다.
코어(1510) 내의 물질은 또한 전기전도성(electrically conductive)일 수 있다. 코어(1510) 내의 물질은 또한 로터들에서 종래에 이용되던 물질들에 비하여 원하는 열적 전도율 레벨(level of thermal conductivity)을 가질 수 있다. 증가된 열적 전도율은 로터(1500)의 팁(tip) 근처의 와전류들에 의해서 생성된 열을 로터(1500)의 다른 부분들로 전달하는 것을 돕는다. 그 결과, 로터(1500) 내의 물질들은 원하는 강도 레벨(level of strength)을 갖는 온도로 유지될 수 있다. 예를 들어, 베릴륨 및 알루미늄은 철(iron) 또는 강철(steel)보다 실질적으로 더 높은 열적 전도율을 가진다. 도시된 바와 같이, 베릴륨은 175 W/m-K의 열적 전도율을 가지고, 알루미늄은 220 W/m-K의 열적 전도율을 가진다. 이에 반해서, 철 및 강철은 16 W/m-K 내지 60 W/m-K의 열적 전도율을 가지고, 이것은 이러한 물질들 및 합금들에 대해 전형적인 값이다.
게다가, 로터(1500)는 또한 코어(1510)의 일부 또는 전부를 덮기 위한 레이어(1512)를 가진다. 도시된 바와 같이, 레이어(1512)는 전기전도성이고, 전도성 비강자성체 물질을 이용해서 형성될 수 있다. 예를 들어, 코어(1510)가 비전도성(non-conductive)인 경우에, 레이어(1512)의 두께는 사용된 레이어(1512) 내의 물질 및 교류 전류 주파수에 대한 스킨 뎁스의 약 두 배인 것으로 선택될 수 있다.
이러한 물질들의 선택 및 설계에 의하여, 로터(1500)는, 가늘어지지 않고 폭 및 두께가 일정한 솔리드 철(solid iron) 아암들을 갖는 종래의 로터들보다 더 빨리 회전할 수 있다. 이러한 방식으로, 더 빠르고 더 가벼운 전기 모터들이 제조될 수 있다.
도 15의 로터(1500)의 도면은 도 1에서 블록 형태로 도시된 바와 같은 전기 모터(108)에서 이용하기 위한 다른 로터들이 구현될 수 있는 방식을 제한하려고 의도된 것이 아니다. 예를 들어, 다른 로터들은 두 개의 아암들, 여섯 개의 아암들, 일곱 개의 아암들, 또는 몇몇 다른 수의 아암들과 같은 다른 수의 아암들을 가질 수 있다. 또 다른 예시적인 예들에서, 코어상의 레이어는 코어를 완전히 둘러싸지(fully encapsulate) 않을 수 있다. 예를 들어, 아암들의 단부들에 더 가까운 로터의 부분(portion)이 레이어에 의해 덮힌 채로, 회전축에 더 가까운 코어의 부분(portion)이 노출될 수 있다.
게다가, 로터(1500)는 척력 또는 척력 및 인력 양쪽 모두를 이용해서 회전될 수 있다. 코어(1510) 및 레이어(1512)를 위한 물질들의 선택은 로터(1500)를 회전시키기 위해서 척력이 이용될지 또는 척력 및 인력 양쪽 모두가 이용될지 여부를 기초로 하여 이루어질 수 있다.
다음으로 도 16을 참조하면, 전기 모터를 제어하기 위한 프로세스의 흐름도가 예시적인 예에 따라서 도시된다. 도 16에서 도시된 프로세스는 도 1의 전기 모터 환경(100)에서 구현될 수 있다. 특히, 도 1의 전기 모터 시스템(102)을 이용해서 상이한 동작들이 구현될 수 있다.
프로세스는 전기 모터 내의 로터의 포지션을 식별함으로써 시작한다(오퍼레이션 1600). 이러한 예시적인 예에서, 이 포지션은 로터를 위한 암의 단부의 포지션을 식별시킨다(identify).
본 프로세스는 전기 모터 내의 로터의 포지션을 기초로 하여 전기 모터 내의 스테이터 코일들을 통한 교류 전류의 흐름을 제어하고(오퍼레이션 1602), 본 프로세스는 오퍼레이션 1600으로 돌아간다. 오퍼레이션 1602에서, 스테이터 코일을 통해서 교류 전류가 흐를 때 스테이터 코일들에서의 스테이터 코일과 로터 간의 척력이 일어나도록 교류 전류의 흐름이 제어된다.
본 프로세스는 전기 모터가 작동하는 동안 반복된다. 게다가, 교류 전류의 흐름의 제어는 속도(speed), 토크량(amount of torque), 회전방향(direction of rotation), 또는 몇몇 다른 적절한 파라미터 중의 적어도 하나를 변경하도록 수행될 수 있다.
이제 도 17을 참조하면, 듀얼 주파수 전기 모터를 제어하기 위한 프로세스의 흐름도가 예시적인 예에 따라서 도시된다. 도 17에 도시된 프로세스는 도 9의 듀얼 주파수 전기 모터(900)를 이용해서 구현될 수 있다.
본 프로세스는 전기 모터 내의 로터의 포지션들을 식별함으로써 시작한다(오퍼레이션 1700). 이 포지션들은 전기 모터 내의 스테이터 코일들에서의 스테이터 코일에 대한 제1 포지션 및 제2 포지션을 포함한다.
본 프로세스는 전기 모터의 로터가 스테이터 코일에 대해 제1 포지션으로 되어 있을 때 전기 모터 내의 스테이터 코일을 통해서 직류 전류를 보낸다(오퍼레이션 1702). 오퍼레이션 1702에서, 스테이터 코일과 로터 간의 인력은 축 둘레로 로터를 회전시킨다.
본 프로세스는 로터가 스테이터 코일에 대해 제2 포지션으로 되어 있을 때 전기 모터 내의 스테이터 코일을 통해서 교류 전류를 보내고(오퍼레이션 1704), 본 프로세스는 오퍼레이션 1700으로 돌아간다. 오퍼레이션 1704에서, 스테이터 코일과 로터 간의 척력이 축 둘레로 로터를 회전시킨다.
이러한 방식으로, 전기 모터를 작동시키기 위해서 인력 및 척력 양쪽 모두가 이용된다. 이러한 타입의 양쪽 모두의 힘을 이용함으로써, 속도, 토크, 속도, 듀티 사이클, 또는 파라미터들 중의 적어도 하나가 종래의 전기 모터들에 비하여 향상될 수 있다.
상이한 도시된 예들에서의 흐름도들 및 블록도들은 예시적인 예에서의 장치들 및 방법들의 몇몇 가능한 구현들의 아키텍처(architecture), 기능(functionality), 및 오퍼레이션(operation)을 도시한다. 이와 관련하여, 흐름도들 또는 블록도들에서의 각각의 블록은 오퍼레이션 또는 단계의 모듈(module), 세그먼트(segment), 기능(function), 또는 일부분(portion) 중의 적어도 하나를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 블록들 중의 하나 이상은 프로그램 코드(program code), 하드웨어, 또는 프로그램 코드와 하드웨어의 조합으로서 구현될 수 있다. 하드웨어에서 구현되는 경우에, 하드웨어는 예를 들어 흐름도들 또는 블록도들에서의 하나 이상의 오퍼레이션들을 수행하도록 구성되거나 제조된 집적 회로의 형태를 취할 수 있다. 프로그램 코드와 하드웨어의 조합으로서 구현되는 경우에, 구현은 펌웨어의 형태를 취할 수 있다.
예시적인 예의 몇몇 대안적인 구현예들에 있어서, 블록들에서 언급된 기능 또는 기능들은 도면들에서 언급된 순서와는 다르게 수행될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 경우들에 있어서, 포함된 기능에 따라서, 연속해서 도시된 두 개의 블록들은 실질적으로 동시에 실행될 수 있고, 또는 블록들은 때때로 역순으로 수행될 수 있다. 또한, 흐름도 또는 블록도에서 도시된 블록들 외에도 다른 블록들이 추가될 수 있다.
본 발명의 예시적인 예들은 도 18에 도시된 바와 같은 항공기 제작 및 서비스 방법(1800) 및 도 19에 도시된 바와 같은 항공기(1900)의 맥락에서 설명될 수 있다. 우선 도 18을 참조하면, 항공기 제작 및 서비스 방법의 블록도의 도면이 예시적인 예에 따라서 도시된다. 생산 전(pre-production) 동안, 항공기 제작 및 서비스 방법(1800)은 도 19의 항공기(1900)의 사양 및 설계(specification and design)(1802)와 자재 조달(material procurement)(1804)을 포함할 수 있다.
생산(production) 동안, 도 19의 항공기(1900)의 구성요소 및 서브어셈블리 제조(component and subassembly manufacturing)(1806)와 시스템 통합(system integration)(1808)이 일어난다. 그 이후에, 항공기(1900)는 인증 및 인도(certification and delivery)(1810)를 거쳐서 서비스 중(in service)(1812)에 놓일 수 있다. 고객에 의해 서비스 중(1812)에 있는 동안, 항공기(1900)는 일상적인 유지보수 및 점검(maintenance and service)(1814)을 위한 스케줄이 잡히고, 이것은 변형(modification), 재구성(reconfiguration), 재단장(refurbishment), 및 다른 유지보수 및 점검을 포함할 수 있다.
항공기 제작 및 서비스 방법(1800)의 프로세스들 각각은 시스템 통합자(system integrator), 써드 파티(third party), 오퍼레이터(operator), 또는 이들의 몇몇 조합에 의해서 실시되거나 수행될 수 있다. 이 예들에서, 오퍼레이터는 고객일 수 있다. 이 설명의 목적을 위해서, 시스템 통합자는 제한 없이 임의의 수의 항공기 제조자들 및 메이저-시스템(major-system) 하청업자들을 포함할 수 있고; 써드 파티는 제한 없이 임의의 수의 판매자(vendor)들, 하청업자(subcontractor)들, 및 공급자(supplier)들을 포함할 수 있고; 오퍼레이터는 항공사(airline), 리스회사(leasing company), 군사 단체(military entity), 서비스 기구(service organization) 등일 수 있다.
이제 도 19를 참조하면, 예시적인 예가 구현될 수 있는 항공기의 블록도의 도면이 도시된다. 이 예에서, 항공기(1900)는 도 18의 항공기 제작 및 서비스 방법(1800)에 의해서 생산되고, 복수의 시스템을 가진 기체(airframe)(1902) 및 내부(interior)(1906)를 포함할 수 있다. 시스템(1904)의 예들은 추진 시스템(propulsion system)(1908), 전기 시스템(electrical system)(1910), 유압 시스템(hydraulic system)(1912), 및 환경 시스템(environmental system)(1914) 중의 하나 이상을 포함한다. 임의의 수의 다른 시스템들이 포함될 수 있다. 항공우주적인 예가 도시되지만, 상이한 예시적인 예들은 자동차 산업(automotive industry)과 같은 다른 산업에 적용될 수 있다.
본 명세서에서 구체화된 장치들 및 방법들은 도 18의 항공기 제작 및 서비스 방법(1800)의 단계들 중의 적어도 하나 동안에 채용될 수 있다. 하나의 예시적인 에에 있어서, 예시적인 예들에서의 전기 모터 시스템을 위한 구성요소들 또는 서브어셈블리들은 도 18의 구성요소 및 서브어셈블리 제조(1806)에서 생산되거나, 항공기(1900)가 도 18의 서비스 중(1812)인 동안 생산되는 구성요소들 또는 서브어셈블리들과 유사한 방식으로 제작 또는 제조될 수 있다. 다른 예시적인 예에서, 예시적인 예들에서의 전기 모터 시스템은 항공기(1900)를 위한 구성요소들 또는 서브어셈블리들을 제작하는 데에 이용되는 장비(equipment)에서 사용될 수 있다.
하나 이상의 장치 예들, 방법 예들, 또는 이들의 조합은 항공기(1900)가 서비스 중(1812)인 동안 이용될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 예에 따른 전기 모터 시스템은 항공기(1900)가 서비스 중(1812)인 동안 항공기(1900) 내에서 작동할 수 있다. 예를 들어, 전기 모터 시스템은 플랩(flap)들, 에일러론(aileron)들, 및 조종면(control surface)들과 같은 조종면들을 움직이기 위한 비행 제어 액츄에이터(flight control actuator)들을 위해 이용될 수 있다. 게다가, 전기 모터의 사이즈는 또한, 전기 모터가 항공기의 날개들, 수직안정판(vertical stabilizer), 수평안정판(horizontal stabilizer), 또는 몇몇 다른 적절한 위치와 같은 공간들 내에서 이용될 수 있도록 원하는 토크 레벨(level of torque)을 제공할 수 있다.
게다가, 예시적인 예들에서의 전기 모터 시스템은 항공기(1900) 내의 유체 시스템(fluid system)들을 위한 밸브(valve)들을 제어할 수 있다. 다수의 상이한 예시적인 예들의 이용은 실질적으로 항공기(1900)의 조립을 가속화하거나, 항공기(1900)의 원가를 감소시키거나, 항공기(1900)의 조립을 가속화하고 항공기(1900)의 원가를 감소시킬 수 있다.
그래서, 하나 이상의 예시적인 예들은 종래의 전기 모터들에 비하여 토크를 위한 더 높은 가속도 레벨들(levels of acceleration)을 갖는 전기 모터를 제공한다. 증가된 토크량(amounts of torque)은 항공기에서 특히 유용할 수 있는데, 항공기의 날개에 있는 것들과 같은 공간(space)들은 흔히 더 작은 사이즈를 가진 모터들을 필요로 하되, 종래의 전기 모터들에 의해 이용가능한 것보다 더 높은 토크 레벨들을 원한다. 게다가, 상이한 예시적인 예들에서의 전기 모터에 의해 제공되는 증가된 토크량은 제조 로봇(manufacturing robot)들에서 유용할 수 있을 뿐만 아니라, 전기 모터들을 선택할 때 토크가 희망 요소(desirable factor)인 다른 제한들에서 유용할 수 있다.
예시적인 예들에서 도시되고 기술된 전기 모터들은 광범위한 속도(speed)에 대한 회전력(rotary power) 또는 토크(torque)의 원하는 레벨 중의 적어도 하나를 제공할 수 있다. 게다가, 예시적인 예들에서 기술된 전기 모터들은 시작하는 것(starting), 멈추는 것(stopping), 및 속도들 또는 방향들을 바꾸는 것(changing speeds or directions)과 관련하여 원하는 응답성 레벨(level of responsiveness)을 제공할 수 있다. 본 전기 모터들은 종래의 전기 모터들보다 더 작은 구성, 더 가벼운 구성, 또는 더 싼 구성 중의 적어도 하나인 구성을 가지고 이러한 특징들을 제공한다.
게다가, 예시적인 예들에서의 전기 모터들은 릴럭턴스 모터(reluctance motor)들과 비교하여 더 가볍고 더 적은 부품들을 가진다. 또한, 예시적인 예들에서의 로터들은 릴럭턴스 모터들에서의 속도와 비교하여 더 높은 속도로 이용될 수 있다. 커뮤테이션 전압(commutation voltage)이 모터 속도와 함께 증가하지 않기 때문에, 릴럭턴스 모터들에서의 종래의 로터들에 비하여 더 높은 중량비(weight ratio)를 갖는 로터들이 구성됨으로써 더 높은 속도가 야기된다.
게다가, 릴럭턴스 모터들과 비교하여 예시적인 예들에서 이용되는 로터들을 위해 선택될 수 있는 물질들을 기초로 한 더 낮은 관성 모멘트(moment of inertia)로 인하여, 전류 전기 모터들과 비교하여 가속도(acceleration)의 증가가 존재한다. 또한, 사용된 회로는 직류 전류 대신 교류 전류를 스위칭하기(switch) 때문에 예시적인 예들에서의 컨트롤러는 더 낮은 비용을 가질 수 있다.
예시적인 예들에서의 전기 모터들은 종래의 유도 모터(induction motor)들보다 더 효율적이다. 예시적인 예들에서, 전기 모터의 회전 주파수는 교류 전류 주파수로부터 디커플링된다(decoupled). 예를 들어, 교류 전류의 주파수가 수십 킬로헤르츠(tens of kilohertz)인 동안, 회전 주파수는 수십 헤르츠(tens of hertz)일 수 있다.
또한, 예시적인 예들에서의 전기 모터들은 브러쉬리스 직류 전류 모터(brushless direct current motor)들에 비하여 이점을 제공한다. 예를 들어, 영구 자석(permanent magnet)이 불필요하다. 그 결과, 예시적인 예들에서의 전기 모터들은 영구 자석을 이용하지 않으면서 동일하거나 더 나은 전력 밀도를 제공할 수 있다. 그 결과, 예시적인 예들에서의 전기 모터들은 덜 복잡할 수 있어서, 그래서 브러쉬리스 직류 전류 모터들과 비교하여 더 낮은 재료비를 가질 뿐만 아니라 더 적은 조립비를 낳는다.
게다가, 본 발명은 이하의 항목(clause)들에 따른 예들을 포함한다:
항목 1. 전기전도성 물질(electrically conductive material)(120)을 포함하는 로터(rotor)(116)로서, 축(axis)(122) 둘레로 회전가능한(rotatable) 로터(116);
스테이터 코일들(118)을 통해서 교류 전류(alternating current)(130)가 흐를 때 와전류(eddy current)(128)가 로터(116)에 생성되도록 로터(116)에 인접하게(adjacent) 배치된 스테이터 코일들(stator coils)(118); 및
로터(116)의 포지션(position)(134)을 기초로 하여 스테이터 코일들(118)을 통한 교류 전류(130)의 흐름을 제어하는 전류 제어 시스템(current control system)(112);을 포함하고,
스테이터 코일들(118)에서의 스테이터 코일(136)은 스테이터 코일(136)을 통해서 교류 전류(130)가 흐를 때 교류 자기장(alternating magnetic field)(144)을 생성해서, 스테이터 코일(136)과 로터(116) 간의 척력(repulsive force)(140)이 로터(116)를 축(122) 둘레로 회전시키도록 로터(116)에 와전류(128)를 야기하는(causing) 것을 특징으로 하는 장치.
항목 2. 항목 1에 있어서,
전류 제어 시스템(112)은, 로터(116)의 단부(end)(142)가 스테이터 코일(136)에 인접하도록 로터(116)의 포지션(134)이 되어 있을 때 스테이터 코일(136)을 통해서 교류 전류(130)를 보내는 것을 특징으로 하는 장치.
항목 3. 항목 1에 있어서,
전기전도성 물질(120)은 전도성 강자성체 물질(conductive ferromagnetic material)(124) 또는 전도성 비강자성체 물질(conductive non-ferromagnetic material)(126) 중의 적어도 하나로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
항목 4. 항목 3에 있어서,
전도성 강자성체 물질(124)은 철(iron), 산화철(iron oxide), 니켈(nickel), 또는 사마륨 코발트(samarium cobalt) 중의 적어도 하나로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
항목 5. 항목 3에 있어서,
전도성 비강자성체 물질(126)은 알루미늄(aluminum), 구리(copper), 금(gold), 층간삽입된 그라핀(intercalated graphene), 납(lead), 은(silver), 주석(tin), 티타늄(titanium), 또는 아연(zinc) 중의 적어도 하나로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
항목 6. 항목 1에 있어서,
스테이터 코일들(118) 각각이 스테이터 코일들(118)에서의 다른 스테이터 코일들과는 상이한 공진 주파수(resonant frequency)를 가지고,
스테이터 코일들(118)에 대한 무선 자기 결합(wireless magnetic coupling)에 의해서 스테이터 코일들(118)에 파워를 전달하도록 구성된 전원(power source)(114)을 더 포함하고, 전달된 상기 파워는 스테이터 코일들(118)을 통해서 흐르는 교류 전류(130)를 낳는 것을 특징으로 하는 장치.
항목 7. 항목 1에 있어서,
전류 제어 시스템(112)은:
스테이터 코일들(118)에 연결된 스위치들(switches)(202); 및
로터(116)의 포지션(134)을 기초로 하여 스테이터 코일들(118)을 통한 교류 전류(130)의 흐름을 제어함에 있어서 스위치들(202)을 제어하는 컨트롤러(200);
를 포함하고,
스위치들(202)에서의 스위치(204)는 스위치(204)가 닫힌 포지션(closed position)으로 되어 있을 때 스테이터 코일(136)을 통해서 교류 전류(130)를 보내고,
스테이터 코일들(118)에서의 스테이터 코일(136)은 스테이터 코일(136)을 통해서 교류 전류(130)가 흐를 때 교류 자기장(144)을 생성해서, 스테이터 코일(136)과 로터(116) 간의 척력(140)이 로터(116)로 하여금 축(122) 둘레로 회전하게 하도록 로터(116)에 와전류(128)를 야기하는 것을 특징으로 하는 장치
항목 8. 항목 7에 있어서,
컨트롤러(controller)(200)는 스테이터 코일들(118)에서의 스테이터 코일(136)을 통해서 교류 전류(130)를 스위칭하도록(switch) 구성되고, 로터(116)는 로터(116)의 단부(142)가 스테이터 코일(136)과 정렬된(aligned) 포지션(134)을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
항목 9. 항목 7에 있어서,
로터(116)의 포지션(134)을 나타내는 로터리 인코더(rotary encoder)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
항목 10. 항목 7에 있어서,
컨트롤러(200)는 솔리드 스테이트 회로(solid state circuit), 실리콘 제어 정류기(silicon controlled rectifier), 또는 교류 전류 회로용 트라이오드(triode for alternating current circuit) 중의 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
항목 11. 항목 7에 있어서,
로터(116)의 포지션(134)을 기초로 하여 로터(116) 내의 와전류(128)에 반응하는 포지션 센싱 코일들(position sensing coils)의 그룹을 더 포함하고,
컨트롤러(200)가 포지션 센싱 코일들의 그룹을 이용해서 로터(116)의 포지션(134)을 식별하는 것을 특징으로 하는 장치.
항목 12. 항목 1에 있어서,
스테이터 코일들(118)의 제1 단부들은 교류 전류 파워 서플라이에 연결되고, 전류 제어 시스템(112)은:
스테이터 코일들(118)의 제2 단부들에 연결된 전기적 브러쉬들(electrical brushes)(210); 및
축(122) 둘레로 배치된 전기적 컨택들(electrical contacts)(212);
을 포함하고,
전기적 컨택들(212)은 전원(114)에 연결되고, 전기적 컨택들(212)은 전기적 컨택들(212)이 축(122) 둘레로 회전할 때 전기적 브러쉬들(210)이 로터(116)의 상이한 포지션들에서 전기적 컨택들(212)과 접촉(contact)하도록 하는 패턴(pattern)(214)으로 배치되어, 스테이터 코일들(118)을 통한 교류 전류(130)의 흐름을 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
항목 13. 항목 1에 있어서,
로터(116)는:
강자성체 물질을 포함하는 코어(core)(910); 및
코어(910)상의 레이어(layer)(912);
를 포함하고,
레이어(912)는 전도성 비강자성체 물질(126)을 포함하고,
전류 제어 시스템(112)은 로터(116)를 선택적으로 끌어당기고 밀어내도록(selectively attract and repel) 스테이터 코일들(118)을 통해서 직류 전류(1210) 및 교류 전류(1212)를 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
항목 14. 항목 13에 있어서,
스테이터 코일들(118) 및 직류 전류 파워 서플라이(1302)에 병렬로(in parallel) 연결된 커패시터(capacitor)(1312)를 더 포함하고,
커패시터(1312)는 커패시터(1312)에 저장된 전하(charge)로부터 교류 전류(130)를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
항목 15. 항목 1에 있어서,
스테이터 코일들(118)은 로터(116)의 임의의 정지 포지션(stationary position)으로부터 로터(116)를 회전시키기 위하여 척력(140)이 충분하도록 로터(116)에 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
항목 16. 항목 1에 있어서,
교류 전류(130)의 제1 주파수는 로터(116)의 제2 회전 주파수(frequency of a rotation)와는 독립적인(independent) 것을 특징으로 하는 장치.
항목 17. 항목 16에 있어서,
교류 전류(130)의 제1 주파수는 약 10 kHz와 같거나 약 10 kHz보다 더 큰 것을 특징으로 하는 장치.
항목 18. 항목 1에 있어서,
와전류(128)는 교류 자기장(144)과 상호작용할 때 척력(140)을 야기하고, 척력(140)에서의 접선방향 힘(tangential force)은 로터(116)를 축(122) 둘레로 회전시키는 토크(torque)를 야기하는 것을 특징으로 하는 장치.
항목 19. 듀얼 주파수 전기 모터(900)로서,
축(122) 둘레로 회전가능한 로터(116);
교류 전류 파워 서플라이(1202) 및 직류 전류 파워 서플라이(1204)에 연결된 스테이터 코일들(118); 및
로터(116)의 포지션(134)을 기초로 하여 스테이터 코일들(118)을 통한 교류 전류(130) 및 직류 전류의 흐름을 제어하는 전류 제어 시스템(112);
을 포함하고,
로터(116)는 강자성체 물질로부터 형성된 코어(910) 및 상기 코어를 둘러싸는(encompassing) 레이어(912)를 포함하고,
레이어(912)는 전도성 비강자성체 물질(126)을 포함하고;
스테이터 코일들(118)에서의 스테이터 코일(136)은, 로터(116)가 축(122) 둘레로 회전하도록 하기 위하여, 스테이터 코일(136)을 통해서 교류 전류(130)가 흐를 때 교류 자기장(144)을 생성해서 스테이터 코일(136)과 로터(116) 간의 척력(140)을 야기하고, 스테이터 코일(136)을 통해서 직류 전류(1210)가 흐를 때 단방향 자기장(1008)을 생성해서 스테이터 코일(136)과 로터(116) 간의 인력(1010)을 야기하는 것을 특징으로 하는 듀얼 주파수 전기 모터(900).
항목 20. 항목 19에 있어서,
스테이터 코일들(118) 및 직류 전류 파워 서플라이(1410)에 병렬로 연결된 커패시터들을 더 포함하고,
직류 전류 파워 서플라이(1410)가 스테이터 코일들(118)로부터 연결이 끊기는(disconnected) 경우에 커패시터들(1402)은 교류 전류 파워 서플라이(1204)이고,
스테이터 코일들(118)에서의 각각의 스테이터 코일(136)은 병렬 또는 직렬로 연결된 커패시터들의 세트(1402)를 가지는 것을 특징으로 하는 듀얼 주파수 전기 모터(900).
항목 21. 항목 19에 있어서,
전도성 강자성체 금속(124)은 철, 산화철, 니켈, 또는 사마륨 코발트 중의 적어도 하나로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 듀얼 주파수 전기 모터(900).
항목 22. 항목 19에 있어서,
전도성 비강자성체 물질(126)은 알루미늄, 구리, 금, 층간삽입된 그라핀, 납, 니켈, 은, 주석, 티타늄, 또는 아연 중의 적어도 하나로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 듀얼 주파수 전기 모터(900).
항목 23. 전기 모터(108)를 제어하기 위한 방법으로서,
스테이터 코일(136)을 통해서 교류 전류(130)가 흐를 때 스테이터 코일들(118)에서의 스테이터 코일(136)과 로터(116) 간의 척력(140)이 일어나도록 하기 위해서 전기 모터 내의 로터(116)의 포지션(134)을 기초로 하여 전기 모터 내의 스테이터 코일들(118)을 통한 교류 전류(130)의 흐름을 제어하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터(108)를 제어하기 위한 방법.
항목 24. 항목 23에 있어서,
로터(116)의 포지션(134)을 식별하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터(108)를 제어하기 위한 방법.
항목 25. 항목 24에 있어서,
로터(116)의 포지션(134)은 로터리 인코더(rotary encoder), 로터(116)와 연계된 컨택들(contacts associated with the rotor), 또는 포지션 센싱 코일들(position sensing coils) 중의 적어도 하나를 이용해서 식별되는 것을 특징으로 하는 전기 모터(108)를 제어하기 위한 방법.
항목 26. 항목 23에 있어서,
로터(116)는 강자성체 물질로부터 형성된 코어(910) 및 코어(910)를 둘러싸는(encompassing) 레이어(912)를 포함하고,
레이어(912)는 전도성 비강자성체 물질(126)을 포함하고,
로터(116)가 축(122) 둘레로 회전하게 하기 위하여 스테이터 코일(136)과 로터(116) 사이에 인력(attractive force)(1010)이 일어나도록 스테이터 코일(136)을 통한 직류 전류(1210)의 흐름을 제어하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터(108)를 제어하기 위한 방법.
항목 27. 전기 모터(108)를 제어하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
전기 모터(108)의 로터(116)가 스테이터 코일(136)에 대해서 제1 포지션으로 되어 있을 때 전기 모터(108) 내의 스테이터 코일들(118)에서의 스테이터 코일(136)을 통해서 직류 전류(1210)를 보내고, 스테이터 코일(136)과 로터(116) 간의 인력(1010)이 로터(116)를 축(122) 둘레로 회전시키는 것; 및
로터(116)가 스테이터 코일(136)에 대해서 제2 포지션으로 되어 있을 때 전기 모터(108) 내의 스테이터 코일(136)을 통해서 교류 전류(130)를 보내고, 스테이터 코일(136)과 로터(116) 간의 척력(140)이 로터(116)를 축(122) 둘레로 회전시키는 것;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터(108)를 제어하기 위한 방법.
항목 28. 항목 27에 있어서,
상기 제1 포지션 및 상기 제2 포지션을 포함하는 로터(116)의 포지션들을 식별하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터(108)를 제어하기 위한 방법.
상이한 예시적인 예들의 기재는 도시 및 설명의 목적을 위해서 제시되었으며, 본 명세서에서 공개된 형태의 예들로 한정 또는 제한하려고 의도된 것이 아니다. 상이한 예시적인 예들은 동작들 또는 오퍼레이션들을 수행하는 구성요소들을 기술한다. 예시적인 예에서, 구성요소는 기술된 동작 또는 오퍼레이션을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 구성요소는 구성요소에 의해 수행되는 것으로 예시적인 예들에서 기술된 동작 또는 오퍼레이션을 수행하기 위한 능력을 구성요소에게 제공하는 구조(structure)를 위한 설계 또는 구성을 가질 수 있다.
게다가, 다수의 변경(modification)들 및 변형(variation)들은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 게다가, 상이한 예시적인 예들은 다른 바람직한 예들과 비교하여 상이한 특징들을 제공할 수 있다. 선택된 예 또는 예들은, 예들의 원리들 및 실용적 애플리케이션을 가장 잘 설명하기 위하여 선택되고 기술된 것이며, 본 기술분야의 다른 통상의 기술자들로 하여금 고려된 특정 사용에 적합한 다양한 변경들을 가진 다양한 예들을 위해 본 발명을 이해할 수 있도록 하기 위하여 선택되고 기술된 것이다.
Claims (15)
- 전기전도성 물질(electrically conductive material)(120)을 포함하는 로터(rotor)(116)로서, 축(axis)(122) 둘레로 회전가능한(rotatable) 로터(116);
스테이터 코일들(118)을 통해서 교류 전류(alternating current)(130)가 흐를 때 와전류(eddy current)(128)가 로터(116)에 생성되도록 로터(116)에 인접하게(adjacent) 배치된 스테이터 코일들(stator coils)(118);
상기 로터(116)의 포지션(Position)(134)을 식별하는 센서 시스템(sensor system)(110); 및
상기 로터(116)의 포지션(position)(134)에 따라 스테이터 코일들(118)을 통한 교류 전류(130)의 흐름을 제어하는 전류 제어 시스템(current control system)(112);을 포함하고,
스테이터 코일들(118)에서의 스테이터 코일(136)은 스테이터 코일(136)을 통해서 교류 전류(130)가 흐를 때 교류 자기장(alternating magnetic field)(144)을 생성해서, 스테이터 코일(136)과 로터(116) 간의 척력(repulsive force)(140)이 로터(116)를 축(122) 둘레로 회전시키도록 로터(116)에 와전류(128)를 야기하고(causing),
전류 제어 시스템(112)은, 로터(116)의 단부(end)(142)가 스테이터 코일(136)에 인접하도록 로터(116)의 포지션(134)이 되어 있을 때 스테이터 코일(136)을 통해서 교류 전류(130)를 보내는 것을 특징으로 하는 장치.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
전기전도성 물질(120)은 전도성 강자성체 물질(conductive ferromagnetic material)(124) 또는 전도성 비강자성체 물질(conductive non-ferromagnetic material)(126) 중의 적어도 하나로부터 선택되는 것; 및
스테이터 코일들(118) 각각이 스테이터 코일들(118)에서의 다른 스테이터 코일들과는 상이한 공진 주파수(resonant frequency)를 가지고,
스테이터 코일들(118)에 대한 무선 자기 결합(wireless magnetic coupling)에 의해서 스테이터 코일들(118)에 파워를 전달하도록 구성된 전원(power source)(114)을 더 포함하고, 전달된 상기 파워는 스테이터 코일들(118)을 통해서 흐르는 교류 전류(130)를 낳는 것;
중의 적어도 하나를 특징으로 하는 장치.
- 청구항 3에 있어서,
전도성 강자성체 물질(124)은 철(iron), 산화철(iron oxide), 니켈(nickel), 또는 사마륨 코발트(samarium cobalt) 중의 적어도 하나로부터 선택되는 것; 및
전도성 비강자성체 물질(126)은 알루미늄(aluminum), 구리(copper), 금(gold), 층간삽입된 그라핀(intercalated graphene), 납(lead), 은(silver), 주석(tin), 티타늄(titanium), 또는 아연(zinc) 중의 적어도 하나로부터 선택되는 것;
중의 적어도 하나를 특징으로 하는 장치.
- 청구항 1에 있어서,
전류 제어 시스템(112)은:
스테이터 코일들(118)에 연결된 스위치들(switches)(202); 및
로터(116)의 포지션(134)을 기초로 하여 스테이터 코일들(118)을 통한 교류 전류(130)의 흐름을 제어함에 있어서 스위치들(202)을 제어하는 컨트롤러(200);
를 포함하고,
스위치들(202)에서의 스위치(204)는 스위치(204)가 닫힌 포지션(closed position)으로 되어 있을 때 스테이터 코일(136)을 통해서 교류 전류(130)를 보내고,
스테이터 코일들(118)에서의 스테이터 코일(136)은 스테이터 코일(136)을 통해서 교류 전류(130)가 흐를 때 교류 자기장(144)을 생성해서, 스테이터 코일(136)과 로터(116) 간의 척력(140)이 로터(116)로 하여금 축(122) 둘레로 회전하게 하도록 로터(116)에 와전류(128)를 야기하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 청구항 5에 있어서,
컨트롤러(controller)(200)는 스테이터 코일들(118)에서의 스테이터 코일(136)을 통해서 교류 전류(130)를 스위칭하도록(switch) 구성되고, 로터(116)는 로터(116)의 단부(142)가 스테이터 코일(136)과 정렬된(aligned) 포지션(134)을 가지는 것; 및
컨트롤러(200)는 솔리드 스테이트 회로(solid state circuit), 실리콘 제어 정류기(silicon controlled rectifier), 또는 교류 전류 회로용 트라이오드(triode for alternating current circuit) 중의 적어도 하나로 이루어지는 것;
중의 적어도 하나를 특징으로 하는 장치.
- 청구항 5에 있어서,
상기 센서 시스템(110)은
로터(116)의 포지션(134)을 나타내는 로터리 인코더(rotary encoder); 및
로터(116)의 포지션(134)을 기초로 하여 로터(116) 내의 와전류(128)에 반응하는 포지션 센싱 코일들(position sensing coils)의 그룹-여기서, 컨트롤러(200)가 포지션 센싱 코일들의 그룹을 이용해서 로터(116)의 포지션(134)을 식별함-;
중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 청구항 1에 있어서,
스테이터 코일들(118)의 제1 단부들은 교류 전류 파워 서플라이에 연결되고, 전류 제어 시스템(112)은:
스테이터 코일들(118)의 제2 단부들에 연결된 전기적 브러쉬들(electrical brushes)(210), 및
축(122) 둘레로 배치된 전기적 컨택들(electrical contacts)(212)
을 포함하고,
전기적 컨택들(212)은 전원(114)에 연결되고, 전기적 컨택들(212)은 전기적 컨택들(212)이 축(122) 둘레로 회전할 때 전기적 브러쉬들(210)이 로터(116)의 상이한 포지션들에서 전기적 컨택들(212)과 접촉(contact)하도록 하는 패턴(pattern)(214)으로 배치되어, 스테이터 코일들(118)을 통한 교류 전류(130)의 흐름을 제어하는 것;
스테이터 코일들(118)은 로터(116)의 임의의 정지 포지션(stationary position)으로부터 로터(116)를 회전시키기 위하여 척력(140)이 충분하도록 로터(116)에 인접하게 배치되는 것; 및
와전류(128)는 교류 자기장(144)과 상호작용할 때 척력(140)을 야기하고, 척력(140)에서의 접선방향 힘(tangential force)은 로터(116)를 축(122) 둘레로 회전시키는 토크(torque)를 야기하는 것;
중의 적어도 하나를 특징으로 하는 장치.
- 청구항 1에 있어서,
로터(116)는:
강자성체 물질을 포함하는 코어(core)(910); 및
코어(910)상의 레이어(layer)(912);
를 포함하고,
레이어(912)는 전도성 비강자성체 물질(126)을 포함하고,
전류 제어 시스템(112)은 로터(116)를 선택적으로 끌어당기고 밀어내도록(selectively attract and repel) 스테이터 코일들(118)을 통해서 직류 전류(1210) 및 교류 전류(1212)를 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 청구항 9에 있어서,
스테이터 코일들(118) 및 직류 전류 파워 서플라이(1302)에 병렬로(in parallel) 연결된 커패시터(capacitor)(1312)를 더 포함하고,
커패시터(1312)는 커패시터(1312)에 저장된 전하(charge)로부터 교류 전류(130)를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 청구항 1에 있어서,
교류 전류(130)의 제1 주파수는 로터(116)의 제2 회전 주파수(frequency of a rotation)와는 독립적인(independent) 것을 특징으로 하는 장치.
- 청구항 11에 있어서,
교류 전류(130)의 제1 주파수는 10 kHz와 같거나 10 kHz보다 더 큰 것을 특징으로 하는 장치.
- 전기 모터(108)를 제어하기 위한 방법으로서,
센서 시스템(110)에 의하여 로터(116)의 포지션(134)을 식별하는 것, 및
스테이터 코일(136)을 통해서 교류 전류(130)가 흐를 때 스테이터 코일들(118)에서의 스테이터 코일(136)과 로터(116) 간의 척력(140)이 일어나도록 하기 위해서, 상기 센서 시스템(110)에 의하여 식별된 전기 모터 내의 로터(116)의 포지션(134)에 따라 전기 모터 내의 스테이터 코일들(118)을 통한 교류 전류(130)의 흐름을 제어하되, 로터(116)의 단부(end)(142)가 스테이터 코일(136)에 인접하도록 로터(116)의 포지션(134)이 되어 있을 때 스테이터 코일(136)을 통해서 교류 전류(130)를 보내는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터(108)를 제어하기 위한 방법.
- 청구항 13에 있어서,
로터(116)의 포지션(134)은 로터리 인코더(rotary encoder), 로터(116)와 연계된 컨택들(contacts associated with the rotor), 또는 포지션 센싱 코일들(position sensing coils) 중의 적어도 하나를 이용해서 식별되는 것을 특징으로 하는 전기 모터(108)를 제어하기 위한 방법.
- 청구항 13에 있어서,
로터(116)는 강자성체 물질로부터 형성된 코어(910) 및 코어(910)를 둘러싸는(encompassing) 레이어(912)를 포함하고,
레이어(912)는 전도성 비강자성체 물질(126)을 포함하고,
로터(116)가 축(122) 둘레로 회전하게 하기 위하여 스테이터 코일(136)과 로터(116) 사이에 인력(attractive force)(1010)이 일어나도록 스테이터 코일(136)을 통한 직류 전류(1210)의 흐름을 제어하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터(108)를 제어하기 위한 방법.
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