KR20020074515A - 밴드 코일 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코일 축의 방향에서 프로파일을 갖는 밴드 코일을 얻기 위해 코일들에 수행되는 재료-제거 공정에 의해 밴드 코일을 제조하는 방법에 대한 것이다. 이러한 공정은 방전 공정(discharge process), 에칭 공정 또는 기계적 연마 공정일 수 있다. 얻어진 밴드 코일은 특정한 코일 측면들은 유용(effective)하지만 다른 코일 측면들은 가능한 한 적게 간섭(interfering)하는 형상을 가질 수 있다. 이러한 밴드 코일들은 평면 모터에 매우 유용할 수 있다.

Description

밴드 코일{Band Coil}

상술한 밴드 코일을 제조하는 방법은 미국 특허 제 4,819,322호에 공지되어 있다. 두 측면에서 절연된 금속 포일이 이 방법에서는 맨드릴(mandrel) 상에 감긴다. 맨드릴이 제거되고 감긴 포일이 전기 스파크 부식 공정(electric spark erosion process)에 의해 감긴 코일의 종방향에 대해 수직 방향으로 다수의 슬라이스로 절단된다. 이렇게 형성된 슬라이스들은 밴드 코일들이다. 맨드릴의 단면적 치수에 따라, 이런 방식으로 얻어진 밴드 코일들은 다양한 형상을 가질 수 있다. 이러한 밴드 코일(1)의 예가 도 8에 예시되어 있다. 밴드 코일의 축(2)은 회전면(3; plane of the turn)에 수직인 축이고, 회전 중심에 존재하며, 즉 포일이 사실상 그 둘레에 감기는 축이다. 그러므로, X-Y-Z 좌표계에서, 턴(turn)은 X-Y축에 존재하며 코일 축은 Z방향으로 연장한다. 대부분의 경우에 사용되는 공지된 권선 코일(wire coil)에 대한 밴드 코일의 장점은 도체(통상적으로 구리)의 보다 큰 채움인자(filling factor)이며, 이에 의해 보다 높은 효율이 얻어지지만, 무엇보다도 이에 의해 열의 형태인 방산되는 에너지가 권선 코일보다 훨씬 더 효율적으로 제거될 수 있는데, 이는 왜냐하면 권선 코일의 경우 열 유속(heat flux)이 공기의 흐름에 따라 전달되고 열전도가 불충분하게 절연되기 때문이며, 반면에 밴드 코일에서 열 유속은 주로 구리를 통해 전도되므로 열전도가 훨씬 잘 된다. 그러나, 밴드 코일의 제조 비용은 권선 코일보다 훨씬 높다. 그러나, 지금까지 알려진 밴드 코일의 단점은 이들의 편평한 형상, 즉 밴드 코일의 높이가 일정하다는 것이다. 편평한 밴드 코일이 사용되는 예가 미국 특허 제 5,866,965호에 설명되어 있으며, 여기서 다수의 밴드 코일들이 로터리 모터의 고정자(stator)의 고정자 폴(pole) 둘레에 구비된다. 밴드 코일의 응용은 이에 제한된다. 코일들은 통상적으로 유효한 권선 측면(effective winding side)들과 비유효한 권선 측면들을 갖는다. 코일 측면으로도 불리는 유효한 권선 측면들은 원하는 힘을 공급한다. 비유효 권선 측면은 통상적으로 코일이 작동하는데 간섭하는 영향을 미친다. 비유효 권선 측면은 권선 코일의 경우에 유효 권선 측면이 위치하는 평면으로부터 구부러져 나가거나, 또는 특정한 권선 측면들이 가능한 한 적게 교란하는 영향을 갖도록 코일이 감긴다.

본 발명은 코일 축을 가지며 코일 형태로 감긴(coiled), 밴드 형의 전류-전도용 포일(foil)에 의해 형성되는 코일을 제조하는 방법에 대한 것이다.

또한, 본 발명은 코일, 이러한 코일의 조립체, 및 이러한 코일 및 코일 조립체가 사용되는 병진이동 또는 로터리 모터에 대한 것이다.

도 1은 도 8에 도시된 바와 같은 밴드 코일이 갖는 프로파일을 제공하는 방법을 나타내는 개략도.

도 2는 본 발명의 방법에 의해 얻어지는 프로파일 밴드 코일(profiled band coil)의 개략 사시도.

도 3은 도 2에 도시된 바와 같은 코일 두 개의 조립도.

도 4는 도 2에 도시된 바와 같은 코일 세 개의 조립도.

도 5는 제 2 실시예에 따른 프로파일 밴드 코일이 사용된 밴드 코일의 조립도.

도 6은 도 4에 도시된 바와 같은 밴드 코일 조립체와 함께 평면 모터(planar motor)를 도시하는 개략 사시도.

도 7은 본 발명에 따른 프로파일 밴드 코일이 사용되는 로터리 모터의 개략도.

도 8은 종래기술에 따른 밴드 코일의 도면.

본 발명의 목적은 광범위하게 응용할 수 있도록 3차원 형상의 밴드 코일을 얻는 것이다.

본 발명에 따른 방법은 이를 위해 코일 턴(coil turns)에 필요없는 부분의 제거 작업(bulk-removing operation)을 수행하여 코일의 코일 축에 평행한 방향으로 프로파일이 주어지는 것을 특징으로 한다. 코일들은 이러한 방법에 의해 얻어질 수 있으며, 모터와 같은, 그러나 이외에도 TV 수상기(TV set)의 편향 코일 등의 다양한 용도에 적합하다.

필요없는 부분의 제거 작업은 와이어 스파킹(wire sparking) 공정과 같은 스파크 부식 공정, 또는 에칭 공정, 또는 전기화학적 공정, 또는 연마 또는 밀링 공정과 같은 기계가공 공정일 수 있다.

또한, 본 발명은 코일 축을 갖는 감긴 밴드 형의, 전류-전도용 포일에 의해 형성된 코일에 대한 것이다. 이러한 밴드 코일은 미국 특허 제 5,866,965호에 또한 공지되어 있다. 상술한 바와 같이, 이러한 밴드 코일은 이들의 편평한 형상으로 인해 제한된 범위의 용도를 갖는다. 모든 권선 측면은 동일한 평면 내에 있어, 통상적으로 두 개의 상호 대향하는 권선 측면 또는 적어도 이들 권선 측면의 부분들이 코일의 작동에 악영향을 미친다. 응용 범위를 넓히기 위해, 본 발명에 따른 코일은 권선 측면들의 적어도 일부분이 코일의 코일 축에 평행한 방향에서 권선 측면들의 나머지 부분에 대해 엇갈리게 배치되는 특징을 갖는다. 권선 측면들의 비유효 부분들은 결과적으로 유효 권선 측면들과 상이한 평면에 있게 된다. 바람직하게는, 코일은 두 쌍의 상호 대향하는 권선 측면들을 가지며, 한 쌍의 상호 대향하는 권선 측면들은 코일의 코일 축에 평행한 방향에서 다른 상호 대향하는 권선 측면 쌍에 대해 엇갈리게 배치된다. 결과적으로, 두 쌍의 상호 대향하는 권선 측면들은 상이한 평면에 있게 되어, 두 쌍의 상호 대향하는 권선 측면들 중 한 쌍만이 유효하고 다른 쌍의 권선 측면들은 가능한 한 적은 역효과를 갖도록 각각의 용도에서 코일을배치하는 것이 간단하다. 이러한 코일은 상술한 본 발명에 따른 방법에 의해 제조될 수 있다.

또한, 본 발명은 적어도 두 개의 코일들의 조립체에 관한 것이며, 본 발명에 따른 코일들 중 하나의 한 쌍의 상호 대향하는 권선 측면들 사이에, 다른 코일의 적어도 하나의 권선 측면이 위치하게 된다. 다른 코일은 본 발명에 따른 코일일 수 있지만, 이는 꼭 그러할 필요는 없다.

또한, 본 발명은 서로에 대해 움직일 수 있는 두 부분을 갖는 병진이동 또는 로터리 모터에 대한 것이며, 그 한 부분은 자석 시스템을 포함하고 다른 부분은 본 발명에 따른 하나 이상의 코일 또는 두 개 이상의 코일의 조립체를 포함하는 반면, 코일의 한 쌍의 상호 대향하는 권선 측면들은 다른 쌍의 상호 대향하는 권선 측면들보다 상기 한 부분에 더 가깝게 있다.

본 발명은 몇몇 실시예를 참조하여 보다 상세히 설명된다.

도 1은 도 8에 도시된 바와 같은 밴드 코일(1)로부터 예를 들어 미국 특허 제 4,819,322호에 공개된 방법에 의해 얻어지는 프로파일이 권선 측면들에 제공되는지를 개략적으로 도시한다. 음영선(hatching)으로 표시된 부분들은 밀링 공구, 예를 들어 다이아몬드 밀링 공구(4)에 의해 밴드 코일로부터 제거된다. 필요하다면, 얻어지는 밀링 표면에 밴드 또는 밴드 코일의 턴가 서로 접촉하는 것을 방지하기 위해 후처리를 할 수도 있다. 이러한 프로파일은 다르게는 스파크 부식 공정, 에칭 공정, 또는 전기화학적 공정과 같은 다른 공정을 통해 얻어질 수 있다. 실제로는 모든 원하는 프로파일이 얻어질 수 있음은 명백하다. 도 2는 프로파일을 갖는 밴드 코일(10)의 예를 도시한다. 위쪽에서 보면, 거의 모든 긴 권선 측면들(13a)의 높이(14)가 처리 전의 권선 측면의 원래 높이(15)에 비해 반으로 줄어든다. 짧은 권선 측면(13b)의 높이(16)도 반으로 줄지만, 이 경우에는 아래쪽이 반감된다. 밴드 형의 턴의 단면적 치수는 이런 식으로 거의 일정하게 유지된다.

도 3은 도 2의 이러한 프로파일을 갖는 밴드 코일이 어떻게 조립체(100)로함께 결합될 수 있는지를 도시한다. 밴드 코일(10)은 도 2에 도시된 밴드 코일과 동등하며, 즉 짧은 권선 측면들(13b)이 긴 권선 측면(13a)보다 한 개의 밴드 높이 h만큼 더 높게 위치한다. 밴드 코일(20)의 짧은 권선 측면들(23b)이 긴 권선 측면(23a)보다 두 개의 밴드 높이 2h만큼 더 높게 위치한다. 두 개의 밴드 코일들은 하나 위에 다른 하나가 놓여져, 한 개의 밴드 코일의 긴 권선 측면들 중의 하나가 다른 밴드 코일의 두 개의 긴 권선 측면들의 사이에 정확히 위치하게 될 수 있다. 따라서, 한 개의 밴드 코일의 두 개의 긴 권선 측면들 사이의 거리a는 하나의 권선 측면의 포일 패키지(foil package)의 폭b와 동일하다. 결과적으로, 모든 긴 권선 측면들은 한 평면에 있게 되고 서로에 대해 조립체로 배치된다. 짧은 권선 측면들은 하나 위에 다른 하나가 단(stage)을 이루며 배치되며, 모두 긴 권선 측면의 위쪽 측면 위에 놓인다.

도 4의 실시예는 도 3의 실시예와 비교되지만, 이 실시예에서는 3개의 밴드 코일들이 적층되어 조립체(200)를 형성한다. 밴드 코일(10)의 짧은 권선 측면들(13b)은 긴 권선 측면(13a)보다 하나의 밴드 높이 h만큼 더 높게 있고, 밴드 코일(20)의 짧은 권선 측면들(23b)은 긴 권선 측면(23a)보다 두 개의 밴드 높이 2h만큼 더 높게 있고, 밴드 코일(30)의 짧은 권선 측면들(33b)은 긴 권선 측면(33a)보다 세 개의 밴드 높이 3h만큼 더 높게 있다. 각각의 밴드 코일의 긴 권선 측면들 사이의 거리c는 이제 하나의 권선 측면의 포일 패키지의 폭b의 두 배이다. 조립체에서, 모든 긴 권선 측면(13a, 23a, 33a)은 서로에 대해 하나의 평면 내에 놓이며, 모든 짧은 권선 측면(13b, 23b, 33b)은 하나 위에 다른 하나가 단을 이루며 배치되고 긴 권선 측면(13a, 23a, 33a)의 위쪽면보다 높다. 이러한 밴드 코일 조립체의 용도가 도 6에 도시되어 있다.

도 5는 프로파일을 갖는 밴드 코일 조립체의 다른 실시예를 도시한다. 3개의 동일한 밴드 코일(50)들의 형상은 도 2의 밴드 코일(10)의 형상에 비교할 수 있다. 두 개의 동일한 밴드 코일(1)은 도 8에 도시된 바와 같은 평탄한 밴드 코일들이다. 두 개의 최외측 밴드 코일(60, 61)들은 다소 형상이 상이하다. 이들 밴드 코일들에서, 긴 권선 측면(63a₁) 중의 하나가 다른 긴 권선 측면(63a₂)보다 높다. 조립체(300)에서, 밴드 코일(60)은 밴드 코일(61)에 대해 그 위치가 거울에 비친 것처럼 대칭이다(mirrored symmetrically). 각각의 밴드 코일의 긴 권선 측면 사이의 거리c는 다시 긴 권선 측면의 포일 패키지의 폭b의 두 배이어서, 각각의 상이한 밴드 코일의 두 개의 권선 측면들이 최외측 밴드 코일들의 긴 권선 측면들(63a₁)을 제외하고는 각각 밴드 코일의 긴 권선 측면들 사이에 배치되어 조립체가 된다. 이들 권선 측면들은 다수의 짧은 권선 측면들이 배치되는 바와 같이 다른 긴 권선 측면들의 위쪽면 위에 배치된다. 그러므로, 이런 식으로 12개의 긴 권선 측면이 이 조립체에서 하나의 동일한 평면에 나란하게 배치된다.

도 6은 평면 모터의 원리를 개략적으로 도시한다. 이러한 모터에서, 두 개의 부분(400, 500)은 서로에 대해 이동할 수 있고, 한 부분(400)은 통상적으로 정적인 부분이며 N극과 S극이 교번(alternating)하는 자석 시스템(410)을 포함하며, 다른 가동 부분(500)은 코일 시스템(510)을 포함한다. 이러한 평면 모터는 WO...(PCT 특허 출원 EP 00/07970호 = PHN17.621이며, PCT 출원의 공개 번호로 적절한 때에 대체될 것임)에 공지되어 있다. 이러한 평면 모터용 코일 시스템은 네 개의 코일 블록 유닛(511a, 551b, 511c, 511d)에 의해 형성되며, 각각의 유닛은 나란히 배치된 두 개의 코일 블록(512)을 포함한다. 각각의 코일 블록은 자석 시스템의 자장 내에 놓이는 6 개의 전류 도체를 갖는다. 따라서, 전류 도체는 코일의 긴, 유효 권선 측면들 또는 코일 측면들이다. 코일 블록 유닛(511a, 511c)의 전류 도체는 X-방향으로 연장하며, 코일 블록 유닛(551b, 511d)의 전류 도체는 Y-방향으로 연장한다. 전류 도체는 3상 시스템으로부터 전류가 공급된다. 가동 부분(400)은 전류의 정류(commutation)를 통해 자석 시스템을 포함하는 정적인 부분(500) 바로 위의 X-Y 평면에서 제어되어 움직일 수 있다. 코일 블록 유닛(511b, 511d)에 작용하는 로렌츠 힘이 X-방향 운동을 일으키고, 코일 블록 유닛(511a, 511c)에 작용하는 로렌츠 힘이 Y-방향 운동을 일으킨다. 이 응용예에서 각각의 코일 블록은 도 4에 예시된 바와 같은 코일들의 조립체(200)에 의해 형성된다. 코일들의 긴 권선 측면들은 자석 시스템의 자석들의 표면 바로 위에 배치된다. 여기서 발생하는 로렌츠 힘은 제어된 움직임을 얻을 수 있게 하는 힘이다. 로렌츠 힘은 또한 짧은 권선 측면에서도 발생한다. 이들 힘들은 원하는 운동을 교란하는 효과를 갖는다. 이러한 교란 효과를 줄이기 위해, 이들 짧은 권선 측면들에서의 로렌츠 힘들은 가능한 한 작아야 한다. 이는 짧은 권선 측면들이 자석 시스템의 표면으로부터 더 큰 거리로 떨어져 있게 하여 자장의 영향으로부터 더 멀리 있게 하여 이루어진다. 이는 본 발명에 따른 코일로 가능하다. 분명히, 공지된 권선 코일들의 경우에 상기 짧은 권선 측면들이 자장의 영향으로부터 멀어지도록 구부러지게 할 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 이들 권선 코일들은 효율이 훨씬 작고, 즉 권선 코일에 의해 공급되는 힘이 밴드 코일에 의해 공급되는 힘보다 훨씬 작다. 이는 한편으로는, 권선 코일에 비해 밴드 코일들의 구리의 채움 인자가 더 크기 때문이고, 다른 한편으로는, 열 제거 효율이 훨씬 더 크므로 밴드 코일들에서 훨씬 더 큰 전류 밀도를 실제로 사용할 수 있기 때문이다. 도 5에 도시된 밴드 코일의 조립체는 도 6의 평면 모터에도 사용될 수 있다. 이러한 조립체는 다음에 하나의 코일 블록 유닛(511a, 511b, 511c, 511d)을 형성한다.

마지막으로, 도 7은 로터리 모터에 사용되는 본 발명에 따른 밴드 코일의 일례를 도시한다. 정류자(70)는 중공 실린더(71)에 의해 형성된다. 실린더의 내면은 실린더의 종방향으로 연장하는 다수의 정류자 폴(71; stator pole)이 구비된다. 정류자 폴(72)은 굴곡된 형상을 가지며, 사실상 이들은 실린더의 일부분을 형성한다. 정류자는 철과 같은 자화가능한 재료로 이루어진다. 밴드 코일(73)은 굴곡된 형상을 가지며, 즉, 두 개의 상호 대향하는 권선 측면(74b)의 형상들은 정류자 폴(72)의 형상에 맞게 된다. 다른 권선 측면(74a)은 이러한 권선 측면의 폭에 걸쳐 직선 또는 약간 만곡된다. 회전자(75)는 회전자 폴(76)을 구비한다. 회전자 또한 철과 같은 자화가능한 재료로 이루어진다. 이러한 로터리 모터의 작동의 세부사항은 미국 특허 제 5,866,965호에 주어져 있다. 이런 식으로 로터리 모터에서, 도 3 내지 도 5에 도시된 것과 유사하지만 만곡된 권선 측면들을 갖는 밴드 코일의 하나 이상의 조립체를 사용할 수 있음이 명백하다.

본 발명에 따른 밴드 코일들이 임의의 3차원적 형상을 가질 수 있기 때문에, 이들을 회전 및 병진-운동이 가능해야 하는 매우 복잡한 모터에 적용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 밴드 코일들은 TV 수상기에 전자 빔을 편향시키는데 성공적으로 사용될 수 있다. 밴드 코일은 모든 코일 측면들이 유효한 형상으로 될 수 있다.

Claims (9)

1. 감긴 밴드 형의 전류 전도 포일(foil)에 의해 형성되며 코일 축을 갖는 코일을 제조하는 방법에 있어서,

   상기 코일은 코일의 코일 턴에 필요없는 부분의 제거 작업을 수행하여 코일의 코일 축에 평행한 방향으로 프로파일을 갖게 되는 것을 특징으로 하는 코일 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 필요없는 부분의 제거 작업은 스파크 부식 공정인 것을 특징으로 하는 코일 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 필요없는 부분의 제거 작업은 에칭 공정인 것을 특징으로 하는 코일 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 필요없는 부분의 제거 작업은 전기화학적 공정인 것을 특징으로 하는 코일 제조 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 필요없는 부분의 제거 작업은 기계가공 공정인 것을 특징으로 하는 코일 제조 방법.
6. 권선 측면(winding side)들과 코일 축을 가지며 감긴 밴드 형의 전류 전도 포일에 의해 형성되는 코일에 있어서,

   상기 권선 측면들의 적어도 일부분이 코일의 코일 축에 평행한 방향으로 권선 측면들의 나머지 부분에 대해 엇갈리게 배치되는(staggered) 것을 특징으로 하는 코일.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 코일은 두 부분의 상호 대향하는 권선 측면들을 가지며, 한 쌍의 상호 대향하는 권선 측면은 코일의 코일 축에 평행한 방향으로 다른 쌍의 상호 대향하는 권선 측면들에 대해 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 하는 코일.
8. 제 7 항의 코일들 중의 한 코일의 한 쌍의 상호 대향하는 권선 측면들의 사이에 다른 코일의 하나 이상의 권선 측면이 배치되는 두 개 이상의 코일의 조립체.
9. 서로에 대해 이동할 수 있는 두 개의 부분을 갖는 병진이동 또는 로터리 모터에 있어서, 한 부분은 자석 시스템(system of magnet)을 포함하며, 다른 부분은제 6 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 따른 두 개 이상의 코일의 조립체 또는 하나 이상의 코일을 포함하고, 코일의 한 쌍의 상호 대향하는 권선 측면들은 다른 쌍의 상호 대향하는 권선 측면들보다 상기 한 부분에 더 가깝게 위치하는 병진이동 또는 로터리 모터.