KR20060039895A

KR20060039895A - 전력 발생 또는 모티브 드라이브용 선형 전기 기계

Info

Publication number: KR20060039895A
Application number: KR1020067000103A
Authority: KR
Inventors: 알랜 처톡
Original assignee: 티악스 엘엘씨
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2006-05-09
Also published as: WO2005006522A9; WO2005006522A1; EP1649583A1; JP2007527686A; US6914351B2; US20050001500A1; CN1836363A

Abstract

선형 전기 기계(10)가 교류 발전기 또는 모터로서 기능을 할 수 있다. 3개의 고리형 자석(21, 22, 23)이 코어(1)와 관련되어 이동하도록 설치될 수 있다. 상기 자석은 모두 다른 자기 방향을 가질 수 있다. 2개의 자석(21, 23)이 상기 자석이 상기 코어와 관련되어 이동하는 축(31)에 평행한 방향으로 지향된 N극을 가질 수 있다. 또 하나의 자석(22)은 축과 수직인 방향으로 지향된 N극을 가질 수 있다.

선형 전기 기계

Description

전력 발생 또는 모티브 드라이브용 선형 전기 기계{LINEAR ELECTRICAL MACHINE FOR ELECTRIC POWER GENERATION OR MOTIVE DRIVE}

본 발명은 전력 발생 또는 모티브 드라이브용 선형 전기 기계에 관한 것이다.

조용하고 효율적인 전력 발생은 다양한 적용예에 있어서 중요할 수 있다. 예를 들면, 사람과 매우 근접한 전력 발생 시스템을 가진 보트나 기타 장소는 조용하게 작동되어야 필요성이 있다. 따라서, 이러한 적용예에 있어서 터빈, 내연 엔진 및 기타 동력원은 종종 그 사용면에서 매우 소음이 심하다. 그러나, 프리 피스톤 스터링 엔진은 매우 조용하게 작동하고 또한 전력을 생성하는 선형 교류 발전기로서 언급된 선형 전기 기계를 구동시키는 것으로 사용되어 왔다.(여기에서 용어“교류 발전기”는 일반적으로 교류 전류, 직류 전류 또는 기타 형태의 전력을 발생시키는 모든 형태의 전력 발생 장치를 언급하는 것으로 사용된다. 12V DC 출력을 공급하는 정류기에 설치된 자동 “교류 발전기”의 경우를 제외하면, 용어 “교류 발전기”는 AC전원을 발생하는 전기 기계라고 이해될 것이다.) 이들 전력 발생 시스템은 전형적으로 교류 발전기를 구동하는 프리 피스톤 스터링 엔진(FPSE)에 있어서의 피스톤의 모션 범위내에서 효율적으로 작동할 수 있는 선형 교류 발전기에 가장 적합하다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 선형 전기 기계는 전력 발생용에 적합하게 제공된다. 일 실시형태에서 선형 전기 기계는 프리 피스톤 스터링 엔진 또는 전원을 발생시키는 기타의 선형 모션 원동기에 의해 구동될 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 선형 전기 기계는 선형 모터로서 사용되기에 적합하게 제공된다.

본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 선형 전기 기계는 전류를 전달하는데 사용되는 코일, 상기 코일과 연결하는 자속에 대해 상대적으로 낮은 자기저항 통로를 제공하는 상기 코일 주위에 적어도 부분적으로 배치된 코어, 중심 개구를 구비한 상기 코어를 포함한다. 종축을 구비한 가동 요소가 종축을 따라 중심 개구내에서 선형적으로 왕복 이동하도록 되어 있다. 가동 요소는 단지 종축을 따라 배열된 제 1, 제 2 및 제 3 자석만을 구비한다. 제 1 자석은 제 2 자석과 인접하고, 제 2 자석은 제 3 자석에 인접한다. 각각의 제 1, 제 2 및 제 3 자석은 다른 자기 방향을 가진다. 일 실시형태에서 제 1, 제 2 및 제 3 자석은 예를 들어, 고리형 또는 다각형의 단면 형상을 가진 중공(中空)일 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 선형 전기 기계는 전류를 전달하는데 사용되는 코일과, 상기 코일과 연결하는 자속에 대해 상대적으로 낮은 자기저항 통로를 제공하는 상기 코일 주위에 적어도 부분적으로 배치된 코어를 포함한다. 상기 코어는 중심 개구를 가진 고리 형상을 가진다. 가동 요소는 종축을 따라 중심 개구내에서 선형적으로 왕복 이동하도록 구비된 종축을 가진다. 가동 요소는 서로 인접하고 종축을 따라 배열된 3개의 자석을 구비한다. 각 자석은 다른 자기 방향을 가지며 인접 자석의 자기 방향은 서로 90℃내이다. 코일과 연결하는 자석에 의해 발생된 자기장에 의해서 유도된 자류에 대해 통로를 제공하는 자석내에 연자성 재료가 위치된다.

본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 선형 전기 기계는 전류를 전달하는데 사용되는 코일과, 상기 코일에 인접한 자속을 위한 통로를 제공하는 코일에 관련하여 배치된 코어를 포함한다. 제 1, 제 2 및 제 3 자석이 종축을 따라 배열되어 코어내에서 자속과 상호 작용한다. 제 1 자석은 제 2 자석과 인접하고, 제 2 자석은 제 3 자석과 인접한다. 각각의 제 1, 제 2 및 제 3 자석은 다른 자기 방향을 가져서 자석 중 하나는 종축과 수직인 방향을 향하는 N극을 가지고 다른 2개의 자석은 종축과 평행인 방향을 향하는 N극을 가진다. 종축과 수직인 자기 방향을 가지는 모든 자석이 지향되므로 모든 이러한 자석의 N극은 반경 방향 내측을 지향하거나 반경 방향 외측을 지향하고, 상기 자석 및 상기 코일의 적어도 하나는 종축과 평행인 직선 방향으로 다른 하나와 상대 이동하도록 배열된다.

본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 선형 전기 기계는 전류를 전달하는데 사용되는 코일과, 상기 코일과 연결하는 자속을 위한 통로를 제공하는 코일에 관련하여 배치된 코어를 포함한다. 제 1, 제 2 및 제 3 자석은 종축을 따라 배열되어 상기 코일과 연결하는 상기 코어 내에서 자속과 상호 작용한다. 제 1 자석은 제 2 자석과 인접하고, 제 2 자석은 제 3 자석과 인접한다. 각각의 제 1, 제 2 및 제 3 자석은 다른 자기 방향을 가져서 자석 중 하나는 종축에 수직으로 지향된 N극을 가지고 다른 2개의 자석은 종축에 평행으로 지향된 N극을 가진다. 자석 중 적어도 하나와 코어-코일 유닛이 종축과 평행한 직선 방향으로 다른 하나와 상대 이동하도록 배열되고, 각 제 1, 제 2 및 제 3 자석은 종축을 따라 자석 및 코어-코일 유닛의 상대 이동의 최대량의 반보다 큰 세로 방향의 길이를 가진다.

본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 선형 전기 기계는 전류를 전달하는데 사용되는 코일과, 상기 코일과 연결하는 자속을 위한 통로를 제공하는 코일에 관련하여 배치된 코어 및 갭을 가지는 상기 코어를 포함한다. 제 1, 제 2 및 제 3 자석은 종축을 따라 배열되어 상기 코일과 연결하는 코어내에서 자속과 상호 작용한다. 제 1 자석은 제 2 자석과 인접하고, 제 2 자석은 제 3 자석과 인접한다. 제 1, 제 2 및 제 3 자석 중 하나가 자기 방향 가져서 자석의 N극이 종축에 평행하게 지향된다. 4번째 자석이 코어의 갭내에 위치되고, 제 1, 제 2 및 제 3 자석 중의 적어도 하나와 코일이 종축과 평행한 직선 방향으로 다른 하나와 상대 이동하도록 배열된다. 4번째 자석의 자기 방향은 제 1, 제 2 및 제 3 자석 중의 하나를 코어와 일직선되도록 배열된다.

본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 선형 전기 기계는 전류를 전달하는데 사용되는 코일과, 자속에 대해 통로를 제공하는 상기 코일 주위에 적어도 부분적으로 배치된 코어를 포함한다. 상기 코어는 중심 개구의 고리 형상을 가지며 분말 연자성 물질로 형성된다. 종축을 구비한 가동 요소가 종축을 따라 중심 개구에서 선형적으로 왕복 이동하도록 되어 있고, 종축을 따라 배열된 자석을 구비한다.

본 발명의 상기 및 기타의 실시형태가 아래의 설명으로부터 명백 및/또는 명확해질 것이다.

첨부되는 도면은 일정 비율로 도시되지 않는다. 도면에서, 다양한 그림으로 예시되는 각각의 동일하거나 거의 동일한 요소는 같은 숫자에 의해 표현된다. 명확하게 하기 위해, 모든 요소가 모든 도면에 표기되지 않을 수 있다.

도 1은 설명되는 전원과 연결된 본 발명에 의한 선형 전기 기계의 개략도이다.

도 2는 도 1에 도시된 선형 전기 기계의 단면도이다.

도 3은 일 예시적인 실시형태에 있어서 전형적인 자기장 라인을 도시한다.

도 4는 2개 부분의 코어의 개략도이다.

도 5는 다른 예시적인 실시형태에 있어서 코어를 형성하는 적층 팩의 어레이를 가진 코어의 개략도이다.

도 6은 백 아이언(back iron) 요소를 부착한 3고리형 자석을 가진 가동 요소를 도시한다.

도 7은 자석 세그먼트로 구성된 고리형 자석을 가진 가동 요소를 도시한다.

도 8은 본 발명에 의한 다른 선형 전기 기계의 개략도를 도시한다.

도 9는 도 8에 도시된 선형 전기 기계의 단면도를 도시한다.

본 발명의 실시형태는 아래의 명세서 또는 예시되는 실시형태에서 설명되는 구성요소의 구조 및 배치의 상술에 제한되지 않는다. 즉, 본 발명의 실시형태는 다양한 방법으로 실행되거나 실시될 수 있다. 예를 들어, 전력 발생기에 관련하여 다양한 예시적인 실시형태가 아래에서 설명된다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 선형 모터에 사용될 수 있다(예를 들어, 장치에 제공된 전기 신호에 응답하여 선형 기계 동작을 출력할 수 있는 장치). 또한, 여기에서 사용된 표현과 전문용어는 명세서용이며 제한으로 간주되어서는 안된다. 여기에서 "포함","구성" 또는 "구비","포함","연관" 및 변화의 사용은 추가적인 항목 뿐만 아니라 이후에 기록된 항목 및 동등물을 포함한다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 선형 전기 기계는 강자성 아마츄어 코어내에 내장된 아마츄어 코일의 중심 개구내에서 종축을 따라 이동하는 가동 영구 자석 "필드(field)" 요소를 포함하며, 이들 후자의 구성요소는 아마츄어 유닛을 포함한다. 상기 코어는 자속에 대해 상대적으로 낮은 자기저항 통로를 제공하여, 상기 필드 요소에 의해 생성된 코일 플럭스 링키지(coil flux linkage)를 증대시킨다. 선형 전기 기계가 교류 발전기로서 기능을 할 경우, 프리 피스톤 스터링 엔진 또는 모션이 영구 자석에 의해 발달된 코일 플럭스 링키지의 시간 변화율에 비례하는 아마츄어 코일 전압을 유도하는 기타의 원동기에 의해 제공된 필드 요소 모션의 결과로서 전력이 발생된다. 전력은 상기 유도된 전압이 전하를 통해 전류를 구동할 때 발생된다. 코일 전류에 의해 발달된 자속의 상호 작용과 필드 요소는 프리 피스톤 스터링 엔진 또는 기타 원동기에 의해 극복되어야 할 반발력을 발생시킨다. 순간적인 기계 입력 전력이 반발 추력과 필드 요소 직선 속도의 순간값의 곱에 의해 주어 진다.

선형 전기 기계가 모터로서 기능을 할 경우, 필드 요소와 그것에 의해 유도된 기계적 부하의 결과 모션에 의해 발달된 추력의 결과로서 기계 전력이 발생된다. 필드 요소에 의해 발달된 추력은 영구 자석과 전력원에 의해 유도된 코일 전류에 의해 발달된 코일 플럭스 링키지의 공간 변화율에 비례한다. 필드 요소를 이동시킴으로써 코일내에서 유도된 전압이 전력원에 의해 극복되어져야 코일 전류를 구동할 수 있다. 순간적인 전기 입력 전력은 코일 종단 전압과 코일 전류의 순간값의 곱에 의해 주어진다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 가동 요소는 모두 다른 자기 방향을 가지는 3개의 자석을 포함한다. 예를 들어, 제 1 자석은 종축에 평행한 제 1 방향으로 지향된 N극을 가지고, 제 2 자석은 종축에 수직한 제 2 방향으로 지향된 N극을 가질 수 있으며, 제 3 자석은 제 1 방향과 다른 종축과 평행한 제 3 방향으로 지향된 N극을 가질 수 있다. 이러한 배열은 표유 자기장 및 자속을 전달하는데 필요한 강자성 자기 회로 물질(또한, "백 아이언"으로 알려짐)을 최소화시키면서 가동 요소에 의해 생성된 코일내에서의 전력 발생을 최대화시키는 수렴 자속을 제공할 수 있다.

또한, 이러한 배열은 가동 필드 요소에 영향을 가하는 잔류 불균형 횡단력(가동 요소를 종축을 따라 특별 통로로부터 이탈시키려는 힘)을 최소화시키는데에 효율적일 수 있다. 잔류 불균형 횡단력은 코어내의 중심 개구와 관계되는 가동 필드 요소의 기계적 편심에 의해 발생하여, 이동 자석 요소와 코어 사이의 흡인 횡단 력이 이들 요소들 사이의 에어 갭 자기저항의 불균일함에 기인하여 주변에 대해 불균일하다. 본 발명의 일 실시형태에 의한 선형 전기 기계는 비교할 수 있는 이전 기술의 전기 기계의 추력 및 전력값보다 더 큰 반경 방향으로의 두께 치수를 가진 자석을 채택한다. 자석 소재의 투자율이 매우 낮을수록(거의 없는), 이동 필드 요소와 코어의 중심 개구 사이의 효율적인 에어 갭은 기계적인 클리어런스 갭만 있는 것보다 더 크다. 이러한 효율적인 에어 갭의 자기 회로 자기저항은 이동 필드 요소에 영향을 가하는 횡단 흡인 반경 방향의 힘과 기계적 편심에 의한 모든 잔류 불균형 힘을 감소시키는 기능을 할 수 있다. 이러한 불균형적인 반경 방향으로의 힘의 억제는 더 얇은 자석 성분과 더 두꺼운 백 아이언 요소를 채택하고 구성은 일반적으로 더 적은 에어 갭 자기저항을 제공하는 이전 기술의 선형 전기 기계보다도 더 큰 범위에서 본 발명의 어떤 실시형태에 의해 얻어진다.

본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 가동 요소는 가동 요소내의 자석에 의해 발생된 자기장에 의해 유도된 자속에 통로를 제공하는 연자성(자화 가능한) 물질의 백 아이언 요소를 포함할 수 있다. 연자성 물질이 자속을 더욱 수렴시키고 표유 자기장을 억제하는 기능을 함으로써, 장치의 효율성을 증가시킨다.

본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 가동 요소상에 설치된 3개의 자석은 모두 서로 다른 자기 방향을 가지고 배열되어 인접 자석의 자기 방향은 서로 90℃이내이다. 자석은 하나의 조각으로 이루어진 고리형 자석이거나 자석의 조합으로 이루어진 고리형 자석일 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 가동 요소에 설치된 3개의 자석이 자기 방향을 배열되게 하여, 종축과 수직한 방향으로 지향된 N극을 가지는 모든 자석이 N극을 반경 방향 내측으로 배열되게 한다.

도 1은 본 발명의 다양한 형태를 병합하는 선형 전기 기계(10)을 도시한다. 이 예시적인 실시형태에 있어서, 선형 전기 기계(10)는 가동 요소(2)가 코어(1)내에 내장된 코일(3)과 관계하는 전원(20)에 의해 선형적으로 이동될 때 전력을 발생시키는 기능을 한다. 전원(20)은 프리 피스톤 스터링 엔진 또는 기타의 선형 모션 원동기와 같이 가동 요소(2)를 이동시키는 모든 적합한 장치일 수 있다. 물론, 전원(20)은 선형 전기 기계(10)에 의해 구동되는 예를 들어, 선형 전기 기계(10)가 선형 모터로서 기능을 할 경우 다른 장치와 교체될 수 있다. 예를 들면, 전기 구동 신호가 코어(1)내에 내장된 코일(3)에 제공되어, 상기 가동 요소(2)를 상기 코어(1)에 대해 왕복 이동시키면서 변화하는 자기장이 생성될 수 있다. 이러한 모션은 압축기 등을 구동하는 것과 같은 작업을 수행할 수 있다. 요컨대, 선형 전기 기계(10)는 교류 발전기 또는 모터로서 작동될 수 있다.

선형 전기 기계(10)는 일례로서 가동 요소(2)가 코어(1)에 대해 이동할 때 코일(3)에 의해 유도된 전류를 수신하는 적당한 전자 회로소자(30)일 수 있는 전기적 부하와 링크될 수 있다. 이해될 것인 바와 같이, 이러한 전자 회로소자는 전기 기계에 의해 제공된 교류 전력을 모든 적당한 형태의 전력 예를 들어, AC, DC 또는 기타의 전류 형태로 변환하는 모든 적당한 구성부품을 포함한다. 또한, 다시 교류 발전기로서 기능을 하는 전기 기계는 교류 전압의 주파수와 진폭에 바로 양립할 수 있는 부하와 연결될 수 있고 그것이 발달하여 분할 전력 변환 수단을 요구하지 않 는다. 대안으로, 교류 발전기로서 기능을 하는 전기 기계가 유틸리티 파워 그리드와 같은 더 큰 용량의 전력 시스템과 또한 연결되어 전력을 상기 시스템에 공급할 수 있다.

만약 선형 전기 기계(10)가 선형 모터로서 기능을 한다면, 상기 전자 회로소자(30)는 선형 모터의 작동을 제어하는 스위치, 릴레이, 기계적 링키지 등과 같은 적당한 제어 회로소자 또는 기타 구성부품을 포함할 수 있다. 이러한 회로소자 및 기타 구성부품은 상기 기술에서 공지되어 있어 추가적인 상세한 설명은 여기에서 제공되지 않는다. 대안으로, 전기 기계가 첫째, 전력 시스템 주파수에서 모터의 발진이 적용예에 허용될 수 있고 둘째, 상기 코일이 적절한 후진 전동력(back emf)을 시스템 전압보다 점진적으로 낮게 제공하도록 디자인된다면 유틸리티 파워 그리드와 같은 전자기력원과의 연결 없이도 모터로서 작동될 수 있어, 상기 시스템으로부터 유도된 전류는 정격 기계적 추력을 발전시켜야 한다.

도 2는 도 1의 라인2-2를 따른 선형 전기 기계(10)의 단면도를 도시한다. 이 예시적인 실시형태에 있어서, 비록 코어는 어떠한 다른 적당한 형상을 가질 수 있지만, 상기 코어(1)는 가동 자석 필드 요소(2)가 위치된 중심 개구(15)를 구비한 거의 고리형 또는 환형을 가진다. 코어(1)는 상기 코어(1)내에서 적어도 부분적으로 위치된 상기 코일(3) 주위에 형성될 수 있는 자속에 대해 상대적으로 낮은 자기저항 통로를 제공한다. 자속이 코어(1)내에서 변화될 때[예컨대, 가동 요소(2)가 이동할 때], 코일 터미널(도시되지 않음)과 연결된 외부 전기 부하를 통해 전류를 구동할 수 있는 코일(3)내에서 전압이 유도될 것이다. 상기 코일(3)은 유도된 전류 가 흐를 수 있는 구리 와이어와 같은 도전성 와이어의 멀티플 랩을 포함할 수 있다. 대안으로, 코일(3)내의 전류 흐름은 가동 요소(2)가 종축(31)을 따라 구동되도록 하는 코어(1)내에서의 변화하는 자속을 생성할 수 있다.

도 2에서 예시된 본 발명의 일 실시형태는 가동 요소(2)가 모두 다른 자기 방향을 가진 3개의 자석(21, 22, 23)을 포함하는 것이다. 이러한 예시적인 실시형태에 있어서, 자석은 모든 적당한 다각형 단면 형상을 가질 수 있지만, 상기 3개의 자석(21, 22, 23)은 속이 빈 고리 형상의 영구 자석이다. 제 1 자석(21)은 종축(31)에 평행한 제 1 방향으로 지향된 N극을 가진다. 제 2 자석(22)은 종축에 수직한 제 2 방향으로 지향된 N극을 가진다(이 경우에 N극은 반경 방향 외측으로 지향된다). 제 3 자석(23)은 제 1 방향과 반대인 종축(31)에 평행한 제 3 방향으로 지향된 N극을 가진다. 이러한 배열은 자석에 의해 발생된 자기장을 효율적으로 이용하여, 코어(1) 가까이에서 수렴된 플럭스가 발생되고 상대적으로 자석 소재의 작은 양(질량 또는 부피에 의한)에 대해 상대적으로 높은 플럭스가 코어(1)내에서 유도될 수 있다. 특히, 자석의 이러한 배열은 코어(1)에 가장 가까운 측에서 수렴되는 자속을 발생시키고, 코어(1)의 반대측, 예컨대, 가동 요소(2) 내측에 최소 플럭스를 발생시킨다. 제 1 및 제 3 자석(21, 23)을 제 2 자석을 향해 지향되게 하는 것과 같이 자석에 대해서 다른 방향이 가능하지만, 종축(31)에 대해 경사진다. 유사하게, 제 2 자석(22)의 N극은 종축(31)에 엄격하게 수직일 필요가 없지만, 종축(31)에 관해서 어떤 다른 적당한 각도에 있을 수 있다. 또한, 제 2 자석(22)은 2개 이상의 자석, 예컨대, 2개의 인접한 고리형 자석으로 형성될 수 있고, 각각은 종축 (31)을 횡단하는 자기 방향을 가지며 상기 축(31)에 수직한 자기 방향을 가지는(그렇지 않으면, 적절하게 지향된) 단일 자석으로서 함께 작동한다.

도 3은 가동 요소(2)가 종축을 따라 이동할 때 생성될 수 있는 자속 라인의 기본적인 세트를 도시한다. 도 3에 도시된 필드 라인은 필드 라인의 완전한 세트가 아니라고 이해해야 하고, 오히려 가동 요소(2)에서 자석(21, 22, 23)의 동작 설명을 단순화하는 것을 돕도록 단지 선택된 필드 라인만이 도시된다. 또한, 코일 전류는 표시된 단면 외부로 흐르고 있다고 이해해야 한다. 이러한 예에서, 가동 요소(2)가 종축(31)을 따라 우측으로 이동할 때, 자석(21, 22, 23)에 의해 생성된 대다수의 자속은 제 2 자석(22)을 빠져나가고, 가동 요소(2)와 코어(1) 사이의 갭을 횡단하며, 코어(1)로 들어가서 코어(1) 주위에서 일반적으로 반시계 방향으로 흐른다. 코일 전류에 의해 발생된 코어 플럭스(또한, "아마츄어 리액션"으로 알려짐)는 필드 자석 요소에 기인하여 상기 코어의 좌측면에 코어 플럭스 성분을 증대시키지만 다른 측면은 감소시켜서, 도 3에 도시된 코어 플럭스의 비대칭 분포를 일으킨다. 상기 코어(1) 주위를 회전한 후, 상기 필드 라인은 코어(1)와 가동 요소(2) 사이의 갭을 다시 횡단하고 제 1 자석(21)으로 들어간다. 가동 요소(2)의 이동은 코일(3)을 연결하는 코어(1)내의 플럭스를 변화시킴으로써, 이해될 것인 바와 같이, 상기 코일(3)과 외부 전기 부하내에서 전류 흐름을 구동할 수 있는 이러한 플럭스 링키지의 시간 변화율에 비례하는 전압을 유도한다. 예를 들어, 가동 요소(2)가 좌측(도 3에 도시되지 않음)으로 이동할 경우, 반시계 방향으로 흐르는 자속은 코일 플럭스 링키지와 필드 요소 모션이 우측일 경우에 얻어진 반대 부호의 유도 전압의 시간 변화율을 발생시키면서 플럭스가 시계 방향으로 흐르기 시작할 때까지 감소할 것이다.

이러한 기본적인 플럭스 반전(reversal)은 많은 선형 교류 발전기에서 흔히 있지만, 자석(21, 22, 23)의 자기 방향이 플럭스를 더욱더 수렴시키고 코어(1)에 흐르는 플럭스에 기여하지 않는 표유 자기장을 방지하는 역할을 하여, 선형 전기 기계의 성능을 증가시키거나 주어진 성능 요구에 대해 더 작고, 더 가볍고, 더 저렴한 구조를 가능하게 한다. 예를 들어, 수렴 플럭스가 더 많을수록 효율적인 선형 전기 기계를 생산하기 위해 더 적은 자석 재료가 필요하게 된다는 것을 의미한다. 일 실시형태에 있어서, 반경 방향의 두꺼운 자석 구조의 크고 효율적인 에어 갭은 코어에 대한 이동 필드 자석 요소의 잔류 편심에 기인하여 자기 회로 자기저항의 변화를 감소시키고, 가동 요소가 종축(31)을 따라 왕복 이동하는 것을 방해하는 경향이 있는 이러한 요소에 작용하는 바람직하지 않은 불균형 횡단력을 감소시킨다. 따라서, 가동 필드 자석 요소(2)가 베어링, 가이드웨이(guideway) 등과 같은 바람직한 통로를 따라 이동하는 것을 유지하도록 돕는 장치가 더 작은 비소망의 마찰 손실로 개발될 것이다. 대안으로, 이러한 베어링 또는 가이드웨이의 감소된 횡단 부하는 자기 윤활 재료의 사용을 허락하여, 윤활 메카니즘과 유지 보수의 복잡성 및 비용을 회피한다. 또한, 이러한 배열은 선형 전기 기계가 프리 피스톤 스터링 엔진의 압력 용기내에 일체된 경우와 같이 윤활제 오염을 수용할 수 없는 적용예를 가능하게 할 수 있다.

도 2에 예시된 본 발명의 다른 실시형태에서 연자성(자화 가능한)재의 백 아 이언 요소(24)가 고리형 자석 내부에 설치될 수 있다. 비록 백 아이언 또는 기타의 연자성재(24)는 선택적이지만, 이것은 자석에 의해 발생된 자기장에 의해서 유도된 플럭스에 대해 낮은 자기저항 통로를 제공할 수 있다. 따라서, 백 아이언은 표유 자기장을 감소시키고 자속을 바라는 방향으로 적절히 향하게 함으로써 선형 전기 기계의 효율 또는 전력 용량을 증진시킬 수 있다. 자석(21, 22, 23)의 배열에 의해 발생된 수렴 자기장이 코어(1)를 향하는 대다수의 자속을 야기하기 때문에, 백 아이언(24)은 거의 자속을 전달하지 않고 효율적으로 기능하기 위한 최소 두께를 가질 수 있다. 백 아이언(24)의 감소된 무게가 가동 요소(2)의 크기를 감소시킴으로써, 선형 전기 기계(10) 및 그 관련 기계 기구의 효율 또는 전력 용량을 증대시킬 수 있다. 예를 들어, 프리 피스톤 스터링 엔진에 의해 구동된 선형 전기 기계의 경우에 있어서, 이동량의 감소는 엔진 파워 피스톤 및 교류 발전기 이동 필드 요소를 고 주파수에서 작동되도록 하여, 허용 작동 주파수의 증가에 거의 정비례하여 엔진-교류 발전기 시스템의 전력 발생 용량을 증가시킨다. 또한, 백 아이언은 자석을 물리적으로 지지할 수 있고 가동 요소를 전원(20) 또는 기타 장치에 연결한다.

도 2에 예시된 본 발명의 다른 실시형태에서 자석(21, 22, 23)은 종축(31)을 따라 가동 요소(2)의 좌우 최대 변위보다 더 큰 길이(l)를 가진다. 상기 다른 방식에서, 자석(21, 22, 23)에 대한 길이(l)는 가동 요소(2)의 전체 스트로크 길이의 1/2보다 더 클 수 있다. 예를 들어, 자석(21, 22, 23)은 대략 10mm의 길이(l)를 가질 수 있고 가동 요소(2)는 종축(31)을 따라 최대 변위 +/- 8mm를 가질 수 있다. 가동 요소(2)의 스트로크를 자석 길이(l)의 2배 보다 작게 제한하거나 역으로 가동 요소의 최대 좌우 변위 보다 더 큰 길이(l)를 선택하는 것은 가동 요소가 왕복 이동할 때 자속이 어떻게 변화되는지에 대한 개선된 제어를 제공할 수 있고 예를 들어, 교류 발전기 적용예의 경우에 있어서, 작동 변위의 범위에 대해서 전기 기계의 순간 유도 전압/필드 속도 비율의 변화를 감소시킨다. 따라서, 선형 전기 기계는 일련의 디자인 변수내에서 일관되게 작동되도록 구성될 수 있다.

도 2에 예시된 본 발명의 다른 실시형태에서 가동 요소가 자석을 코일-코어 조합과 적절히 정렬시키도록 자석이 가동 요소로부터 분리되어 설치된다. 이러한 예시적인 실시형태에 있어서, 코어(1)는 코어(1)내의 갭(11)내에 위치된 스프링 자석(12)를 포함한다. 스프링 자석(12)은 가동 요소(2)를 도 2에 도시된 위치로 대략 이동시키는 스프링 같은 힘을 제공할 수 있다. 즉, 스프링 자석(12)은 지향된 자기장을 가져서 만약 가동 요소(2)가 도 2에 도시된 잔여 위치로부터 이동되면 스프링 자석(12)은 제 2 자석(22)의 자기장을 자극하여 생성되고 측면 자석(21, 23)의 자기장에 의해 증대된 힘이 스프링 자석(12)의 자기장과 정렬되도록 한다. 따라서, 가동 요소(2)를 도 2에서 도시된 위치로부터 좌우로 이동시키는 모든 힘은 스프링 자석(12)과 제 2 자석(22)의 자기장을 정렬시키도록 미는 힘에 의해 대향된다. 스프링 자석(12)에 대한 기타의 배열은 제 1 및 제 3 자석(21, 23) 가까이 코어(1)의 반대 측면상에 2개의 자석을 위치시키는 것과 같이 가동 요소(2)에 소망의 바이어싱(biasing)을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 선형 전기 기계가 작동하지 않을 때 가동 요소는 기지(旣知)의 잔여 위치에 있을려고 하기 때문에 스프링 자석(12)은 선형 전기 기계(10) 및 관련 구동 또는 구동되는 기구의 개시를 보다 쉽게 할 수 있다. 예를 들어, 만약 스프링 자석(12)이 도 2 기구에 존재하지 않았다면, 가동 요소(2)는 통상 코어(1)내의 중심 개구(15) 외부로 좌측 또는 우측 이동될 것이다. 적절한 장소에 스프링 자석(12)을 가지면, 가동 요소(2)는 도 2에 도시된 바와 같이 잔여 위치를 가진다.

상기 스프링 자석(12)은 또한 양(positive)의 스프링율을 선형 전기 기계(10)에 제공하는 기능을 할 수 있어, 가동 요소(2)를 잔여 위치로부터 변위시키기는데 필요한 힘이 변위를 증가시킴에 따라서 증가한다. 이러한 실시형태에서 스프링 자석(12)이 없다면, 상기 기구는 대다수의 가동 요소 스트로크에 대하여 어떤 적용예에서는 바람직할 수 있는 음(negative)의 스프링율을 가질 것이다. 그러나, 선형 전기 기계(10)가 전력 발생용으로 사용될 경우에는 일반적으로 바람직하지 않다. 중심 위치 부근에서 선택적인 증가율로 가동 요소(2)의 작동 변위 범위에 대하여 통상적으로 일정한 스프링율을 얻기 위해 스프링 자석(12) 단면 치수와 자성 재료 특성이 조정될 수 있다. 이러한 특성은 예를 들어, 프리 피스톤 스터링 엔진의 피스톤에 의해 이동 필드 요소가 구동되는 전력 발생 적용예에서 바람직할 수 있다. 여기에서, 공기압 전개 성분과 연관되는 자기 스프링율이 이동 요소(전기 기계 및 원동기)의 전체 크기에 작용하여 전기 기계 및 원동기 시스템에서 소망의 기계적 공진 작동을 얻는다. 또한, 스프링 자석(12) 단면 치수와 자성 재료 특성의 조정에 의한 O(zero)변위 부근에서 선택적으로 증가된 양의 자기 스프링율은 평균 피스톤 위치가 소망의 고정 위치로부터 드리프트(drift)되지 않는 것을 확보하는 수단을 제공한다.

스프링 자석(12)은 또한 시스템이 작동하지 않을 경우 전원(20)[가동 요소(2) 뿐만 아니라] 부분을 이동시키는 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 만약 전원(20)이 프리 피스톤 스터링 엔진을 포함한다면 스프링 자석(12)의 힘은 스터링 엔진이 더 용이하게 개시되도록 하는 기지의 중심 위치로 스터링 엔진의 피스톤을 이동시킬 수 있다. 이러한 점에서, 선형 전기 기계(10)는 코일(3)에 사용되는 전류에 의해 간단히 구동될 수 있어서, 개시하는 동안 선형 전기 기계는 스터링 엔진 피스톤을 이동시키는 선형 모터로서 작동한다.

도 4는 예시적인 실시형태에 있어서 코어(1)의 사시도이다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 코어(1)는 2개의 반부(13, 14)를 가진 분할된 배열로 이루어질 수 있다. 이러한 방식으로, 분할된 보빈 고정구 상에 미리 감겨지고 와이어에 사용되는 본딩 코트(bonding coat)의 화학적 또는 열적 융합에 의하거나 전기 그레이드 니스(grade varnish)나 에폭시 수지와 같은 본딩 소재의 주입에 의해 기계적으로 안정화된 후, 코일(3)은 2개의 반부(13, 14) 사이의 빈 공간으로 삽입될 수 있다. 그 다음, 상기 반부(13, 14)는 클램셜(clam-shell) 타입의 배열로 코어 재료와 함께 코일 주위에 적어도 부분적으로 결합될 수 있다. 또한, 고리 형상을 가질 수 있는 스프링 자석(12)이 중심 개구(15) 부근의 갭(11)내에 상기 코어 반부(13, 14) 사이에 삽입될 수 있다. 동심 정렬을 확보하기 위해 내부 또는 외부 림 상에 파일로팅 디테일(piloting detail)이 코어에 설치될 수 있다. 최종 조립 단계 때, 코일 회전체 사이 및 코일과 코어 공동(空洞) 사이의 빈 공간을 채우기 위해 캡슐 재료가 주입될 수 있다. 또한, 이들 빈 공간들을 메우는 캡슐 재료는 코일의 열 분산을 코어로 그 다음은 코어가 장착된 하우징으로 전달하는 것을 용이하게 하는 기능을 할 수 있다. 상기 캡슐 재료는 또한 코일, 선택적인 스프링 자석 및 코어 반부를 영구적으로 고착시키는 역할을 할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 코어(1)는 코팅되고, 자기적으로 연한, 강자성 분말 금속 소재로 이루어질 수 있고, 이 소재는 그물 또는 그물에 가까운 형상의 코어에 가압되고 함께 본딩된다. 소재의 특별한 타입이 변화될 수 있지만, 일 실시형태에 있어서 분말 금속 재료는 절연 플라스틱과 같은 전기적으로 절연시키는 재료의 층에 의해 각각 둘러싸여진 연자성 재료의 작은 입자를 포함한다. 입자를 소망의 형상으로 형성한 다음 함께 가열 및 가압함으로써 상기 입자들이 함께 연결될 수 있어서, 인접 입자상의 절연층이 함께 본딩된다. 결과 구조는 이러한 적용예에 대해 유용한 자기 특성, 즉, 고 투자율, 고 포화 플럭스 밀도 및 저 이력 손실을 가지지만, 상기 구조를 통해 흐르는 와전류 및 이러한 전류의 흐름에 기인한 결과 손실에 높은 저항성이 있다. 이러한 분말 금속 형성 기술은 예를 들어, 미국 특허 6,342,108.에서 설명된다. 예시적인 분말 소재가 Quebec Metal Powders에 의해 제조된 Atomet EM-1 강자성 복합 분말이다.

상기 코어(1)는 분말 금속 기술에 의해 형성하는 것에 제한되지 않고, 그 대신 다른 방법에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 5는 고리형으로 배열된 직사각형 또는 준직사각형 적층 팩(16)의 어레이를 가지는 예시적인 실시형태에서의 코어(1)를 도시한다. 이들 적층 팩(16)은 도 2에 도시된 코어(1)의 단면과 유사한 단면을 가질 수 있다. 자기 코어를 형성하기 위해 사용된 적층 팩은 상기 기술에서 공지되어 있고, 인접 층 사이의 절연재와 함께 적층된 자기적으로 연한(쉽게 자화 가능한) 소재의 얇은 층을 일반적으로 구비하고 있어서, 층 사이의 와전류의 흐름이 억제된다. 또한, 도 5는 적층 팩(16)을 통하여 중심 개구(15) 주위로 연장하는 코일(3)을 도시한다. 개개의 팩이 상기한 도 4의 코어 방식에 따라 두 부분으로 분할될 수 있어서 미리 감긴 코일과 함께 결합하는 것을 용이하게 한다. 이러한 실시형태에 있어서, 레디얼 코어 레그(radial core legs)에서의 플럭스 밀도는 통상 균일하고 이들 레그의 가장 내부 위치에서 보다도 외부 영역에서 더 크지 않기 때문에 충분한 코어 소재에 의해 상기 코일(3)이 단지 부분적으로 둘러싸여진다. 그러나, 그러나, 각각의 적층 팩(16)을 쐐기(wedge) 형상 타입으로 형성할 수 있어서, 상기 코일(3)이 더 완전히 둘러싸여진다. 이것은 테이프된 두께의 적층을 형성하기 위해 더 많은 비용이 들지만 더 견고한 코어 구조를 제공한다는 이점을 줄 수 있다. 또한, 중심 개구(15) 부근의 적층 팩(16) 면은 굴곡되거나 그렇지 않으면 균일한 갭을 가동 요소(2)의 자석과 꼭 맞게 맞추어 유지되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 만약 가동 요소내의 자석이 도 1에 도시된 바와 같은 고리형이면, 적층 팩(16)의 내부면은 원형의 중심 개구(15)를 형성하기 위해 굴곡될 수 있다. 만약 자석이 8각형 단면과 같은 다른 형상을 가지면, 적층 팩(16)의 내부면은 도 5에 도시된 바와 같이 8각 형상을 가질 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 이동 자석 필드 요소의 회전을 막기 위해 스플라인 또는 기타의 기계적 수단이 설치될 수 있다.

도 6은 예시적인 실시형태에 있어서 가동 요소(4)의 사시도를 도시한다. 이러한 실시형태에 있어서, 자석(21, 22, 23)은 고리 형상을 가지고 백 아이언 요소 (24), 예컨대, 자기적으로 연한 소재의 슬리브(sleeve) 상에 장착된다. 자석(21, 22, 23)은 접착제 또는 기타의 본딩 또는 확실히 고정시키는 것 등과 같은 어떤 적당한 방식으로 백 아이언 슬리브(24)에 확보될 수 있지만 슬리브에 확보되지 않을 수 있고, 비자기 칼라(collar)에 의해 가해진 압축력에 의해 유지될 수 있으며, 그 중 하나는 한쪽 단부 및 슬리브와 나사산 결합에 의해 대향 단부 상의 적절한 위치에 유지된 다른쪽 단부에서 슬리브에 본딩, 예컨대, 납땜될 수 있다. 명목상 축방향으로 자화된 측면 자석(21, 23)은 어떤 적당한 소재로 이루어질 수 있고 Hitachi grade HS-34DV 소결 네오디뮴 철 붕소 소재와 같은 자화 방향의 영구 자석 링을 형성하는 과정을 처리한다. 반경 방향으로 자화된 중심 자석(22) 및 스프링 자석(12)은 어떤 적당한 소재로 이루어질 수 있고 Hitachi grade HS33DR 소결 네오디뮴 철 붕소 소재와 같은 자화 방향의 영구 자석 링을 형성하는 과정을 처리한다. 대안으로, 저 비용, 저 성능 및 본딩된 네오디뮴 철 붕소 자석 링이 사용될 수 있다.

또한, 자석(21, 22, 23)은 도 6에 도시된 고리형 배열에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 7은 자석(21, 22, 23)이 백 아이언 슬리브(24) 상에 배열된 자석 세그먼트로 결합되는 다른 예시적인 실시형태를 도시한다. 자석 세그먼트는 접착제, 자석 세그먼트 외면 둘레에 원주형 밴드 등과 같은 어떤 적당한 방법으로 함께 연결될 수 있다. 상기한 바와 같이, 자석이 도 5 및 6에 도시된 원형과 다른 단면 형상을 제공하는 곳에서 기타의 자석 배열이 또한 가능하다. 예를 들면, 자석은 삼각, 사각, 육각 또는 기타 적당한 다각 형상을 이루도록 형성될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 일반적으로 상기 코어(1)는 상기 자석 형상의 적어도 일부분과 꼭 맞도록 형성될 수 있고 종축에 대해 이동 필드 요소의 회전을 방지하기 위해 기계적 수단이 설치될 수 있다. 비록 이러한 실시형태에 있어서 상기 자석(21, 22, 23)은 중공(中空), 즉, 자석내에 어떤 빈 공간이 형성되어 있지만, 상기 자석은 고체로 이루어질 수 있다. 그러나, 고체 자석은 적절한 작동 특성을 반드시 제공하지 않아도 된다.

비록 코어-코일 조합에 관하여 이동하는 자석을 가동 요소가 운반한다고 상기 다양한 실시형태가 설명하고 있지만, 코어-코일 조합이 자석에 관하여 이동되는 것도 또한 가능하다. 또한, 코어-코일 조합은 도 1에 도시된 것과 반대 배열로 자석내에 위치될 수 있다. 예를 들어, 도 8은 종축(31)을 따라 고리형 자석 어레이의 내부에 위치된 코어-코일 조합(1)을 구비한 선형 전기 기계(10)를 도시한다. 도 9는 도 8의 라인9-9을 따른 상기 기계(10)의 단면도를 도시한다. 이러한 예시적인 실시형태의 작동은 도 8 및 9의 고리형 자석(21, 22, 23)이 코어(1)와 코일(3)의 외부에 있다는 것을 제외하면 도 1 및 2와 유사하다. 따라서, 자석(21, 22, 23)이 코어(1)와 코일(3)에 대해서 종축(31)을 따라 이동할 경우, 코일(3)내에 전류가 유도될 수 있다[또는, 코일(3)내의 전류가 가동 요소(2)를 이동시킬 수 있다). 또한, 코어(1)와 코일(3)이 자석(21, 22, 23)에 대해 종축(31)을 따라 이동하도록 도 8 및 9의 동일한 구성이 배열될 수 있다.

다른 실시형태에 있어서, 결과 조합의 전체 전력 용량을 증가시키기 위해 2개 이상의 선형 전기 기계가 일련 또는 병렬로 함께 한 조를 이룰 수 있다. 따라서, 단일 가동 요소는 각 세트의 자석이 도 2에서 도시된 배열을 가지는 2 이상의 3 자석 세트를 포함할 수 있다. 각각의 자석 세트는 대응하는 코어-코일 아마츄어 조합과 협동하여 전력을 발생시키거나 코일과 코어에 의해 발생된 자속에 의해 구동된다.

비록 본 발명의 실시형태는 상기한 어떤 특별한 실시형태에 제한되지 않지만, 스터링 엔진 전원에 함께 사용하기에 특히 효과적인 것으로 밝혀진 일 실시형태는 도 1 및 2에 도시된 것과 같은 구성을 가진다. 이러한 실시형태에 있어서, 상기 코어(1)는 대략 6 ~ 24cm의 전체 직경, 종축(31)을 따라 대략 2.5 ~ 10cm의 폭, 중심 개구(15)에서 대략 2 ~ 8cm의 직경을 가진다. 자석(21, 22, 23)은 고리형 링이며 대략 2 ~ 8cm의 전체 직경, 이동 필드 요소의 최대 변위의 대략 3분의 1인 길이(l) 및 길이(l)의 대략 0.6 ~ 1.0 배의 반경 두께를 가진다. 가동 요소(2)의 좌우 변위는 자석(21, 22, 23)의 길이(l), 예컨대, 0.8cm보다 작도록 제한될 수 있다. 상기 다른 방식에서, 가동 요소(2)의 전체 스트로크 길이는 각각의 자석(21, 22, 23) 길이(l)의 2배 보다 작을 수 있다. 상기 코어는 소결 분말 소재로 형성되며 상기한 바와 같은 클램셜 배열을 가진다. 스프링 자석(12)이 상기 코어(1)에 설치되고 중심 자석(22)과 유사한 방식으로 이루어진다. 상기 자석은 상기한 바와 같이, 적어도 30MGOe의 에너지 결과를 가지며 소결 네오디뮴 철 붕소 소재로 이루어진다. 반경 방향으로 자화된 자석(22, 12)은 Hitachi USA로부터 얻을 수 있는 상기한 과정 또는 소결 네오디뮴 철 붕소 소재인 고리형의 반경 방향으로 자화된 자석을 제공할 수 있는 유사한 과정에 의해 이루어진다. 상기 자석(21, 22, 23)은 단일 조각 고리형 링으로서 이루어지고, 즉, 분할되어 있지 않고, 연자성 백 아이언 슬 리브 상에 부착된다. 비록 도면이 일정 비례는 아니지만, 장치의 기타 비례적인 크기는 명목상 도 2에 도시된 것들이다.

따라서, 본 발명의 적어도 일 실시형태의 여러 형태를 설명하였으므로, 당업자로부터 다양한 변경, 수정 및 개선이 용이하게 이루어질 것이라고 이해될 수 있다. 예를 들어, 상기한 선형 전기 기계의 실시형태는 충분히 수치 조절 가능하다. 즉, 비록 도면이 정확하게 일정 비례하지 않지만, 선형 전기 기계의 전체 크기는 도 1 및 2에 대략적으로 도시되어 있는 상기 기계의 다양한 부품의 비례적인 치수로 폭넓은 수치 범위(예컨대, 2cm 이하 50cm 이상의 직경을 가지는 코어) 사이에서 조절될 수 있다. 그러나, 상기 기계 부품의 비례적인 사이즈는 본 발명의 어떤 형태에 따라 조절될 수 있다. 이러한 변경, 수정 및 개선이 본 명세서의 일부가 되도록 의도되어지고, 본 발명의 정신과 범위내에 있도록 의도되어진다. 따라서, 상기의 설명 및 도면은 단지 예시적인 것이다.

Claims

전류를 전달하도록 된 코일,

중심 개구를 가지며 자속에 대해 상대적으로 낮은 자기저항 통로를 제공하는 상기 코일 주위에 적어도 부분적으로 배치된 코어, 및

종축을 따라 중심 개구내에서 선형적으로 왕복 이동하도록 된 가동 요소를 포함하는 선형 전기 기계로서;

상기 가동 요소는 단지 종축을 따라 배열된 제 1, 제 2 및 제 3 자석을 가지며, 상기 제 1 자석은 상기 제 2 자석과 인접하고, 상기 제 2 자석은 상기 제 3 자석에 인접하며, 각각의 제 1, 제 2 및 제 3 자석은 다른 자기 방향을 가지는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 1 항에 있어서,

제 1, 제 2 및 제 3 자석 모두 자석의 N극이 반경 방향 내측으로 지향하도록 하는 자기 방향을 가지지 않는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 1 항에 있어서,

상기 각 자석은 중공이며 고리 형상 또는 다각형 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 1 항에 있어서,

상기 자석 내부에 배치된 백 아이언 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 1 항에 있어서,

상기 코어는 코일을 내부에서 수용하기 위해 클램셜 타입 배열로 함께 결합된 2개의 반부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1, 제 2 및 제 3 자석 중 하나를 상기 코어의 일 부분에 정렬시키도록 미는 스프링 자석을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 6 항에 있어서,

상기 스프링 자석은 상기 제 2 자석을 상기 스프링 자석에 정렬시키도록 미는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 3 자석은 종축에 평행한 N극을 가지고, 제 2 고리형 자석은 상기 종축에 수직한 N극을 가지는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 자석은 반경 방향 외측으로 지향된 N극을 가지고, 상기 각 제 1 및 제 3 자석은 상기 제 2 자석을 향해 지향된 N극을 가지는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 1 항에 있어서,

상기 각각의 제 1, 제 2 및 제 3 자석은 중심 피스톤으로부터 가동 요소의 최대 변위의 반 보다 더 큰 종축과 평행한 방향으로의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
전류를 전달하도록 된 코일,

중심 개구를 가진 고리 형상의 코어로서, 자속에 대해 상대적으로 낮은 자기저항 통로를 제공하는 상기 코일 주위에 적어도 부분적으로 배치된 코어,

종축을 따라 중심 개구내에서 선형적으로 왕복 이동하도록 된 종축을 갖는 가동 요소로서, 상기 종축을 배열되고 서로 인접한 3개의 자석을 가지며, 각 자석은 인접 자석의 자기 방향이 서로 90℃ 이내이도록 하는 다른 자기 방향을 가지는 가동 요소, 및

상기 자석에 의해 발생된 자기장에 의해 유도된 자속을 위한 통로를 제공하는 상기 자석내에 배치된 연자성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 11 항에 있어서,

가동 요소가 포함된 자석 모두는 자석의 N극이 반경 방향 내측으로 향하도록 하는 자기 방향을 가지지 않는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 11 항에 있어서,

상기 각각의 자석은 고리 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 11 항에 있어서,

상기 연자성 재료는 상기 자석의 내부에 배치된 슬리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 11 항에 있어서,

상기 코어는 코일을 내부로 수용하기 위해 클램셜 타입 배열로 함께 결합된 2개의 반부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 11 항에 있어서,

상기 3개의 자석 중 하나를 상기 코어의 일 부분에 정렬시키도록 미는 스프링 자석을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 16 항에 있어서,

상기 스프링 자석은 자석 중 하나를 상기 스프링 자석에 정렬시키도록 미는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 11 항에 있어서,

상기 3개의 자석은 제 2 고리형 자석에 인접한 제 1 고리형 자석과, 상기 제 2 고리형 자석에 인접한 제 3 고리형 자석을 포함하고; 상기 제 1 및 제 3 고리형 자석은 종축에 평행한 N극을 가지며, 상기 제 2 고리형 자석은 종축에 수직인 N극을 가지는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 18 항에 있어서,

상기 제 2 고리형 자석은 반경 방향 외측으로 지향된 N극을 가지며, 상기 각 제 1 및 제 3 고리형 자석은 상기 제 2 고리형 자석을 향해 지향된 N극을 가지는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 11 항에 있어서,

상기 각각의 3개의 자석은 중심 피스톤으로부터 가동 요소의 최대 변위의 반 보다 더 큰 종축과 평행한 방향으로의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
전류를 전달하도록 된 코일,

상기 코일에 인접한 자속에 대해 통로를 제공하기 위해 상기 코일에 관련하여 배치된 코어, 및

종축을 따라 배열되어 상기 코일과 연결하는 상기 코어 내에서 자속과 상호 작용하는 제 1, 제 2 및 제 3 자석을 포함하는 선형 전기 기계로서;

상기 제 1 자석은 상기 제 2 자석과 인접하고, 상기 제 2 자석은 상기 제 3 자석과 인접하며, 각각의 상기 제 1, 제 2 및 제 3 자석은 자석 중 하나가 종축에 거의 수직으로 지향된 N극을 가지고 다른 2개의 자석은 상기 종축과 거의 평행하게 지향된 N극을 가지도록 다른 자기 방향을 가지며,

상기 종축에 거의 수직인 자기 방향을 가지는 모든 자석이 모든 자석의 N극은 반경 방향의 내부 또는 외부 방향 중 하나가 되며, 상기 자석 및 상기 코일의 적어도 하나는 상기 종축에 평행한 선형 방향으로 다른 것과 관련되어 이동하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 21 항에 있어서,

가동 요소가 포함된 상기 자석 모두는 상기 자석의 N극이 반경 방향 내측으로 지향되도록 하는 자기 방향을 가지지 않는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 21 항에 있어서,

상기 각각의 자석은 고리 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 21 항에 있어서,

상기 자석은 고리형 자석이며, 연자성 재료가 자석 내부 또는 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 21 항에 있어서,

상기 코어는 코일을 내부로 수용하기 위해 클램셜 타입 배열로 함께 결합된 2개의 반부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 21 항에 있어서,

상기 3개의 자석 중 하나를 상기 코어의 일 부분에 정렬시키도록 미는 스프링 자석을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 26 항에 있어서,

상기 스프링 자석은 자석 중 하나를 상기 스프링 자석에 정렬시키도록 미는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 21 항에 있어서,

상기 자석은 제 2 고리형 자석에 인접한 제 1 고리형 자석과, 상기 제 2 고리형 자석에 인접한 제 3 고리형 자석을 포함하고; 상기 제 1 및 제 3 고리형 자석은 상기 종축에 평행한 N극을 가지며, 상기 제 2 고리형 자석은 상기 종축에 수직인 N극을 가지는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 28 항에 있어서,

상기 제 2 고리형 자석은 반경 방향 외측으로 지향된 N극을 가지며, 상기 각 제 1 및 제 3 고리형 자석은 상기 제 2 고리형 자석을 향해 지향된 N극을 가지는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 21 항에 있어서,

상기 각각의 자석은 상기 종축을 따라 상기 자석과 상기 코일 사이의 상대 이동의 최대량의 반 보다 더 큰 종축과 평행한 방향으로의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
전류를 전달하도록 된 코일,

상기 코일에 인접한 자속에 대해 통로를 제공하기 위해 상기 코일에 관련하여 배치된 코어, 및

종축을 따라 배열되어 상기 코일과 연결하는 상기 코어 내에서 자속과 상호 작용하는 제 1, 제 2 및 제 3 자석을 포함하는 선형 전기 기계로서;

상기 제 1 자석은 상기 제 2 자석과 인접하고, 상기 제 2 자석은 상기 제 3 자석과 인접하며, 각각의 상기 제 1, 제 2 및 제 3 자석은 다른 자기 방향을 가지며,

상기 자석 및 상기 코일의 적어도 하나는 상기 종축과 평행한 선형 방향으로 다른 하나와 관련되어 이동하도록 배열되고, 상기 각 제 1, 제 2 및 제 3 자석은 종축을 따라 상기 자석과 상기 코일의 상대 이동의 최대량의 반 보다 더 큰 종축 방향으로의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 31 항에 있어서,

가동 요소가 포함된 상기 자석 모두는 상기 자석의 N극이 상기 코어로부터 멀어지는 방향으로 지향되도록 하는 자기 방향을 가지지 않는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 31 항에 있어서,

상기 각각의 자석은 고리형 구조로 배열된 복수의 분할 자석 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 31 항에 있어서,

상기 자석은 고리형 자석이며, 연자성 재료가 자석 내부 또는 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 31 항에 있어서,

상기 코어는 코일을 내부로 수용하기 위해 클램셜 타입 배열로 함께 결합된 2개의 반부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 31 항에 있어서,

상기 3개의 자석 중 하나를 상기 코어의 일 부분에 정렬시키도록 미는 스프링 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 36 항에 있어서,

상기 스프링 자석은 자석 중 하나를 상기 스프링 자석에 정렬시키도록 미는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 31 항에 있어서,

상기 자석은 제 2 고리형 자석에 인접한 제 1 고리형 자석과, 상기 제 2 고리형 자석에 인접한 제 3 고리형 자석을 포함하고, 상기 제 1 및 제 3 고리형 자석은 상기 종축에 평행한 N극을 가지며, 상기 제 2 고리형 자석은 상기 종축에 수직인 N극을 가지는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 38 항에 있어서,

상기 제 2 고리형 자석은 반경 방향 외측으로 지향된 N극을 가지며, 상기 각 제 1 및 제 3 고리형 자석은 상기 제 2 고리형 자석을 향해 지향된 N극을 가지는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 31 항에 있어서,

상기 코어 및 코일은 상기 자석의 개구 내에서 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
전류를 전달하도록 된 코일,

갭을 가지며 상기 코일과 연결하는 자속에 대해 통로를 제공하도록 상기 코일에 관련하여 배치된 코어,

종축을 따라 배열되어 상기 코일과 연결하는 상기 코어 내에서 자속과 상호 작용하는 제 1, 제 2 및 제 3 자석으로서, 상기 제 1 자석은 상기 제 2 자석과 인접하고, 상기 제 2 자석은 상기 제 3 자석과 인접하며, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 자석 중 하나는 상기 자석의 N극이 상기 종축과 평행하게 지향되도록 하는 자기 방향을 가지는 제 1, 제 2 및 제 3 자석 및

상기 코어의 갭에 위치되고 자기 방향을 가지는 제 4 자석을 포함하는 선형 전기 기계로서;

상기 제 1, 제 2 및 제 3 자석과 상기 코어 중 적어도 하나는 종축에 평행한 선형 방향으로 다른 것과 관련되어 이동하도록 배열되고, 상기 제 4 자석의 자기 방향은 상기 제 1, 제 2 및 제 3 자석 중 하나를 상기 코어에 정렬시키기 위해 밀도록 배열되는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 41 항에 있어서,

가동 요소가 포함된 상기 자석 모두는 상기 자석의 N극이 상기 코어로부터 멀어지는 방향으로 지향되도록 하는 자기 방향을 가지지 않는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 41 항에 있어서,

상기 각각의 자석은 고리형 구조로 배열된 복수의 분할 자석 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 41 항에 있어서,

상기 자석은 고리형 자석이며, 연자성 재료가 자석 내부 또는 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 41 항에 있어서,

상기 코어는 코일을 내부로 수용하기 위해 클램셜 타입 배열로 함께 결합된 2개의 반부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 41 항에 있어서,

상기 스프링 자석은 자석 중 하나를 상기 스프링 자석에 정렬시키도록 미는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 46 항에 있어서,

상기 스프링 자석은 상기 제 2 자석을 상기 스프링 자석에 정렬시키도록 미는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 41 항에 있어서,

상기 자석은 제 2 고리형 자석에 인접한 제 1 고리형 자석과, 상기 제 2 고리형 자석에 인접한 제 3 고리형 자석을 포함하고, 상기 제 1 및 제 3 고리형 자석은 종축에 평행한 N극을 가지며, 상기 제 2 고리형 자석은 상기 종축에 수직인 N극을 가지는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 48 항에 있어서,

상기 제 2 고리형 자석은 반경 방향 외측으로 지향된 N극을 가지며, 상기 각 제 1 및 제 3 고리형 자석은 상기 제 2 고리형 자석을 향해 지향된 N극을 가지는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 49 항에 있어서,

상기 코어는 중심 개구를 포함하고, 상기 자석은 상기 중심 개구 내부로 이동하는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
제 41 항에 있어서,

각각의 상기 자석은 종축을 따라 중심 피스톤으로부터 상기 자석의 최대 변위의 반 보다 큰 종축과 평행한 방향으로의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.
전류를 전달하도록 된 코일,

자속에 대한 통로를 제공하는 상기 코일 주위에 적어도 부분적으로 배치된 코어로서, 중심 개구를 가진 고리 형상이며 분말 연자성 재료로 형성되는 코어, 및

종축을 따라 상기 중심 개구 내에서 선형적으로 왕복 이동하도록 된 종축을 갖는 가동 요소로서, 상기 종축을 따라 배열된 자석을 가지는 가동요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 전기 기계.