KR20080045238A - Mp-a and mp-t machines, multipolar machines for alternating and three-phase currents - Google Patents

Mp-a and mp-t machines, multipolar machines for alternating and three-phase currents Download PDF

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Abstract

A machine (Figure 3B) includes inner and outer stator (5 and 6) and a rotor (2) located therebetween. The rotor includes a wall with a constant thickness and an elongates S-ribbon (172) overlapping the gaps in the wall of the rotor.

Description

교류 및 3-상 전류용 MP-A 및 MP―T 기기, 다극 기기{MP-A AND MP-T MACHINES, MULTIPOLAR MACHINES FOR ALTERNATING AND THREE-PHASE CURRENTS}MP-A and MP-T devices and multi-pole devices for alternating current and three-phase currents {MP-A AND MP-T MACHINES, MULTIPOLAR MACHINES FOR ALTERNATING AND THREE-PHASE CURRENTS}

관련 출원 상호 참조Related application cross-reference

관련 미국 특허 출원:Related U.S. Patent Application:

2003년 7월 8일자로 출원된, 디. 쿨만-윌스도프(D. Kuhlmann-Wilsdorf)의 PCT 특허 출원 "다극 기기-최적의 동극 모터/발전기/변압기(Multipolar Machines-Optimized Homopolar Motors/Generators/Transformers)" (PCT/US03/22248).D. filed July 8, 2003. PCT patent application filed by D. Kuhlmann-Wilsdorf "Multipolar Machines-Optimized Homopolar Motors / Generators / Transformers" (PCT / US03 / 22248).

디. 쿨만-윌스도르프의 "다극-플러스 기기-브러쉬의 개수가 감소된 다극 기기(Multipolar-Plus Machines-Multipolar Machines with Reduced Numbers of Brushes).D. Kulman-Wilsdorf's "Multipolar-Plus Machines-Multipolar Machines with Reduced Numbers of Brushes".

본 발명은 2003년 7월 8일자로 출원된 디. 쿨만-윌스도르프의 "다극 기기-최적의 동극 모터/발전기/변압기"에 기술된 "다극 기기"(MP 기기) 발명과 디.쿨만-월스도르프의 "다극-플러스 기기-브러쉬의 개수가 감소된 다극 기기"에 기술된 후속 발명을 확장한 것이다. 특히, 본 발명은 교류(AC) 및/또는 3-상 전류용으로 구성된 더빙형 MP-A 및 MP-T 기기와, 직류(DC)용으로 구성된 MP 및 MP-Plus 기기를 포함하는 MP 기기의 특허 보호를 위한 것이다. The present invention is filed on July 8, 2003 in D. The invention of the "multipole device" (MP device) described in Kulman-Wilsdorf's "Multipole Device-Optimum Copper Motor / Generator / Transformer" and the reduction in the number of D. Kulman-Wallsdorf's "Multipole-plus device-brushes It is an extension of the subsequent invention described in "Multipole Devices". In particular, the present invention relates to an MP device comprising a dubbed MP-A and MP-T device configured for alternating current (AC) and / or three-phase current, and an MP and MP-Plus device configured for direct current (DC). It is for patent protection.

MP 패밀리 기기들은 이하의 세 가지 기본 구조 특징을 공유한다: (A) 단일체형 로터, 또는 한 세트의 동심 로터일 수 있는, 기계적으로는 융화되어(fused) 있지만 전기적으로는 절연되어 있고, 일정한 직경을 갖출 필요는 없는 동심의 로터 층으로 구성될 수도 있는 대체로 원통형의 로터로서, 실질적으로 축 방향으로는 전류를 운반할 수 있지만 원주 방향으로는 전류를 운반할 수 없는 원통형 로터; (B) 로터 벽의 다수 개의 축 방향 연장 구역에 자속 밀도(B)를 설정하도록 로터의 외측 및 내측을 둘러싸고 있는 다수의 자기장 발생원으로서, 상기 자속 밀도는 이웃한 구역 간에 반경 방향 방위로 교호하는 것인, 다수의 자기장 발생원, 및 (C) 로렌쯔 힘(Lorentz force)이 어느 지점에서나 동일한 회전 감각을 갖도록 전류를 다수 개의 구역을 순차적으로 통과하도록 안내하기 위한 수단.MP family devices share three basic structural features: (A) Mechanically fused but electrically isolated and of constant diameter, which may be a monolithic rotor or a set of concentric rotors. A generally cylindrical rotor, which may be composed of a concentric rotor layer that is not required to have a cylindrical rotor, comprising: a cylindrical rotor capable of carrying current substantially in the axial direction but not carrying current in the circumferential direction; (B) a plurality of magnetic field sources surrounding the outer and inner sides of the rotor to set the magnetic flux density (B) in the plurality of axially extending zones of the rotor wall, the magnetic flux densities alternating radially between neighboring zones. And (C) means for guiding the current through the multiple zones sequentially so that the Lorentz force has the same sense of rotation at any point.

전술한 개괄적인 설명에 의거하여, 통상적으로, MP 및 MP-Plus 기기는 공통의 회전 축선에 중심이 맞춰진 세 개의 동심(회전상 대칭적이지만 단순히 원통형으로 형성될 필요는 없는) 관을 포함한다. 이 관은 외부 및 내부 자석 관과 로터 또는 로터 셋트인데, 상기 외부 및 내부 자석 관에는, 강한 반경 방향 자속(B)의 축 방향 연장 구역을 형성하기 위해 반경 방향으로 상호 관련된 대향하는 자극이 이웃한 열의 극성이 교호하는 상태로 간극을 가로질러 서로 마주보도록, 축 방향으로 줄을 지어 연장하는 영구 자석 형태의 자기장 발생원이 체결되어 있고, 상기 로터 또는 로터 세트는 상기 구역에서 전류가 흐를 수 있도록 하며 내부 및 외부 자석 관 사이의 간극에 줄지어 있는 쌍을 이룬 자극에 대해 상대 회전 가능하다.Based on the above general description, MP and MP-Plus devices typically comprise three concentric tubes (rotating symmetrically but not necessarily cylindrical) centered on a common axis of rotation. This tube is an outer and inner magnet tube and a rotor or a set of rotors, the outer and inner magnet tube having adjacent mutually correlated opposing magnetic poles to form an axially extending region of a strong radial magnetic flux (B). A magnetic field source in the form of permanent magnets extending in an axial direction is fastened so as to face each other across the gap with alternating polarities of the heat, the rotor or the rotor set allowing current to flow in the zone and And relative rotation to the paired magnetic poles lining the gap between the outer magnet tubes.

이미 지적한 바와 같이, 자석 관 내부의 자석은 규칙적인 간격의, 축 방향 연장 "구역"을 생성하도록 배열되어 있고, 그 신호가 구역과 구역 사이에서 교호하는 반경 방향의 자속 밀도가 그 구역을 통과하며, 구역 사이에는 자속이 없는 간극이 있다. 그 외에도, 간단한 MP 및 MP-Plus 기기는 전류가 상기 구역의 법선 방향이 아닌 평행한 방향으로만 흐르도록 하는 "전류 채널링" 로터와, 전류의 방향이 자속(B)의 방향이 변경됨에 따라 변경되도록 복수 개의 구역을 통하여 "차례로" 순차적으로 전류를 안내함으로써 전류 상의 로렌쯔 힘 회전 방향이 모든 연속적인 전류 "차례"에 대해 동일해지도록 하는 수단을 포함한다. As already pointed out, the magnets inside the magnet tube are arranged to create an axially extending “zone” of regular intervals, the radial magnetic flux density of which signal alternates between zones and passes through the zones. There is a gap of no magnetic flux between the two sections. In addition, simple MP and MP-Plus instruments have a "current channeling" rotor that allows current to flow only in parallel rather than in the normal direction of the zone, and the direction of the current changes as the direction of the magnetic flux (B) changes. And means for guiding the current "in turn" sequentially through the plurality of zones so that the direction of Lorentz force rotation on the current is the same for all successive current "turns."

간단한 MP 기기에 있어서, 다수 개의 구역을 통하여 순차적으로 전류를 안내하기 위한 수단은 로터 외면의 슬립 링상에서 활주하는, 일 구역의 각각의 단부에 위치한 전기 브러쉬로서, 짝 상호 작용(pair-wise) 방식으로 전기적으로 연결되어 있다. MP-Plus 기기에 있어서는, 이들 브러쉬의 대부분이 이웃한 로터의 이웃한 구역의 등가의 지점을 연결하는 "플래그(flag)"로 대체된다. 전술한 특징에 따르면, MP-Plus 기기뿐만 아니라 간단한 MP 기기는 동극 형태를 취하여, 다시 말해 기기의 작동 동안 기기 내부의 전류 경로가 정상 상태로 남아 있다. 이러한 특징으로 인해, 이들 기기는 정류 교류 또는 3-상 전류에 반대되는 직류로 작동되는 경우 극히 낮은 전자 노이즈 레벨을 제공하여, 다시 말해 군용 "스텔스(stealth)"에서의 사용이 허용되므로 미국 해군에서 높이 평가받은 바 있다. 사실상, 간단한 MP 및 MP-Plus 기기는, 전기 모터 모드에서는 직류뿐만 아니라 정류 교류 및/또는 3-상 전류로 작동될 수도 있지만, 발전기 모드에서는 오직 직류만을 생성할 수 있다. 따라서, 이들 기기는 직류에 "적합"한 것으로 기술되는 것이 최선책이다.In a simple MP instrument, the means for guiding current sequentially through a plurality of zones is an electric brush located at each end of a zone, which slides on a slip ring on the outer surface of the rotor, in a pair-wise manner. Is electrically connected. For MP-Plus devices, most of these brushes are replaced with "flags" connecting the equivalent points of the neighboring zones of the neighboring rotors. According to the above features, not only the MP-Plus device but also the simple MP device takes the form of a pole, that is, the current path inside the device remains normal during the operation of the device. Due to this feature, these devices provide extremely low levels of electronic noise when operated with rectified alternating current or direct current as opposed to three-phase current, which means that they are allowed to be used in military "stealth", so the US Navy It was highly appreciated. In fact, simple MP and MP-Plus devices may operate with rectified alternating current and / or three-phase current as well as direct current in electric motor mode, but can only generate direct current in generator mode. Therefore, it is best that these appliances be described as "suitable" for direct current.

본 발명은 위에 (A), (B), (C)로 표시된 기본 특징을 갖추고 있으며, 다만 전술한 금속제 "전류 채널링" 로터가 폭 및 간격이 상기 구역의 폭 및 간격과 일치하는 다수 개의 축 방향으로 연장하는 섹션을 통하여 연속적인, 길이 방향으로 연장하는 세장형 전도체 섹션인 더빙형 "S-리본"을 포함하는 로터로 대체된다. 기기의 회전시, 즉, S-리본의 연속 세그먼트가 다수 개의 이웃한 구역을 통과하는 경우, 간극 및 다음 세트의 이웃한 구역으로의 통로에 작용하는 결과적으로 야기된 EMF는 교류이므로, 본 발명에 따른 기기는 동극이 아니라, 단일 S-리본을 이용한 교류에 "적합"한, 또는 세 개의 규칙적으로 배치된 독립적인 S-리본을 사용하는 3-상 전류에 "적합"한 기기이다. 따라서, 본 발명은 간단한 MP 및 MP-Plus 기기에 사용되는 바와는 상이한 로터 디자인에 기초하고 있다. 그렇다 하더라도, 본 발명에 따른 기기는 MP 기기의 이미 열거한 (A) 및 (B)의 특징을 공유하며, 따라서, 다극(MP) 전기 기기과에 속하는 것으로 말할 수 있다. The invention has the basic features indicated by (A), (B) and (C) above, provided that the above-described metal "current channeling" rotor has a plurality of axial directions in which the width and spacing coincide with the width and spacing of the zone. Is replaced by a rotor comprising a dubbed "S-ribbon", which is a continuous, longitudinally extending elongated conductor section through the section extending into the. At the time of rotation of the device, ie when successive segments of the S-ribbon pass through multiple neighboring zones, the resulting EMF acting on the gap and passage to the next set of neighboring zones is alternating and therefore The device accordingly is not a copper pole, but is a device that is "suitable" for alternating current with a single S-ribbon, or "suitable" for three-phase currents using three regularly arranged independent S-ribbons. Thus, the present invention is based on a different rotor design than that used in simple MP and MP-Plus devices. Even so, the device according to the invention shares the features of (A) and (B) already listed for the MP device, and thus can be said to belong to the multipolar (MP) electric device.

따라서, 본 발명의 일 목적은 교류 기기(MP-A 기기) 또는 3-상 전류 기기(MP-T 기기)를 포함하도록 MP 기기의 범위를 확장하는 것이다. 본 발명의 중요한 이차적인 목적은 간단한 MP 및 MP-Plus 기기에 의해 행해진 바와 같이 로터를 회전시키는 대신 자석 관을 회전시킴으로써 선택적으로 전기 브러쉬 및 슬립 링이 필요하지 않도록 하는 것이다.Accordingly, one object of the present invention is to extend the scope of MP equipment to include AC equipment (MP-A equipment) or three-phase current equipment (MP-T equipment). An important secondary object of the present invention is to selectively eliminate the need for an electric brush and slip ring by rotating the magnet tube instead of rotating the rotor as done by a simple MP and MP-Plus device.

본 발명에 따르면, 전술한 제1 목적은, 교류 및/또는 3-상 전류 기기로서 통상의 교류 및 3-상 기기와 상당히 유사한 방식으로 제어되는 다극(MP) 타입 기기를 제공하는 것이다. 이러한 목적은 회전 시에, 다수 개의 인접 구역 및 이들 인접 구역 사이의 간극과 실질적으로 번갈아 중첩하도록 형성된 적어도 하나의 전기 전도성 리본, 즉 더빙형 "S-리본"을 포함하는 로터에 의해 달성된다. 그 결과, 외부 전원 또는 싱크(sink)에 연결되는 경우, S-리본이 높은 자속의 복수 개의 구역을 따라 주기적으로 전류가 통하도록 하여, 이들 구역 내에서 그 전체 길이를 따라 동일한 회전 방향의 로렌쯔 힘을 발생시키거나 이 힘을 받게 된다. 그 후, 회전 시에, 그 길이를 크게 초과하여 또는 그 길이의 대부분에 걸쳐, S-리본은 구역과 간극 사이를 순환한다. 이 경우, 로렌쯔 힘 및 그에 따른 기기 토오크는 제로 지점으로의 최대 시계 방향 및 최대 반시계 방향 사이에서 교호한다. According to the present invention, the first object described above is to provide a multi-pole (MP) type device which is controlled in a manner very similar to a conventional alternating current and / or three-phase device as an alternating current and / or three-phase current device. This object is achieved by a rotor comprising at least one electrically conductive ribbon, ie a dubbed "S-ribbon", which, upon rotation, is formed to substantially alternate with a plurality of adjacent zones and the gap between these adjacent zones. As a result, when connected to an external power source or sink, the S-ribbon allows current to flow periodically across a plurality of zones of high magnetic flux, such that Lorentz forces in the same direction of rotation along their entire length within these zones Or you will receive this power. Then, in rotation, the S-ribbon circulates between the zone and the gap, greatly over or over most of its length. In this case, the Lorentz force and thus the machine torque alternate between the maximum clockwise and maximum counterclockwise directions to the zero point.

또한, 본 발명의 제2 목적, 즉, 전기 브러쉬를 필요로 하지 않는 MP 기기는 전술한 바와 같이 제조된 자석 관과 로터 사이의 상대 이동이 반대가 되도록 하여 두 개의 자석 관은 기기 축에 의해 회전(또는 중심 축이 없다면 정지 상태의 주변부에 대해 어느 일 속도로)하고 로터는 정지 상태가 되도록 함으로써 달성된다. 또한, 로터 상의 어느 선택 지점이 쌍을 이룬 자극 사이의 일 자속 구역으로부터 간극을 통해 반대 방향의 자기장을 갖는 다음 구역으로 통과하는 경우 S-리본과 자석 사이의 상대 운동에 의해 로렌쯔 힘이 진동이 야기된다.In addition, the second object of the present invention, i.e., an MP device which does not require an electric brush, is such that the relative movement between the magnet tube and the rotor manufactured as described above is reversed so that the two magnet tubes are rotated by the machine axis. (Or at any speed relative to the periphery of the stationary state if there is no central axis) and the rotor is attained. In addition, the Lorentz force is caused by the relative motion between the S-ribbon and the magnet when any selected point on the rotor passes from the one flux zone between the paired poles to the next zone with the opposite magnetic field through the gap. do.

전술한 바와 같은 단일 S-리본을 포함하는 MP 기기는 교류에 의해 작동될 수 있으며 또는 발전기 모드에서는 교류를 운반하므로, 이미 언급한 바와 같이 더빙형 MP-A 기기이다. 두 개의 유사한, 규칙적인 간격의 S-리본을 로터 내에 성형함으로써, 기기는 각기 서로 독립적으로 사용될 수도 있는 두 개의 탈위상 교류를 발생시킨다. 세 개의 유사한 S-리본이 로터 내에 동일 극성의 이웃한 구역의 간격의 1/3 지점에 마련되어 있는 구성의 경우에는, 기기가 발전기 모드에서는 3-상 전력을 발생시키며 모터 모드에서는 3-상 전류에 의해 작동될 수 있다. 이러한 기기는 더빙형 MP-T 기기이다. MP-A 및 MP-T 기기의 토오크 뿐만 아니라 속도는, MP 및 MP-Plus 기기에서와 같이 전압 및 전류를 제어하는 대신, 인버터를 통해, 즉 주파수를 통해 제어될 수도 있다.MP devices comprising a single S-ribbon as described above can be operated by alternating current or carry alternating current in the generator mode and, as already mentioned, are dubbing MP-A instruments. By forming two similar, regularly spaced S-ribbons in the rotor, the device generates two dephase alternations, which may each be used independently of one another. In a configuration where three similar S-ribbons are provided within the rotor at one-third of the spacing of adjacent zones of equal polarity, the appliance generates three-phase power in generator mode and three-phase current in motor mode. Can be operated by Such a device is a dubbing MP-T device. The torque as well as the torque of the MP-A and MP-T devices may be controlled via an inverter, ie via frequency, instead of controlling voltage and current as in the MP and MP-Plus devices.

모터 모드에서, MP-A 및 MP-T 기기는 갑자기 변경된 전환 직류에 의해 구동될 수 있음에 주목하여야 한다. MP-A 및 MP-T 기기 모두 동극이 아니며, 다시 말해 전기 노이즈를 방출한다. 그러나, MP-A 및 MP-T 기기의 전자기 노이즈 레벨은 적당한 수준으로, 이는 (i) 회전 자석 관 내부의 2극성 자극 배치에 의해 MP-A 및 MP-T 기기의 자기장의 범위가 줄어들기 때문이며, 또한, (ii) S-리본의 이웃한 평행 세그먼트에서의 전류 방향이 일 턴으로부터 다음 턴으로 교호하여 전류의 전자기장의 범위가 줄어들기 때문이다.It should be noted that in the motor mode, the MP-A and MP-T devices can be driven by a suddenly changed switching direct current. Neither the MP-A nor the MP-T device is the same pole, ie it emits electrical noise. However, the electromagnetic noise level of the MP-A and MP-T instruments is at an acceptable level, because (i) the magnetic field range of the MP-A and MP-T instruments is reduced by the placement of the bipolar magnetic pole inside the rotating magnet tube. In addition, (ii) the direction of current in adjacent parallel segments of the S-ribbon alternates from one turn to the next, thereby reducing the range of the electromagnetic field of the current.

본 발명의 보다 완벽한 이해 및 이에 수반되는 다양한 장점이 이하의 첨부 도면과 연계하여 후술하는 상세한 설명을 참조함으로써 명확히 이해될 수 있을 것이다.DETAILED DESCRIPTION A more complete understanding of the present invention and the various advantages that accompany it may be clearly understood by reference to the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings.

도 1은 MP, MP-Plus, MP-A 또는 MP-T 기기의 일부를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a part of an MP, MP-Plus, MP-A or MP-T device.

도 2a는 로터가 축에 견고하게 연결되어 축과 함께 회전하는 동안 자석 관은 정지 상태에 있는 MP 기기의 개략적인 단면도이다.2A is a schematic cross-sectional view of an MP device in which the magnet tube is stationary while the rotor is rigidly connected to the shaft and rotates with the shaft.

도 2b는 자석 관이 축에 견고하게 연결되어 축과 함께 회전하는 동안 로터는 정지 상태에 있는 MP 기기의 개략적인 단면도이다.2B is a schematic cross-sectional view of an MP device in which the rotor is stationary while the magnet tube is rigidly connected to the shaft and rotates with the shaft.

도 3a는 로터가 절연 재료로 이루어지고 S-리본이 그 내부에 매입되어 있는, 도 2a에 도시된 기기의 부분 절개 사시도.FIG. 3A is a partial cutaway perspective view of the device shown in FIG. 2A, wherein the rotor is made of insulating material and an S-ribbon is embedded therein; FIG.

도 3b는 로터가 절연 재료로 이루어지고 S-리본이 그 내부에 매입되어 있는, 도 2b에 도시된 기기의 부분 절개 사시도.FIG. 3B is a partial cutaway perspective view of the device shown in FIG. 2B with the rotor made of insulating material and an S-ribbon embedded therein; FIG.

도 4a는 MP-T 기기의 로터 내부의 세 개의 S-리본을 도시한 개략적인 평면도.4A is a schematic plan view showing three S-ribbons inside the rotor of an MP-T device;

도 4b 및 도 4c는 MP-T 기기의 로터 내부의 세 개의 층으로 구성된 S-리본(도 4b)과 두 개의 층으로 압축된 S-리본(도 4c)의 평평한 형태를 도시한 단면도.4B and 4C are cross-sectional views showing a flat form of an S-ribbon (FIG. 4B) consisting of three layers inside the rotor of the MP-T device (FIG. 4B) and an S-ribbon compressed in two layers (FIG. 4C).

도 4d는 기계적으로는 융화되어 있지만 전기적으로는 절연되어 있는 세 개의 동심 로터 층으로 이루어진 로터를 구비한 MP-A 기기에서의 전류 흐름을 다소 개략적으로 도시한 도면.FIG. 4D is a schematic diagram of the current flow in an MP-A device having a rotor consisting of three concentric rotor layers mechanically fused but electrically isolated.

도 5a는 플러그 삽입을 위한 원형 홀을 포함하는, 도 4a의 X-X의 선 위 또는 아래의, 로터 테두리에서의 S-리본의 상호 절연된 인접 부분을 도시한 도면.5A shows an insulated adjacent portion of an S-ribbon at the rotor rim, above or below the line of X-X of FIG. 4A, including a circular hole for plug insertion.

도 5b는 로터 테두리에서의 S-리본 위치를 보여주는, 로터 본체 단면의 가능한 S-리본 배치를 도시한 도면.5B shows a possible S-ribbon placement of the rotor body cross section showing the S-ribbon position at the rotor rim.

도 5c는 S-리본의 인접한 측면 사이에 전기 접속을 설정하는, 도 5a의 원형 홀 중 하나용의 스크류-인 플러그를 도시한 단면도.FIG. 5C shows a cross-sectional view of a screw-in plug for one of the circular holes of FIG. 5A, establishing an electrical connection between adjacent sides of the S-ribbon. FIG.

도 5d 및 도 5e는 도 5a 및 도 5b와 유사하지만, 보다 간소화되고 보다 비용 효율적인 구성을 도시한 도면.5D and 5E are similar to FIGS. 5A and 5B but showing a more simplified and more cost effective configuration.

도 5f는 도 5d에서와 같이 구성되었지만, X-X 선에서, 로터 본체로부터 테두리의 S-리본 부분의 각각의 측면으로 공급되는 완만하게 꼬인 단일 와이어 번들이 아닌 세 개의 S-리본 부분을 테두리에 구비한 로터의 일부를 도시한 평면도.FIG. 5F is configured as in FIG. 5D, but at line XX, the edge is provided with three S-ribbon portions, rather than a gently twisted single wire bundle fed from the rotor body to each side of the S-ribbon portion of the rim. Top view showing part of the rotor.

도 6a는 원형 홀 대신 타원형 홀을 도시한 도 5a의 확대도.6A is an enlarged view of FIG. 5A showing an elliptical hole instead of a circular hole.

도 6b는 외부와 S-리본의 인접부 사이의 독립적인 전기 접속을 설정하기 위한 "드롭-인 플러그"를 도시한 단면도.FIG. 6B illustrates a cross-sectional view of a “drop-in plug” for establishing an independent electrical connection between the exterior and the adjacent portion of the S-ribbon. FIG.

도 6c는 외부 및 S-리본의 우측부가 아닌 좌측부 사이의 전기 접속을 설정하기 위한 드롭-인 플러그를 도시한 단면도.FIG. 6C is a cross-sectional view of a drop-in plug for establishing an electrical connection between the outside and the left side rather than the right side of the S-ribbon; FIG.

도 7은 정지 상태의 자석 관, 플레어형 로터 및 내측 프로펠러를 구비하며 중심 축이 없는, 유체 펌핑용 MP, MP-Plus, MP-A 또는 MP-T 기기의 단면도. FIG. 7 is a cross-sectional view of a MP, MP-Plus, MP-A or MP-T device for fluid pumping, with a magnet tube in stationary state, a flared rotor and an inner propeller and without a central axis. FIG.

도 8은 프로펠러의 배치가 상이한 점을 제외하고는 도 7과 동일한 단면도.FIG. 8 is a cross sectional view similar to FIG. 7 except that the arrangement of the propellers is different; FIG.

도 9는 배를 형상의 로터 및 외측 프로펠러를 구비한 점을 제외하고는 도 7과 동일한 도면.FIG. 9 is the same view as FIG. 7 except that the ship has a rotor shaped rotor and an outer propeller;

도 10은 MP-A 및 MP-T 기기용의 가능한 자석 배치를 도시한 도면. 10 shows a possible magnet arrangement for MP-A and MP-T instruments.

이하에서는, 여러 개의 도면 전체에 걸쳐 동일하거나 대응하는 부분에 대해서는 유사한 도면 부호가 매겨진 도면을 참조하여, 본 발명이 보다 상세히 설명된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings, in which like reference numerals refer to like or corresponding parts throughout the several views.

MPMP -A 및 -A and MPMP -T 기기의 기본 구조 및 냉각-T device basic structure and cooling

도 1에는 기기 축(10)과, 로터(2)와, 내부 및 외부 자석 관(5, 6)을 포함하는 MP 기기의 기본적인 기하학적 형태가 단면도로 도시되어 있다. 자석 배치는 선택적인 것으로서, 본원에서는 자석 개개의 자기화 방향을 보여주는 N 및 S 부호("북" 및 "남"을 일컬음)로 지시된 바와 같은 반경 방향 및 접선 방향으로 교대로 배치된 홀바흐(Hallbach) 자석 배치가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 내부 자석(5) 상에 S-극이 그리고 외부 자석(6) 상에 N-극이 서로 마주하도록 교대로 배치되어 있으며 그 반대도 가능하다. 이러한 쌍을 이룬 자극 사이의 영역이 바로, 일 구역으로부터 다음 구역으로 방향 감각이 변경되는 강력한 반경 방향 자속 밀도(B)를 가진 "구역(zone)"이며, 이들 구역 사이의 공간이 자속이 낮거나 없는 "간극"이다.In Fig. 1 the basic geometry of an MP device including an instrument shaft 10, a rotor 2 and internal and external magnet tubes 5, 6 is shown in cross section. The magnet arrangement is optional, with alternating holes and radial directions such as indicated by the N and S symbols (referred to as "north" and "south") to show the magnetization direction of the individual magnets herein. Hallbach) magnet arrangement is shown. As shown, the S-poles on the inner magnet 5 and the N-poles on the outer magnet 6 are alternately arranged to face each other and vice versa. The area between these paired magnetic poles is the "zone" with a strong radial magnetic flux density (B) that changes the sense of direction from one zone to the next, and the space between these zones is low There is no "gap".

로터(2)의 각 측면 상의 이웃한 반경 방향 자석 사이의 채널(45, 46)이 축 방향으로의 냉각 유체의 채널링을 위해 바람직하게 사용될 수도 있다. 선택적으로, 이러한 채널은 도 1에서와 같이 로터 표면에 개방되거나, 예를 들어, 상당히 얇은 플라스틱 시트 재료로 이루어진 몇몇 배리어에 의해 폐쇄될 수도 있다.Channels 45, 46 between adjacent radial magnets on each side of the rotor 2 may preferably be used for channeling cooling fluid in the axial direction. Optionally, such channels may be open to the rotor surface as in FIG. 1 or closed by several barriers, for example made of fairly thin plastic sheet material.

바람직한 실시예에 있어서, 채널은 도 1에서와 같이 개방된 상태로 남아 있으며, 냉각 유체는 기체 대신 액체로서, 예를 들어, 공기 대신 물이다. 물을 사용함으로써 가능한 냉각 효율이 증가 된다. 이러한 태양의 MP 기기에 대해서는 이하의 특허 출원 참조 문헌 1에 논의되어 있다.In a preferred embodiment, the channel remains open as in FIG. 1 and the cooling fluid is liquid instead of gas, eg water instead of air. The use of water increases the possible cooling efficiency. The MP device of this aspect is discussed in Patent Application Reference 1 below.

단면적(Ac)을 갖는 냉각 채널을 통해 속도(vc)로 유동하여 초당 Vc=Acvc의 체 적으로 냉각제를 이송하는 경우, 냉각제의 온도 증가(ΔT)에 따라 이하의 비율로 열이 제거된다.When the coolant is flowed through a cooling channel having a cross-sectional area (A c ) at a speed (v c ) and the volume of V c = A c v c per second, the coolant is transferred at the following rate according to the temperature increase (ΔT) of the coolant. The heat is removed.

Figure 112008021109061-PCT00001
Figure 112008021109061-PCT00001

여기서, d는 기계 밀도이며, c는 냉각제의 비열이다. 냉각제로서 물이 사용된 경우, d는 103kg/m3이며, c는 1cal(g℃)=4.2[joule]/10-3[kg℃]이므로 다음과 같이 나타내어진다.Where d is the mechanical density and c is the specific heat of the coolant. When water is used as the coolant, d is 10 3 kg / m 3 , and c is 1 cal (g ° C.) = 4.2 [joule] / 10 −3 [kg ° C.].

Figure 112008021109061-PCT00002
Figure 112008021109061-PCT00002

따라서, 예를 들어, 유입구와 유출구 사이의 온도 상승이 ΔT=10℃ 이고, Vc=0.1 liter/sec=10-4m3/sec에 대한 vc=1m/sec=2.3mph의 유량에서 구역당 Ac=1cm2의 간극 면적을 통과하는 물을 이용한 냉각을 통해

Figure 112008021109061-PCT00003
Figure 112008021109061-PCT00004
의 비율로 열을 제거하게 된다. 마찰 및 주울 열로 인한 기기 손실(£)이 통상 기기 전력의 단지 5% 이하 정도인 경우, 이것은 구역당 1cm2의 면적의 냉각 채널을 통과하여 전술한 1m/s의 속도로 유동하는 물이 10℃ 온도 상승시 구역당 WM>∼100hp 의 비율로 기기를 적절하게 냉각시키는 것을 의미한다. 이러한 냉각율은 모든 상당한 크기의 기기의 요구를 충족시킬 수 있는 수준이다. 이를 테면, Nz=100 개의 구역을 갖춘 유틸리티에 대해 WM=100,000hp 인 기기는 Ac=10cm2의 면적을 통과하는 물의 1m/sec의 유량을 필요로 하거나, 냉각 채널의 단면적이 보다 작은 경우에는 적당히 보다 빠른 유량이나 보다 높은 온도 상승을 필요로 할 수도 있다. 상기 수학식 1의 cd가 물의 cd보다 1,000배 작은 수준이지만 유사한 펌핑 에너지 소비율에서 상당히 보다 빠른 유량을 나타낼 수 있는 공기를 이용한 냉각도 마찬가지로 효과적일 수 있다. 이러한 고려 사항은, 로터가 로터 표면에 평행하며 열류를 가로지르는 S-리본 사이의 절연체뿐만 아니라 절연 재료에 의한 적용 범위로 인해 다소 뜨거워질 수도 있다는 점을 제외하면, 로터의 특정 구조와 무관하게 적용되며, 이에 따라 MP-A 및 MP-T 기기에도 적용 가능하다. 그렇다 하더라도, 통상 로터의 벽 두께가 얇으며 로터 내에서 다량의 폐열이 발생한다는 사실을 고려할 때, 냉각은 항상 용이하게 달성될 수 있어야 한다.Thus, for example, the temperature rise between the inlet and the outlet is ΔT = 10 ° C. and at a flow rate of v c = 1 m / sec = 2.3 mph for V c = 0.1 liter / sec = 10 −4 m 3 / sec. per through cooling using the water passing through the clearance area of the Ac = 1cm 2
Figure 112008021109061-PCT00003
Figure 112008021109061-PCT00004
The heat is removed at the ratio of. If the instrument losses due to friction and joule heat are typically only 5% or less of the instrument's power, this means that the water flowing through the cooling channel at an area of 1 cm 2 per zone and flowing at the rate of 1 m / s described above at 10 ° C. When temperature rises, this means adequate cooling of the instrument at a rate of W M > -100 hp per zone. This cooling rate is such that it can meet the needs of all significant sizes of equipment. For example, an instrument with W M = 100,000 hp for a utility with N z = 100 zones requires a flow rate of 1 m / sec of water through an area of A c = 10 cm 2 , or a smaller cross-sectional area of the cooling channel. In some cases, a moderately faster flow rate or higher temperature rise may be required. Equation 1 above is about 1,000 times smaller than cd of water, but cooling with air can also be effective, which can result in significantly faster flow rates at similar pumping energy consumption rates. These considerations apply irrespective of the specific structure of the rotor, except that the rotor may be somewhat hot due to the coverage by the insulating material as well as the insulation between the S-ribbons parallel to the rotor surface and across the heat flow. Accordingly, it is also applicable to MP-A and MP-T devices. Even so, given the fact that the wall thickness of the rotor is usually thin and a large amount of waste heat is generated in the rotor, cooling should always be easily achieved.

물이 노출될 경우를 고려하여, MP-A 및 MP-T 기기의 모든 표면은 페인트, 바니시, 래커와 같은 영구적인, 매끄러운 내부식성의 저마찰 덮개 재료, 또는 기타 다른 소정의 적당한 방식으로 페인팅, 분무 또는 도포될 수도 있는 기타 보호 피복재에 의해 보호되는 것이 바람직하다. 내부 및 외부 자석 관 표면뿐만 아니라 로터 표면상의 이러한 표면 피복재는 기기의 내부 단락 회로를 방지하는 동시에, 로터와 자석 관의 원활한 상대 운동을 보조한다.In consideration of exposure to water, all surfaces of MP-A and MP-T instruments may be painted in a permanent, smooth, corrosion-resistant low-friction cover material such as paint, varnish, lacquer, or any other suitable manner; It is preferred to be protected by other protective coatings which may be sprayed or applied. This surface covering on the rotor surface as well as on the inner and outer magnet tube surfaces prevents internal short circuits of the device, while at the same time assisting the smooth relative movement of the rotor and the magnet tube.

회전 rotation 로터Rotor 대 회전Stand rotation 자석 관에 대한 일반적인 고려 사항 General Considerations for Magnetic Tubes

도 2 및 도 3은 간단한 원통형 MP 기기의 두 가지 가능한 기본적인 기하학적 형태를 설명하고 있다. 즉, (i) 정지 상태의 자석 관 사이 간극의 회전 로터(도 2a 및 도 3a)와, (ii) 정지 상태의 로터와 회전하는 외부 및 내부 자석 관(도 2b 및 도 8b)이 그것이다. 첫 번째 경우, 즉 도 2a에 있어서, 로터(2)는 구동부(61)를 통해 기기의 축(10)에 견고하게 체결되어, 모터 모드에서는 축을 회전 구동시키며, 발전기 모드에서는 축에 의해 구동된다. 한편, 도 2a에서, 자석 관(5, 6)은 저마찰 베어링(35)을 통해 축에 중심이 맞춰져 있지만 주변부, 예를 들어 기기의 기부 판(19)에 지지부(25)를 통해 기계적으로 고정되어 있다. 두 번째 경우, 즉 도 2b에서는 반대 방식으로 되어 있다. 각각의 모터 모드 및 발전기 모드에서, 자석 관(5, 6)은 부품(29, 180)을 통해 축(10)에 견고하게 결합되어 축(10)을 구동시키거나 축에 의해 구동된다. 로터(2)는 부품(181)과 저마찰 베어링(35)을 통해 축(10)에 중심이 맞춰져 있지만 축(10)에 의해 회전하지는 않는다. 도시된 바와 같이 상이한 전원에 의해, 즉 도 2a에서는 직류로 그리고 도 2b에서는 교류로, 모든 MP-기기의 경우에서와 같이 전류가 로터를 통과하여 흐르며, 따라서, 도 2a의 경우에는 전류가 브러쉬(27(n))에 의해 이동 로터(2)에 공급된다. 그러나, 도 2b에 도시된 바와 같이, 모터 모드에서는 전류가 정지 단자를 통해 정지 로터에 공급될 수도 있으며, 또는 동일한 정지 단자를 통해 로터로부터 전력이 발생할 수도 있다.2 and 3 illustrate two possible basic geometries of a simple cylindrical MP device. That is, (i) the rotating rotor (Figs. 2A and 3A) of the gap between the magnet tubes in the stationary state, and (ii) the outer and inner magnet tubes (Figs. 2B and 8B) rotating with the rotor in the stationary state. In the first case, namely in FIG. 2 a, the rotor 2 is firmly fastened to the shaft 10 of the device via a drive 61, rotating the shaft in motor mode and driven by the shaft in generator mode. On the other hand, in FIG. 2 a, the magnet tubes 5, 6 are centered on the shaft via the low friction bearing 35 but are mechanically fixed via the support 25 to the periphery, for example the base plate 19 of the machine. It is. In the second case, that is, in FIG. 2B, the opposite is true. In each motor mode and generator mode, the magnet tubes 5, 6 are rigidly coupled to the shaft 10 via the components 29, 180 to drive or be driven by the shaft 10. The rotor 2 is centered on the shaft 10 via the part 181 and the low friction bearing 35 but is not rotated by the shaft 10. As shown, the current flows through the rotor, as in the case of all MP-devices, by means of a different power source, i.e. by direct current in FIG. 2a and by alternating current in FIG. 2b. 27 (n)) to the moving rotor 2. However, as shown in FIG. 2B, in the motor mode, current may be supplied to the stop rotor through the stop terminal, or power may be generated from the rotor through the same stop terminal.

만족스럽지 않을 수도 있긴 하지만, 중심 축이 필요하지 않을 수도 있으며, 또한 기기의 기타 다른 주변 정지 부품에 대한 고정 방식이 회전 구성 요소의 중심을 맞추는 데에도 사용될 수 있음을 알 수 있다. 여하튼, 기계적인 관점에서 보 면, 로터 또는 자석 관은 기기의 축과 함께 회전할 수도, 회전하지 않을 수도 있다. 이하에는 몇몇 일반적인 적절한 고려 사항을 후술하기로 한다.Although unsatisfactory, it may not be necessary to have a central axis, and it can also be seen that fixing to other peripheral stationary parts of the appliance can also be used to center the rotating component. In any case, from a mechanical point of view, the rotor or magnet tube may or may not rotate with the axis of the appliance. Some general suitable considerations are described below.

간단한 MP 기기는 회전상 대칭적인 로터뿐만 아니라 회전상 대칭적인 자석 관을 구비한다. 정지 단자에 의해 외부 전원 및/또는 소비체에 부과되는 비대칭성은 로터를 회전시킴으로써 즉각적으로 조정되며, 전류는 전기 브러쉬에 의해 로터에 공급되며 및/또는 로터로부터 발생된다. 또한, MP-Plus 기기는 회전상 대칭적인 로터를 구비하지만, 또한 비대칭적인 자석 관을 구비한다. 이러한 구성에 의하면, N/S/ N/S 자극 쌍이 나란히 배치되어, 이들 자극에 대해 전원 단자는 정지 상태로 남아 있어야 한다. 이러한 구성은 다시, 활주 브러쉬에 의해 외부에 연결된 로터를 회전시킬 것을 필요로 한다. 그러나, MP-A 및 MP-T 기기는 회전상 대칭적인 자석 관을 구비하긴 하지만, 그 로터는 내부에 이른바 S-리본 또는 S-리본 섹션이 그 단부가 구역을 초과하여 돌출하는 상태로 비대칭적으로 설치되어 있다. 이러한 형태에 따르면, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 로터와 관 모두가 회전할 수 있다. 그러나, 회전 로터와 정지 전원 및/또는 소비체 사이의 상호 연결은 다시, 도 3a에 도시된 바와 같이, 활주 전기 브러쉬를 필요로 한다. 반면, 도 3b에 도시된 바와 같이, 정지 단자에 의해 정지 슬립 링이 제공될 수 있으므로, 슬립 링과 브러쉬의 사용을 배제할 수 있게 된다.The simple MP device has a rotationally symmetrical rotor as well as a rotationally symmetrical magnet tube. The asymmetry imposed on the external power source and / or consumer by the stop terminal is immediately adjusted by rotating the rotor, and current is supplied to the rotor by an electric brush and / or generated from the rotor. The MP-Plus device also has a rotor symmetrically in rotation, but also has an asymmetric magnet tube. With this arrangement, the N / S / N / S pole pairs are arranged side by side so that the power supply terminals must remain stationary for these poles. This configuration, in turn, requires rotating the rotor connected to the outside by a sliding brush. However, although MP-A and MP-T instruments have a magnet tube which is rotationally symmetrical, the rotor is asymmetrical with the so-called S-ribbon or S-ribbon section protruding beyond the zone. It is installed. According to this configuration, as shown in FIGS. 3A and 3B, both the rotor and the tube can rotate. However, the interconnection between the rotary rotor and the stationary power source and / or the consumer again requires a sliding electric brush, as shown in FIG. 3A. On the other hand, as shown in FIG. 3B, the stop slip ring can be provided by the stop terminal, thereby eliminating the use of the slip ring and the brush.

요약하자면, 한편으로는 MP 기기와 MP-Plus 기기 사이의, 다른 한편으로는 MP-A 기기와 MP-T 기기 사이의 기본적인 차이는 로터(2)의 형태에 있다. MP 및 MP-Plus 기기의 로터는 이미 지적한 바와 같이 회전상 대칭적인 반면, MP-A 기기의 로터는 전기 절연 매트릭스 형태의 적어도 하나의 전도성 S-리본(172)을 포함하며(도 3 참조), MP-T 기기의 로터는 각기 전류의 유입 및 유출을 위한 두 개의 단자를 구비하는, 어느 하나의 연속적인 일련의 구역 형태(도 4 참조)의 세 개의 규칙적인 간격의 S-리본을 포함한다. In summary, the basic difference between the MP device and the MP-Plus device on the one hand and between the MP-A device and the MP-T device on the other is in the form of the rotor 2. The rotors of the MP and MP-Plus devices are rotationally symmetrical as already pointed out, while the rotors of the MP-A devices comprise at least one conductive S-ribbon 172 in the form of an electrically insulating matrix (see FIG. 3), The rotor of the MP-T device comprises three regularly spaced S-ribbons in any one continuous series of zone types (see FIG. 4), each having two terminals for the inflow and outflow of current.

MPMP -A 및 -A and MPMP -T 기기의 작동-T operation of the instrument

자석 관과 로터 사이의 상대 회전 과정 중에, S-리본의 축 방향으로 정렬된 부분은 주기적으로 반경 방향 자속 구역, 자속이 없는 간극, 극성이 전도된 자속 구역, 그리고 다시 간극을 통과하여 항상 원위치로 오게 되며, 어느 하나의 S-리본의 이웃한 구역의 상이한 부분으로 인해 로렌쯔 힘이 동일한 회전 감각을 가지며 전압이 부가되도록 되어 있다. 그 결과, S-리본은 교호 전압을 발생시키거나 이의 영향을 받게 된다. 로터의 단일 S-리본은 발전기로서 사용된 경우에는 간단한 교류 전류를 발생시키며, 모터로 사용된 경우에는 간단한 교류 전류에 의해 구동될 수도 있다.During the relative rotation between the magnet tube and the rotor, the axially aligned portion of the S-ribbon periodically passes through the radial magnetic flux zone, the non-magnetic flux gap, the polarized magnetic flux zone, and again through the gap and always to its original position. The different parts of the neighboring regions of either S-ribbon cause the Lorentz forces to have the same sense of rotation and to add voltage. As a result, the S-ribbon generates or is affected by alternating voltages. A single S-ribbon of the rotor generates a simple alternating current when used as a generator and may be driven by a simple alternating current when used as a motor.

균일한 간격의 축 방향 섹션을 갖춘, 동일 로터 내의 두 개의 유사하지만 상호 절연되어 있는 S-리본을 사용함으로써, 두 개의 독립적인 전압이 유도되며 이들 전압은 90°의 위상차를 나타낸다. 따라서, 이러한 S-리본을 두 개 구비한 발전기는, 주파수 및 전력이 동일하다 하더라도, 두 개의 독립적인 전원으로서 사용될 수도 있다. 마찬가지로, 입력 전원의 위상을 제어할 수 있는 경우에는, 두 개의 S-리본을 구비한 모터는 제어 주파수가 동일한 하나 또는 두 개의 전원에 의해 선택적으로 구동되어, "자장 약화"와 등가의 방식으로 작동될 수 있다.By using two similar but mutually insulated S-ribbons in the same rotor, with evenly spaced axial sections, two independent voltages are induced and these voltages exhibit a phase difference of 90 °. Thus, a generator having two such S-ribbons may be used as two independent power sources, even if the frequency and power are the same. Similarly, where the phase of the input power source can be controlled, a motor with two S-ribbons is selectively driven by one or two power sources with the same control frequency, operating in a manner equivalent to "field weakening". Can be.

마지막으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 동일 기기 내의 세 개의 독립적인 균일한 간격의 유사한 S-리본의 경우에는 발전기 모드에서는 3-상 전류를 발생시키고, 모터 모드에서는 3-상 전류에 의해 작동될 수도 있다. 이러한 기기는 이미 위에서 지적한 바와 같이 더빙형 MP-T 기기이다. 이들 기기는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 정지 자석 관과 회전하는 S-리본 로터로 설계될 수 있으며, 이 경우에는 슬립 링과 브러쉬가 필요하다. 그러나, 도 3b에 도시된 바와 같이, 회전하는 자석 관과 함께 정지 S-리본 로터가 사용되는 경우에는, 슬립 링과 활주 전기 브러쉬가 불필요하다.Finally, as shown in Figure 4, three independent uniformly spaced similar S-ribbons in the same device generate three-phase current in generator mode and operate by three-phase current in motor mode. May be Such a device is a dubbing MP-T device as already pointed out above. These devices can be designed with stationary magnet tubes and rotating S-ribbon rotors, as shown in FIG. 3A, in which case slip rings and brushes are required. However, as shown in FIG. 3B, when a stationary S-ribbon rotor is used with a rotating magnet tube, slip rings and slide electric brushes are unnecessary.

모든 MP 기기의 구조에 있어 고려해야 할 사항은, 쌍을 이루고 있는 대항하는 N극 및 S극 사이의 강력한 자기 유인력으로 인해 두 개의 자석 관, 즉 외부 자석 관(6)과 내부 자석 관(5)이 서로 밀접하게 정렬된 채로 남아 있다는 사실이다. 이러한 정렬은, 로터가 기계적으로 지지할 수 있는 최대 기기 토오크에 의해 제한되는 바와 같은, 실행 가능한 최고 전류/강도에 이르기까지 존속된다.In the construction of any MP device, consideration should be given to the fact that the two magnetic tubes, namely the outer magnet tube 6 and the inner magnet tube 5, are due to the strong magnetic attraction between the paired opposing N and S poles. The fact is that they remain closely aligned with each other. This alignment persists up to the highest possible current / intensity, as limited by the maximum machine torque the rotor can mechanically support.

도 3a에서, 회전 로터를 이용함으로 인해, 전류를 로터 내외부로 안내하기 위하여 브러쉬(27(1), 27(2))가 필요하다. 이들 브러쉬는 외부 자석 관(6)에 견고하게 연결되어, 자석 관의 길이를 초과하는 로터(2)의 돌출부에 자리 잡은 슬립 링(34(1), 34(2)) 상에서 활주 이동한다. 모터 모드에서는, 로터(2)와 그에 따른 축(10)이 자석 관(5, 6) 내부의 쌍을 이룬 대항 자극 사이의 반경 방향 자속을 통하여 전류에 작용하는 로렌쯔 힘에 의해 회전한다. 이때, 자석 관(5, 6)은, 본 도면에서는 기부판 상의 지지부(25)를 통해 외부에 기계적으로 고정되어 정지 상태로 남아 있다.In Fig. 3A, due to the use of a rotating rotor, brushes 27 (1) and 27 (2) are needed to guide current into and out of the rotor. These brushes are rigidly connected to the outer magnet tube 6 and slide on slip rings 34 (1), 34 (2) which are situated in the projections of the rotor 2 that exceed the length of the magnet tube. In the motor mode, the rotor 2 and thus the shaft 10 rotate by the Lorentz force acting on the current through the radial magnetic flux between the paired counter poles inside the magnet tubes 5, 6. At this time, the magnet tubes 5 and 6 are mechanically fixed to the outside through the support portion 25 on the base plate and remain in a stationary state in this drawing.

도 3a는 S-리본이 매입되어 있는 로터(2)를 보여주기 위하여 외부 자석 관(6)의 일부가 절개되어 있는, 도 2a의 기기의 사시도이다. 자석 관(5, 6)은, 이미 지적한 바와 같이, 그 내부의 쌍을 이룬 자극 사이의 강력한 상호 유인력으로 인해 반경 방향으로 정렬된 채로 남아 있는다. 이들은 바람직한 위치에서 S-리본의 직선 세그먼트와 일치하는 축 방향 연장 구역에 평행한 방향으로 교호하는 반경 방향 자속 밀도(B)를 발생시킨다. 로터(2)는 구조체(61)를 통해 축(10)에 견고하게 연결되는 반면, 내부 자석 관(5)은 부품(26)과 저마찰 베어링(35)을 통해 축(10)에 중심이 맞춰져 있다(도 3a에는 도시되어 있지 않지만 도 2a에 도시됨). 외부 자석 관(6)은 축(10)에 중심이 맞춰져 있으며, 본 도면에서는 도 2a에 따른 지지 포스트(23)를 통해 축(10)의 베어링(35)을 지지하는 한편, 기부판(19)에 장착된 부품(25)에 의해 정지 상태로 남아 있다. 3A is a perspective view of the device of FIG. 2A with a portion of the outer magnet tube 6 cut away to show the rotor 2 with the S-ribbon embedded therein. The magnet tubes 5, 6, as already pointed out, remain radially aligned due to the strong mutual attraction between the paired magnetic poles therein. They produce a radial magnetic flux density B alternating in a direction parallel to the axially extending region coinciding with the straight segment of the S-ribbon at the desired position. The rotor 2 is firmly connected to the shaft 10 via the structure 61, while the inner magnet tube 5 is centered on the shaft 10 via the part 26 and the low friction bearing 35. (Not shown in FIG. 3A but shown in FIG. 2A). The outer magnet tube 6 is centered on the shaft 10, and in this figure supports the bearing 35 of the shaft 10 via a support post 23 according to FIG. 2A, while the base plate 19 is supported. It remains stationary by the part 25 mounted on it.

전기 전도성이지만 상호 전기적으로 절연되어 있는 슬립 링(34(1), 34(2))은 S-리본이 매입되어 있는 절연 로터(2)의 연장부 상의 금속 중첩부로 형성되어 있다. 슬립 링(34(1))은 도면에 도시된 바와 같이 S-리본의 일 단부에 직접 전기적으로 연결되어 있는 반면, S-리본의 타단부의 연장부는 S-리본 단부 부분(175)을 통해 슬립 링(34(2))에 전기적으로 연결되어 있다. 상기 S-리본 단부 부분(175)은 슬립 링(34(1))의 바로 아래를 통과하며 이에 대해 전기적으로 절연되어 있다. 브러쉬(27(1), 27(2))는 외부 로터(6) 또는 기기 하우징이나 기타 다른 적당한 정지 부분에, 전기적으로는 절연된 상태로, 견고하게 장착되어 있다. 이들 브러 쉬(27(1), 27(2))는 스트립(170(1), 170(2))으로 도시되어 있는 브러쉬 홀더를 통해 슬립 링(34(1), 34(2)) 상에서 활주하며, 도시하지 않은 적당한 브러쉬 로딩 스프링 또는 기타 장치를 포함한다. 브러쉬(27(1), 27(2))는 케이블(40)을 통해 교류 전원(171)의 단자에 전기 접속되어 모터 모드에서 기기에 전력을 공급한다. 발전기 모드에서는, 전원(171)이 발생 교류의 전력 싱크 또는 소비체로 대체된다.The electrically conductive but mutually electrically insulated slip rings 34 (1), 34 (2) are formed of metal overlaps on the extension of the insulated rotor 2 in which the S-ribbons are embedded. Slip ring 34 (1) is directly electrically connected to one end of the S-ribbon as shown in the figure, while an extension of the other end of the S-ribbon slips through S-ribbon end portion 175 It is electrically connected to the ring 34 (2). The S-ribbon end portion 175 passes just below and is electrically insulated from the slip ring 34 (1). Brushes 27 (1) and 27 (2) are firmly mounted to the outer rotor 6 or to the appliance housing or other suitable stop, in an electrically insulated state. These brushes 27 (1), 27 (2) slide on slip rings 34 (1), 34 (2) through brush holders shown as strips 170 (1), 170 (2). And a suitable brush loading spring or other device not shown. The brushes 27 (1) and 27 (2) are electrically connected to the terminals of the alternating current power source 171 through the cable 40 to supply power to the device in the motor mode. In the generator mode, the power source 171 is replaced with a power sink or consumer of generated alternating current.

정지 자석 관을 구비한 MP-T 기기의 경우, 로터(2)가, 도 3a에 도시된 바와 같이, 단지 하나의 S-리본을 포함하는 것이 아니라 발생 또는 공급 전류의 위상이 전기적으로 120° 간격이 되도록 세 개의 등간격의 상호 절연되어 있는 S-리본을 포함한다면, 이 로터는 3-상 전류를 발생시키거나 3-상 전류를 사용할 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같은 AC 기기를 3-상 기기로 기계적으로/전기적으로 변경하기 위해서는, 네 개의 추가 슬립 링, 즉 슬립 링(34(3) 내지 34(6) 및 이에 추가하여, 도 3a에 도시된 브러쉬(27(1), 27(2)) 외에도 3-상 전원 또는 3-상 소비체의 세 개의 자극 단자에 연결되는 네 개의 브러쉬(27(3) 내지 27(6))를 제공할 필요가 있다. 또한, 모두 여섯 개의 슬립 링과 여섯 개의 브러쉬 간의 상호 절연을 유지할 필요가 있다. 전기적으로 180°간격이든지 120° 간격이든지 간에, 네 개의 상호 절연되어 있는 슬립 링 상에서 활주하는 단지 네 개의 상호 절연되어 있는 브러쉬를 이용하여 두 개의 동시 AC-상이 동일한 방식으로 달성될 수도 있다.In the case of an MP-T instrument with a stationary magnet tube, the rotor 2 does not comprise only one S-ribbon, as shown in FIG. 3A, but the phase of the generated or supply current is electrically separated by 120 °. This rotor can generate three-phase currents or use three-phase currents if it contains three equally spaced, isolated S-ribbons. In order to mechanically / electrically change an AC device as shown in FIG. 3A into a three-phase device, four additional slip rings, namely slip rings 34 (3) to 34 (6) and in addition, FIG. 3A In addition to the brushes 27 (1) and 27 (2) shown in Fig. 4, four brushes 27 (3) to 27 (6) are provided which are connected to three magnetic pole terminals of a three-phase power source or a three-phase consumer. In addition, it is necessary to maintain mutual insulation between all six slip rings and six brushes, and only four slides on four mutually insulated slip rings, whether electrically 180 ° apart or 120 ° apart. Two simultaneous AC-phases may be achieved in the same way using two mutually insulated brushes.

개개의 "S-리본"의 형태 및 작동Form and operation of individual "S-ribbons"

논의된 바와 같이, 모든 MP-A 및 MP-T 기기는 자석 관의 회전을 통하든지 또는 로터의 회전을 통하든지 간에 내부 및 외부 자석 관의 자석 길이 이내에서 주 기적으로 구역과 일치하도록 형성된 전도성 S-리본(172)을 구비한 로터를 포함한다. As discussed, all MP-A and MP-T instruments, whether through the rotation of the magnet tube or through the rotation of the rotor, are conductive S formed to periodically match the zone within the magnet length of the inner and outer magnet tubes. A rotor with a ribbon 172.

S-리본의 폭과 S-리본의 인접한 턴 사이의 간극의 폭은, 반드시 그럴 필요는 없지만, 도 4에 도시된 바와 같이 자석 관의 간극의 폭과 동일한, 로터 중심선에 투영된 바와 같은 자석 폭(Lm)과 동일한 것이 바람직하다. 이에 대응하여, 회전 시에 단일 S-리본용 유도 전압은 다음과 같이 사인 곡선 형태로 변한다.The width of the gap between the width of the S-ribbon and the adjacent turns of the S-ribbon is not necessarily so, but the magnet width as projected on the rotor centerline, which is equal to the width of the gap of the magnet tube as shown in FIG. 4. It is preferable that it is the same as (L m ). Correspondingly, in rotation, the induced voltage for a single S-ribbon changes in sinusoidal form as follows.

로터 내에 매입된 S-리본의 폭은 구역의 폭에 가까운 것이 바람직하며, 이에 따라 전체적으로 로터 원주의 대략 절반 정도를 덮게 된다. 또한, 로터 회전 시에 리본에 와상 전류가 발생하는 것을 방지하기 위하여, 리본은 상호 전기적으로 절연되어 있으며 각기 폭이 1/16inch를 넘지 않는 평행한 스트랜드로 분할되는 것이 바람직하다. 작동 시에, 이를테면 축 방향 길이(L)를 갖는 구역에 중심이 맞춰진 축 방향으로 배향된 리본 섹션을 이용하여 시작하는 경우, 원주 방향 속도(vr)는 각각의 리본 섹션에서는 전압 V1=vrLB을 야기하지만 구역 사이에서는 (본질적으로) 전압을 야기하지 않는다. 따라서, Nz 개의 균일한 간격의 구역과 Nz 개의 상호 연관 리본 섹션이 존재하는 경우, 최대 유도 기기 전압은 다음과 같이 나타내어진다.The width of the S-ribbed embedded in the rotor is preferably close to the width of the zone, thus covering approximately half of the rotor circumference as a whole. In addition, in order to prevent eddy currents from occurring on the ribbon during rotor rotation, the ribbons are preferably electrically insulated from each other and each divided into parallel strands of no more than 1/16 inch in width. In operation, for example, when starting with an axially oriented ribbon section centered on a region with an axial length L, the circumferential velocity v r is the voltage V 1 = v in each ribbon section. r LB but not (essentially) no voltage between zones. Thus, when there are N z uniformly spaced regions and N z correlated ribbon sections, the maximum induced appliance voltage is represented as follows.

Figure 112008021109061-PCT00005
Figure 112008021109061-PCT00005

또한, 구역의 폭, 즉 로터 중심선 상에 투영된 바와 같은 자석의 원주 방향 폭이 Lm인 경우, 그리고 구역 사이의 간극이 동일한 폭을 가지며 로터의 직경이 D이 경우, 다음과 같이 나타내어진다.Further, when the width of the zone, ie the circumferential width of the magnet as projected on the rotor center line, is L m , and the gap between the zones has the same width and the diameter of the rotor is D, it is expressed as follows.

Figure 112008021109061-PCT00006
Figure 112008021109061-PCT00006

즉, 다음 수학식과 함께,In other words, with the following equation,

Figure 112008021109061-PCT00007
Figure 112008021109061-PCT00007

결과적으로, 다음의 수학식이 얻어진다.As a result, the following equation is obtained.

Figure 112008021109061-PCT00008
Figure 112008021109061-PCT00008

리본의 축 방향으로 배향된 섹션은 로터의 일 회전 시에 이하의 시간 간격으로, 그리고 로터 회전 속도(v)로, 자속 밀도(B)의 동일한 반경 방향 방위의 Nz/2 개의 구역을 가로지른다.The axially oriented sections of the ribbon traverse N z / 2 zones of the same radial orientation of the magnetic flux density B at the following time intervals and at the rotor rotational speed v at one rotation of the rotor. .

Figure 112008021109061-PCT00009
Figure 112008021109061-PCT00009

따라서, S-리본 섹션이 구역에 중심이 맞춰져 있는 t=0에서 시작하여, S-리본의 단부 사이의 전압은 다음과 같이 교호한다.Thus, starting at t = 0, where the S-ribbon section is centered in the zone, the voltage between the ends of the S-ribbon alternates as follows.

Figure 112008021109061-PCT00010
Figure 112008021109061-PCT00010

따라서, 기기가 회전 속도(v)로 발전기로서 작동하는 경우, 두 개의 슬립 링과 접촉하는 외부 단자에는, 계수(1-£)를 제외하고는 수학식 8에서와 같이 교류 전압이 인가된다. 여기서, £는 대략 2%의 마찰과 풍손으로 이루어진 기기 손실과 이에 추가하여 주울 열 손실 그리고 (일반적으로 무시할 수 있는 수준인) 전기 브러쉬 손실을 나타낸다. 변형예로서, 계수(1/(1-£))에 의해 상승된 인가 교류 전압은 모터로서의 기기를 회전 속도(v)로 구동시킨다.Thus, when the appliance is operated as a generator at the rotational speed v, an alternating voltage is applied to the external terminal in contact with the two slip rings, as in Equation 8, except for the coefficient (1- £). Where £ denotes a loss of equipment consisting of approximately 2% friction and wind loss, in addition to joule heat loss and (usually negligible) electrical brush loss. As a variant, the applied alternating current voltage raised by the coefficient 1 / (1- £) drives the device as a motor at the rotational speed v.

모터 모드에서는 전달 전력(WM)과 이에 반대되는 전달된 기계력이 리본을 통하여 흐르는 전류(iM)에 의해 다음과 같이 결정된다.In motor mode, the transfer power (W M ) and vice versa the delivered mechanical force is determined by the current (i M ) flowing through the ribbon:

Figure 112008021109061-PCT00011
Figure 112008021109061-PCT00011

전류는 기본적으로, 다극 및 다극 플러스 기기에서와 상당히 동일한 방식으로 기기 효율에 의한 리본의 오믹 손실에 의해 제한된다. 따라서, 이들 기기의 특히, 다극 플러스 기기의 전력 밀도에 대하여 이미 구해진 추정 값이 적용 가능하다. 또한, 기기 매개변수의 함수로서의 전압 및 전류 데이터는 MP-Plus 기기의 것과 상당히 동일하다. 사실상, 정지 로터의 경우 전혀 브러쉬가 사용되지 않으므로, MP-A 및 MP-T 기기는 모든 MP 기기의 가장 바람직한 예가 될 것이다.The current is basically limited by the ohmic loss of the ribbon due to device efficiency in much the same way as in multipole and multipole plus devices. Thus, the estimated values already obtained for the power density of these devices, in particular of multipole plus devices, are applicable. In addition, the voltage and current data as a function of the instrument parameters are quite the same as that of the MP-Plus instrument. In fact, since no brushes are used in the case of stationary rotors, the MP-A and MP-T instruments will be the most preferred examples of all MP instruments.

MPMP -T 기기의 구조-T device structure

유리하게는, S-리본은 와상 전류를 방지하도록 직경이 1/16인치 이하인 상호 절연되어 있는 와이어로 구성된다. 바람직한 구성에 있어서, 기기의 최적의 전력 밀도를 위한 가능한 최대 전류 밀도를 달성하도록, 상기 와이어는 다소 꼬인 형태로 형성된 다음 밀집 패킹에 가까워지도록 압축될 수도 있다.Advantageously, the S-ribbon is comprised of mutually insulated wires of diameter 1/16 inch or less to prevent eddy currents. In a preferred configuration, the wire may be formed in a somewhat twisted form and then compressed to approximate a dense packing so as to achieve the maximum possible current density for the optimum power density of the device.

다른 변경 사항이 없는 기기 내부의 S-리본의 폭 변경은 교류 전류의 파형을 변경시킨다. 보다 구체적으로 설명하자면, 리본의 폭에 걸쳐 균일한 전류 밀도를 가정할 경우, 구역의 폭보다 상당히 좁은 폭을 갖는 단일 스트랜드로 시작하여 S-리본의 폭을 확장시킴으로써, "on" 방향이 교호하는 급격한 on-off 파형으로부터, "on"과 "off" 사이의 전이부가 점차적으로 덜 가파르게 나타나는 시기를 거쳐, 구역과 리본의 폭이 동일한 경우의 사인 곡선 형태로 유도 전압이 변경된다. 또한, S-리본의 폭을 확장시킴에 따라, 모터 및 발전기용의 전압 또는 토오크 진폭이 감소하며, 폐열이 증가한다. 이것은 개개의 리본 세그먼트의 전단 및 후단 가장자리가 반대 방향의 자속 밀도(B)에 점차적으로 노출되어 그에 따라 상반되는 유도 전압 또는 토오크에 점차적으로 노출되기 때문이다. 한편, 총 유도 전압 또는 토오크는, 리본이 스트랜드 형태로 형성되어 있음으로 인해, 리본의 폭이 구역의 폭까지 증가함에 따라 상승한다. 그 후, 거의 모든 입력 에너지가 폐열로 전환될 때까지, 다시 말해 S-리본의 폭이 동일한 자속 밀도(B) 방위를 갖는 구역 사이의 간격과 동일해질 때까지, 유도 전압 및 토오크는 감소한다. 이러한 분석으로부터 알 수 있는 바와 같이, 최적의 리본 폭은 구역 폭에 가까운 값이다. 그러나, 이하에 도시된 바와 같이, 로터 본체의 S-리본의 폭을 구역 폭의 2/3까지 감소시키는 경우 에는, S-리본을 간단한 직사각형 형태로 만들 수 있다. 특히, 로터의 벽 두께가 구역의 폭보다 상당히 작은 경우에는, 대략 등축의 직사각형 유닛으로부터 S-리본을 조립함으로써 로터의 보다 간단한 구조가 가능하다. Changing the width of the S-ribbon inside the instrument, with no other changes, changes the waveform of the alternating current. More specifically, assuming a uniform current density over the width of the ribbon, starting with a single strand with a width considerably narrower than the width of the zone, extending the width of the S-ribbon, alternating the "on" direction From the abrupt on-off waveform, the induced voltage changes in the form of a sinusoid in the case of equal widths of the zones and ribbons, over a period when the transition between "on" and "off" appears less steep. In addition, as the width of the S-ribbon is expanded, the voltage or torque amplitude for motors and generators decreases, and the waste heat increases. This is because the leading and trailing edges of the individual ribbon segments are gradually exposed to the magnetic flux density B in the opposite direction and thus to the opposite induced voltage or torque. On the other hand, the total induced voltage or torque rises as the width of the ribbon increases to the width of the zone because the ribbon is formed in the form of a strand. Thereafter, the induced voltage and torque are reduced until almost all of the input energy is converted to waste heat, that is, until the width of the S-ribbon is equal to the spacing between zones having the same magnetic flux density (B) orientation. As can be seen from this analysis, the optimum ribbon width is a value close to the zone width. However, as shown below, when the width of the S-ribbon of the rotor body is reduced by 2/3 of the width of the zone, the S-ribbon can be made into a simple rectangular shape. In particular, when the wall thickness of the rotor is significantly smaller than the width of the zone, a simpler structure of the rotor is possible by assembling the S-ribbons from a substantially equiaxed rectangular unit.

"리본의 폭에 걸쳐 균일한 전류 밀도를 가정"하는 전술한 조건은 중요 쟁점을 건드리는 것으로서, 그 이유는 이하에 설명하는 바와 같이 전류 균일성은 어떠한 수단에 의해서도 보장될 수 없기 때문이다. 동종의 전도성 리본에 있어서, 리본이 구역에 중심이 맞춰져 있는 상태에서 전류 밀도 및 그에 따른 증가 로렌쯔 힘과 기기 토오크는 대략 균일하다. 그러나, 일반적으로, 순간적으로 일 구역에 위치하게 된 리본 부분만이 전자기 유도와, 간극에는 없는 연관된 상반되는 유도 전압의 영향을 받게 된다. 따라서, 구역 사이의 간극에서 자속 밀도(B)가 제로인 이상적인 경우를 고찰해 보면, 일부는 구역에 있고 일부는 간극에 있는 리본은 본질적으로, 상이한 전압이 인가되는, 하나는 간극에 있고 다른 하나는 총 전압이 낮아진 구역에 있는 두 개의 평행한 전도체와 같이 작용한다. 따라서, 리본을 통과하는 총 전류가 고정된 상태에서, 로렌쯔 힘과 유도 전압이 발생하는 구역에서는 전류 밀도가 상당히 낮아져, 주어진 기기 전류 및 속도에서 기기의 토오크를, 그리고 발전기의 경우에는 유사한 방식으로 전류를 위험한 수준으로까지 감소시킨다. 사실상, 자속 밀도(B)의 크기는 구역 및 간극을 따라 거의 사인 곡선 형태로 변화한다. 이와 연관된 자속 밀도(B)의 구배에 의해 정확히 동일한 효과, 즉 보다 낮은 자속 밀도(B)에 우선하는 전류 과밀 효과를 야기한다.The foregoing condition of "assuming a uniform current density over the width of the ribbon" touches an important issue, as the current uniformity cannot be ensured by any means as described below. In the same kind of conductive ribbon, with the ribbon centered in the zone, the current density and thus the increasing Lorentz force and instrument torque are approximately uniform. In general, however, only the portion of the ribbon that is instantaneously located in a zone is subject to electromagnetic induction and associated opposing induced voltages that are not present in the gap. Thus, considering the ideal case of zero magnetic flux density (B) in the gaps between the zones, the ribbons, some of which are in the zone and some of which are in the gap, are inherently different in voltage, one in the gap and the other It acts like two parallel conductors in the zone where the total voltage is lowered. Thus, with the total current passing through the ribbon fixed, the current density is significantly lower in areas where Lorentz forces and induced voltages occur, resulting in a torque of the instrument at a given instrument current and speed, and in a similar manner for generators. To dangerous levels. In fact, the magnitude of the magnetic flux density B varies almost sinusoidally along the zone and the gap. The gradient of the magnetic flux density B associated therewith results in an exact same effect, i.e., a current overcrowding effect that takes precedence over the lower magnetic flux density B.

내부의 전도체의 위치가 비교적 고정되어 있는 S-리본의 경우, 전술한 문제 점에 대한 해결책은, 구역 및 간극의 리본의 상대적인 부분의 폭이 교호하고 S-리본의 짝수 개의 연속적인 축 방향 세그먼트에 걸쳐 전술한 효과가 배제되도록, 일 구역과 다음 구역 사이에서 리본의 전단 및 후단 가장자리의 위치가 교호하도록 하는 것이다. 우연히도, 일 구역과 다음 구역 사이에서 리본의 전단 및 후단 가장자리의 위치가 교호하도록 하는 것은, 예를 들어 도 3 및 도 4에서 제안되고 있는 바와 같이 연속적인 리본 세그먼트 사이의 턴에서 리본이 로터 반경에 평행한 축선을 중심으로 회전하지만 그 자체 축선을 중심으로는 회전하지 않도록 함으로써, 자동적으로 이루어진다.In the case of S-ribbons where the position of the inner conductors is relatively fixed, the solution to the above-mentioned problems is that the widths of the relative portions of the ribbons of the zones and the gaps are alternating and in even successive axial segments of the S-ribbon The position of the leading and trailing edges of the ribbon is alternating between one zone and the next zone so that the above-described effects are excluded. Incidentally, having the positions of the leading and trailing edges of the ribbon alternating between one zone and the next zone allows for the ribbon to be rotated at the rotor radius in a turn between successive ribbon segments, for example as suggested in FIGS. 3 and 4. This is done automatically by rotating around a parallel axis but not rotating about its own axis.

본 발명에 따르면, 다른 유리한 해결책은 자석 관 사이 간극의 로터 본체의 길이를 따라 예를 들어, 두 개 내지 다섯 개의 턴으로 이루어진 약간 꼬인 와이어 번들 형태의 S-리본을 형성하는 것이다. 이러한 번들의 경우, 각각의 와이어는 그 두 단부 사이의 모든 자속 값을 샘플링한다. 그에 따라, 번들의 전류 밀도는 가장 가까운 구역의 중심에 대한 S-리본의 상대 위치와 독립적으로 거의 균일해진다. 본 명세서에서, 와상 전류에 대한 보호책으로서, 와이어의 직경은 1/16 인치를 초과하지 않아야 한다.According to the invention, another advantageous solution is to form S-ribbons in the form of slightly twisted wire bundles, for example two to five turns, along the length of the rotor body of the gap between the magnet tubes. For this bundle, each wire samples all the magnetic flux values between its two ends. As a result, the current density of the bundle becomes nearly uniform independent of the relative position of the S-ribbon relative to the center of the nearest zone. In this specification, as a protection against eddy currents, the diameter of the wire should not exceed 1/16 inch.

기기 제어Instrument control

수학식 8에서 알 수 있는 바와 같이, MP-A 및 MP-T 기기의 전압은 MP 및 MP-Plus 기기의 경우에서와 마찬가지로 회전 속도에 비례하지만, 경우에 따라서는 전류 또는 전압 주파수 또한 회전 속도에 비례한다. 이에 대응하여, MP-A 및 MP-T 기기의 속도 제어는 인버터를 이용한 주파수 제어를 통해 이루어지는 경향이 있는 반면, MP 기기과의 모든 부재에서와 같이 전류가 토오크를 제어한다. 오늘날 인버터를 통한 기기 제어는 저주파수로부터 수백 Hz에 이르기까지 교류뿐만 아니라 3-상 모터에 있어 매우 유력한 것으로 나타나고 있다. Nz 개의 구역을 구비한 MP-A 및 MP-T 기기의 경우, 특히, vv=400Hz=24,000rpm에 이르는 회전 속도를 갖는 인버터의 경우, 전압/전류 주파수 제어를 통해 기기의 회전 주파수를 수학식 6 및 수학식 7에 따라 이하의 값으로 제어할 수 있다.As can be seen in Equation 8, the voltages of the MP-A and MP-T devices are proportional to the rotational speed as in the case of the MP and MP-Plus devices, but in some cases, the current or voltage frequency also depends on the rotational speed. Proportional. Correspondingly, speed control of MP-A and MP-T devices tends to be achieved through frequency control using inverters, while current controls torque as in all members with MP devices. Today, device control through inverters appears to be very powerful for three-phase motors as well as alternating currents from low frequencies to hundreds of Hz. For MP-A and MP-T devices with N z zones, especially for inverters with rotation speeds of v v = 400 Hz = 24,000 rpm, the rotational frequency of the device is calculated using voltage / current frequency control. According to Equation 6 and Equation 7 can be controlled to the following values.

Figure 112008021109061-PCT00012
Figure 112008021109061-PCT00012

가장 큰 기기용으로 최대 구역의 개수가 Nz=200인 경우, 본 예는 가장 큰 기기에 적당한 v=120rpm에 이르는 제어 값을 산출한다.If the maximum number of zones is N z = 200 for the largest equipment, this example yields a control value of v = 120 rpm suitable for the largest equipment.

브러쉬brush 사용 기기와  With your device 브러쉬brush 미사용 기기의 상대적인 장점 Relative advantages of unused devices

전술한 섹션에서 개요적으로 설명된 MP-A 기기의 기본 특성은 도 2 및 도 3에 따른 이동 로터 또는 자석 관의 선택과는 무관하다. 전술한 기술 내용에 의거하여, 도 2b 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 이러한 선택의 결과는 자석 관이 회전하고 로터는 휴지 상태에 있는 경우의 브러쉬 미사용 작동의 상대적인 장점 때문에 중요한 것이다. 본 명세서에 있어 매우 중요한 사항은, 이미 강조한 바와 같이, 회전 로터를 이용할 경우 각각의 S-리본이 두 개의 브러쉬(또는 브러쉬 "자리(site)")와 두 개의 상호 절연된 슬립 링을 필요로 하며, 다시 말해 두 개의 S-리본의 경우에는 네 개의 브러쉬 자리와 네 개의 슬립 링을, 그리고 정지 자석을 구비한 3-상 기기의 경우에는 여섯 개의 브러쉬 자리와 여섯 개의 슬립 링을 필요로 한다는 점이다. 이러한 연결 구성에 있어서 다행인 것은, 브러쉬의 폭이 자석의 폭에 의해 제한되는 간단한 MP 및 MP-Plus 기기의 경우와는 달리, 본 경우에는 슬립 링이 축 방향으로 지나치게 넓게 형성될 필요가 없도록 브러쉬 자리가 회전 슬립 링의 적어도 상당 부분에 걸쳐 퍼져 있을 수도 있다는 것이다. 그렇다 하더라도, 필요한 수분 접근 및 냉각으로 인해(1999년 뉴욕의 에드.피.지.슬레이드(Ed. p. G. Slade) 및 마셀 데커(Marcel Dekker)의 "전기 접점: 원리 및 응용(Electrical Contacts:Principles and Applications)"편의 20장 943-1017 페이지에 소개된 디. 쿨만 윌스도르프의 "금속 섬유 브러쉬(Metal Fiber Brushes)" 참조), 활주 방향으로의 브러쉬 길이는 임의로 길게 형성될 수 없으며, 이에 따라 대형 기기의 경우, 통상 어느 하나의 브러쉬 자리 이내에서 브러쉬를 분할할 필요가 있으며, 이는 다시 대응하는 브러쉬 홀더를 필요로 한다. 따라서, 요약하자면, 정지 자석 관을 구비한 3-상 전력의 MP-T 기기용의 여섯 세트의 전기 브러쉬와 여섯 개의 슬립 링을 이용하는 복잡한 구성이 비실용적인 정지 로터를 구비한 대형의 3-상 기기의 제조에 중요할 수 있다.The basic characteristics of the MP-A device outlined in the above section are independent of the choice of the moving rotor or the magnet tube according to FIGS. 2 and 3. Based on the foregoing description, as shown in FIGS. 2B and 3B, the result of this selection is important because of the relative advantages of brushless operation when the magnet tube rotates and the rotor is at rest. A very important point in this specification is that, as already emphasized, when using a rotating rotor, each S-ribbon requires two brushes (or brush "sites") and two mutually insulated slip rings. In other words, four brush seats and four slip rings for two S-ribbons, and six brush seats and six slip rings for a three-phase machine with stationary magnets. . Fortunately for this connection configuration, unlike simple MP and MP-Plus devices where the width of the brush is limited by the width of the magnet, in this case the brush does not have to be formed too wide in the axial direction. The seat may be spread over at least a substantial portion of the rotating slip ring. Even so, due to the required water access and cooling (Ed. P. G. Slade, New York, 1999) and Marcel Dekker's "Electric Contacts: Principles and Applications. Principles and Applications, see D. Kulman Wilsdorf's "Metal Fiber Brushes", page 20, pages 943-1017), and the brush length in the sliding direction cannot be arbitrarily long. For large machines, it is usually necessary to divide the brush within any one brush position, which in turn requires a corresponding brush holder. Thus, in summary, a complex three-phase machine with six sets of electric brushes and six slip rings for a three-phase power MP-T machine with stationary magnet tubes is impractical with a stationary rotor. May be important in the manufacture of

도 2b 및 도 3b에 따른 기기 구조와 관련하여, 경량의 회전 로터와 비교하여 무게가 많이 나가는 회전 자석 관을 이용한 복잡한 구성이 오히려 양호한 것으로 나타나 있으며, 또는 아무것도 없을 수도 있다. 또한, 슬립 링과 브러쉬를 생략하는 것이 기기의 중량 및 체적에 유리한 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 이러한 관점에서, 전술한 두 가지 선택의 상대적인 장점 및 단점은 이하에 기술하는 바와 같 다.With regard to the device structure according to FIGS. 2B and 3B, a complicated configuration using a rotating magnet tube which weighs a lot compared to a lightweight rotary rotor is shown to be rather good, or may be nothing. In addition, omitting the slip ring and the brush can have a beneficial effect on the weight and volume of the device. In this respect, therefore, the relative advantages and disadvantages of the two choices described above are as described below.

회전 자석 관 Rolling magnet tube 대 회전Stand rotation 로터의Rotor 바람직한 결과 Desirable results

브러쉬와 슬립 링을 배제한 경우 다음과 같은 장점이 있다:The exclusion of brushes and slip rings has the following advantages:

● 기기의 길이, 체적 및 중량이 적당히 감소한다;The length, volume and weight of the device are moderately reduced;

● 기기의 원금 비용이 다소 감소한다;• the principal cost of equipment is somewhat reduced;

● 두 배로 추정되는 값만큼 기기의 소유 비용이 감소한다;The cost of ownership of the device is reduced by an estimated double;

● 기기의 냉각을 간소화한다;Simplifies cooling of the appliance;

● 환경 손상에 대한 저항성이 증가한다;• increased resistance to environmental damage;

● 모든 구성 요소가 보호 피복재로 덮여 있으므로, 아마 바닷물에서의 지속적인 작업까지도 포함하여 물에 잠겨 있는 동안의 작동 능력이 증가한다;• All components are covered with protective sheathing, which increases the ability to operate while submerged, possibly even in continuous operation in sea water;

● 서브-유닛을 형성하여 이들 서브 유닛을 외부 구성 요소에 연결함으로써 복수 개의 기기를 사용할 수 있는 가능성이 상당히 증가한다.The possibility of using a plurality of apparatuses is considerably increased by forming sub-units and connecting these sub-units to external components.

회전 자석 관 Rolling magnet tube 대 회전Stand rotation 로터의Rotor 바람직하지 못한 결과 Undesirable results

자석 관의 회전은 다음과 같은 단점이 있다:Rotation of the magnet tube has the following disadvantages:

● 적어도 두 배에 이르는 관성력 및 예상 진동 그리고 기계적 노이즈;At least twice the inertia and anticipated vibrations and mechanical noise;

● 전기 브러쉬 및 슬립 링 배제에 따른 소유 비용 감소를 일부 상쇄시키는 베어링의 수명 감소.• Reduced bearing life, partly offsetting lower cost of ownership due to the elimination of electric brushes and slip rings.

회전 자석 관 Rolling magnet tube 대 회전Stand rotation 로터의Rotor 중립적인 결과 Neutral results

회전 로터를 회전 자석 관으로 변경할 경우 다음의 사항에 대해 무시할 수 있을 정도의 영향을 미칠 수 있다:Changing the rotating rotor to a rotating magnet tube can have a negligible effect on:

● 기기 제어;Appliance control;

● 기본 기기 작동;● basic instrument operation;

● 기기의 매개 변수 사이의 기본 관계;● basic relationship between the parameters of the appliance;

● 기기 효율.● Instrument efficiency.

S-리본의 개수는 브러쉬 미사용 MP-A 기기의 장점을 증가시키는 요인이 되며, 예를 들어, 브러쉬 미사용 MP-T 기기의 경우 특히 강하게 나타나는 반면, 리본의 개수에 따른 단점은 거의 없다. 본 명세서에서 특히 강조할 사항은, 위의 "MP-A 및 MP-T 기기의 기본 구조 및 냉각" 부문에서 전술한 바와 같이, 브러쉬 미사용 MP-A 및 MP-T 기기의 모든 부품이 전기적으로 절연 처리되고 화학적으로 비활성인 피복재에 의해 완전히 보호될 수도 있다는, 바람직한 실시예에서는 완전히 보호된다는 사실에 기초하여 물, 심지어 바닷물에 완전히 잠긴 상태에서의 브러쉬 미사용 MP-A 및 MP-T 기기의 작동 가능성이다. 포드형 선박의 구동체의 경우 MP-A 및 MP-T 기기의 사용이 특히 큰 장점이 된다. 이하에 보다더 논의되는 바와 같은 다른 문제는 간단한 MP-A 및 MP-T 기기에 대해 상대적인 MP-T 기기의 전력 밀도이다.The number of S-ribbons is a factor to increase the advantages of the brush-free MP-A device, for example, while the brush-free MP-T device is particularly strong, but there are few disadvantages according to the number of ribbons. Of particular note in this specification is that all components of the brush-free MP-A and MP-T devices are electrically isolated as described above in the section "Basic Structure and Cooling of MP-A and MP-T Devices" above. Based on the fact that it may be fully protected by treated and chemically inert cladding, in the preferred embodiment it is fully protected, the possibility of the operation of brush-free MP-A and MP-T instruments in a state fully immersed in water, even seawater . The use of MP-A and MP-T devices is a particularly significant advantage for Ford vessel drives. Another problem, as discussed further below, is the power density of MP-T devices relative to simple MP-A and MP-T devices.

S-리본으로 전류를 운반하는 Carrying current to the S-ribbon 로터Rotor 단면의  Cross section MPMP -A 및 -A and MPMP -T 기기 일부의 기하학적 형상, 제조 및 전력 밀도-T geometry, manufacturing and power density of some of the devices

전술한 설명 및 목록에 의거하여, 도 2b 및 도 3b에 따라 설계된 MP-A 및 MP-T 기기가 도 2a나 도 3a 또는 이와 유사한 기기와 비교하여 상당한 장점을 갖는 것으로 예상된다. 특히, 후술하는 바와 같이, 브러쉬와 슬립 링을 삭제할 경우 기기의 길이와 체적이 감소하며, 설계 비용과 소유 비용도 감소한다.Based on the foregoing description and list, it is anticipated that MP-A and MP-T devices designed according to FIGS. 2B and 3B will have significant advantages compared to FIGS. 2A, 3A, or similar devices. In particular, as will be described later, the removal of brushes and slip rings reduces the length and volume of the device, as well as the design and ownership costs.

MP-A 및 MP-T 기기의 구조는 부품을 이용한 기기 조립 및 유지 관리 또는 보수를 위한 해체 및 재조립 시에 야기되는 예상되는 필요 사항들에 의해 제한된다. 따라서, 자석 관을 초과하여(즉, 도 4a에서 X-X선을 초과하여) 돌출하는 로터 부품인 더빙형 "로터 테두리"는 로터 내측부(더빙형 "로터 본체")와 동일한 단면 치수를 갖는 것이 바람직하며, 어느 경우에나, 로터 본체보다 넓은 벽 폭 및/또는 큰 직경을 갖지 않는 것이 바람직한데, 그 이유는 로터 테두리가 기기의 내외부로의 로터 활주에 간섭하기 때문이다. 도 3에 따르면, 구역 사이의 어느 하나의 주기적인 간격에 단지 하나의 S-리본을 구비하는 AC 기기의 경우에는 전술한 바와 같은 제약으로 인한 어려움이 전혀 없지만, 복수 개의 S-리본을 구비하는 기기의 경우에는 S-리본의 이웃한 턴 사이의 연결을 달성하기 위해서는 자석 관의 외측에서의 S-리본의 교차가 불가피하기 때문에 문제가 된다.The construction of MP-A and MP-T devices is limited by the anticipated requirements arising from disassembly and reassembly for component assembly and maintenance or repair with components. Therefore, the dubbed "rotor rim", which is a rotor part that protrudes beyond the magnet tube (i.e., the line XX in FIG. 4A), preferably has the same cross-sectional dimensions as the rotor inner part (dubbed "rotor body"). In either case, it is desirable not to have a wider wall width and / or a larger diameter than the rotor body, since the rotor rim interferes with the rotor slide into and out of the machine. According to FIG. 3, an AC device having only one S-ribbon at any one periodic interval between zones has no difficulty due to the above limitations, but has a plurality of S-ribbons. In this case, it becomes a problem because the intersection of the S-ribbons on the outside of the magnet tube is inevitable in order to achieve a connection between adjacent turns of the S-ribbons.

어느 하나의 주기적인 간격에 세 개의 S-리본이 있는, 특히 단일 로터를 구비한 MP-T 기기가 본 명세서에서는 실용상 가장 큰 중요성을 갖추고 있는데, 이와 같이 간주할 수 있는 충분한 이유는, 로터가 세 개의 층을 포함하며 서브 유닛으로 분할되지 않은 것으로 가정한, 도 4에 도시된 바와 같은 두 개 이상의 기계적으로는 융화되어 있지만 전기적으로는 절연되어 있는 로터 층으로 이루어진 로터에 의해, 주기적인 간격당 보다 많은 개수의 S-리본이 처리될 수 있기 때문이다. 전원(171)의 우측 단자에 교류가 인가되는 순간, 화살표로 도시된 바와 같이, 전류가 X-X 선 위에 도시된 제 1층의 우측 단자로 들어간 다음, 이 제1 로터 층의 좌측 단자에 도달하도록 N 개의 구역을 통과할 때까지,`먼저 제1 구역의 순간적인 위치에 서 로터 본체의 길이를 따라 통과하여, 도면 저부의 X-X 선 아래에서 360°방향을 바꾼 다음, 제2 구역 등을 따라 복귀한다. 이와 같은 케이블 연결에 의하면, 제2 층의 우측 단자에도 전류가 인가되어, 제2 층의 좌측 단자에 도달할 때까지 다시 제2 층의 모든 구역을 통과하여 이동하게 된다. 마찬가지로, 전술한 바와 같은 케이블을 통해, 제3 층의 우측 단자에 전류가 인가되어, 이 잔류가 제3 층의 좌측 단자에서 빠져나와 전원(171)으로의 케이블 연결부를 통과할 때까지 제3 층의 제1 구역 내지 N번째 구역을 통해 다시 순환하게 된다.MP-T devices with three S-ribbons at any one periodic interval, in particular with a single rotor, have the greatest practical significance in this specification. By a rotor made up of two or more mechanically fused but electrically insulated rotor layers as shown in FIG. 4, assuming three layers and not divided into sub-units, per periodic interval This is because more S-ribbons can be processed. As soon as an alternating current is applied to the right terminal of the power source 171, as shown by the arrow, a current enters the right terminal of the first layer shown above the XX line, and then reaches N to reach the left terminal of this first rotor layer. First pass along the length of the rotor body at the momentary position of the first zone, turn 360 ° below the line XX at the bottom of the drawing, then return along the second zone, etc. . According to this cable connection, current is also applied to the right terminal of the second layer, and moves again through all the zones of the second layer until it reaches the left terminal of the second layer. Similarly, through the cable as described above, a current is applied to the right terminal of the third layer, until this residue exits the left terminal of the third layer and passes through the cable connection to the power source 171. And cycles back through the first to Nth zones.

유의할 사항은, 전류는 전체적으로 동일한 로렌쯔 힘 감각을 경험하며, 도 4d에 도시된 바와 같이 음영선이 이 좌측 저부로부터 우측 상부로 경사지게 그려진 부분에서는 하방으로 이동하며 음영선이 좌측 상부로부터 우측 저부로 경사지게 그려진 부분에서는 상방으로 이동한다. 이러한 방식으로, 전원(171)의 두 개의 자극 사이에서의 그 이동 경로에서 전류는 3N의 "턴"을 실행하게 된다.Note that the current experiences the same Lorentz force sensation as a whole, with the shaded line moving downwards and the shaded line tilted from the top left to the bottom right as shown in FIG. 4D. In the drawn part, it moves upwards. In this way, the current in its path of travel between the two poles of the power supply 171 causes a "turn" of 3N.

전류가 교류이므로 전류 방향은 변동되며, 한편 회전 자석 관(5, 6)에 고정된 자극으로 인해 구역이 도 4d의 방위로 수평 방향으로 이동한다. 기기 모터 제어부는 전술한 두 가지 효과, 즉 이동 구역으로 인한 교호 감각의 자기화 및 전원에 의해 공급된 교호 전압 방향에 따른 교류 방향을 동기화시키도록 배열되어야 한다. 명료성을 위해, 도 4d에는 간단한 AC 전력으로 작동되는, MP-A 기기용의 층당 단지 하나의 S-리본만이 도시되어 있다. 도 4a 및 도 5에 도시된 바와 같은 세 개의 S-리본을 사용함으로써 3-상 기기의 경우가 도 4d로부터 직접 추론 가능하다.Since the current is alternating, the current direction changes, while the zone moves in the horizontal direction in the direction of FIG. 4D due to the magnetic poles fixed to the rotating magnet tubes 5, 6. The appliance motor control unit must be arranged to synchronize the two effects described above, namely alternating sensation due to the moving zone and alternating AC direction according to the alternating voltage direction supplied by the power source. For clarity, only one S-ribbon per layer for an MP-A device is shown in FIG. 4D, which is operated with simple AC power. By using three S-ribbons as shown in FIGS. 4A and 5, the case of a three-phase device can be deduced directly from FIG. 4D.

도 4d 외에도, 이미 논의된 바와 같이, MP-T 기기의 로터 당 세 개의 S-리본 의 경우가 도 4a 내지 도 4c 및 도 5에 도시되어 있다. 이에 대해서는 로터 본체의 적어도 세 개의 S-리본 두께에 해당하는 로터 벽 폭을 필요로 하는 가장 간단한 경우를 도시한 도 4b를 통해 증명되어 있긴 하지만, 도 4c에서와 같은 기계적인 압축을 통해 로터 벽 폭이 두 개의 S-리본 두께로 감소할 수 있다.In addition to FIG. 4D, as already discussed, the case of three S-ribbons per rotor of an MP-T device is shown in FIGS. 4A-4C and 5. This is illustrated in FIG. 4B, which shows the simplest case requiring a rotor wall width corresponding to at least three S-ribbon thicknesses of the rotor body, but the rotor wall width through mechanical compression as in FIG. 4C. This can be reduced to two S-ribbon thicknesses.

예를 들어, 도 5b에 도시된 바와 같은 평행사변형 슬래브와 도 5e에 도시된 바와 같은 간단한 직사각형 바 형태로의 재배치는, 압축을 통한 개개의 S-리본의 거의 밀접한 패킹을 가정할 경우, 로터 단면적에서 전도체가 차지하는 체적이 도 4b의 5/6th=83% 이상이 되도록, 즉 거의 전체를 차지하는 수준으로 증가시킬 수 있다. 어느 경우에나, 와상 전류를 억제하기 위해서는 S-리본 내부뿐만 아니라 S-리본(a, b, c)(이러한 도면 부호 표기는 그 상대 위치에 따른 것이다) 사이의 그리고 로터 내부 및 외면에서의 절연 재료의 퍼센테이지가 작아야 한다. 이와 함께 비전도성 구성 요소는 로터 본체에서 전도체가 차지하는 실제 체적을 최대 대략 94%로 감소시킨다.For example, repositioning into a parallelogram slab as shown in FIG. 5B and a simple rectangular bar shape as shown in FIG. 5E may result in rotor cross-sectional area assuming nearly close packing of individual S-ribbons through compression. The volume occupied by the conductors can be increased to 5/6 th = 83% or more of FIG. In either case, in order to suppress eddy currents, the insulating material between the S-ribbons a, b, c (as indicated by their relative positions) as well as inside the S-ribbon and inside and outside the rotor The percentage of must be small. In addition, non-conductive components reduce the actual volume occupied by the conductors in the rotor body by up to approximately 94%.

또한, 자석 관을 초과하여 돌출하는 로터 테두리는, 로터 본체보다는 아주 용이한 방식으로, 두 개의 S-리본 두께로 감소될 수 있다. 이에 대해서는, 원형 환형 링 형태의 180°턴으로부터 초래하는 국부적인 세 개 층 두께 면적을 S-리본의 정점 부근에서 S-리본의 폭이 좁아지도록 함으로써 방지하는 구성을 도시한 도 4a에 증명되어 있다. 따라서, 일정한 외부 로터 테두리 벽 두께에서, 오직 한 개 층, 예를 들어 특히 홀(177)을 포함하는 최외측 층의 경우 로터 테두리의 전도체 두께는 대략 두 배가 될 수도 있다. 이와 동시에 중량도 다소 증가하며 전기 저항은 감소하여, 절연 스크류-인 플러그(178)와 단자(176)의 안정성 및 내구성이 향상된다.Also, the rotor rim protruding beyond the magnet tube can be reduced to two S-ribbon thicknesses in a much easier way than the rotor body. This is demonstrated in FIG. 4A showing a configuration that prevents the local three layer thickness area resulting from a 180 ° turn in the form of a circular annular ring by narrowing the width of the S-ribbon near the apex of the S-ribbon. . Thus, at a constant outer rotor rim wall thickness, the conductor thickness of the rotor rim may be approximately doubled in the case of only one layer, for example the outermost layer comprising the hole 177. At the same time, the weight is also slightly increased and the electrical resistance is reduced, thereby improving the stability and durability of the insulated screw-in plug 178 and the terminal 176.

MPMP -T 기기의 가능한 실용적인 디자인 및 제조Possible practical design and manufacture of T-devices

도 5에는 도 4의 수정예가 도시되어 있다. 본 명세서에서, 상대 위치에 따라 도면 부호, a, b, c로 표시되어 있는 세 개의 유사한 S-리본 세트를 두 개 층의 두께(로터 상의 절연 표면 층(184)과 리본 사이의 절연 이음부에 추가하여)로 압축하는 것은 도 4b 및 도 4c에 비해 도 5b 및 도 5e에서 보다 간단하면서도 효율적인 방식으로 이루어지고 있다. 또한, 도 4 및 도 5의 X-X 선을 초과하는 "로터 테두리"는 재디자인된다. 즉, 도 5a에 도시된 바와 같이, 도 5b의 로터 본체와 관련하여 도시된 상부 로터 테두리는 한 개 내지 두 개 층의 S-리본을 포함하거나 전혀 포함하지 않으며, 일 층의 두께가 다른 충의 두께보다 더 두껍게 형성된다. 전술한 바와 같이, 로터 본체의 압축 벽 두께와 로터 테두리 벽 두께가 동일해지도록 하기 위한 경우와 같은 바람직한 실시예에서, 이들 각각의 층 면적의 금속 두께는 두 배가 된다. 또한, X-X 선을 따라 로터 테두리와 로터 본체가 맞대기 이음 처리될 수 있도록 하기 위해서는 이음 선에서의 층의 단면 배치를 조절할 필요가 있다. 즉, 구역의 폭과 동일한 원주 방향 폭을 갖는 S-리본이 로터 본체 내에 유지되어 있는 경우를 도시한 도 5에서, 상기와 같은 조절은 도 5a의 하부 좌측의 점선으로 도시된 바와 같은 두께 베벨링을 통해 이루어진다. 본 명세서에서, 로터 본체 내부의 S-리본의 단면 형상은 도 5b의 좌측에 도시된 바와 같이 평행사변형이다.5 shows a modification of FIG. 4. In the present specification, three sets of similar S-ribbons, denoted by reference numerals a, b, c, according to their relative positions, are divided into two layers of thickness (insulation joint between the insulating surface layer 184 on the rotor and the ribbon). In addition, compression is accomplished in a simpler and more efficient manner in FIGS. 5B and 5E than in FIGS. 4B and 4C. Also, the "rotor border" beyond the X-X lines of Figures 4 and 5 is redesigned. That is, as shown in FIG. 5A, the upper rotor rim shown in relation to the rotor body of FIG. 5B includes one or two layers of S-ribbon or none at all, and the thickness of the filling with different thicknesses of one layer. Thicker than As mentioned above, in preferred embodiments, such as in the case where the compressed wall thickness of the rotor body and the rotor edge wall thickness are equal, the metal thickness of each of these layer areas is doubled. In addition, it is necessary to adjust the cross-sectional arrangement of the layers in the joint line in order to allow the rotor edge and the rotor body to be butt jointed along the X-X line. That is, in FIG. 5 showing the case where an S-ribbon having a circumferential width equal to the width of the zone is held in the rotor body, the above adjustment is made by beveling the thickness as shown by the dotted line on the lower left of FIG. Is done through. In this specification, the cross-sectional shape of the S-ribbon inside the rotor body is parallelogram as shown on the left side of FIG. 5B.

로터 본체의 S-리본의 폭을 구역 폭의 2/3 수준으로 감소시킴으로써 그리고 이에 대응하여 도 5d 및 도 5f에 따라 로터 테두리의 S-리본의 형상을 조절함으로써, 로터 내부의 S-리본은 도 5e 및 도 5f에서와 같이 직사각형으로 형성될 수도 있다. 이것은 로터의 구조를 보다 간소화시키는 효과가 있다.By reducing the width of the S-ribbon of the rotor body to 2/3 of the width of the zone and correspondingly adjusting the shape of the S-ribbon of the rotor rim in accordance with FIGS. 5D and 5F, the S-ribbon inside the rotor is shown in FIG. It may be formed as a rectangle as in 5e and 5f. This has the effect of further simplifying the structure of the rotor.

어느 경우에나, 본 발명에 따르면, 로터 본체 내부의 S-리본 부분이 와상 전류를 방지하도록 직경이 1/16인치 이하인 상호 절연되어 있는 와이어로 이루어진 다소 꼬인 압축 번들 형태로 형성되는 것이 유리할 수도 있다. 이러한 다소 꼬인 와이어 번들의 특별한 장점에 대해서는 이미 개략적으로 설명한바 있다. 이러한 번들의 와이어는 전체 S-리본 폭 이내의 자속 밀도를 샘플링하여 보다 높은 자속 밀도 영역으로부터, 즉 구역의 중심에서, 구역의 가장자리로 갈수록 또는 가장자리를 초과할수록 자속 밀도가 낮아지는 영역으로의 전류의 주기적인 이동을 방지한다. 이에 따라, 와이어 번들은 전자 노이즈를 감소시킬 것으로 예상된다. 또한, S-리본의 이와 같은 논의된 전류 이동은 전류 경로의 자속 밀도(B)의 값을 다소 낮추어, 기기의 전력 밀도를 손상시킨다. 또한, 본 발명에 따르면, 다소 꼬인 압축 와이어 번들은 로터의 설계 비용을 상당히 낮추는 것으로 예상되는데, 그 이유는 와이어 번들이 로터로 조립되는 품목, 즉 직경이 1/16인치 이하인 와이어 또는 바의 개수를 감소시키는 한편, 이러한 와이어 또는 바보다 상당히 뻣뻣하기 때문이다. In either case, it may be advantageous according to the invention that the S-ribbon portion inside the rotor body is formed in the form of a somewhat twisted compression bundle of mutually insulated wires of diameter 1/16 inch or less to prevent eddy currents. The particular advantages of these rather twisted wire bundles have already been outlined. The wires in these bundles sample the magnetic flux density within the full S-ribbon width to determine the current from the higher magnetic flux density region, i.e. from the center of the region, to the region where the magnetic flux density is lowered toward or beyond the edge of the region. Prevent periodic movements. Accordingly, wire bundles are expected to reduce electronic noise. In addition, this discussed current shift of the S-ribbon slightly lowers the value of the magnetic flux density (B) of the current path, thus impairing the power density of the device. In addition, according to the present invention, a somewhat twisted compression wire bundle is expected to significantly reduce the design cost of the rotor, because the number of items the wire bundle is assembled into the rotor, i.e., the number of wires or bars of 1/16 inch or less in diameter While reducing, it is considerably stiffer than such wires or bars.

본 명세서에 기술된 기하학적 형상의 보다 명확한 설명을 위해, 구역의 순간적인 위치, 즉 a-리본에 대해 대칭적으로 위치하는 순간의 구역의 위치가 도 5e에 수평 방향 음영선으로 그리고 도 5f에 대각선 음영선으로 도시되어 있다.For a more clear description of the geometry described herein, the instantaneous position of the zone, ie the position of the zone at the moment symmetrically with respect to the a-ribbon, is indicated by the horizontal shaded line in FIG. 5E and the diagonal in FIG. 5F. It is shown by the shaded lines.

도 5a 및 도 5b 뿐만 아니라 도 6에는 독립적인 기기의 기능을 수행하도록 사용될 수도 있는 서브 유닛으로, 즉, 이하에 논의되는 바와 같은 도 5d의 홀(177) 및 교체 가능한 플러그(178, 195, 196)를 통해, 기기를 분할하기 위한 수단이 도시되어 있다. 도 5d 및 도 5f에서는 로터의 서브 유닛으로의 분할에 대해서는 계획되고 있지 않다. 따라서, 도 5d 및 도 5f에는 홀과 플러그가 도시되어 있지 않지만, 이들 특징부는 즉각적으로 추가될 수 있다. 또한, 도 5a에서와 같은 절연 배리어(190)는 상이한 외측 접속을 위한 접속부 사이의, 즉 서브 유닛의 "인(in)" 및 "아웃(out)" 단자에서의 단락을 방지하는데 필요하다. 서브 유닛이 없는 기기의 경우, 배리어(190)는 도 5d에 도시된 바와 같이 "인" 및 "아웃" 기기 단자에서만, 즉 외부 3-상 전원(도시하지 않음)으로의 전기 접속부에서만 필요로 한다. 도 5d에는 단락의 위험을 상당히 줄이기 위하여 테두리의 여분의 세 개의 S-리본에 의해 분리되어 있는 "인" 및 "아웃" 단자가 도시되어 있다. 이것은 엄격히 선택적인 사항일 뿐인 추가적인 조처이다.5A and 5B as well as FIG. 6 are sub-units that may be used to perform the function of an independent device, ie holes 177 and replaceable plugs 178, 195, 196 of FIG. 5D as discussed below. Means for dividing the device is shown. In FIG. 5D and FIG. 5F, the division of the rotor into sub-units is not planned. Thus, although holes and plugs are not shown in FIGS. 5D and 5F, these features can be added immediately. In addition, an insulating barrier 190 as in FIG. 5A is necessary to prevent short circuits between the connections for different outer connections, ie at the " in " and " out " terminals of the subunits. For appliances without subunits, the barrier 190 is only needed at the "in" and "out" appliance terminals, as shown in Figure 5d, i.e. only at the electrical connections to an external three-phase power source (not shown). . Figure 5d shows the "in" and "out" terminals separated by three extra S-ribbons of the edges to significantly reduce the risk of short circuits. This is an additional measure that is strictly optional.

전기 접속부와 로터 테두리를 끼워 맞추는 데에는 보다 두꺼운 단단한 테두리 가장자리가 유용하다. 이에 따라, 선택적으로, 전원 및 전원 소비체와 같은 외부 구성 요소로의 전기 접속을 위해, 즉 복수 개의 기기가 사용되는 경우 기기를 서브 유닛으로 분할하기 위해, 다수 개의, 전체 S-리본에 해당하는 "턴"이 준비된다.Thicker rigid edge edges are useful for fitting electrical connections and rotor edges. Thus, optionally, for electrical connection to external components such as power sources and power consumers, i.e. for dividing a device into sub-units when a plurality of devices are used, corresponding to multiple, full S-ribbons. The "turn" is ready.

가장 간단하게는, 로터 테두리에서뿐만 아니라 로터 본체 내측의 리본은, 이 미 위에서 지적한 바와 같이 와상 전류를 억제하기 위하여 원주 방향 폭이 이를테면 1/16인치 이하인, 연속적인 일 길이의 축 방향으로 연장하는 평행한 요소(예를 들어, "와이어" 또는 "로드")로 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따라 도 4, 도 5 및 도 6에 함축되어 있는 바와 같이, 바람직한 로터는 세 개의 섹션, 이른바 로터 본체(도 4 및 도 5의 X-X 선의 내측), 그리고 도 4a 및 도 5a에 도시된 X-X 선의 양측에 각각 위치한 두 개의 로터 테두리로 이루어질 수 있다. 이들 섹션은 납땜, 전도성 접착제 또는 기타 다른 적당한 방법에 의해 전도성 방식으로 맞대기 이음 처리된다. 또한, 서로 주로 독립적으로 사용될 수도 있는 서브 유닛, 예를 들어 모터(들)와, 발전기(들) 및/또는 변압기 부품을 포함하는 바람직한 실시예에서, 로터 테두리의 S-리본 부분은 (i) 단단한 금속으로 이루어질 수도 있으며, (ii) 서브 유닛을 전기적으로 분리하는 절연 배리어(190)가 제공될 수도 있고, (iii) 필요에 따라, 연속적인 "턴" 사이의 및/또는 전원 또는 수신기와 같은 외부 구성 요소로의 전기 접속을 이루기 위하여 해제 가능한 "스크류-인(screw-in)" 플러그(178, 도 5) 또는 "드롭-인(drop-in)" 플러그(195, 196, 도 6)가 끼워질 수도 있는 홀(177) 또는 슬롯(도 5a에서와 같이 원형으로 또는 도 5b에서와 같이 타원형으로 형성되어야 하는 것은 아닌)일 수도 있다.Most simply, the ribbon inside the rotor body, as well as at the rotor rim, extends parallel to one axial length of one continuous length, with a circumferential width of less than 1/16 inch, for example, to suppress eddy currents, as noted above. It can be formed from one element (eg, "wire" or "rod"). However, as implied in Figures 4, 5 and 6 in accordance with the present invention, the preferred rotor is divided into three sections, the so-called rotor body (inside the line XX of Figures 4 and 5), and Figures 4A and 5A. It may be composed of two rotor borders respectively located on both sides of the illustrated XX line. These sections are butt welded in a conductive manner by soldering, conductive adhesive or other suitable method. In addition, in a preferred embodiment comprising sub-units, for example motor (s) and generator (s) and / or transformer components, which may be used mainly independently of one another, the S-ribbon portion of the rotor rim is (i) rigid It may be made of metal, and (ii) an insulating barrier 190 may be provided that electrically separates the subunits, and (iii) between successive "turns" and / or external, such as a power source or receiver, as desired. Releasable " screw-in " plugs 178 (FIG. 5) or " drop-in " plugs 195, 196 and 6 are fitted to make electrical connections to the components. It may also be a hole 177 or slot (which should not be formed circularly as in FIG. 5A or elliptical as in FIG. 5B) that may be lost.

로터 본체와 로터 테두리의 맞대기 이음 시에는, 기기의 효율을 저하시키는 서로 다른 요소 사이의 의도하지 않은 전기 접속을 최소화하기 위한 조치가 취해져야 한다. 바람직하게는, S-리본(a)과 S-리본(b)이나 S-리본(c) 사이에 의도하지 않은 전기 접속을 형성하지 않고 로터 테두리의 S-리본 부분(a)이 전도성 이음부를 가로질러 로터 본체의 대응하는 S-리본 부분(a)에 연결되어야 한다. 마찬가지로, 기타 다른 부분으로의 의도하지 않은 전기 접속을 형성하지 않고 모든 S-리본 부품(b, c)은 바람직하게는 전도성 이음부를 가로질러 대응하는 S-리본 부분(b, c)에 전도성 방식으로 이음 처리되어야 한다. 이를 위해, 본 발명에 따르면, 로터 본체와 로터 테두리를 하나로 전도성 방식으로 접착 또는 납땜하기 전에, 이들 각각에 예를 들어, 대략 3mm의 1/8 인치 폭 및 수 밀리미터 깊이의 정합용 얕은 홈이 조각될 수도 있으며, 상기 얕은 홈은 절연 재료로 충전될 수도 있다.At the butt joint of the rotor body and the rotor rim, measures should be taken to minimize unintended electrical connections between the different elements that reduce the efficiency of the appliance. Preferably, the S-ribbon portion (a) of the rotor rim crosses the conductive joint without forming an unintended electrical connection between the S-ribbon (a) and the S-ribbon (b) or S-ribbon (c). Should be connected to the corresponding S-ribbon part (a) of the rotor body. Likewise, all S-ribbon parts (b, c) are preferably connected in a conductive manner to corresponding S-ribbon parts (b, c) across the conductive joint without forming unintended electrical connections to the other parts. Should be jointed. To this end, according to the present invention, before bonding or soldering the rotor body and the rotor rim in one conductive manner, each of them is engraved with a shallow groove for registration, for example, about 1/8 inch wide and several millimeters deep, approximately 3 mm. The shallow groove may be filled with insulating material.

바람직한 실시예에서, 도 5f에 도시된 바와 같이, 복수 개의 이웃한, 로터 본체의 기계적으로 이어져 있지만 전기적으로는 절연되어 있는 꼬인 형상의 압축 와이어 번들이 로터 테두리의 대응하는 단단한 부분에 전기 전도성 방식으로 이음 처리될 수도 있다. 도 5f에서는, 세 개의 와이어 번들이 각각 파선으로 도시된 바와 같이 조립된다. 이러한 조립의 장점은 다음과 같다. 유리하게는, 꼬인 압축 와이어 번들은 대략 등축이며, 또한 유리하게는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 이러한 와이어 번들의 일 치수가 로터 본체 벽 두께의 폭에 대응한다. 이 매개 변수는 전체 기기 구조를 고려하여 결정되는 것이 바람직하며, 상이한 여러 고려 사항이 로터 직경과, 구역의 개수, 구역 폭, 그리고 로터 테두리의 S-리본 부분의 폭을 결정하도록 사용된다. 이렇게 결정된 최적의 소정 값의 서로 다른 부품에서의 불일치는 복수 개의 꼬인 와이어 번들을 로터 본체의 하나의 S-리본 폭으로 도시된 바와 같이 조립함으로써 보다 즉각적으로 조정될 수 있다.In a preferred embodiment, as shown in FIG. 5F, a plurality of mechanically connected but electrically insulated twisted wire bundles of neighboring rotor bodies are electrically connected to corresponding rigid portions of the rotor rim in an electrically conductive manner. It may also be jointed. In FIG. 5F, three wire bundles are assembled as shown by broken lines, respectively. The advantages of such assembly are as follows. Advantageously, the twisted compression wire bundle is approximately equiaxed and advantageously, as shown in FIGS. 4 and 5, one dimension of this wire bundle corresponds to the width of the rotor body wall thickness. This parameter is preferably determined in consideration of the overall machine structure, and several different considerations are used to determine the rotor diameter, the number of zones, the zone widths, and the width of the S-ribbon portion of the rotor rim. The discrepancies in the different parts of the optimum predetermined value thus determined can be adjusted more immediately by assembling a plurality of twisted wire bundles as shown by one S-ribbon width of the rotor body.

도 4a 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 바람직한 실시예에 있어서, 이하의 총 기기 길이에 대해, 테두리의 폭은 단지 대략 2Lm로, 즉 대략 구역 폭의 두 배이며, 통상, 로터 벽 폭의 두 배 수준인 점에 유의하여야 한다.As shown in FIGS. 4A and 5A, in the preferred embodiment, for the following total instrument length, the width of the rim is only approximately 2 L m , ie approximately twice the width of the zone, and typically, of the rotor wall width. Note that there is a double level.

Figure 112008021109061-PCT00013
Figure 112008021109061-PCT00013

여기서, L은 자석 관의 길이이다. 거의 모든 환경 하에서, 상기 길이는 MP-Plus 기기를 포함하는, 연관 슬립 링을 구비한 브러쉬 사용 MP 기기에 의해 달성 가능한 것보다 상당히 짧다.Where L is the length of the magnet tube. Under almost all circumstances, the length is considerably shorter than that achievable by brushed MP devices with associated slip rings, including MP-Plus devices.

적층형 또는 다른 방식으로 분할된 S-리본 섹션 대신에, 예를 들어 도 4a 또는 도 5a에 도시된 바와 같은 형상이나 이와 유사한 형상의, 단단한 재료를 포함한 로터 테두리의 지적한 바와 같은 간단한 구조가 가능한데, 그 이유는 자속 구역 외측에 와상 전류 배리어가 필요하지 않기 때문이다. 그러나, 로터 테두리와 로터 본체의 S-리본 부분(a) 및 유사한 S-리본 부분(b, c)의 간단한 맞대기 이음 시에는, 자속이 낮은 영역의 전류 과밀을 방지하기 위하여, 연속적인 구역에서의 S-리본의 전단 및 후단 가장자리의 전술한 바와 같은 반전 특징이 사라진다. 그 결과, 로터 테두리의 단단한 부분이 구역 외부와 내부의 리본 부분 사이의 전류 이동을 허용함에 따라 기기 토오크의 상당 부분이 사라질 수 있다.Instead of stacked or otherwise divided S-ribbon sections, a simple structure is possible, as pointed out of the rotor rim comprising a rigid material, for example in the shape as shown in FIG. 4A or 5A, or similar. This is because no eddy current barrier is needed outside the flux zone. However, in the simple butt joint of the rotor rim and the S-ribbon part (a) and similar S-ribbon parts (b, c) of the rotor body, in order to prevent current overcrowding in the region of low magnetic flux, The reversal features as described above of the front and rear edges of the S-ribbon disappear. As a result, a significant portion of the machine torque can be lost as the rigid portion of the rotor rim allows for current transfer between the ribbon portion inside and outside the zone.

본 발명에 따르면, 전술한 바와 같은 문제는, 리본 섹션(a, b, c)의 형태로 가볍게 꼬인 상태로 압축, 압출 또는 압연 처리되어 있는 상호 전기적으로 절연되어 있는 1/16인치 미만의 직경을 갖는 와이어 번들로 로터 본체의 리본 섹션(a, b, c)을 형성함으로써, 방지된다(도 5b의 구성이 선택된 경우에도 동일하다). 와이어가 매끄러우며, 원형이고, 예를 들어 100℃ 이상의 기기 사용 온도 이상에서 연화되는 얇은 절연 접착제 층과 함께 접착된 경우, 도 4b 및 도 5b에서와 같은 압축 또는 압연이 촉진되며, 상기 번들은 접착제가 적당히 연화되는 온도로 가열되면서 형상화된다. 구역으로부터 구역 사이의 간극으로의 논의된 바와 같은 전류 이동을 방지하기 위해, 상기 번들은 자석 관의 길이(L)를 따라 적어도 하나의 완전한 꼬임부 또는 임의의 그 이상의 꼬임부를 구비하여야 하는데, 그 이유는 이러한 꼬임부가 S-리본 단면에 걸친 장애(유효 저항)를 균일화하기 때문이다.According to the present invention, the problem as described above is a diameter of less than 1/16 inch of mutually insulated, mutually insulated, compacted, extruded or rolled in the form of ribbon sections a, b, c. This is prevented by forming the ribbon sections a, b, c of the rotor body with the wire bundles to have (even if the configuration in Fig. 5B is selected). When the wire is smooth, circular, and bonded together with a thin insulating adhesive layer that softens, for example, above the appliance operating temperature of 100 ° C. or higher, compression or rolling as in FIGS. 4B and 5B is promoted and the bundle is adhesive Is shaped while heated to a temperature where it is moderately softened. In order to prevent the movement of current as discussed from the zone to the gap between the zones, the bundle must have at least one complete twist or any more twists along the length L of the magnet tube. This is because these twists equalize the disturbance (effective resistance) across the S-ribbon cross section.

이러한 성질로 인해 꼬인 섬유 번들의 단면이 등축화되는 경향이 있으므로, 도 4c의 S-리본(a, b)의 세장형 단면 및 도 4c 및 도 5b의 계단형 단면으로의 압축은 문제를 야기할 수도 있다. 그럴 경우 그리고 몇 가지 이유로 단면 압축이 유리한 경우라면, S-리본은 예를 들어, 도 5b의 우측에 점선으로 도시된 바와 같이 전도성 접착제와 함께 끼워지는 거의 등축의 직사각형 단면으로 설계될 수도 있다. 가장 간단한 형태는 도 5b의 좌측에 도시된 평행 사변형 형태일 수 있다.Because of this property, the cross-section of the twisted fiber bundles tends to be equiaxed, so compression into the elongated cross-sections of the S-ribbons (a, b) of FIG. 4c and the stepped cross-sections of FIGS. It may be. If so and for some reason cross-sectional compression is advantageous, the S-ribbon may be designed as a substantially equiaxed rectangular cross section fitted with a conductive adhesive, for example, as shown by the dotted line on the right side of FIG. 5B. The simplest form may be the parallelogram form shown on the left side of FIG. 5B.

기기 사용 온도는 S-리본의 접착제의 연화 온도에 의해 제한될 수도 있다. 그러나, 모든 유형의 MP 기기의 사용 온도는 어쨌든 영구 자석의 자기화 저하를 초래하는 온도까지로 제한된다. 그러므로, 본 발명에 따르면, S-리본의 접착제의 연화 온도뿐만 아니라 S-유닛 내부 및 로터 본체 내로의 접합 접착제 연화 온도, 그리고 로터 본체 및 로터 테두리의 매트릭스 및/또는 표면 커버 재료의 연화 온도가 쟁점이 되는 MP-A 및 MP-T 기기의 예상 사용 온도보다 상당히 높을 필요는 없으며, 영구 자석이 열화되기 시작하는 온도보다 낮다.The instrument use temperature may be limited by the softening temperature of the adhesive of the S-ribbon. However, the operating temperature of all types of MP appliances is limited to temperatures which, in any case, lead to a decrease in magnetization of the permanent magnets. Therefore, according to the invention, not only the softening temperature of the adhesive of the S-ribbon but also the bonding adhesive softening temperature inside the S-unit and into the rotor body, and the softening temperature of the matrix of the rotor body and the rotor rim and / or the surface cover material This does not have to be significantly higher than the expected use temperature of the MP-A and MP-T equipment, but below the temperature at which the permanent magnets begin to degrade.

선택적으로 및/또는 동시적으로 이루어지는 서브 유닛을 통한 상이한 기기 기능Different instrument functions via subunits, optionally and / or simultaneously

지금까지는, S-리본이 로터를 중심으로 모든 구역을 한번 통과하여, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 예를 들어, 이웃한 구역 내의 밀접한 위치에서 시작 및 종결되어야 하는 것으로 여겨져 왔다. 이것은 불필요한 제한으로서, 오히려 일반적으로는, 단일 S-리본이 n번 로터를 에워쌀 수도 있으며 여기서 숫자 n은 1보다 작거나 큰 수이다. 반대로, 복수 개의 S-리본이 단일 로터에 포함될 수도 있다. 즉, 로터를 중심으로 한 단일 회로의 S-리본이 소정 개수의 섹션으로 분해될 수도 있다. 또한, 복수 개의 상호 격리된 S-리본이 로터 내에서 서로의 위에 배치될 수도 있다. 유사하게는, 두 개의 S-리본의 시작점 및 종결점이 이웃한 구역 내에 또는 소정의 위치에 배치될 수도 있다.Until now, it has been believed that the S-ribbon must pass through all zones about the rotor once, starting and ending at close positions, for example, in neighboring zones, as shown in FIGS. 3A and 3B. This is an unnecessary restriction, rather generally, a single S-ribbon may enclose the rotor n times, where the number n is less than or greater than one. In contrast, a plurality of S-ribbons may be included in a single rotor. That is, the S-ribbons of a single circuit around the rotor may be broken down into a predetermined number of sections. In addition, a plurality of mutually isolated S-ribbons may be arranged on top of each other in the rotor. Similarly, the start and end points of the two S-ribbons may be located in neighboring areas or at predetermined locations.

중요한 것은, S-리본의 어느 연속적인 부분, 즉 이를 통해 전류가 S-리본의 다른 연속적인 부분과 무관하게 흐를 수도 있는 부분은 개개의 모터, 발전기 또는 변압기 권취부처럼 사용될 수도 있는 "서브 유닛"을 구성한다는 점으로, 이러한 서브 유닛의 전류는 개별적으로 제어 가능하며 그 전압은 서브 유닛에 포함된 별개의 구역을 따라 형성된 통로의 개수에 비례한다. MP 기기(참조 문헌 1) 및 MP-Plus 기기(참조 문헌 2)에 대해 특허 보호가 이미 청구되어 있는 이러한 개념은 본 발명에 따른 MP-A 및 MP-T 기기에도 적용된다. Importantly, any successive part of the S-ribbon, ie the part through which current may flow independently of the other continuous part of the S-ribbon, may be used as a "sub-unit" which may be used as an individual motor, generator or transformer winding. In this respect, the current of these subunits is individually controllable and its voltage is proportional to the number of passages formed along the separate zones included in the subunits. This concept, in which patent protection has already been claimed for the MP instrument (Ref. 1) and the MP-Plus instrument (Ref. 2), also applies to the MP-A and MP-T instruments according to the invention.

도 5 및 도 6의 절연 배리어(190)는 서브-유닛의 종점이 한편으로는 도 5 및 도 6에 일 테두리에 대해 도시된 바와 같이 양 로터 테두리에 각각 마련된 S-리본에, 다른 한편으로는 로터 원주를 중심으로 단 하나의 로터 테두리 및 단 한곳에만 선택적으로 설정되도록 하는 수단이다. 후자의 경우가 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있다. 이들 도면에서, S-리본의 중단은 기능적인 면이 아니라 형태학적인 면에서 도 5 및 도 6의 배리어(190)의 형상과는 상이하다. 본 발명에 따르면, 따라서, 각각의 구역의 각각의 단부에 배리어(190)를 제공함으로써 어느 하나의 S-리본을 로렌쯔 힘이 발생된 경우 이 로렌쯔 힘이 가로지르는 구역의 개수만큼 많은 서브 유닛으로 분리하도록 선정할 수도 있다. 그러나, 도 3a에 도시된 바와 같은 브러쉬 사용 기기에서는 S-리본 섹션으로 구성된 어느 하나의 서브 유닛의 사용이 두 개의 브러쉬와 두 개의 슬립 링을 필요로 하므로, 이를테면 두 개 이상의 서브 유닛은, 매 서브 유닛이 두 개의 단자(176) 사이에 연결되고 두 개 이상의 서브 유닛에는 단자가 연결되지 않은 도 3b에 도시된 바와 같은 브러쉬 미사용 기기에서만 실시 가능하다. The insulating barrier 190 of FIGS. 5 and 6 has an end of the sub-unit on the one hand on an S-ribbon, respectively provided on both rotor rims, as shown for one rim in FIGS. 5 and 6, on the other hand. It is a means for selectively setting only one rotor edge and only one position around the rotor circumference. The latter case is shown in Figures 3a and 3b. In these figures, the interruption of the S-ribbons differs from the shape of the barrier 190 of FIGS. 5 and 6 in terms of morphology, not functional. According to the invention, therefore, by providing a barrier 190 at each end of each zone, any one S-ribbon is separated into as many subunits as the number of zones through which the Lorentz force crosses when the Lorentz force is generated. It can also be chosen. However, in the brush-using device as shown in FIG. 3A, the use of any one sub-unit consisting of S-ribbon sections requires two brushes and two slip rings, such as two or more sub-units, It can only be implemented in a brush-free device as shown in FIG. 3B where the unit is connected between two terminals 176 and the terminals are not connected to two or more sub-units.

도 5 및 도 6에는 도 3b의 단자(176)와 등가의 단자를 제공하기 위한 간단한 방법이 도시되어 있다. 본 명세서에서는, 명료성을 위해, 금속 부분은 반듯한 평행 음영선으로 표시되어 있으며, 절연체는 교차 평행선 무늬로 표시되어 있다.5 and 6 illustrate a simple method for providing a terminal equivalent to the terminal 176 of FIG. 3B. In the present specification, for the sake of clarity, the metal parts are indicated by straight parallel shaded lines, and the insulators are indicated by crossed parallel line patterns.

제1 단계로서, 도 5c에는 배리어(190)에 의해 격리되어 있는 S-리본 부분(172(l), 172(r)) 사이의 저항이 낮은 영구 전기 접속을 설정하는 "스크류-인" 플러그가 도시되어 있다. 전도성 본체를 갖는 플러그(178)는 그 전체 원주를 중심으로 개개의 S-리본 부분과 전기적으로 접촉하여 S-리본 부분(192(l), 192(r)) 사 이에 전기 접속을 설정함으로써, 일시적으로 또는 영구적으로 S-리본이 인접한 서브 유닛으로 분리될 수 없도록 할 수 있다. 또한, 수정예의 플러그가 외부 전기 부품에 대한 S-리본 포트의 접속을 설정하도록 사용될 수도 있다.As a first step, FIG. 5C shows a " screw-in " plug that establishes a low resistance permanent electrical connection between S-ribbon portions 172 (l) and 172 (r) that are isolated by barrier 190. FIG. Is shown. The plug 178 having the conductive body is temporarily in contact with the respective S-ribbon portions about its entire circumference to establish an electrical connection between the S-ribbon portions 192 (l) and 192 (r), thereby providing a temporary connection. Alternatively, or permanently, the S-ribbon can not be separated into adjacent subunits. In addition, the plug of the modification may be used to establish the connection of the S-ribbon port to the external electrical component.

스크류-인 타입의 플러그(178)의 장점으로는, 상당히 간략한 기하학적 형태, 두 개의 S-리본 부분 사이의 낮은 경계 저항, 그리고 너트(179)가 사용 중에 풀리는 것을 방지하기 위한 잠금-너트 와셔 또는 기타 수단에 의해 임의로 제공되는, 절연 처리된 나사체결 단부(193)상의 너트(179)를 이용한 견고한 영구적인 설치를 들 수 있다. 그러나, 이러한 영구적인 설치가 플러그와 좌측 대 우측 및 상측 대 하측 사이의 접점 상관성을 설정하지는 않는다. 또한, 외측으로의 케이블이 스크류-인 플러그에 부착되어야 하는 경우, 케이블이 설치 및 제거 동안 꼬이는 경향이 있다.Advantages of the screw-in type plug 178 include considerably simple geometry, low boundary resistance between the two S-ribbon parts, and lock-nut washers or other to prevent the nut 179 from loosening in use. Robust permanent installation using nuts 179 on insulated screwed ends 193, optionally provided by means. However, this permanent installation does not establish contact correlation between the plug and left to right and top to bottom. In addition, if the cable to the outside is to be attached to the screw-in plug, the cable tends to twist during installation and removal.

따라서, 제2 단계로서, 홀(177)의 형상은 도 5에 도시된 테이퍼형 타원으로 변경되며, "스크류-인" 플러그(178)는 "드롭-인" 플러그(195, 196) 또는 그 변형예로 대체된다. 절연 처리된 나사체결 단부(193)와 너트를 테이퍼형 홀과 함께 유지함으로써 플러그(178)에서와 같은 나사 체결 없이 낮은 접촉 저항을 보장한다. 특히, 도 6b 및 도 6c의 플러그(195, 196)는 동일 기기 내의 다른 서브 유닛 및/또는 전원 공급원, 모터 및 발전기와 같은 외부 구성 요소로의 접속을 이루기에 편리한 방식을 보여주고 있다. 플러그(196)의 경우(도 6c), S-리본의 단지 일 측면(이 경우에는 S-리본의 부분(192(l))으로부터의/일 측면으로의 절연 처리된 케이블(40l)을 통해 전기 접속이 이루어진다. 반면에, 도 6b의 플러그(195)는 양 측면(즉, 부 분(192(l), 192(r))으로부터의/양 측면으로의 케이블(40(l), 40(r))을 통해 독립적인 접속을 이룬다.Thus, as a second step, the shape of the hole 177 is changed to the tapered ellipse shown in FIG. 5, and the “screw-in” plug 178 is a “drop-in” plug 195, 196 or a variant thereof. Replaced by an example. Keeping the insulated screwed ends 193 and nuts together with tapered holes ensures low contact resistance without screwing as in plug 178. In particular, the plugs 195 and 196 of FIGS. 6B and 6C show a convenient way to make connections to other subunits and / or external components such as power supplies, motors and generators in the same device. In the case of plug 196 (FIG. 6C), electrical is provided via insulated cable 40l from / to one side of the S-ribbon (in this case part 192 (l) of S-ribbon) On the other hand, the plug 195 of Figure 6b, on the other hand, has a cable 40 (l), 40 (r) from / to both sides (i.e., portions 192 (l), 192 (r)). Independent connections are made through)).

도 6a에서, 홀(177)의 형상이 임의적으로, 즉 이 경우에는 타원형으로 결정되어 있다. 다각형 또는 슬롯과 같은 기타 다른 형상, 또는 주변부의 직선형 및 원형 부분의 조합이 선택될 수도 있다. 이와 같은 두드러진 특징은 도 5의 홀(177)과 플러그(178)에 비하여 회전상 대칭적인 형태로부터 출발하고 있다. 실제로, 비용, 기기 작동 중의 용이한 설치, 교체 및 교환, 설치, 교체 및 교환시의 가능한 오류의 최소화, 그리고 내부 저항 크기와 같은 추가적인 고려 사항에 기초하여 홀(177)의 형태가 선택된다. In Fig. 6A, the shape of the hole 177 is arbitrarily determined, ie in this case elliptical. Other shapes, such as polygons or slots, or combinations of straight and circular portions of the perimeter may be selected. This prominent feature starts from a rotationally symmetrical form compared to the hole 177 and plug 178 of FIG. In practice, the shape of the hole 177 is chosen based on additional considerations such as cost, easy installation, replacement and replacement during operation of the instrument, minimization of possible errors in installation, replacement and exchange, and internal resistance size.

도 6의 플러그(195, 196)의 드롭-인 성질은 얽힘을 방지하는 한편 일반적으로는 케이블과의 그리고 케이블 중의 입체적인 간섭을 방지한다. 케이블은 절연 처리되어 있는 것으로 도시되어 있다. 이러한 절연은 전기 공학 실시에 의거하여 사실상 자동적으로 이루어지는 것이지만, 이 경우에는 배리어(190)와 리본 부분(172)의 외부 절연 피복재(184)에 대항하여 시일링 처리된 절연 캡(191)의 재료와 융화되는 특징이 있다. 이러한 융화 또는 빈틈없는 이음은 대기 유체에 대한 효과적인 시일링, 그리고 그에 따라 특히 부적당한 환경, 예를 들어, 바닷물에 완전히 잠긴 경우 또는 아마도 화학 플랜트에서 펌프(예를 들어, 도 7 및 도 8)로서 작동하는 경우, 기기의 장기적인 서비스 능력을 위해 필수적이다. 이와 동일한 이유로, 즉, 대기 유체에 대한 효과적인 시일링을 이유로, 캡(191)과 와셔(179)의 접 촉 표면이 유리하게는 적당한 엘라스토머, 예를 들어 Viton®과 일렬로 정렬된다.The drop-in nature of the plugs 195 and 196 of FIG. 6 prevents entanglement while generally preventing steric interference with and within the cable. The cable is shown to be insulated. This insulation is virtually automatic in accordance with electrical engineering practice, but in this case the material of the insulating cap 191 sealed against the barrier 190 and the outer insulation sheath 184 of the ribbon portion 172; There is a characteristic of being fused. Such fusion or tight joints can be effectively sealed to atmospheric fluids and, therefore, especially as pumps (eg, FIGS. 7 and 8) in particularly inadequate environments, such as when fully immersed in seawater or perhaps in chemical plants. If it works, it is essential for the long-term service capability of the device. For this same reason, ie for effective sealing against atmospheric fluids, the contact surface of cap 191 and washer 179 is advantageously aligned in line with a suitable elastomer, for example Viton ® .

서브 유닛의 사용에 대해서는 즉, 참조 문헌 1 및 2에 이미 상세히 논의되어 있다. 본 출원의 경우, 따라서, 간단한 개요 내용이면 충분할 수도 있다. 매 서브 유닛은 발전기로서 또는 모터로서 전류가 가로지르는 구역의 개수에 따른 전압을 운반한다. 즉, 자속 밀도(B)의 Nzs 개의 구역에 걸쳐 연장하며 표면 속도(vr)로 회전하는 자석 길이(L)를 갖는 로터의 S-리본 섹션의 단부 사이의 유도 전압은 다음과 같이 나타내어진다.The use of subunits is already discussed in detail, ie references 1 and 2. In the case of the present application, therefore, a brief summary may be sufficient. Every subunit carries a voltage according to the number of zones through which the current crosses, either as a generator or as a motor. That is, the induced voltage between the ends of the S-ribbon section of the rotor with the magnet length L, which extends over the N zs zones of the magnetic flux density B and rotates at the surface velocity v r , is expressed as .

Figure 112008021109061-PCT00014
Figure 112008021109061-PCT00014

고려 중인 특정 S-리본은, 기기의 모든 서브 유닛이 보통 동일한 자속 밀도(B)와, 자석 길이(L), 직경(D)과 속도(v) 값을 갖는 점을 제외하고는, 기타 다른 서브 유닛과 본질적으로 독립적이다. 따라서, 기기의 서로 다른 서브 유닛에 인가된 또는 서브 유닛에 의해 운반된 전압은 Nzs, 즉, 특정 서브 유닛이 걸쳐 연장하는 구역의 개수에 비례한다. 이에 따라, 고정된 속도에서 서로 다른 전압을 갖는 두 개 이상의 상이한 전압 발생원으로부터 소정 모터를 구동시킬 수 있다. 이것은 일정한 속도에서, 즉 "자장 약화"의 변형예에서 이를테면 기기의 전력을 승압하는데 유용할 수 있다.The particular S-ribbon under consideration is any other sub, except that all subunits of the instrument usually have the same magnetic flux density (B), magnet length (L), diameter (D) and velocity (v) values. It is essentially independent of the unit. Thus, the voltage applied to or carried by the different subunits of the device is proportional to N zs , ie the number of zones extending over a particular subunit. Thus, a predetermined motor can be driven from two or more different voltage sources having different voltages at a fixed speed. This may be useful at constant speed, ie in variations of "magnetic field weakening" such as boosting the power of the device.

서브 유닛의 복수 회 사용 시에, 대응하는 상이한 힘을 유발하며 로터의 원주를 중심으로 응력을 가하는 상이한 서브 유닛의 불균일한 전류를 통해 로터가 뷸 균형을 이루지 않도록 하기 위한 조처가 취해질 수도 있다. 이를 위해, 특히, 낮은 회전 속도에서는 전체 개수의 S-리본으로 에워싸는 것이 최선책일 수도 있다. 또는, 예를 들어, 각기 로터 원주 길이의 1/3 정도인 세 개의 연속적인 S-리본을 사용할 수도 있다. 또는, 총 길이가 두 개의 로터 원주 길이이며 모두 전류가 동일한 다섯 개의 연속적인 S-리본을 사용한다. 또는, 하나의 로터 원주에 걸쳐 분포된 각기 두 개의 유사한 S-리본으로 이루어진 세 쌍의 S-리본을 사용한다. 예를 들어, 한 쌍의 두 개의 S-리본은 45°간격일 수 있으며, 다른 쌍의 경우에는 60°간격일 수 있고, 세번째 쌍의 경우에는 30°간격이 되어, 총 2 X (45°+ 60°+ 30°)=270°이므로, S-리본이 없는 90°범위의 로터 원주가 남는다. 본 명세서에서, S-리본뿐만 아니라 리본 사이의 자유 공간은 바람직하게는 서로 직경 방향으로 교차하도록 짝 상호 작용 방식으로 분포되어, 로터와 자석 관을 중심으로 한 힘과 응력을 거의 균등화한다.In multiple uses of the subunits, measures may be taken to ensure that the rotor is not balanced through uneven currents of the different subunits causing corresponding different forces and stressing around the circumference of the rotor. To this end, it may be best to enclose the entire number of S-ribbons, especially at low rotational speeds. Alternatively, for example, three consecutive S-ribbons, each about 1/3 of the rotor circumference, may be used. Alternatively, use five consecutive S-ribbons with a total length of two rotor circumferences and all with the same current. Alternatively, use three pairs of S-ribbons, each consisting of two similar S-ribbons distributed over one rotor circumference. For example, two pairs of S-ribbons may be 45 ° apart, 60 ° apart for the other pair, and 30 ° apart for the third pair, for a total of 2 X (45 ° + 60 ° + 30 °) = 270 °, leaving the rotor circumference in the 90 ° range without the S-ribbon. In this specification, the free space between the ribbon as well as the S-ribbon is preferably distributed in a paired interaction manner so as to intersect radially with each other, almost equalizing the forces and stresses around the rotor and the magnet tube.

다시, 리본과 그 개개의 쌍을 이룬 단자(도 3b에 따른 단자(176n)) 간의 관찰된 바와 같은 상호 전기적 절연에 의해, 각각의 S-리본은 독립적인 모터 또는 발전기처럼 기능 한다. 따라서, 모터 모드로 작동하는 모든 S-리본에 동일한 주파수가 공급되고 또한 모든 S-리본이 교류의 경우 동일 위상에 있거나 3-상 전류의 경우 적절한 위상을 갖는 것을 가정할 경우, 단자는 독립적인 전원에 접속될 수도 있으며 또는 독립적인 전력 소비체에 전력을 공급할 수도 있다. 따라서, 발전기가 서로 다른 회로에 서로 다른 전압을 제공할 수 있으며 히터에 전기를 공급할 수 있음에 따라, 하나의 대형 기기가 선박 프로펠러를 동시에 구동시킬 수도 있다. 이 와 같은 복수 개의 기기의 동시 사용 개념은 이미 참조 문헌 2에 이른바 "반경 방향 지그재그" 를 이용하는 MP-Plus 기기와 같이 간단한 동극 MP 기기에 대해 이미 제안된 바 있다. 그러나, 양 경우 모두 다수의 브러쉬 및 브러쉬 홀더를 필요로 한다.Again, by mutual electrical isolation as observed between the ribbon and its respective paired terminals (terminal 176n according to FIG. 3B), each S-ribbon functions like an independent motor or generator. Thus, assuming that all S-ribbons operating in motor mode are supplied with the same frequency and that all S-ribbons are in the same phase for alternating current or appropriate phase for three-phase current, the terminals are independent power supplies. It may be connected to or to power an independent power consumer. Thus, as the generator can provide different voltages to different circuits and can supply electricity to the heater, one large appliance may drive the ship propellers simultaneously. The concept of simultaneous use of a plurality of such devices has already been proposed in reference 2 for a simple co-polar MP device such as an MP-Plus device using so-called "radial zigzag". However, both cases require a large number of brushes and brush holders.

참조 문헌 2에 이미 주어진 독립적인 서브 유닛의 일 예의 용례에서는, 1200V, 즉 120 개의 구역이 100rpm의 일정한 속도에서 제어 전류를 통해 공급되는 광범위하게 가변되는 토오크에 의해 가변 피치 프로펠러를 회전시키도록 제공되어 있는, 이를테면 144개의 구역을 포함하는 대형 1440V MP-A 선반 구동 기기가 고려되고 있다. 여기서, 나머지 24 개의 구역 중, 22개의 구역은 선박의 일명 호텔 사용을 위한 220V의 교류를 공급하도록 제공될 수 있으며, 마지막 두 개의 구역은 직류로 정류될 수 있는 20V 교류를 비상 회로에 공급하도록 제공될 수 있다. 이러한 구성에 의하면 또한, 항구에 정박해 있는 동안 프로펠러는 공전되도록 하지만 여전히 다른 필요로는 전류를 공급할 수 있도록 하거나, 예를 들어, 해저 위협을 방지하는 군함에서와 같은 긴급 요구가 있을 경우에는, 120개의 구역과 20개의 구역을 직렬로 연결함으로써 모든 전력을 프로펠러로 전환하여 프로펠러를 보다 빠르게 구동시키도록 할 수 있다. 또는 반대로, 프로펠러 전력의 소비율 중 "호텔" 전력을 증가시키거나, 대포 또는 캐터펄트용의 여분 전력을 발생하도록 할 수 있다. 사실상, 독립적인 서브 유닛의 사용에는 거의 제한이 없다.In one example application of the independent subunit already given in Reference 2, 1200V, i.e. 120 zones, are provided to rotate the variable pitch propeller by a wide range of torque supplied through a control current at a constant speed of 100 rpm. For example, a large 1440V MP-A lathe drive device including 144 zones is contemplated. Here, of the remaining 24 zones, 22 zones can be provided to supply 220V alternating current for the use of the so-called hotel use of the ship, and the last two zones provide 20V alternating current to the emergency circuit which can be rectified by direct current. Can be. This configuration also allows the propellers to idle while anchored at the port but still allows current to be supplied, or in case of emergency demands, for example in warships that prevent submarine threats. By connecting four zones and twenty zones in series, all the power can be converted to propellers, allowing the propellers to run faster. Alternatively, it is possible to increase the "hotel" power of the propeller power consumption or to generate extra power for cannons or catapults. In fact, there are almost no restrictions on the use of independent subunits.

보다 평범하게는, 단지 단일 사용 모드의 경우, 또는 "자장 약화"에서와 같은 몇몇 경우에, S-리본이 소정 개수의 "턴"에 걸쳐 연장하도록 하는, 즉, 임의의 개수의 구역을 통과하도록 하는 기회가 주어짐으로써, 소정의 회전 속도, 전압 및 전류와 같은 사용자 사양에 맞춰 MP-A 및 MP-T 기기의 디자인에 있어 상당한 유연성이 허용된다. 이것은 상이한 S-리본의 입력부 또는 출력부를 직렬 또는 병렬로 선택적으로 연결함으로써, 경우에 따라서는 단자(176)가 영구적으로 휴지 상태에 있으므로 기기가 가동하는 동안 선택적으로 절환함으로써 이루어질 수도 있다. More commonly, in the case of only a single mode of use, or in some cases, such as in “magnetic field weakening,” allow the S-ribbon to extend over a certain number of “turns”, ie, to pass through any number of zones. The opportunity to do so allows considerable flexibility in the design of MP-A and MP-T devices to meet user specifications such as rotational speed, voltage and current. This may be achieved by selectively connecting the inputs or outputs of the different S-ribbons in series or in parallel, and in some cases by selectively switching during operation of the device since the terminal 176 is permanently at rest.

MPMP -A 및 -A and MPMP -T 기기의 예상 기기 효율 및 전력 밀도Expected device efficiency and power density for T-devices

MP 및 MP-Plus 기기의 매우 바람직한 기기 효율 및 전력 밀도는, 상이한 로터 디자인 및 전원 변경, 즉 직류로부터 교류 및 3-상 전류로의 변경에 의해 유발되는 변경 및 브러쉬를 사용하지 않은 점을 제외하고는, 어떠한 조절 없이 MP-A 및 MP-T 기기에 맞춰진다.Highly desirable device efficiency and power density of MP and MP-Plus instruments are based on the fact that different rotor designs and power changes, i.e. no change and brushes caused by changes from direct current to alternating current and three-phase current, are used. Is adapted to MP-A and MP-T equipment without any adjustment.

(i) 직류 및 교류의 전력 및 토오크가 동일한 경우 교류의 피크 전류뿐만 아니라 전압이 직류에서보다 √2배 더 크다면, 초당 직류 대 교류 및 3-상 전류로 인한 효율 차이는 없다.(i) When the power and torque of direct current and alternating current are the same, there is no difference in efficiency due to direct current versus alternating current and three-phase current per second, as well as the peak current of alternating current and the voltage is √2 times larger than that of direct current.

(ii) 로터 구조와 관련하여, 단일 S-리본 타입 MP-A 기기의 경우, 로터 본체의 단지 절반부에만 전도체가 존재하는 반면, 재배치된 압축 S-리본을 구비한 MP-T 기기(도 5b의 형상이나 기타 다른 형성에서와 같은) 및 두 개의 S-리본을 구비한 AC 기기에서는 전도체가 표면 및 내부 절연 층을 제외한 로터 본체 전체를 차지할 수 있음에 유의한다. 이것은 MP 및 MP-Plus 기기의 로터에서 전도체가 94% 까지를 차지하는 것과 맞먹는다. 전자의 경우, 로터 체적의 대략 50%에 대해 1/2 X 94%=47%의 평균 "로터 활용"을 야기하는 것을 고려하면, 직류 작동은 구역에 연속 적인 전류를 제공한다. 유사하게, 어느 순간에, 동일한 1/2 X 94%=47%의 전류 활용의 경우, MP-T 기기의 로터 본체의 대략 50%만 구역 내에 있다. MP-T 기기를 능가하는 MP 및 MP-Plus 기기 사이의 로터 본체 전도성과 관련하여 큰 차이는 없다. 그러나, 단지 하나의 S-리본을 갖는 MP-A 기기는 대략 25%만 로터를 활용한다.(ii) With regard to the rotor structure, in the case of a single S-ribbon type MP-A instrument, only half of the rotor body has a conductor, whereas an MP-T instrument with a relocated compressed S-ribbon (FIG. 5B). Note that in an AC device with two S-ribbons), as in the shape of or other forms), the conductor may occupy the entire rotor body except for the surface and internal insulation layers. This is equivalent to 94% of the conductors in the rotors of MP and MP-Plus devices. In the former case, taking into account an average "rotor utilization" of 1/2 X 94% = 47% for approximately 50% of the rotor volume, direct current operation provides a continuous current to the zone. Similarly, at any moment, for the same 1/2 X 94% = 47% current utilization, only about 50% of the rotor body of the MP-T device is in the zone. There is no significant difference in terms of rotor body conductivity between MP and MP-Plus devices over MP-T devices. However, MP-A devices with only one S-ribbon utilize the rotor only approximately 25%.

(iii) 브러쉬 미사용 MP-A 및 MP-T 기기는 그 길이가 다소 짧다는 점으로 인해 MP 및 MP-Plus 기기를 능가하는 장점을 갖추고 있다. 이들 기기의 두 개의 테두리는 일반적으로 슬립 링의 폭보다 짧은 단지 4Lm의 수준으로 기기 길이를 증가시킨다. 넓은 범위의 MP-Plus 기기의 크기 및 속도를 내포하는 이전에 작성된 표를 통해 알 수 있는 바와 같이, 다른 방식의 동일한 구조의 경우, 로터 테두리로의 슬립 링 대체를 통해 얻은 로터 길이 추가율은 10% 수준이다. 또한, 브러쉬 전기 저항 및 마찰을 배제함으로써 브러쉬 미사용 MP-A 및 MP-T 기기는 기기의 손실을 크게 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 마지막으로 보다 중요한 점은, 슬립 링과 전기 브러쉬의 여분의 비용 투자 및 소유 비용은 MP 및 MP-Plus 기기에 불리하게 작용한다는 점이다.(iii) MP-A and MP-T devices without brushes have advantages over MP and MP-Plus devices due to their rather short length. The two edges of these appliances increase the length of the appliance to a level of only 4 L m , which is generally shorter than the width of the slip ring. As can be seen from a previously written table that covers the size and speed of a wide range of MP-Plus instruments, the rotor length addition rate obtained by replacing the slip ring to the rotor rim is 10 % Level. In addition, by eliminating brush electrical resistance and friction, brush-free MP-A and MP-T devices have the advantage of greatly reducing the loss of the device. Finally, more importantly, the extra cost investment and cost of ownership of slip rings and electric brushes are detrimental to MP and MP-Plus devices.

결국, MP-Plus 기기를 능가하는 브러쉬 미사용 MP-T 및 2개의 리본을 사용하는 MP-A 기기는 전력 대 무게의 비율에 있어 적당한 장점이 예상된다. 이러한 장점은 지금까지 독점적으로 고려되어 온 홀바흐 어레이를 능가하는 자석 배열의 최적화를 통해 모든 MP 기기의 예상되는 전력 밀도 개선과는 독립적인 사항이다. 또한, 본 발명에 따른 브러쉬 미사용 MP-A 및 MP-T 기기는 보다 적은 원금 비용 및 소유 비용을 갖는 것으로 예상된다.As a result, brushless MP-T over MP-Plus instruments and MP-A instruments using two ribbons are expected to have moderate advantages in power-to-weight ratio. This advantage is independent of the expected power density improvement of all MP devices by optimizing the magnet arrangement over the Holbach array, which has been considered exclusively to date. In addition, brush-free MP-A and MP-T machines according to the present invention are expected to have lower principal and cost of ownership.

MPMP -A 및 -A and MPMP -T 기기의 -T of the device 관성력Inertia 및 최대 속도 And maximum speed

이동 로터(2)와 비교하여, 이동 자석 관(5, 6)으로 인해 베어링(35)과 기기 축(10)에 작용하는 관성력은 회전 질량에 대략 비례한다. 상당히 개략적으로 말하자면, 쟁점이 되는 세 개의 관의 질량은 유사하며, 따라서 관성력 및 초래 응력은 이동 로터에 의한 것보다 이동 자석 관에 의한 관성력 및 응력이 대략 두 배가 된다. 이러한 차이는 특히, 도 2 및 도 3의 저마찰 베어링(3)의 수명에 영향을 미친다.Compared with the moving rotor 2, the inertia forces acting on the bearing 35 and the instrument axis 10 due to the moving magnet tubes 5, 6 are approximately proportional to the rotational mass. Quite broadly speaking, the mass of the three tubes in question is similar, so that the inertial forces and the resulting stresses are approximately twice the inertial forces and stresses by the moving magnet tubes than by the moving rotors. This difference particularly affects the life of the low friction bearing 3 of FIGS. 2 and 3.

간단한 MP 및 MP-Plus 기기의 속도는 최대 브러쉬 활주 속도에 의해 제한된다. 통상적으로, 일관된 기조로, 이 속도는 대략 40m/sec이며, 60m/sec 정도의 고속일 수도 있다. 반대로, 브러쉬 미사용 MP-A 및 MP-T 기기의 속도는 회전 질량, 즉 자석, 자속 리턴부 및 구조 재료의 원심력으로부터 초래하는 자석 관의 후프 응력에 의해 제한된다. 이하의 간단한 유도식은 후술하는 바와 같이 브러쉬 활주 속도로 인한 것보다 적당히 높은 브러쉬 미사용 MP-A 및 MP-T 기기의 최대 회전 속도를 보여준다.The speed of simple MP and MP-Plus instruments is limited by the maximum brush slide speed. Typically, with a consistent basis, this speed is approximately 40 m / sec and may be as high as 60 m / sec. In contrast, the speed of brushless MP-A and MP-T machines is limited by the hoop stress of the magnet tube resulting from the rotating mass, ie the centrifugal force of the magnet, the magnetic flux return and the structural material. The following simple induction formula shows the maximum rotational speed of the brush-free MP-A and MP-T instruments, which is reasonably higher than due to the brush sliding speed as described below.

고려되고 있는 자석 관의 직경 및 평균 벽 두께는 각기 D 및 H로 한다. 또한, 원심력으로 인한 인장 응력이 최대가 되는, 예를 들어 두 개의 이웃한 자석 사이의 중간에서의 관의 최소 벽 두께는 FH로 한다. 여기서, F는 냉각 채널로 인해 이를테면 F=1/2로 나타낼 수 있다. 또한, 관 재료의 평균 기계 밀도는 관 매트릭 스 재료로 소용되는 고급 영구 자석 및 철 자속 리턴부에 적절한 d=7,500 kg/m3으로 한다. 가장 실패 가능성이 높은, 자석 관의 가장 높은 인장 응력 단면적은 다음과 같다.The diameter and average wall thickness of the magnet tube under consideration are D and H, respectively. In addition, the minimum wall thickness of the tube in the middle between two neighboring magnets where the tensile stress due to centrifugal force is maximum, for example, is FH. Here, F can be represented as F = 1/2 due to the cooling channel, for example. In addition, the average mechanical density of the tubing material is d = 7,500 kg / m 3 , which is suitable for high-end permanent magnets and magnetic flux return portions used as tubular matrix materials. The highest tensile stress cross-sectional area of the magnet tube, the most likely to fail, is as follows.

Figure 112008021109061-PCT00015
Figure 112008021109061-PCT00015

180°떨어진 관 반대쪽의 상관 단면적, 즉 단면적(2Ac)과 함께, 자석 관에 법선 방향의 자석 관 질량의 절반의 원심력(mv2/r) 성분을 지지하여야 하며, 원심력의 나머지 절반은 반응력을 나타낸다.Along with the correlated cross-sectional area, ie cross-sectional area (2A c ) opposite the tube 180 ° apart, the magnet tube must support the centrifugal force (mv 2 / r) component of the magnet tube mass in the normal direction and the other half of the centrifugal force Indicates.

수학식 5에 따라, r=D/2이고 v는 원주 방향 속도 vr로서, 즉, v=vr=πDv이며, 여기서, v는 기기의 회전 주파수이다. 또한, 통상 Lm≪L인 점에 비추어, 두 개 부분의 인장 응력 단면적은 다음과 같다.According to equation (5), r = D / 2 and v is the circumferential velocity v r , ie v = v r = πDv, where v is the rotational frequency of the device. In addition, in view of the point of L m < L, the tensile stress cross-sectional area of the two parts is as follows.

Figure 112008021109061-PCT00016
Figure 112008021109061-PCT00016

질량은 다음의 원심력을 받는다.The mass is subjected to the following centrifugal force.

Figure 112008021109061-PCT00017
Figure 112008021109061-PCT00017

단면적(2Ac)에 작용하는 단위 길이당 원심력의 법선 성분은 다음과 같다.The normal component of the centrifugal force per unit length acting on the cross-sectional area 2A c is as follows.

Figure 112008021109061-PCT00018
Figure 112008021109061-PCT00018

따라서, 가장 실패할 가능성이 높은 단면적 상의 초래 인장 응력은 다음과 같다.Therefore, the resulting tensile stress on the cross-sectional area most likely to fail is as follows.

Figure 112008021109061-PCT00019
Figure 112008021109061-PCT00019

숫자로 나타내자면, mks 시스템 전체를 사용하여 F=1/2이며, d=7500kg/m3인 경우, 다음 값이 산출된다.In terms of numbers, using the entire mks system, F = 1/2 and d = 7500kg / m 3 , the following values are calculated:

Figure 112008021109061-PCT00020
Figure 112008021109061-PCT00020

또는or

Figure 112008021109061-PCT00021
Figure 112008021109061-PCT00021

자석 관 재료의 인장 응력의 통상적인 안전 값은

Figure 112008021109061-PCT00022
으로 예상된다. 이렇게 해서 표면 속도 및 회전 주파수의 관점에서의 MP-A 및 MP-T 기기의 최대 안전 속도는 다음과 같다.Typical safety values for tensile stress in magnet tube materials are
Figure 112008021109061-PCT00022
Is expected. In this way, the maximum safe speeds of MP-A and MP-T devices in terms of surface speed and rotation frequency are as follows.

Figure 112008021109061-PCT00023
Figure 112008021109061-PCT00023

또한Also

Figure 112008021109061-PCT00024
Figure 112008021109061-PCT00024

따라서, 회전 자석 관에 작용하는 원심력은 보다 높은 표면 속도, 즉 vrmax8=2m/sec를 허용하며, 이에 대응하여 슬립 링 상에서 활주하는 전기 브러쉬를 사용한 경우보다 높은 MP-A 및 MP-T 기기의 보다 높은 회전 주파수를 허용한다. 예를 들어, 로터 직경이 0.1m인 가장 작은 MP-A 및 MP-T 기기는 260Hz=15,600RPM으로까지 작동할 수 있으며, 로터 직경이 3m인 가장 큰 기기는 8.7Hz=520RPM으로까지 작동할 수 있다. 이러한 관점에서, MP-A 및 MP-T 기기는 MP 및 MP-Plus 기기보다 우수하다.Thus, the centrifugal force acting on the rotating magnet tube allows for higher surface speeds, i.e. v rmax 8 = 2 m / sec, correspondingly higher MP-A and MP-T instruments than with an electric brush sliding on the slip ring. Allow a higher rotational frequency of. For example, the smallest MP-A and MP-T devices with a rotor diameter of 0.1 m can operate up to 260 Hz = 15,600 RPM, while the largest devices with a rotor diameter of 3 m can operate up to 8.7 Hz = 520 RPM. have. In this respect, MP-A and MP-T devices are superior to MP and MP-Plus devices.

한편, 그러나, 가장 높은 회전 속도에서, 전류 주파수는 다음과 같다.On the other hand, however, at the highest rotational speed, the current frequency is as follows.

Figure 112008021109061-PCT00025
Figure 112008021109061-PCT00025

따라서, 기기 제어 부문에서 논의된 인버터에 기초한 기기 제어가 적당한지 여부는 로터당 구역의 개수 Nz에 좌우된다. 상기 부문에서 제안된 바와 같이 한계값이 vv=400Hz인 경우, 기계적으로 허용되는 가장 높은 속도는 수학식 21 및 수학식 22에 따라 Nz를 다음과 같이 제한한다.Thus, whether or not device control based on inverters discussed in the device control section is appropriate depends on the number N z of zones per rotor. If the limit value is v v = 400 Hz as suggested in the above section, the highest mechanically acceptable speed limits N z according to Eq. 21 and Eq.

Figure 112008021109061-PCT00026
Figure 112008021109061-PCT00026

여기서, D는 meter 단위이다. 이에 따라, 기기는 자석 관의 기계적 강도가 아닌 회전 속도를 제한할 수 있다.Where D is in meters. Thus, the device can limit the rotational speed, not the mechanical strength of the magnet tube.

플레어형Flare 로터를Rotor 구비한 및/또는 중심 축이 없는  With and / or without central axis MPMP -A 및 -A and MPMP -T 기기-T appliance

참조 문헌 2의 도 20 내지 도 22를 각기 재현하고 있는 도 6 내지 도 8에 증명되고 있는 바와 같이, 예를 들어, MP 기기에 내부 프로펠러 또는 임펠러(85)가 장착되는 경우 특히 적절한 바와 같이, 기기를 경량화하기 위하여, 기기의 비용을 낮추며 및/또는 기기 내부에 유체 유동 통로를 제공하기 위해, 중심 축(10)이 삭제될 수도 있다. 도 6 내지 도 8에 또한, MP 로터가 로터 직경이 일정한 간단한 원통형일 필요는 없으며 정합 자석 관을 구비한 플레어형 로터 (도 6 및 도 7), 또는 배럴 형상의 로터(도 8), 또는 실제로 회전상 대칭형의 원통형 로터를 포함할 수도 있음이 증명되어 있다.As demonstrated in FIGS. 6 to 8, which respectively reproduce FIGS. 20 to 22 of Reference 2, for example, the instrument is particularly suitable, as is appropriate when the internal propeller or impeller 85 is mounted to the MP instrument. In order to reduce the weight of the device, the central axis 10 may be eliminated to lower the cost of the device and / or to provide a fluid flow passage inside the device. 6 to 8 also, the MP rotor need not be a simple cylindrical with constant rotor diameter and a flared rotor (Figs. 6 and 7) with a matching magnet tube, or a barrel shaped rotor (Fig. 8), or indeed It has been demonstrated that it may comprise a cylindrical rotor of rotationally symmetrical type.

자석 관이 장착된 간단한 규칙적인 형상의 원통형 로터의 제조는 MP 기기 구조에 문제를 야기한다. 더욱이, 간단히 원통형이 아니거나 일 방향으로 직경이 단조롭게 증가하는 정합 자석 관과 로터를 포함하는 기기는 부분별 조립을 필요로 한다.The manufacture of a simple regular shaped cylindrical rotor equipped with a magnet tube poses a problem for the MP machine structure. Moreover, a device comprising a matching magnet tube and a rotor that is simply not cylindrical or monotonically increases in diameter in one direction requires partial assembly.

즉, 도 6 및 도 7에는 기기 본체 내측에 프로펠러/임펠러(85)를 이용한 펌프 또는 유체 구동형 발전기로서의 플레어형 로터를 구비한 MP 기기의 사용이 도시되어 있는 반면, 도 8에는 MP 기기가 외측으로 연장하는 프로펠러(85)를 통해 추진력 을 제공할 수 있음이 도시되어 있다.That is, FIGS. 6 and 7 show the use of an MP device with a flared rotor as a pump or fluid driven generator using a propeller / impeller 85 inside the device body, while FIG. 8 shows the MP device on the outside. It is shown that it can provide a driving force through the propeller (85) extending to.

도 7 내지 도 9에 도시된 예는 모두 정지 자석 관을 이용한 디자인에 관련된 것으로, 따라서 전기 브러쉬를 필요로 한다. 이러한 브러쉬 미사용 기기의 제조는 도 2a 및 도 2b 사이의 차이에 해당하는 변경을 필요로 한다. 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 축(10)이 삭제된 경우, 그 자리는 도 2의 기부판(19) 및 축 지지체(23)와 등가의 정지 외부 부품, 즉 도 7 및 도 8의 베드락으로 채워질 수도 있으며, 이러한 부품(25)으로부터의 지지부는 도 9에 도시된 바와 같이 매달린 상태이다.The examples shown in FIGS. 7-9 all relate to designs using stationary magnet tubes, thus requiring an electric brush. The manufacture of such a brush free device requires a change corresponding to the difference between FIGS. 2A and 2B. When the shaft 10 is deleted as shown in FIGS. 6 to 8, the seat is a stationary external component equivalent to the base plate 19 and the shaft support 23 of FIG. 2, namely FIGS. 7 and 8. It may be filled with bedrock, and the support from this component 25 is suspended as shown in FIG.

본 발명에 따른 모든 MP-A 및 MP-T 기기 디자인의 경우에서와 같이, "축 방향 연장" 구역은 직선이면서 회전 축선에 평행한 것이 바람직한 선택이긴 하지만 반드시 이와 같이 구성될 필요는 없다. 오히려, 로터의 S-리본이 이들 구역과 주기적으로 거의 중첩하게 되어, 번갈아 이웃한 구역 사이의 간극과도 거의 중첩하게 되는 경우에는, 이들 구역이 다소 나선형이거나 파동형일 수도 있다.As in the case of all MP-A and MP-T device designs according to the invention, the "axially extending" zone is a straightforward and parallel to the axis of rotation, although it is a preferred option, but not necessarily so. Rather, if the S-ribbons of the rotor periodically overlap with these zones, alternately with the gaps between neighboring zones, these zones may be somewhat spiral or wave-like.

자석 관의 자기화 발생원의 가능한 배치Possible placement of magnetization sources of magnetic tubes

이미 지적한 바와 같이, 로터 내부에 구역을 생성하는 자석 관의 자기화 발생원 배치는 자석 관의 성질과 마찬가지로 선택적인 사항이다. 자기화 발생원은 전자기 자석일 수도 있지만 전술한 논의는 영구 자석에 중심이 맞춰져 있으며, 도 10a에 도시된 바와 같은 홀바흐 배치가 관심의 초점이다. 그러나, 보다 광범위한 변형예에서는, 점선 패턴으로 도시된 플라스틱, 로진 또는 세라믹과 같은 비자성 재료(130)와, 짧은 파형 선으로 도시된, 예를 들어 FeSi와 같은 자기적으로 연성의 철 합금과 같은 자속 리턴 재료(131), 그리고 마지막으로 보다 긴 선으로 도시된 바와 같은 영구 자석 재료(132)를 사용하는 도 10b, 도 10c 및 도 10d에 주어진 예에서와 같은 배치도 가능하다.As already pointed out, the magnetization source placement of the magnet tube creating zones inside the rotor is optional, as is the nature of the magnet tube. The magnetization source may be an electromagnetic magnet, but the foregoing discussion is centered on the permanent magnet, with the Holbach arrangement as shown in FIG. 10A being the focus of attention. However, in a wider variation, nonmagnetic materials 130, such as plastics, rosin or ceramics, shown in dashed patterns, and magnetically ductile iron alloys, such as FeSi, for example, shown in short wavy lines Arrangements as in the examples given in FIGS. 10B, 10C and 10D using the magnetic flux return material 131 and finally the permanent magnet material 132 as shown by the longer lines are also possible.

요약summary

새로이 개발된 MP-A 및 MP-T 기기는 제어 가능한 주파수의 교류 또는 3-상 전류를 발생시키거나 이에 응답한다. 이들 기기의 기타의 방법으로 얻은 절연 로터는 바람직한 위치에서 Ns개의 이웃한 "구역"과 중첩되는 Ns개의 유사한 축 방향 연장 섹션을 갖는 적어도 하나의 전도성 "S-리본"을 포함한다. MP-A 기기의 회전시 교류 전자기 유도가 야기되며, MP-T 기기의 회전시에는 3-상 전류가 야기된다. "브러쉬 미사용" MP-A 및 MP-T 기기의 경우, 로터는 정지 상태로 남아 있으며 자석 관은 회전한다. 이에 따라, 슬립 링과 브러쉬를 필요로 하지 않고, 전원 공급원 및/또는 싱크와 같은 외부 구성 요소에 연결될 수도 있는 복수 개의 단자가 로터에 제공될 수 있다. 어느 두 개의 이웃한 단자 사이의 구역은 독립적인 "서브 유닛"을 나타내며, 이 서브 유닛은 모터, 발전기 또는 변압기 권취부의 등가물로서 사용될 수도 있고, 이러한 서브 유닛의 전압은 단자 사이의 구역의 개수에 비례한다. 브러쉬 미사용의 2개의 S-리본을 구비하는 MP-A 기기와 MP-T 기기의 예상 전력 밀도는 대응하는 MP-Plus 기기의 전력 밀도보다 다소 우수하다. 절연 내부식 피복재에 의해 보호되어 있는 경우, 브러쉬 미사용 MP-A 및 MP-T 기기는 부적당한 유체, 예를 들어 바닷물에서도 작동할 수 있다.Newly developed MP-A and MP-T devices generate or respond to alternating or three-phase currents at controllable frequencies. Other isolated rotor obtained by the method in these devices includes at least one conductive "S- Ribbon" having the N s of similar axially extending section overlapping the N s neighbors a "zone" in the desired position. When the MP-A device is rotated, AC electromagnetic induction is caused, and when the MP-T device is rotated, a three-phase current is caused. For "non-brush" MP-A and MP-T instruments, the rotor remains stationary and the magnet tube rotates. Accordingly, the rotor may be provided with a plurality of terminals, which may be connected to an external component such as a power supply and / or a sink, without requiring a slip ring and a brush. The zone between any two neighboring terminals represents an independent “sub unit” which may be used as an equivalent of a motor, generator or transformer winding, the voltage of which subunit being dependent on the number of zones between the terminals. Proportional. The expected power density of MP-A and MP-T devices with two brushless S-ribbons is somewhat better than that of the corresponding MP-Plus device. Brushless MP-A and MP-T instruments can operate in inadequate fluids, eg seawater, if protected by an insulating corrosion-resistant cladding.

Claims (14)

전류 전도 가능한 로터 외측 및 내측을 둘러싸고 있는 복수 개의 자기장 발생원을 포함하며;A plurality of magnetic field sources surrounding the outer and inner sides of the current conducting rotor; 상기 로터는 실질적으로 일정한 두께의 로터 벽을 구비하고;The rotor has a rotor wall of substantially constant thickness; 상기 자기장 발생원은 상기 로터 벽의 복수 개의 규칙적인 간격의 축 방향 연장 구역에 자속 밀도를 설정하며;The magnetic field source sets a magnetic flux density in a plurality of regularly spaced axially extending regions of the rotor wall; 상기 자속 밀도는 이웃한 구역 간에 반경 방향으로 교호하고(alternating);The magnetic flux densities are alternating radially between neighboring zones; 상기 로터 벽은 적어도 하나의 전도성의 세장형 S-리본을 포함하며;The rotor wall comprises at least one conductive elongate S-ribbon; 상기 S-리본은, 상기 로터가 상기 자기장 발생원에 대해 상대 회전하는 경우, 복수 개의 인접 구역 및 이들 구역 사이의 간극과 번갈아가며 실질적으로 중첩하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 모터, 전기 발전기, 또는 전기 변압기로서 작동할 수 있는 전기 기기.The S-ribbon is formed such that when the rotor rotates relative to the source of magnetic field, it alternately substantially overlaps with a plurality of adjacent zones and gaps between these zones. An electrical appliance that can act as a transformer. 제1항에 있어서, 상기 복수 개의 자기장 발생원은 상기 로터의 벽을 가로질러서 짝을 지어 서로 마주하도록(pair-wise face) 외부 자석 관과 내부 자석 관에 부착되는 영구 자석인 것을 특징으로 하는 전기 모터, 전기 발전기, 또는 전기 변압기로서 작동할 수 있는 전기 기기.2. The electric motor of claim 1, wherein the plurality of magnetic field sources are permanent magnets attached to an outer magnet tube and an inner magnet tube to pair-wise face across the wall of the rotor. An electrical appliance that can act as an electrical generator, or an electrical transformer. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 로터는 예정된 회전축을 중심으로 대칭인 원통형 형상을 구비하며, 로터의 두 개의 단부 상의 상호 관련된 지점 사이의 선은 직선 또는 곡선일 수 있는 것을 특징으로 하는 전기 모터, 전기 발전기, 또는 전기 변압기로서 작동할 수 있는 전기 기기.3. The electric machine according to claim 1 or 2, wherein the rotor has a cylindrical shape symmetric about a predetermined axis of rotation and the line between the correlated points on the two ends of the rotor can be straight or curved. An electrical appliance that can operate as a motor, electric generator, or electrical transformer. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 외부 자석 관과 상기 내부 자석 관은 정지 상태이며 상기 로터는 회전 가능한 것을 특징으로 하는 전기 모터, 전기 발전기, 또는 전기 변압기로서 작동할 수 있는 전기 기기.4. An electrical device according to claim 2 or 3, wherein the outer magnet tube and the inner magnet tube are stationary and the rotor is rotatable. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 외부 자석 관과 상기 내부 자석 관은 회전 가능하며 상기 로터는 정지 상태인 것을 특징으로 하는 전기 모터, 전기 발전기, 또는 전기 변압기로서 작동할 수 있는 전기 기기.4. An electrical device according to claim 2 or 3, wherein the outer magnet tube and the inner magnet tube are rotatable and the rotor is stationary. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로터와 자석 관의 모든 표면은, 예를 들어, 바닷물을 포함하는 공격적인 유체(aggressive fluid)에서의 상기 기기의 사용을 위해 페인트, 바니쉬, 래커 또는 다른 보호 피복재로 보호되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 모터, 전기 발전기, 또는 전기 변압기로서 작동할 수 있는 전기 기기.The method of claim 1, wherein all surfaces of the rotor and the magnet tube are painted, varnish, for use of the device in aggressive fluids, including, for example, seawater. An electric machine capable of operating as an electric motor, electric generator, or electric transformer, characterized by being protected with a lacquer or other protective covering. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 유체가 반경 방향 자석 사이의 채널을 통과하는 것을 특징으로 하는 전기 모터, 전기 발전기, 또는 전기 변 압기로서 작동할 수 있는 전기 기기.The electrical device according to any one of claims 4 to 6, wherein the cooling fluid passes through the channel between the radial magnets. 제4항 또는 제5항에 있어서, 적어도 하나의 S-리본은 꼬임 처리 및 압축 처리된 적어도 하나의 와이어 번들로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 모터, 전기 발전기, 또는 전기 변압기로서 작동할 수 있는 전기 기기.6. The electrical system of claim 4 or 5, wherein the at least one S-ribbon is formed of at least one wire bundle that has been twisted and compressed. device. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 로터는 단단한 금속으로 이루어진 복수 개의 S-리본 섹션 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터, 전기 발전기, 또는 전기 변압기로서 작동할 수 있는 전기 기기.6. An electrical device as claimed in claim 4 or 5, wherein the rotor comprises a plurality of S-ribbon section portions made of a rigid metal. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 로터는 와이어로 이루어진 S-리본 부분을 포함하는 로터 부분과, 단단한 금속으로 이루어진 S-리본 부분을 포함하는 로터 부분 사이의 적어도 하나의 이음부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터, 전기 발전기, 또는 전기 변압기로서 작동할 수 있는 전기 기기.6. The rotor of claim 4 or 5, wherein the rotor comprises at least one joint between a rotor portion comprising an S-ribbon portion made of wire and a rotor portion comprising an S-ribbon portion made of rigid metal. An electric device that can operate as an electric motor, an electric generator, or an electric transformer. 제5항, 제9항 및 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 복수 개의 S-리본이 절연 배리어를 제공함으로써 서브 유닛으로 다시 분할되는 것을 특징으로 하는 전기 모터, 전기 발전기, 또는 전기 변압기로서 작동할 수 있는 전기 기기.11. An electric motor, an electric generator, or an electric transformer according to any one of claims 5, 9 and 10, characterized in that the plurality of S-ribbons are subdivided into sub-units by providing an insulating barrier. Electrical appliances that can. 제11항에 있어서, 상기 서브 유닛에는 선택된 서브 유닛을 선택된 외부 전기 구성 요소에 접속하기 위한 플러그가 제공되는 것을 특징으로 하는 전기 모터, 전기 발전기, 또는 전기 변압기로서 작동할 수 있는 전기 기기.12. An electrical device as claimed in claim 11 wherein the subunit is provided with a plug for connecting the selected subunit to a selected external electrical component. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 로터는 기계적으로 융화되어 있지만 전기적으로는 절연되어 있는 한 세트의 동심 로터 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 모터, 전기 발전기, 또는 전기 변압기로서 작동할 수 있는 전기 기기.4. An electric motor, electric generator, or electric transformer according to claim 2 or 3, characterized in that the rotor consists of a set of concentric rotor layers mechanically fused but electrically insulated. Electrical appliances. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 로터는 꼬임 처리 및 압축 처리된 복수 개의 와이어 번들 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터, 전기 발전기, 또는 전기 변압기로서 작동할 수 있는 전기 기기.4. An electrical device as claimed in claim 2 or 3, wherein the rotor comprises a plurality of twisted and compressed wire bundle layers.
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WO2016064220A1 (en) * 2014-10-22 2016-04-28 한양대학교 산학협력단 Rotation-type actuator actuated by temperature fluctuation or temperature gradient and energy harvesting device using same
KR20160091656A (en) * 2015-01-26 2016-08-03 한양대학교 산학협력단 Torsional actuators by temperature gradient and energy harvesting device using the same

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