KR20090048615A - 복수의 탈착 가능한 세그먼트로 이루어진 회전자 및 고정자디스크를 가지는 축방향 에어갭형 기계 - Google Patents

복수의 탈착 가능한 세그먼트로 이루어진 회전자 및 고정자디스크를 가지는 축방향 에어갭형 기계

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KR20090048615A
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Abstract

본 발명은, 복수개의 쌍의 평행한 고정자 세그먼트로 형성되는 고정자를 구비하는 발전기 또는 모터를 제공한다. 평행한 세그먼트의 쌍은 함께 연결되어, 환형 회전자가 이동하는 채널을 형성한다. 환형 회전자는 또한 함께 연결되는 복수개의 탈착 가능 세그먼트를 포함하여, 채널을 통해 이동되도록 작동될 수 있는 환형 트램을 형성한다. 각각의 고정자 세그먼트는고정자 권선 세트를 포함하고, 각각의 회전자 세그먼트는, 평행한 이격된 고정자 세그먼트들 사이에 장착되는 크기를 가진 자석을 포함한다. 상기 장치는 지지 구조물을 포함할 수 있고, 회전자 세그먼트는 지지 구조물에 미끄럼 가능하게 결합되며, 고정자 세그먼트는 지지 구조물에 부착된다. 상기 장치는 림 발전기, 풍력 터빈 발전기 또는 다른 전기 기계일 수 있다. 고정자 권선 세트는 고정자 권선을 포함하고, 역률 캐패시터, 직류 필터링 캐패시터, 슈퍼캐패시터, 하나 이상의 다이오드를 포함할 수 있는 다른 전기 또는 전자 컴포넌트를 포함할 수 있다. 고정자 권선 세트는 고정자 세그먼트 내에 캡슐화될 수 있다.

Description

복수의 탈착 가능한 세그먼트로 이루어진 회전자 및 고정자 디스크를 가지는 축방향 에어갭형 기계{AXIAL AIR GAP MACHINE HAVING STATOR AND ROTOR DISCS FORMED OF MULTIPLE DETACHABLE SEGMENTS}
본 발명은 발전기 및 전기 모터의 회전자 및 고정자 컴포넌트에 관한 것으로서, 특히 발전기 및/또는 모터용 회전자 세그먼트 및 고정자 세그먼트에 관한 것이다.
직류(DC) 및 교류 전기를 발전시키기 위한 여러 가지 발전기 및 여러 가지 AC 및 DC 모터가 개발되어 왔다. 몇몇 발전기 및 모터는, 구동 샤프트에 장착된 회전자의 원주를 따라 위치된 영구자석 및 환형 고정자의 내면을 따라 위치된 전기 와이어 또는 코일을 포함한다. 구동 샤프트 및 회전자를 회전시키는 기류 또는 물과 같은 외력은, 코일에 전류를 유도하여 발전시킨다. 전류가 코일을 통과할 때, 영구자석에 의해 발생하는 자력은, 회전자 및 구동 샤프트를 회전시키고, 구동 샤프트는 모터의 출력 샤프트로서 작용한다.
쉬미트 등이 출원한 미국 특허출원 10/506,931(2005년 4월 21일자로 미국 2005/0082938로서 공개됨)은 토크 모터를 기술하였는데, 토크 모터는, 회전자 프레임 회전자 프레임에 장착된 영구자석, 및 철심 및 철심에 장착된 전기 권선을 포함하며, 그 특징은, 각각의 고정자 세그먼트가 고정자 프레임에 탈착 가능하게 결합되도록, 철심 및 전기 권선이 하나 이상의 독립 고정자 세그먼트에 배치되는 것이다. 고정자 및 회전자는 베어링에 의해 결합된다. 그러나, 쉬미트 등의 토크 모터는 각각의 고정자 세그먼트 내의 전기 권선 및 철심의 전기 컴포넌트에 제한된다. 쉬미트 등 역시, 대경 회전자를 구비하는 전기 장비의 제조, 조립 및 운반을 방해하는 단일편의 환형 회전자에 제한된다.
도 1은, 한 쌍의 고정자 세그먼트들 사이에 배치되고 본 발명의 제1 실시예에 따른 지지 구조물에 미끄럼 가능하게 결합되는 회전자 세그먼트의 사시도로서, 회전자 세그먼트 내에 배치되는 자석 및 각각의 고정자 세그먼트 내에 배치되는 고정자 권선 세트를 절결도로서 도시하는 도면이다.
도 2는, 도 1에 도시된 회전자 세그먼트 및 한 쌍의 고정자 세그먼트를 포함하는 림 발전기의 정면도로서, 시동 디바이스를 도시하는 도면이다.
도 3은, 도 2에 도시된 림 발전기의 III-III 선을 따른 단면도로서, 한 쌍의 고정자 세그먼트들 사이에 배치되는 회전자 세그먼트를 도시하는 도면이다.
도 4는, 도 1에 도시된 회전자 세그먼트 및 한 쌍의 고정자 세그먼트를 포함하는 풍력 터빈 발전기의 사시도로서, 관통하는 구멍을 가진 블레이드 지지 허브를 도시하는 도면이다.
도 5는, 도 4에 도시된 풍력 터빈 발전기의 V-V 선을 따른 단면도로서, 한 쌍의 고정자 세그먼트들 사이에 배치되는 회전자 세그먼트를 도시하는 도면이다.
도 6은, 도 1에 도시된 회전자 세그먼트 및 한 쌍의 고정자 세그먼트를 포함하는 AC 발전기의 전기 연결의 블럭도로서, 대향하는 극들을 향한 인접 자석을 도시하는 도면이다.
도 7은, 도 1에 도시된 회전자 세그먼트 및 한 쌍의 고정자 세그먼트를 포함하는 DC 발전기의 전기 연결의 블럭도로서, 다이오드 정류기 및 필터 캐패시터를 도시하는 도면이다.
도 8은, 도 1에 도시된 회전자 세그먼트 및 한 쌍의 고정자 세그먼트를 포함하는 DC 발전기의 전기 연결의 블럭도로서, 다이오드 브리지 정류기 및 슈퍼 캐패시터를 도시하는 도면이다.
도 9는, 도 1에 도시된 회전자 세그먼트 및 한 쌍의 고정자 세그먼트를 포함하는 DC 발전기의 전기 연결의 블럭도로서, 한 쌍의 고정자 세그먼트의 각각의 고정자 세그먼트를 위한 동일한 고정자 권선 세트를 도시하는 도면이다.
도 10은, 본 발명의 제2 실시예에 따른 한 쌍의 고정자 세그먼트들 사이에 배치되는 회전자 세그먼트의 사시도로서, 회전자 세그먼트를 고정자 세그먼트에 미끄럼 가능하게 결합시키기 위한 밀봉부 및 윤활유를 도시하는 도면이다.
상기 단점은, 본 발명에 따라 발전기 및 모터 장치용 회전자 및 고정자 세그먼트를 제공함으로써 해결될 수 있다. 상기 장치는, 한 쌍의 평행한 이격되는 고정자 세그먼트 및 상기 쌍의 고정자 세그먼트들에 미끄럼 가능하게 결합되는 회전자 세그먼트를 포함하며, 회전자 세그먼트는 자석을 포함하고, 평행 이격되는 고정자 세그먼트들 사이에 장착되는 크기를 가지며, 각각의 고정자 세그먼트는 고정자 권선을 포함한다. 상기 장치는 지지 구조물을 더 포함할 수 있고, 회전자 세그먼트는 지지 구조물에 미끄럼 가능하게 결합되며, 고정자 세그먼트는 지지 구조물에 부착된다.
회전자 세그먼트는 고정자 세그먼트와 접촉되지 않으면서 고정자 세그먼트들 사이에 장착되는 크기를 가질 수 있다. 자석은 영구자석일 수 있다. 회전자 세그먼트가 고정자 세그먼트들 사이에 있을 때, 자석의 북극이 고정자 세그먼트들 중 하나에 인접하고, 자석의 남극은 고정자 세그먼트들 중 다른 하나에 인접하도록, 자석이 향할 수 있다. 회전자 세그먼트가 고정자 세그먼트들 사이에 있을 때, 자석은 고정자 권선에 대해 경사각을 가질 수 있다.
상기 장치는, 회전자 세그먼트를 지지 구조물에 미끄럼 가능하게 결합시키기 위한 베어링을 포함할 수 있다.
지지 구조물은 허브를 포함할 수 있다. 허브는, 물 또는 공기와 같은 유체가 통과할 수 있는 내부 구멍을 구비할 수 있다. 한 쌍의 고정자 세그먼트는 허브의 외면에 부착될 수 있다. 회전자 세그먼트는 허브의 외면에 미끄럼 가능하게 결합될 수 있다. 베어링은 회전자 세그먼트와 허브의 외면 사이에 위치될 수 있다.
지지 구조물은 림을 포함할 수 있다. 한 쌍의 고정자 세그먼트는 림의 내면에 부착될 수 있다. 회전자 세그먼트는 림의 내면에 미끄럼 가능하게 결합될 수 있다. 베어링은 회전자 세그먼트와 림의 내면 사이에 위치될 수 있다.
각각의 회전자 세그먼트는 캡슐화 재료 내에 캡슐화될 수 있다. 각각의 고정자 세그먼트는 캡슐화 재료 내에 캡슐화될 수 있다. 캡슐화 재료는 전자 컴포넌트를 밀봉시키기에 적합한 재료를 포함하여 플라스틱, 수지 또는 다른 재료일 수 있다. 캡슐화 재료는 저마찰 재료일 수 있다.
고정자 세그먼트는, 고정자 세그먼트를 지지 구조물에 부착시키기 위한 브래킷을 포함할 수 있다. 브래킷의 적어도 일부는 캡슐화 재료 내에 캡슐화될 수 있다. 브래킷은, 볼트, 핀, 네일 또는 스크루와 같은 패스너를 수용하기 위한 하나 이상의 애퍼처를 포함할 수 있다.
고정자 세그먼트는, 고정자 권선을 지지하기 위한 고정자 코어를 포함할 수 있다. 고정자 코어는, 고정자 권선 내에 배치되는 중앙 돌출부를 포함할 수 있다. 고정자 코어는 고정자 권선의 양쪽에 배치되는 측면 돌출부를 포함할 수 있다. 고정자 세그먼트는 복수개의 고정자 권선을 포함할 수 있고, 고정자 코어는, 복수개의 고정자 권선 내에 배치되는 복수개의 이격된 돌출부를 포함할 수 있다. 고정자 코어는 자성 또는 강자성 재료로 이루어질 수 있다. 고정자 코어는 구부러진 표면을 가질 수 있다. 고정자 코어는, 직선 에지를 따라 직각으로 인접하는 평평한 표면을 가질 수 있다.
고정자 권선은 2개의 단자 단부를 가질 수 있다. 고정자 세그먼트는, 단자 단부에 각각 접속되는 한 쌍의 단자를 포함할 수 있다. 상기 쌍의 고정자 세그먼트 중 하나의 고정자 세그먼트의 1개의 고정자 권선은, 고정자 세그먼트의 1개의 단자 단부에서, 상기 한 쌍의 고정자 세그먼트 중 다른 고정자 세그먼트의 1개의 고정자 권선의 1개의 단자 단부에 전기 접속될 수 있다.
고정자 세그먼트는, 고정자 권선에 전기 접속되는 출력 전기 컴포넌트를 포함할 수 있다. 출력 전기 컴포넌트는 캡슐화 재료 내에 배치될 수 있다. 출력 전기 컴포넌트는 캐패시터일 수 있다. 캐패시터는 교류(AC) 캐패시터일 수 있다. AC 캐패시터는 발전기의 역률응 보상하도록 작동될 수 있다. 캐패시터는 직류 캐패시터일 수 있다. DC 캐패시터는, 정류된 전압 파형의 맥동(ripple)을 감소시키도록 작동될 수 있다. 출력 전기 컴포넌트는 다이오드일 수 있다. 고정자 세그먼트는, 고정자 세그먼트의 AC 출력을 정류하기 위해 고정자 권선에 연결되는 한 쌍의 다이오드를 포함할 수 있다. 고정자 세그먼트는, DC 출력을 발생시키기 위해 AC 출력을 정류하기 위한 다이오드 브리지를 형성하기 위해 배치되는 2개의 다이오드 쌍을 포함할 수 있다. 다이오드의 쌍은 캡슐화 재료 내에 배치될 수 있다.
상기 장치는, DC 출력을 발생시키기 위해 상기 장치의 AC 출력을 정류하기 위한 정류 회로를 포함할 수 있다. 상기 장치는, 발생되는 DC 출력으로부터 바람직한 주파수 및 AC 전압으로 AC 전력을 발생시키기 위한 인버터를 포함할 수 있다. 상기 장치는, 제1 DC 전압으로부터 제1 DC 전압과는 다른 제2 DC 전압으로 변환하기 위한 DC-DC 변환기를 포함할 수 있다.
상기 장치는, 복수개의 쌍의 평행 이격된 고정자 세그먼트를 포함할 수 있다. 복수개의 쌍은 서로에 대해 길이방향으로 벗어나는 것을 포함하여 실질적으로 길이방향 정렬, 및/또는 원주방향 또는 접선방향 정렬로 지지 구조물에 부착될 수 있어, 각각의 쌍의 대향하는 고정자 세그먼트들 사이에 채널을 형성한다. 회전자 세그먼트는 채널을 통해 제1 방향으로 이동되도록 작동될 수 있다. 회전자 세그먼트는 임의의 고정자 세그먼트와 접촉하지 않으면서 채널을 통해 이동되는 크기를 가질 수 있다. 복수개의 고정자 세그먼트의 각각의 고정자 세그먼트의 고정자 권선은 제1 방향에 대해 각도를 가질 수 있다. 고정자 세그먼트는 지지 구조물에 연결되거나, 외주를 가지는 고정자를 형성하도록 서로 연결될 수 있다. 채널은, 고정자의 외주를 따라 또는 외주에 인접하여 접선 방향으로 배치되는 폐쇄 원주방향 채널일 수 있다.
상기 장치는, 회전자 세그먼트와 회전자 세그먼트의 양쪽의 한 쌍의 고정자 세그먼트 사이에 배치되는 한 쌍의 밀봉부를 포함할 수 있다. 한 쌍의 밀봉부는 회전자 세그먼트와 한 쌍의 고정자 세그먼트 사이의 채널 내에서 윤활유를 유지하도록 작동될 수 있다. 회전자 세그먼트는 한 쌍의 밀봉부에 대해 미끄러질 수 있다. 고정자 세그먼트는 한 쌍의 밀봉부에 대해 미끄러질 수 있다.
상기 장치는 회전자 세그먼트에 부착되는 블레이드를 포함할 수 있고, 블레이드는, 물 또는 기류를 포함하여 유체 흐름의 힘 하에 블레이드가 놓일 때 회전자 세그먼트가 채널을 통해 이동할 수 있게 하도록 작동될 수 있다. 블레이드는 회전자 세그먼트에 있어서 베어링에 대해 반대쪽에 부착될 수 있다. 블레이드는 회전자 세그먼트에 있어서 밀봉부에 인접한 쪽에 부착될 수 있다.
상기 장치는, 지지 구조물에 미끄럼 가능하게 결합되고, 서로에 대해 길이방향으로 벗어나는 것을 포함하여 실질적으로 길이방향으로 정렬되며, 및/또는 원주방향 또는 접선방향으로 정렬되는 복수개의 회전자 세그먼트를 포함하여, 채널을 통해 이동되도록 작동될 수 있는 회전자 세그먼트의 트레인을 형성한다. 트레인은 채널을 통해 원주방향으로 이동하는 것을 포함하여 채널을 통해 제1 방향으로 이동하도록 작동될 수 있다. 트레인은 채널을 통해 원주방향으로 이동하는 것을 포함하여 채널을 통해 제1 방향에 대해 반대인 제2 방향으로 이동하도록 작동될 수 있다. 트레인은 회전자 세그먼트와 고정자 세그먼트 사이에서 임의의 접촉도 없이 채널을 통해 이동하도록 작동될 수 있다. 트레인의 인접 회전자 세그먼트의 자석은 반대되는 방향들을 가질 수 있다. 트레인은, 폐쇄된 채널 내에서의 이동을 위해 무한 루프를 형성할 수 있다. 회전자 세그먼트는 각각 사각형, 대체로 장방형 또는 원호 모양을 가질 수 있고, 트레인은 환형 모양을 포함하여 대체로 원형을 가질 수 있다. 상기 장치는, 서로 축방향으로 배치될 수 있는 복수개의 평행 이격된 환형 트레인을 가질 수 있다.
상기 장치는 초기 시동 동안에 회전자 세그먼트를 회전시키기 위한 추가적 토크를 제공하는 시동 디바이스를 포함할 수 있다. 시동 디바이스는, 회전자 세그먼트의 트레인에 대해 평행하게 또한 트레인을 따라 연장되는 한 쌍의 평행 이격된 막대 또는 와이어를 포함할 수 있다. 와이어는 무한 루프를 형성할 수 있다. 시동 디바이스는, 와이어들 사이에 분리를 유지하기 위해 평행한 와이어들 사이에서 연장되는 복수개의 평행 이격된 브레이스를 포함할 수 있다. 와이어 및 브레이스는 구리, 알루미늄 또는 황동과 같은 금속으로 이루어질 수 있다. 한 쌍의 와이어는 회전자 세그먼트의 트레인의 자석에 인접하여 배치될 수 있다. 시동 디바이스는, 사이에 브레이스가 연장되는 복수개의 쌍의 평행 이격된 와이어를 포함할 수 있다.
모듈러, 축방향 자속, 이중면(double-sided), 영구자석 회전자, 분절된 고정자, 직접 구동(구동 샤프트가 없음), 저속 다상 AC 동시성 기계인 이중 림 전기 축방향 모듈러 기계는 전기 모터 또는 전기 발전기로서 작동될 수 있고, 이중 림 전기 축방향 모듈러 기계의 버전(version)은 직류를 발생시킬 수 있다.
어떤 변경예에서, 상기 기계는 고정자 및 회전자 주위의 고정자 전기자(또는 고정자 코어) 및 회전자 영구자석 극의 기하학적 배치로부터 발생하는 대체로 원형 형상을 가질 수 있다. 일반적으로, 고정자는 회전자와는 다른 수의 외부 에지를 가질 수 있다.
작동시에(모터 또는 발전기로서), 회전자는, 2면(two-sided) 고정자와 공통인 축 주위로 회전될 수 있다. 회전자 영구자석 세그먼트는, 고정된 고정자 전기자 세그먼트의 앞에서 또는 그에 인접하여 통과할 수 있다.
고정자 세그먼트를 형성하는 전기자의 프로파일은, 단순한 E자 모양으로부터, 회전자 운동에 의해 유도되는 자기 자속 밀도선을 최적하게 집중시키기 위해 계산된 일반화된 프로파일까지 변화될 수 있다.
고정자 전기자 권선은 각각의 위상에 대해 병렬, 직렬 또는 직렬-병렬 접속될 수 있다. 접속 모드에 따라, 고정자와 회전자의 동일한 기계적 배치가, 여러 가지 다른 호칭 전압의 전력원에(발전기로서) 또는 전력원으로부터(모터로서) 접속될 수 있다. 일반적으로, 고정자 전기자의 권선은 서로로부터 열적 및 자기적으로 분리될 수 있다. 이들 다상 AC 기계는 또한 그 위상-권선이 자기적 및 열적으로 분리될 수 있다. 이러한 분리 양상은 기계의 고장-허용을 강화하고, 기계가 바람직한 정도의 용장성(redundancy)을 가지고 작동될 수 있도록 용장성 설비가 기계 내에 설치될 수 있게 한다.
전기 기계의 모듈러 고장-허용 구조는 다음과 같은 중요한 이점을 제공하는데, 즉, (1) 기계가 사전 권선된 고정자 세그먼트 서브-조립체로부터 조립될 수 있으며, 그것은 낮은, 높은 볼륨 제조를 가능하게 하고, (2) 위상 권선이 기본적으로 자기적, 열적 및 물리적으로 차단되기 때문에, 고장-허용성이 상당히 높아, 그것은 조류로부터 전력을 추출하는 것과 같은 친환경 응용에 중요한 고려사항이다. 일반적으로, 여러 가지 위상에서 복수개의 전기적으로 분리된 전기자 권선을 가진 기계를 구동하는 것이 가능하다.
기계의 고정자는 또한, 기계 단자에 공급 가능한(또는 수용되는) 능동 파워를 향상시키는 역률 보상을 위해 캐패시터를 합체할 수도 있다. 역률 보상 캐패시터가 합체되면, 개별 고정자 전기자 또는 그들의 그룹을 보상할 수 있다.
전기자의 수, 위상(AC 기계의 경우)의 수, 영구 자석극의 수, 분당 회전수로 표현될 수 있는 기계 각속도로부터 AC 출력의 주파수로의 변환의 비율, 및 이중면(double-sided) 고정자 및 회전자의 전기자 및 극의 기하학적 위치 및 크기는 각각 공식에 따라 수학적으로 관련될 수 있다.
기계는 이중(dual)이다. 따라서, 유사한 이중-고정자 및 회전자 하드웨어 구조에서, AC(다중 AC 포함) 또는 DC 전자기 변환 시스템은 둘 다 상기 하드웨어 구조의 여러 가지 버전에 수용될 수 있다. 기계의 DC 버전은 DC 필터링 캐패시터를 포함할 수 있는데, DC 필터링 캐패시터는, 기계의 AC 버전에 역률 보상 캐패시터를 합체시키는 것과 유사한 방식으로 합체될 수 있다.
영구자석을 기계에 포함시킴으로 인한 기계의 작동 동안의 코깅(cogging) 힘 및 결합 가능한 파워 손실이, 회전자 원주를 따른 자석의 방사방향 위치에 대해 자석을 경사시키는 등에 의해 완화될 수 있다. 경사는 비대칭일 수 있다.
상기 기계는, 비동기식 기계(라인-시동 토크) 및 동기식 기계(제로-시동 토크)의 시동 특징를 결합시키는 하이브리드 회전자를 포함할 수 있어, 시동 토크를 가지지 않는 그러한 영구자석 동기식 기계의 비용을 증가시키고 신뢰성 및 어떤 경우에는 유용성을 감소시킬 수 있는 복잡한 알고리즘 및/또는 복잡한 파워 전자장치를 합체시켜야 하는 필요성을 제거한다. 하이브리드 회전자는, 회전자 원주를 따라 산재되는 영구자석(동기식 여기(excitation)) 및 림 케이지(비동기식 여기)를 포함할 수 있다. 회전자 림 단면에서, 림 케이지와 영구자석의 상대적 위치는 기계의 여러 가지 버전에 대해 변화될 수 있다. 림 케이지는, 전기 전도성 재료로 이루어질 수 있는 2개의 동심으로 배치되는 링들 사이에서 연장되는 반경방향 막대들에 의해 형성되는 선형, 원호형 또는 평면형 단면을 포함할 수 있다. 예시적 실시예에서, 축방향-자속 이중면 기계는, 각각 상기 실시예의 일면과 결합되는 2개의 비동기식 시동 림을 포함한다. 비동기 권선 림은, 상기 실시예에 동기식 특징을 제공하는 영구자석 회전자에 대해 동심이거나 영구자석 회전자에 합체된다. 추가적으로 또는 대안으로서, 동일한 복합 회전자 내에서의 림 권선 및 영구자석 여기(excitation)의 여러 가지 상대적 위치가 상기 실시예에 존재할 수 있다. 2개의 비동기식 시동 림은 기계의 원주를 따라 분할될 수 있다. 회전자 원주의 부분들에 시동 림이 장착될 수 있고, 동일하거나 다른 회전자의 다른 부분은 영구자석을 포함할 수 있다.
상기 기계는 직접 구동장치(구동 샤프트를 가지지 않음)를 가질 수 있고, 다른 버전에서는, 베어링이 회전자 림에 이중면 고정자 림 또는 고정자 결합 용기에 작용할 수 있다. 직접 구동 림 기계는 샤프트 구동 기계와는 개념적으로 다르다.
유체 환경에서, 상기 기계는 복합 고정자 및 회전자(각각 전기자와 여기를 포함함)를 가진 하나 이상의 윤활된 베어링을 합체할 수 있다.
상기 기계는 대직경 저속(및 높은 토크) 응용에 적합하다. 상기 기계의 모듈식 양상은 대직경 기계를 제조할 수 있게 한다. 이중면 고정자 및 회전자는 둘 다 모듈식 고정자 부품 및 모듈식 회전자 부품으로부터 구성될 수 있다. 각각의 모듈식 고정자 부품은, 전기자, 와이어, 역률 보상 캐패시터와 같은 특정한 수의 회로 요소를 포함할 수 있다. 각각의 회전자 부품은 특정한 수의 영구자석 및/또는 림 케이지 루프를 포함할 수 있다. 모듈식 고정자 및 모듈식 회전자 부품은 일정한 허용오차(대직경의 기계에서 통상적임)를 가지고 독립적으로 제조될 수 있고, 다음에는 함께 조립되어 완전한 기계를 제공한다. 모듈식 고정자 부품들 사이의 전기적 상호연결은 고정자의 최종 조립 뒤에 수행될 수 있고, 또한, 회전자의 모듈식 회전자 부품의 전기적 상호연결은 회전자의 최종 조립 뒤에 수행될 수 있다.
매우 낮은 속도로 작동하는 직경이 매우 큰 기계의 한 가지 버전은 매우 낮은 기계 각속도로부터 발생되는 전기 주파수를 국부적으로(고정자-(고정된)림 및 회전자-(이동)림의 주어진 위치) 배가시킨다. 이러한 양상은, 림 섹터에 대해 1개의 전기자(및/또는 영구자석)만 사용하는 대신에, 고정자 림(및 회전자 림 상의 대응 소형 영구자석)의 각각의 원형 섹터 상에 그룹으로 구비되는 많은 수의 소형 전기자를 사용함으로써 달성될 수 있다.
상기 기계의 한 가지 예시적 실시예는 해양 조류로부터 전력을 추출하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 버전에서, 기계 하우징에 회전자 림에 자석 레이스 및 고정된 고정자 코일을 포함하는 직접 구동(샤프트 없음) 림 발전기는, 터빈의 블레이드로부터의 기계 파워를 전기 파워로 변환한다. 회전자 림은 블레이드의 팁에 연결된다. 이중면 고정자에 배치되는 고정자 코일은 물 갭에 의해 회전자 림으로부터 분리된다. 동일한 이중면 고정자는 이러한 조류 터빈 발전기 버전의 베어링 시스템을 지지한다.
상기 기계의 다른 예시적 실시예는, 바람으로부터 에너지를 추출하고 에너지를 전기 파워로 변환할 수 있는 저속, 대직경 발전기이다. 이러한 실시예에 따라, 풍력 터빈은, 중앙 구멍을 가진 허브의 림에 설치될 수 있고, 블레이드는 림 발전기 하우징의 외면에 부착된다. 구멍은 블레이드 효율을 향상시킨다. 이러한 터빈 배치의 가능한 구조는 베어링, 발전기, 너셀(nacelle) 및 타워(tower)를 포함할 수 있다. 대형 너셀을 가지지만 중앙 구멍은 가지지 않는 풍력 터빈 실시예의 버전은, 파워 조절 장비와 같은 장비를 위한 너셀 내에 추가적 룸(room)을 제공할 수 있다.
분절된 고정자를 포함시키면, 대직경 저속 응용에서의 이점을 포함하여, 제조 및 유지보수에서의 특정한 이점이 발생될 수 있다.
직접 구동(구동 샤프트가 없음) 양상은, 고정자 프레임 및 회전자에 배치되는 베어링(여러 가지 형태의)을 사용하는 기계에 실시될 수 있다. 직접 구동의 이점에는, 구조적 관점에서 샤프트를 사용하는 것이 불가능하거나 바람직하지 않은 응용에 이중면 축방향 구조를 사용할 수 있게 하는 것이 포함된다. 대직경의 기계에 직접 구동 양상을 사용하는 것을 포함하여, 직접 구동(구동 샤프트가 없음) 양상을 사용하면, (고정자 분절에 의해) 저속 및 높은 토크 응용이, 그리드(grid) 전기 주파수, 및 기계 단자를 가로지른 여러 가지 레벨의 전압 및 고정자 권선을 통한 전류에서 작동될 수 있게 된다.
분리(모듈화)는 서로 독립적인 각각의 위상을 제공함으로써 달성될 수 있고, 서로 독립적인 1-위상의 개별적 부품(예를 들면, 병렬로 접속되는 전기자)을 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 양상은, 첨부된 도면과 관련하여 본 발명의 특정한 실시예의 다음의 설명을 검토하면 당업자에게 명백하게 될 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 바람직한 실시예에 따라, 발전기 및 모터 장치에, 한 쌍(12)의 병렬 이격된 고정자 세그먼트(14)들 사이에 배치되는 회전자 세그먼트(10)가 도시되어 있다. 베어링(16)은 회전자 세그먼트(10)와 지지 구조물(18) 사이에 위치된다. 베어링(16)은, 화살표(20, 21)로 표시된 방향으로 회전자 세그먼트(10)가 고정자 세그먼트(14)에 대해 이동할 수 있게 한다. 도 1은, 지지 구조물(18)에 부착되지 않고 지지 구조물(18)로부터 분리되는 고정자 세그먼트(14)를 도시하고 있다. 그러나, 고정자 브래킷(22)은 고정자 세그먼트(14)를 지지 구조물(18)에 부착시키기 위해 각각의 고정자 세그먼트(14)로부터 연장된다. 브래킷(22)은, 도 1에 도시된 패스너(26)와 같은 하나 이상의 패스너를 수용하기 위한 애퍼처(24)를 포함할 수 있거나, 다른 고정 기술 또는 방법이 고정자 세그먼트(14)를 지지 구조물(18)에 부착시키기 위해 사용될 수 있다. 고정자 세그먼트(14)가 지지 구조물(18)에 부착될 때, 지지 구조물(18)의 크기는, 회전자 세그먼트(10)를 어느 한 고정자 세그먼트(14)에 접촉되지 않으면서 고정자 세그먼트(14)들 사이에 장착될 수 있게 한다. 아래에서 더 설명되는 회전자 세그먼트(10) 및 고정자 세그먼트(14)를 포함하는 통상적 사용에서, 회전자 세그먼트(10)는 고정자 세그먼트(14)들 사이에 반경방향 및 축방향으로 장착된다.
회전자 세그먼트(10)는, 도 1에 절결도로서 도시되어 보일 수 있고 바람직하게 영구자석인 자석(28)을 포함한다. 자석(28)은 바람직하게, 플라스틱, 고무, 캡슐화 수지, 저마찰 재료 또는 그들의 조합과 같은 비자성 재료에 의해 둘러싸인다. 자석(28)은 회전자 세그먼트(10) 내에 캡슐화될 수 있고, 또한, 자석(28)은 회전자 세그먼트(10) 내에 밀봉될 수 있다. 캡슐화의 예로서, 포켓은 포켓의 개방 단부를 통해 자석(28)을 수용하기 위해 회전자 세그먼트(10) 내에 형성될 수 있고, 덮개는, 자석(28)을 둘러싸는 용기를 형성하도록 포켓의 개방 단부를 폐쇄시킬 수 있으며, 자석(28)을 회전자 세그먼트(10) 내에 캡슐화하도록 덮개를 밀봉하기 위해 진공 봉입 공정이 사용될 수 있다. 그러나, 다른 캡슐화 기술이 사용될 수 있다.
회전자 세그먼트(10)는 회전자 세그먼트(10)를 다른 기계 컴포넌트에 기계식으로 연결하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 예를 들면, 회전자 브래킷 애퍼처(32)를 포함하는 회전자 브래킷(30)이, 도 1에 도시된 바와 같이, 회전자 세그먼트(10)에 부착되거나 회전자 세그먼트(10) 내에 일체로 형성될 수 있다. 그러나, 다른 부착 기술이 사용될 수 있는데, 예를 들면, 나사산이 형성된 패스너의 단부를 수용하기 위해 나사산이 형성된 리세스가 포함된다.
회전자 세그먼트(10)는 도 1에, 인접 배치되고 대체로 길이방향으로 연장되며 서로에 대해 길이방향으로 이격되는 복수개의 자석(28)을 회전자 세그먼트(10) 내에 수용하도록 무한한 길이를 가지는 것으로 도시되어 있다. 각각의 자석(28)은 바람직하게, 자석(28)의 북극이 쌍(12)의 1개의 고정자 세그먼트(14)에 인접하고, 북극에 대해 반대인 자석(28)의 남극이 쌍(12)의 반대쪽 고정자 세그먼트(14)에 인접하도록, 방향이 설정된다. 바람직하게, 주어진 회전자 세그먼트(10) 내의 인접 자석(28)은, 회전자 세그먼트(10)의 각각의 대향면을 따른 극 방향이 북극과 남극 사이에서 교대되도록, 반대 방향을 가진다.
각각의 고정자 세그먼트(14)는 고정자 권선 세트(34)를 포함하는데, 고정자 권선 세트(34)의 적어도 일부가 도 1에서 절결에 의해 볼 수 있게 되어 있다. 고정자 권선 세트(34)는 코일 또는 고정자 권선(36)을 포함하며, 도 1에서 또한 고정자 권선(36) 내에 배치되는 돌출부(40)를 구비하는 고정자 코어(38)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 고정자 코어(38)는 바람직하게, 고정자 권선(36)의 인덕턴스를 증가시키기 위해 강자성 재료일 수 있는 자성 재료로 이루어진다. 증가된 인덕턴스는 바람직하게 자석(28)과 고정자 권선(36) 사이의 거리를 더 크게 할 수 있다. 제1 실시예에서, 복수개의 와이어가 각각의 고정자 권선 세트(34)에 추가로 사용될 수 있지만, 고정자 권선(36)은, 2개의 단자 단부(42, 43)를 가진 단일 와이어로부터 권선된다.
고정자 권선 세트(34)는 바람직하게 플라스틱, 고무, 캡슐화 수지, 저마찰 재료 또는 그들의 조합과 같은 비자성 재료로 둘러싸이고, 고정자 세그먼트(14) 내에 캡슐화될 수 있으며, 고정자 세그먼트(14) 내에 밀봉된다. 고정자 브래킷(22)의 일부 역시 고정자 세그먼트(14) 내에 캡슐화될 수 있고, 브래킷(22)은 캡슐화에 의해 고정자 세그먼트(14)에 부착될 수 있다. 추가적으로 또는 대안으로서, 브래킷(22)은, 고정자 권선 세트(34)와 일체일 수 있거나, 고정자 권선 세트(34)를 둘러싸는 재료로부터 형성될 수 있다. 지지 구조물(18)은, 회전자 세그먼트(10)가 방향(20, 21)을 따라 이동할 수 있도록, 고정자 세그먼트(14)를 지지 구조물(18)에 부착할 수 있게 하는 크기를 가진다.
제1 실시예에서, 고정자 권선 세트(34)는 바람직하게 또한, 고정자 권선(36)에 전기 접속되는 하나 이상의 전기 또는 전자 컴포넌트를 포함하는데, 상기 하나 이상의 전기 또는 전자 컴포넌트는 예를 들면 단자 단부(42, 43)에 전기 접속되고 고정자 세그먼트(14) 내에 캡슐화되는 역률(power factor) 캐패시터(44)이다. 그러한 하나 이상의 전기 컴포넌트를 고정자 세그먼트(14) 내에 통합시키면, 고정자 세그먼트(14)가 전기 접속될 수 있는 외부 디바이스의 복잡성 및 비용이 바람직하게 감소된다.
상기 하나 이상의 전기 컴포넌트는 고정자 세그먼트(14) 내의 임의의 곳에 위치될 수 있다. 예를 들면, 도 1은, 1개의 역률 캐패시터(44)는 고정자 권선(36)에 대하여 반대쪽에서 고정자 코어(38) 옆에 있고, 1개의 역률 캐패시터(44)는 고정자 권선(36)의 일단부에서 고정자 코어(38) 옆에 있는 것을 도시하고 있다. 고정자 세그먼트(14) 내에 배치되는 역률 캐패시터(44) 또는 다른 전기 또는 전자 컴포넌트의 다른 위치도 가능하다.
역률 캐패시터(44)는, 교류 전류(AC) 파워와 상호적이며, 신뢰성 있는 성능을 확실하게 하기에 충분히 높은 정격 전압을 가진 임의의 캐패시터일 수 있다. 예를 들면, 역률 캐패시터(44)는, 건식 전해 캐패시터를 포함하여 전해 캐패시터일 수 있다. 누수되었을 때 고정자 세그먼트(14)의 캡슐화 재료를 손상시킬 수 있기에 충분한 양의 액체 전해질을 포함하는 캐패시터는 바람직하게 사용되지 않는다. 역률 캐패시터(44)를 주어진 고정자 세그먼트(14) 내에 통합시키면, 고정자 세그먼트(14)가 전기 접속될 수 있는 외부 디바이스와 고정자 세그먼트(14) 사이의 전력 손실이 바람직하게 감소될 수 있다.
고정자 세그먼트(14)는 도 1에서, 고정자 세그먼트(14) 내에서 인접하여 배치되고 대체로 길이방향으로 연장되며 서로에 대해 길이방향으로 이격되는 복수개의 고정자 권선 세트(34)를 수용하도록 무한한 길이를 가진 것으로 도시되어 있다. 여러 가지 고정자 권선 세트(34)의 고정자 권선(36)은 바람직하게 서로로부터 적어도 실질적으로 자기적으로 분리된다. 여러 가지 고정자 권선 세트(34) 및 여러 가지 고정자 권선(36)은 서로 전기 접속될 수 있으며, 예를 들면 직렬 또는 병렬로 접속된다.
여러 가지 고정자 권선 세트(34)의 고정자 권선(36)을 자기적으로 분리시키면, 바람직하게 본 발명의 실시예에서 분리되는 고정자 권선(36)들 사이에 위치되는 재료 및 재료 유형의 변화에 대한 민감도가 감소 또는 제거되며, 분리되는 고정자 권선(36)들 사이에 위치되는 재료의 유전성의 변화에 대한 민감도가 감소 또는 제거되어, 플랜트 또는 다른 바다 생물체가 존재할 수 있는 해수 또는 해양수를 포함하여 물에 본 발명의 실시예가 완전히 잠기는 환경을 포함하여 다양한 환경에 사용될 때 본 발명의 실시예의 효과가 증가된다. 따라서, 하나 이상의 자기적으로 분리되는 고정자 권선(36)과 환경(예를 들면, 해수 및/또는 전기 접지) 사이의 제한된 또는 제로의 절연 저항과 같은 결함 상태 동안에, 전체 출력 전압 및 전체 출력 전력에 대한 충격이 최소로 된다. 여러 가지 고정자 권선 세트(34)의 고정자 권선(36)을 자기적으로 분리시키면 또한 바람직하게, 본 발명의 실시예에서 전기 접속을 형성하는 도체에 대한 절연의 필요성이 최소화된다.
고정자 세그먼트(14)가 지지 구조물(18)에 부착되고, 회전자 세그먼트(10)가 고정자 세그먼트(14)들 사이에서 지지 구조물(18)을 따라 어느 한 방향(20 또는 21)으로 이동될 때, 전류는 고정자 권선(36)에 유도되어, 기계 운동으로부터 전력이 발생된다. 전류가 주어진 방향으로 고정자 권선(36)을 통과하면, 자력은 예를 들면 방향(20)과 같은 대응 방향으로 회전자 세그먼트(10)를 강제로 이동시키도록 자석(28)에 작용한다. 반대방향으로 고정자 권선(36)을 통과하는 전류는 예를 들면 방향(21)과 같은 반대방향으로 회전자 세그먼트(10)를 강제로 이동시킨다. 따라서, 본 발명의 제1 실시예는 발전기 및 모터로서 작용할 수 있다. 본 명세서에서 발전기에 대해 언급할 때, 모터에 대해 언급하는 것을 포함하는 것으로 이해할 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 회전자 세그먼트(10) 및 고정자 세그먼트(14)를 예시적으로 사용할 때, 지지 구조물(18)은 림(46)이다. 아래에서 더욱 설명되는 림(46) 및 다른 컴포넌트는 전기를 발전하기 위한 림 발전기(48)를 형성한다. 림 발전기(48)는 물 또는 공기와 같은 유체 매체의 기계적 운동으로부터 AC 또는 직류(DC) 전력을 발전시키기 위해 적절히 사용될 수 있다. 예를 들면, 림 발전기(48)는 해양, 강 또는 수류가 존재하는 물의 다른 본체의 표면 하에 위치될 수 있다. 림 발전기(48)는 또한 모터일 수 있고, 예를 들면 공기 팬 또는 물 펌프로서 적절히 사용될 수 있다. 수류의 존재 하에 림 발전기(48)를 위치시키면 바람직하게, 흐르는 물이 림 발전기(48) 및 림 발전기(48)의 고정자 세그먼트(14)와 같은 컴포넌트를 냉각시킬 수 있다.
도시된 림 발전기(48)는, 베어링(16)에 의해 림(46)에 미끄럼 가능하게 결합되는 복수개의 회전자 세그먼트(10), 및 패스너(26)에 의해 부착되는 복수개의 쌍(12)의 고정자 세그먼트(14)를 포함한다. 고정자 세그먼트(14)의 각각의 상(12)에 대해, 1개의 고정자 세그먼트(14)만 도 2에서 볼 수 있다. 도 3은, 도 2에 도시된 림 발전기(48)의 III-III 선을 따른 림 발전기(48)의 일부의 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 복수개의 회전자 세그먼트(10) 및 복수개의 쌍의 고정자 세그먼트(14)는 본 발명의 일실시예를 단순히 예시하는 것으로 이해하여야 한다. 본 명세서에 기술한 도면들은 반드시 축적도에 따라 도시되지 않았다.
각각의 회전자 세그먼트(10)는 환형 링(50)에 부착되어 환형 회전자(52)를 형성한다. 하나 이상의 블레이드(54)는 환형 링(50)의 내향면에 부착된다. 블레이드(54)는 환형 링(50)의 중심에서 함께 연결될 수 있거나, 도 2에 도시된 허브(56)와 같은 블레이드 지지 구조물에 연결될 수 있다. 림 발전기(48)의 입구(60)에 진입하는 유체 흐름 스트림(58)은 블레이드(54)를 지나 출구(도시되지 않음)로 흐른다. 유체 스트림(58)은 블레이드(54)를 회전시키며, 그것은 유체 스트림(58)의 에너지를 감소시킨다. 블레이드(54)가 회전될 때, 환형 링(50)과 회전자 세그먼트(10)는 고정 림(46)과 고정자 세그먼트(14)에 대해, 림 발전기(48)의 중앙축 주위로 회전된다. 회전자 세그먼트(10)가 고정자 세그먼트(14)를 지나 이동되면, 앞에서 설명한 방식으로 전기가 발생된다.
회전자(52)가 분할되었다는 성질에 의해, 회전자 세그먼트(10)가 개별적으로 제조 및 시험되고, 최종 조립을 위한 전개 위치에 가까운 곳으로 운반될 수 있게 함으로써, 림 발전기(48) 및 그 컴포넌트의 제조, 운반 및 조립이 편리하게 된다. 마찬가지로, 고정자 세그먼트(14)도 개별적으로 제조, 시험 및 조립될 수 있다. 더욱이, 개별적 회전자 세그먼트(10) 및/또는 개별적 고정자 세그먼트(14)를 제거, 설치 및/또는 교체할 수 있는 가능성으로 인해 유지보수 및 수리가 편리하게 되었다. 회전자 세그먼트(10) 및 고정자 세그먼트(14) 컴포넌트가 분할되었다는 성질에 의해 바람직하게, 자석(28)과 고정자 권선(36) 사이에 바람직한 거리를 가진 발전기 및/또는 모터의 조립이 편리하게 되어, 바람직하게, 최적 에너지 효율을 위해 자석(28)과 고정자 권선(36) 사이의 거리가 선택될 수 있게 된다.
회전자(52)가 분할되었다는 성질에 의해 바람직하게, 직경이 1미터(약 3피트 3인치)보다 큰 하나 이상의 회전자(52)를 가진 발전기 및 모터를 포함하여 대직경 발전기 및 모터의 제조, 운반 및 조립이 편리하게 된다. 회전자(52)와 같은 하나 이상의 대직경 회전자를 가진 발전기를 제조, 운반 및 조립할 수 있는 능력으로 인해 바람직하게, 회전자의 원주를 따라 장착된 수 있는 자석(28)과 같은 자석의 수가 증가될 수 있게 되어, 그것은 바람직하게 발전기의 주어진 회전 속도에 대해 발전기 출력의 전기 주파수가 증가될 수 있고, 및/또는 바람직하게 발전기 출력의 주어진 전기 주파수를 발생시키는데 필요한 발전기의 회전 속도가 감소될 수 있게 한다.
도 2에 도시된 예시적 실시예에서, 지지 구조물(18)의 림(46) 형상은, 림 발전기(48)가 중앙 샤프트를 포함하여야 하는 필요성을 없앤다. 따라서, 허브(56)는, 림 발전기(48)의 입구(60)로부터 출구(도시되지 않음)로 허브(56)를 통해 길이방향으로 연장되는 중앙 구멍(62)을 가질 수 있다. 림 발전기(48)를 통하는 중앙 유체 흐름 스트림(64)은, 중앙 스트림(64) 및 림 발전기(48)의 외부의 유체 흐름을 포함하는 빠른 주변 유체 흐름 스트림과 느린 유체 스트림(58)이 재결합하는 림 발전기(48) 출구의 하류에서의 난류를 감소시킴으로써, 림 발전기(48)의 효율을 바람직하게 증가시킬 수 있다.
림 발전기(48)는 바람직하게 동기적 발전에 적합하고, 초기 시동 동안에 회전자 세그먼트(10)를 회전시키기 위한 추가적 토크를 제공하기 위해 시동 디바이스를 포함할 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 예시적 실시예에서, 시동 디바이스는 회전자 케이지(cage)(66)를 포함한다. 회전자 케이지(66)는, 환형 회전자(52)에 부착되는 복수개의 평행하게 이격된 전기 도체를 포함한다. 예시적 회전자 케이지(66)는, 구리, 황동, 알루미늄 또는 복합 재료와 같은 도전성 금속으로 이루어지며, 회전자 케이지(66)의 환형 플레이트를 따라 이격되는 복수개의 대체로 사각형 또는 원호형의 절결부를 가진 환형 플레이트로 형성된다. 상기 절결부는 회전자 케이지(66) 내에, 평행하게 이격되는 원형으로 연장되는 와이어(68), 및 와이어(68)를 지지하고 와이어(68) 사이의 분리를 유지하기 위해 와이어(68)들 사이에서 연장되는 평행하게 이격되는 브레이스(70)를 형성한다. 회전자 케이지(66)는, 예를 들면 회전자 세그먼트(10)의 양쪽에 배치되는 한 쌍의 환형 플레이트(도 3 참조)를 포함하여 복수개의 그러한 환형 플레이트를 포함할 수 있다. 도 2에 완전하게 도시되지는 않았지만, 회전자 케이지(66)의 각각의 와이어(68)는 바람직하게 환형 회전자(52)의 원주 전체 주위로 연장되어 무한 루프를 형성한다. 유사하게, 브레이스(70)는 환형 회전자의 원주 전체 주위에 간격을 두고 배치된다. 고정자 세그먼트(14)의 초기 이동을 돕기 위한 다른 기술이 사용될 수 있다. 예를 들면, 회전자 케이지(66)는 환형 플레이트 내에 스탬핑되는 절결부가 아니라 함께 연결되는 와이어 또는 막대로 이루어질 수 있다.
도 2는 1개의 회전자 세그먼트(10)의 내부의 절결을 도시하고 있으며, 회전자 세그먼트(10)의 형상에 대해 따라서 고정자 세그먼트(14) 내의 고정자 권선(36)의 위치에 대해 경사진 각도로 배치된 자석(28)을 도시한다. 자석(28)이 경사지면 바람직하게, 고정자 세그먼트(14)에 대한 회전자 세그먼트(10)의 이동으로부터 발생하는 피크 코깅(peak cogging) 토크가 감소될 수 있다. 여러 가지 다른 회전자 세그먼트(10)는, 동일한 경사각 또는 여러 가지 다른 경사각으로 경사지는 복수개의 자석(28)을 포함할 수 있다. 주어진 림 발전기(48) 내의 모든 자석(28)은 동일한 각도로 경사질 수 있다.
몇몇 실시예에서, 베어링(16)은 도 2 및 도 3에 도시된 것과는 다르게 위치된다. 예를 들면, 회전자(52)는 환형 링(50)에 인접하여 위치되는 베어링에 지지될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 회전자 세그먼트(10)는 지지 구조물(18)에 부착되며 베어링에 의해 환형 링(50)에 미끄럼 가능하게 결합되고, 고정자 세그먼트(14)는 환형 링(50)에 부착되며 지지 구조물(18)에 미끄럼 가능하게 결합되어, 환형 링(50)이 회전되면, 고정자 세그먼트(14)는 예를 들면 고정 회전자 세그먼트(10)를 지나 이동된다. 상술한 실시예의 베어링의 배치 및 위치는 단순히 예시적인 것이라는 것을 이해하여야 한다. 베어링(16), 회전자 세그먼트(10), 고정자 세그먼트(14) 및 지지 구조물(18)의 여러 가지 기계적 배치를 가진 다른 실시예가 당업자에게 가능하며, 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 생각된다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 지지 구조물(18)은, 회전자 세그먼트(10) 및 한 쌍(12)의 고정자 세그먼트(14)를 포함하는 발전기 또는 모터를 지지하기 위한 받침대(72) 및 너셀(nacelle)(74)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 받침대(72) 및 너셀(74)은, 도 4에 도시된 예시적 풍력 터빈 발전기(76)를 지지할 수 있다. 도 5는, 도 4에 도시된 풍력 터빈 발전기(76)의 V-V 선에 따른 단면을 도시한다.
제1 실시예에 따른 회전자 세그먼트(10)는 제1 실시예에 따라 한 쌍(12)의 고정자 세그먼트(14)들 사이에 배치된다. 회전자 세그먼트(10)는 하나 이상의 자석(28)을 포함하고, 회전자 세그먼트(10)의 일단부에서 블레이드 지지 허브(78)에 부착된다. 도 5는 예시적 부착 기술로서 회전자 세그먼트(10)의 나사산이 형성되는 애퍼처 내로 나사체결되는 예시적 회전자 세그먼트(10) 부착 패스너(80)를 도시하고 있지만, 회전자 세그먼트(10)는, 도 2 및 도 3에 가장 양호하게 도시된 기술을 포함하여 임의의 적절한 기술 또는 방법에 의해 블레이드 지지 허브(78)에 부착될 수 있다. 풍력 터빈 블레이드(82)는 블레이드 지지 허브(78)의 전방 단부에 부착된다. 블레이드 지지 허브(78)는, 롤러 유형의 베어링으로서 도 5에 예시적으로 도시된 베어링(84)에 의해 너셀(74)에 회전 가능하게 결합된다. 그러나, 본 발명은 모든 적절한 베어링 유형 및 배치를 포함한다.
고정자 세그먼트(14)의 상기 쌍(12)은, 도 5에 도시된 예시적 고정자 세그먼트(14) 부착 패스너(86)에 의한 것을 포함하여 임의의 적절한 부착 기술 또는 방법에 의해 너셀(74)에 부착될 수 있다. 각각의 고정자 세그먼트(14)는, 각각 고정자 권선(36)을 포함하며 도 5에서 1개의 역률 캐패시터(44)를 포함하는 것으로 도시된 하나 이상의 고정자 권선 세트(34)를 포함한다. 추가적으로 또는 대안으로서, 고정자 권선 세트(34)는 다른 전기 또는 전자 컴포넌트(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안으로서,너셀(74)은, 풍력 터빈 발전기(76)에 사용하기 위해 다른 전기, 기계 또는 다른 컴포넌트(도시되지 않음)를 수용할 수 있다.
추가적으로, 복수개의 회전자 세그먼트(10)(도 4에는 보이지 않음)는, 예를 들면 환형 회전자(52)를 형성하기 위해 블레이드 지지 허브(78)의 길이방향 축 주위에 인접하여 배치될 수 있다. 풍력 터빈 발전기(76)는, 주어진 쌍(12)의 고정자 세그먼트(14)들 사이에 또는 고정자 세그먼트(14)들의 쌍(12)들 사이에 복수개의 평행 이격된 회전자(52)(도시되지 않음)를 포함할 수 있고, 회전자(52)들은 고정자 세그먼트(14)들 사이 또는 고정자 세그먼트(14)의 쌍(12)들 사이에서 서로 이산(interleave)된다. 유사하게, 복수개의 쌍(12)의 고정자 세그먼트(14)는 블레이드 지지 허브(78)의 길이방향 축 주위에 인접하여 배치될 수 있다.
풍력 터빈 발전기(76)를 지나 흐르는 바람 또는 다른 기류가 블레이드(82)를 회전시킬 때, 블레이드 지지 허브(78) 및 블레이드 지지 허브(78)에 부착되는 모든 회전자 세그먼트(10) 역시 너셀(74) 및 너셀(74)에 부착되는 모든 고정자 세그먼트(14)에 대해 회전한다. 따라서, 회전자 세그먼트(10)는 고정자 세그먼트(14)에 미끄럼 가능하게 결합되고, 블레이드 지지 허브(78)에 부착되는 회전자 세그먼트(10)는 블레이드 지지 허브(78)의 길이방향 축 주위로 이동될 수 있다. 회전자 세그먼트(10)가 고정자 세그먼트(14)를 지나 이동하면, 상술한 방식으로 전기가 발전된다. 풍력 터빈 발전기(76) 역시 모터이고, 예를 들면 공기 팬으로서 사용될 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시되었듯이, 풍력 터빈 구멍(88)은 허브(78)의 입구(90)로부터 출구(92)로 향해 블레이드 지지 허브(78)를 통해 길이방향으로 연장된다. 블레이드 지지 허브(78)는 풍력 터빈 구멍(88)을 포함할 필요는 없으며, 추가적으로 또는 대안으로서, 풍력 터빈 발전기(76)는 중앙 샤프트(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 풍력 터빈 구멍(88)을 포함하는 풍력 터빈 발전기(76)를 사용하면, 블레이드 지지 허브(78)의 출구의 하류에서의 난류를 감소시켜 효율이 증가될 수 있다.
도면에 도시되지는 않았지만, 풍력 터빈 발전기(76)는, 림 발전기(48)에 관하여 상술한 것과 유사한 방식으로 풍력 터빈 발전기(76)에 통합될 수 있는 하나 이상의 회전자 케이지(66)와 같은 시동 디바이스를 더 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 AC 출력을 발생시키기 위한 전기 접속을 도시한다. 도 2 및 도 3의 림 발전기(48)일 수 있고 도 4 및 도 5의 풍력 터빈 발전기(76)일 수 있는 발전기 또는 모터의 일부가 도 6에 도시되어 있다. 도 6에 도시된 각각의 회전자 세그먼트(10)는, 회전자 세그먼트(10)의 각각의 대향면을 따른 극 방향이 북극(도 6에서 문자 "N"으로 표시됨)과 남극(도 6에서 문자 "S"로 표시됨) 사이에서 교대하도록, 인접하여 배치되고 회전자 세그먼트(10) 내에 대체로 길이방향으로 연장되는 예시적으로 3개의 자석(28)을 포함한다. 각각의 회전자 세그먼트(10)는 제1면(94)의 주어진 쌍(12)의 고정자 세그먼트(14)와 제1면(94)에 대하여 반대인 제2면(96)의 주어딘 쌍(12)의 대향하는 고정자 세그먼트(14) 사이에 배치된다.
고정자 권선(36)의 단자 단부(42, 43)는 각각 고정자 세그먼트(14)의 외부와 전기 접속하기 위해 제1 고정자 세그먼트 커넥터(98) 및 제2 고정자 세그먼트 커넥터(100)에 전기 접속된다.
제1면(94)의 단자 단부(42, 43)는 또한, 도 6에서 제1면(94)의 고정자 세그먼트(14) 내에 캡슐화된 것으로 도시된 역률 캐패시터(44)의 한 쌍의 단자에 접속된다. 추가적으로 또는 대안으로서, 복수개의 고정자 권선 세트(34)를 포함하여 다른 전기 또는 전자 컴포넌트는 제1면(94) 또는 제2면(96)의 고정자 세그먼트(14) 내에 캡슐화될 수 있다.
제2면(96)의 제1 고정자 세그먼트 커넥터(98)들은, 중성 도체(102)라고 지칭될 수 있는 단일 도체를 형성하도록 서로 연결된다.
고정자 세그먼트(14)의 각각의 쌍(12)의 제2 고정자 세그먼트 커넥터(100)는 서로 전기 접속되고, 바람직하게 전기 와이어(104)를 거쳐 지지 구조물(18)에 의해 연결된다.
AC 출력(106)은 제1면(94)의 각각의 고정자 세그먼트(14)의 제1 고정자 세그먼트 커넥터(98)에 존재한다. 고정자 세그먼트(14)의 여러 가지 쌍(12)의 AC 출력(106)은 동일한 위상 또는 다른 위상을 가질 수 있다. 도 6에 도시된 예에서, 고정자 세그먼트(14)의 1개의 보이는 쌍(12)의 AC 출력(106)은 제1 위상(108)을 가지며, 고정자 세그먼트(14)의 다른 보이는 쌍(12)의 AC 출력(106)은 제2 위상(110)을 가진다. 통상적으로, 다른 위상을 가진 AC 출력(106)은 직접적으로 전기 접속되지 않는다. 그러나, 제1 위상(108)을 가지며 도 6에 부분적으로 도시된 발전기의 모든 AC 출력(106)은 제1 위상 AC 출력(112)을 형성하도록 병렬 접속에 의해 전기 접속될 수 있고, 제2 위상(110)을 가진 모든 AC 출력은 제2 위상 AC 출력(114)을 형성하도록 병렬 접속에 의해 전기 접속될 수 있다. 3개의 구별되는 위상(도시되지 않음)을 가진 3개의 AC 출력(106)이 발생되는 실시예에서, 발전기는 3상 출력을 발생시키는 것으로 간주될 수 있다.
고정자 세그먼트(14)의 한 쌍(12)의 AC 출력의 병렬 접속은, 단선으로 인한 개별 쌍(12)으로부터의 출력의 손실이 전체 발전기의 출력의 전체 손실을 발생시키지 않는 고장-허용 양상을 제공한다. 회전자 세그먼트(10)와 고정자 세그먼트(14)를 개별적으로 제거, 설치 및/또는 교체할 수 있는 가능성으로 인해 신뢰성이 향상된다.
서로 평행한 고정자 세그먼트(14)의 이들 접속 쌍(12)을 포함하여 상술한 전기 접속은 바람직하게, 주어진 위상(예를 들면, 제1 위상(108), 제2 위상(110), 또는 다른 위상)을 가진 AC 출력(106)의 변화가 고정자 세그먼트(14)의 각각의 쌍(12)의 제2 고정자 세그먼트 커넥터(100)의 접속으로 인해 최소화되는 전압 자기-보상의 양상을 용이하게 한다. 주어진 회전자 세그먼트(10)가 주어진 쌍(12)의 고정자 세그먼트(14)를 통과할 때, 주어진 회전자 세그먼트(10)가 주어진 쌍(12)의 1개의 고정자 세그먼트(14)로부터 멀리 떨어져 있는 중앙으로부터의 임의의 기계적 편차가, 주어진 쌍(12)의 다른 고정자 세그먼트(14)에 대해 대응하여 더 가까운 주어진 회전자 세그먼트(10)에 의해 매칭된다. 주어진 쌍(12)의 1개의 고정자 세그먼트(14)에서 발생되는 감소된 전압은, 다른 고정자 세그먼트(14)에서 발생되는 대응하여 증가된 전압에 의해 보상된다. 주어진 쌍(12)의 고정자 세그먼트(14)의 직렬 접속의 결과, 주어진 쌍(12)이 주어진 쌍(12)의 각각의 고정자 세그먼트(14)에 의해 발생되는 출력 전압의 합으로부터 출력 전압을 발생시킴으로써, 여러 가지 쌍(12)에 의해 발생되는 출력 전압들 사이의 변화가 최소화된다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따라 DC 출력을 발생시키기 위한 전기 접속을 도시하고 있다. 회전자 세그먼트(10)의 각각의 대향면을 따른 극 방향이 북극(도 7에 문자 "N"으로 표시됨)과 남극(도 7에 문자 "S"로 표시됨) 사이에서 교대되도록 각각의 회전자 세그먼트(10) 내에 인접하여 배치되고 대체로 길이방향으로 연장되는 3개의 자석(28)을 포함하여, 도 6에 도시된 발전기 및/또는 모터의 일부가 도 7에도 도시되어 있다. 각각의 회전자 세그먼트(10)는 제1면(94)의 주어진 쌍(12)의 고정자 세그먼트(14)와 제2면(96)의 주어진 쌍(12)의 반대쪽의 고정자 세그먼트(14) 사이에 배치된다. 커넥터(98, 100)는 고정자 세그먼트(14)의 외부와의 전기 접속에 적합하다.
단자 단부(42, 43), 역률 캐패시터(44), 중성 도체(102) 및 전기 와이어(104)는 도 6 및 도 7에서 유사하게 접속된다.
중간 AC 출력(116)(도 6에 도시된 AC 출력(106)과 유사함)은 제1면(94)의 각각의 고정자 세그먼트(14)의 단자 단부(42)에서 발생된다. 중간 AC 출력(116)은, 바람직하게 그러나 필연적은 아니게 고정자 권선 세트(34) 내에 포함되고 고정자 세그먼트(14) 내에 캡슐화되는 직렬 접속 다이오드 쌍(120)의 중간 다이오드 노드(118)에 접속된다. 다이오드 쌍(120)은 다이오드 쌍(120)의 양쪽 단부에서 양의 DC 전력 신호(122)와 음의 DC 전력 신호(122)를 발생시키기 위해 중간 AC 출력(116)을 정류한다. DC 커넥터(126, 127)는 각각 양의 DC 전력 신호(122)와 음의 DC 전력 신호(124)를 고정자 세그먼트(14)의 외부에 공급한다. 다이오드 쌍(120)의 각각의 다이오드는 예를 들면 실리콘 다이오드일 수 있다.
DC 필터링 캐패시터(128)는 바람직하게 DC 전력 신호(122, 124) 내의 맥동(ripple)의 양을 감소시키기 위해 다이오드 쌍(120)을 가로질러 접속된다. DC 필터링 캐패시터(128)는 바람직하게 그러나 필연적으로 아니게 고정자 권선 세트(34) 내에 포함되고 고정자 세그먼트(14) 내에 캡슐화된다.
주어진 고정자 세그먼트(14)의 DC 전력 신호(122, 124)는 하나 이상의 다른 고정자 세그먼트(14)의 DC 전력 신호(122, 124)에 병렬 또는 직렬로 접속될 수 있다. 도 7에 도시된 예에서, DC 전력 신호(122, 124)를 병렬 접속시키기 위해, 모든 양의 DC 전력 신호(122)는 바람직하게 서로 접속되며, 모든 음의 DC 전력 신호(124)는 서로 접속된다. 따라서, 양의 DC 전체 출력(130)은 임의의 주어진 DC 커넥터(126)에 이용 가능한 양의 DC 전력 신호(122)로부터 얻어질 수 있고, 음의 DC 전체 출력(132)은 임의의 주어진 DC 커넥터(127)에 이용 가능한 음의 DC 전력 신호(124)로부터 얻어질 수 있다.
도 8은, 고정자 세그먼트(14)의 각각의 쌍(12)에 저전압 DC 필터링을 포함하는 응용에 특히 적합한 본 발명의 제1 실시예에 따라 DC 출력을 발생시키기 위한 전기 접속을 도시하고 있다. 회전자 세그먼트(10)의 각각의 대향면을 따른 극 방향이 북극(도 8에 문자 "N"으로 표시됨)과 남극(도 8에 문자 "S"로 표시됨) 사이에서 교대되도록 각각의 회전자 세그먼트(10) 내에 인접하여 배치되고 대체로 길이방향으로 연장되는 3개의 자석(28)을 포함하여, 도 6 및 도 7에 도시된 발전기 및/또는 모터의 일부가 도 8에도 도시되어 있다. 각각의 회전자 세그먼트(10)는 제1면(94)의 주어진 쌍(12)의 고정자 세그먼트(14)와 제2면(96)의 주어진 쌍(12)의 반대쪽의 고정자 세그먼트(14) 사이에 배치된다. 커넥터(98, 100)는 고정자 세그먼트(14)의 외부와의 전기 접속에 적합하다.
단자 단부(42, 43), 역률 캐패시터(44) 및 전기 와이어(104)는 도 6, 도 7 및 도 8에서 유사하게 접속된다. 중간 AC 출력(116)은 직렬 접속 다이오드 쌍(120)의 중간 다이오드 노드(118)에 접속된다. 제2 직렬 접속 다이오드 쌍(134)은 다이오드 쌍(120)과 병렬 접속된다. 제2 다이오드 쌍(134)은 바람직하게 그러나 필연적은 아니게 고정자 권선 세트(34) 내에 포함되고, 고정자 세그먼트(14) 내에 캡슐화된다. 다이오드 쌍(120, 134)의 4개의 다이오드는, DC 커넥터(126, 127) 각각에 의해 외부에 공급되는 양의 DC 전력 신호(122)와 음의 DC 전력 신호(124)를 다이오드 브리지(136)의 양쪽 단부에 발생시키기 위해, 중간 AG 출력(116)을 정류하기 위한 정류 다이오드 브리지(136)를 형성한다.
고정자 세그먼트(14)의 최우측 쌍(12)의 양의 DC 전력 신호(122)는 인접 최좌측 쌍(12)의 음의 DC 전력 신호(124)에 외부에서 접속된다. 도 8에서 예시적으로 도시하기 위한 목적으로, 최좌측 쌍(12)의 양의 DC 전력 신호(122)는 양의 DC 전체 출력(130)이 되고, 최우측 쌍(12)의 음의 DC 전력 신호(124)는 음의 DC 전체 출력(132)이 된다. 전체 출력(130, 132)을 발생시키는 데에 고정자 세그먼트(14)의 많은 수의 쌍(12)이 관련되는 경우에, 양의 DC 전력 신호(122)를 인접 쌍(12)의 음의 DC 전력 신호(124)에 직렬 접속시키는 것이 계속된다. 고정자 세그먼트(14)의 직렬 접속 쌍(12)의 단자 단부에서, 전체 출력(130, 132)이 얻어질 수 있다.
DC 전력 신호의 직렬 접속은, 5볼트 미만의 정격 최대 전압 용량을 가진 DC 필터링 캐패시터를 포함하여 낮은 정격 최대 전압 용량을 가진 DC 필터링 캐패시터를 사용하는 것을 포함하는 응용에 특히 적합하다. 그러한 저전압 캐패시터는 슈퍼캐패시터, 울트라캐패시터, 또는 도 8에 도시된 저전압 DC 캐패시터(138)와 같은 전기화학 이중층 캐패시터를 포함할 수 있다. 바람직하게 고정자 세그먼트의 1개의 쌍(12) 내에 캡슐화되는 각각의 저전압 DC 캐패시터(138)는 상기 쌍(12)의 DC 전력 신호(122, 124)의 맥동의 양을 감소시키도록 작용한다. 고정자 세그먼트(14)의 쌍(12)이 직렬 접속되면, 전체 DC 출력(130, 132)의 전압 레벨은 저전압 캐패시터(138)가 속하는 고정자 세그먼트(14)의 각각의 개별적 쌍(12)에 의해 발생되는 DC 전압 레벨보다 훨씬 크게 될 수 있다.
도 9는, 각각의 쌍(12)의 각각의 고정자 세그먼트(14)가 동일한 도 8에 도시된 전기 접속의 변경을 도시하고 있다. 도 9의 변경에서, 1개의 AC 역률 캐패시터(44), 다이오드 브리지(136)의 반(half)을 형성하는 1개의 다이오드 쌍(120), 및 1개의 저전압 DC 필터링 캐패시터(138)가 고정자 세그먼트(14)의 각각의 쌍(12)의 1개의 고정자 세그먼트(14) 내에 배치된다. 설명의 목적으로, 도 9는, 제1면(94)에 전체 DC 출력(130, 132)을 형성하는 외부 직렬 접속이, 무한한 수의 직렬 접속된 양 및 음의 DC 전력 신호(122, 124)를 포함하는 것으로 도시하고 있다. 제2면(96)에 있는 유사한 직렬 접속은, 전체 DC 출력(130, 132)과 병렬로 결합될 수 있는 양 및 음의 DC 출력(도시되지 않음)을 발생시켜, 신뢰성을 향상시키고 고장-허용을 강화시킨다. 도 9에 도시된 변경은 바람직하게 동일한 고정자 세그먼트(14)가 제조 및 사용될 수 있게 하여, 제조 및 조립 비용을 감소시킨다.
(제2 실시예)
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따라 쌍(12)의 고정자 세그먼트(14)들 사이에 배치되는 회전자 세그먼트(10)를 도시하고 있다. 고정자 세그먼트(14)는 도 10에 도시된 바와 같이 단일 유닛으로서 일체로 형성될 수 있거나, 분리되어 서로 부착되거나 지지 구조물(18)에 부착될 수 있다. 도 10에 도시된 유체 윤활유(140)와 같은 유체는 회전자 세그먼트(10)와 상기 쌍(12)의 고정자 세그먼트(14)들 사이의 갭(142)을 채운다. 갭(142) 내의 회전자 세그먼트(10)의 양쪽에 배치되는 한 쌍의 밀봉부(144)는 유체 윤활유(140)의 누수를 방지한다. 유체 윤활유(140)는, 회전자 세그먼트(10)가 어느 고정자 세그먼트(14)와도 접촉되지 않으면서 고정자 세그먼트(14)의 쌍에 대해 이동될 수 있도록, 회전자 세그먼트(10)와 상기 쌍의 고정자 세그먼트(14)를 미끄럼 가능하게 결합시키기 위해 사용된다. 유체 윤활유(140)는 회전자 세그먼트(10)와 어느 한 고정자 세그먼트(14) 사이의 접촉을 방지하도록 압력 하에 놓일 수 있다. 유체 윤활유(140)와 접촉될 수 있는 회전자 세그먼트(10)와 고정자 세그먼트(14)의 적어도 외면에서, 회전자 세그먼트(10)와 고정자 세그먼트(14)는 바람직하게, 유체 윤활유(140)의 윤활양을 보상하기 위해, 저마찰 캡슐화 재료를 포함하여 저마찰 재료로 이루어진다.
도 9에 도시된 지지 구조물(18)은 다른 형상 및 사이즈를 가질 수 있어, 상술한 것과 유사하며 당업자가 이해할 수 있는 컴포넌트의 적절한 대치 및 필요한 수정을 가한 발전기를 포함하여 발전기 및/또는 모터의 일부를 형성한다. 회전자 세그먼트(10)는 그 하부(146)에서, 림 발전기(48)의 림(32) 또는 풍력 터빈 발전기(76)의 블레이드 지지 허브(78)에 부착되는 것과 같이, 발전기 및/또는 모터의 다른 컴포넌트에 부착될 수 있다.
본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만, 그러한 실시예는 단지 본 발명을 설명하기 위한 것으로만 간주되어야 한다. 본 발명은 본 명세서에 상세히 설명되지 않았거나 도시되지 않은 변경예를 포함할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 일실시예의 한 가지 응용과 관련하여 설명된 여러 가지 특징은 본 발명의 다른 응용 및 다른 실시예에 적용될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 설명되고 도시된 실시예는 첨부 특허청구범위에 따라 해석되는 본 발명을 제한하는 것으로 간주되어서는 않 된다.

Claims (34)

  1. 제1 고정자 세그먼트 및 제2 고정자 세그먼트를 포함하는 한 쌍의 실질적으로 평행한 이격된 고정자 세그먼트, 및
    상기 쌍의 고정자 세그먼트들 사이에 미끄럼 가능하게 결합되어 있고, 하나 이상의 자석을 포함하는 회전자 세그먼트
    를 포함하며,
    상기 쌍의 각각의 고정자 세그먼트는 고정자 권선을 포함하는,
    전자기계 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 고정자 세그먼트는 캡슐화 재료 내에 캡슐화되어 있는, 전자기계 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 장치의 역률(power factor)을 보상하도록 작동될 수 있는 AC 캐패시터를 더 포함하며,
    상기 AC 캐패시터는 상기 제1 고정자 세그먼트로 캡슐화되어 있는, 전자기계 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 고정자 세그먼트와 상기 제2 고정자 세그먼트 중 하나 이상에 의해 캡슐화되어 있는 하나 이상의 다이오드를 더 포함하며,
    상기 하나 이상의 다이오드는 상기 장치의 교류 출력을 정류하기 위해 전기 접속될 수 있는, 전자기계 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 장치의 직류 전류 맥동(ripple)을 감소시키도록 작동될 수 있는 DC 캐패시터를 더 포함하며,
    상기 DC 캐패시터는 상기 제1 고정자 세그먼트와 상기 제2 고정자 세그먼트 중 하나에 의해 캡슐화되어 있는, 전자기계 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 DC 캐패시터는 저전압 직류 캐패시터인, 전자기계 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고정자 세그먼트와 상기 제2 고정자 세그먼트의 상기 고정자 권선들은 전기 접속되어 있는, 전자기계 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 고정자 세그먼트는 상기 고정자 권선을 지지하도록 작동될 수 있는 고정자 코어를 포함하는, 전자기계 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 회전자 세그먼트는 캡슐화 재료 내에 캡슐화되어 있는, 전자기계 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    복수개의 상기 쌍들의 고정자 세그먼트를 더 포함하며,
    상기 복수개의 상기 쌍들의 고정자 세그먼트는 원주방향 채널을 형성하고 있고,
    상기 장치는, 상기 채널을 통해 이동되도록 작동될 수 있는 환형 트레인(train)을 형성하는 복수개의 상기 회전자 세그먼트를 더 포함하는 전자기계 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 장치의 초기 시동을 편리하게 할 수 있는 시동 디바이스를 더 포함하는 전자기계 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 시동 디바이스는, 상기 트레인에 대하여 실질적으로 평행하고 이격된 관계로 연장되어 있는 한 쌍의 와이어, 및 상기 와이어들 사이에서 연장된 복수개의 브레이스를 포함하는, 전자기계 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 쌍들의 고정자 세그먼트 중 2개 이상은 직렬로 접속될 수 있는, 전자기계 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 쌍들의 고정자 세그먼트 중 2개 이상은 병렬로 접속될 수 있는, 전자기계 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 쌍들의 고정자 세그먼트 중 2개 이상은 다상 교류 전기 출력을 형성하도록 접속될 수 있는, 전자기계 장치.
  16. 제10항에 있어서,
    지지 구조물을 더 포함하며,
    상기 복수개의 상기 쌍들의 고정자 세그먼트는 상기 지지 구조물에 부착될 수 있고,
    상기 트레인은 상기 지지 구조물에 미끄럼 가능하게 결합되어 있는, 전자기계 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 지지 구조물은 림 발전기의 림을 포함하는, 전자기계 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    하나 이상의 블레이드를 더 포함하며,
    상기 트레인은, 상기 트레인에 있어서 상기 림에 대하여 반대쪽의 면에서 상기 블레이드에 부착될 수 있는, 전자기계 장치.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 지지 구조물은 허브를 포함하는, 전자기계 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 허브는, 상기 허브를 통해 길이방향으로 연장되는 구멍을 포함하는, 전자기계 장치.
  21. 제10항에 있어서,
    상기 복수개의 상기 회전자 세그먼트의 하나 이상의 상기 자석은, 상기 복수개의 상기 쌍들의 고정자 세그먼트의 하나 이상의 대응 고정자 권선에 대해 각도를 이루고 있는, 전자기계 장치.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 장치의 직류 출력으로부터 교류 출력을 발생시키기 위한 인버터를 더 포함하는 전자기계 장치.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 장치의 직류 출력을 제1 전압으로부터 상기 제1 전압과는 다른 제2 전압으로 변환하기 위한 DC-Dc 컨버터를 더 포함하는 전자기계 장치.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 자석은 영구 자석인, 전자기계 장치.
  25. 제1 고정자 세그먼트 및 제2 고정자 세그먼트를 포함하는 하나 이상의 쌍의 실질적으로 평행한 이격된 고정자 세그먼트,
    상기 쌍의 고정자 세그먼트들 사이에 미끄럼 가능하게 결합되어 있고, 하나 이상의 자석을 포함하는 회전자 세그먼트,
    출력 전기 컴포넌트, 및
    상기 출력 전기 컴포넌트 및 상기 제1 고정자 세그먼트를 캡슐화하기 위한 캡슐화 수단
    을 포함하며,
    상기 쌍의 각각의 고정자 세그먼트는 고정자 권선을 포함하고,
    상기 출력 전기 컴포넌트는 상기 제1 고정자 세그먼트의 상기 고정자 권선에 전기 접속될 수 있는,
    전자기계 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 쌍의 고정자 세그먼트를 지지하기 위한 지지 수단을 더 포함하며,
    상기 회전자 세그먼트는 상기 지지 수단에 미끄럼 가능하게 결합되어 있는, 전자기계 장치.
  27. 각각의 쌍이 제1 고정자 세그먼트 및 제2 고정자 세그먼트를 포함하는 복수개의 쌍의 실질적으로 평행한 이격된 고정자 세그먼트를 제조하는 단계,
    각각 상기 각각의 쌍의 고정자 세그먼트들 사이에 장착되는 크기를 가지며, 각각 하나 이상의 자석을 포함하는 복수개의 회전자 세그먼트를 제조하는 단계,
    원주방향 채널을 형성하도록 상기 복수개의 쌍의 고정자 세그먼트를 조립하는 단계, 및
    상기 복수개의 쌍의 고정자 세그먼트에 미끄럼 가능하게 결합되고 상기 채널을 통해 이동되도록 작동될 수 있는 상기 회전자 세그먼트의 환형 트레인을 형성하도록 상기 복수개의 회전자 세그먼트를 조립하는 단계
    를 포함하며,
    상기 각각의 쌍의 각각의 고정자 세그먼트는 고정자 권선을 포함하는,
    전자기계 장치를 생산하는 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 복수개의 회전자 세그먼트를 제조하는 상기 단계는, 상기 각각의 회전자 세그먼트를 캡슐화 재료 내에 캡슐화하는 단계를 포함하는, 전자기계 장치를 생산하는 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 각각의 회전자 세그먼트를 캡슐화하는 상기 단계는,
    캡슐화 재료로 이루어지는 포켓 내로 상기 포켓의 개방 단부를 통해 상기 하나 이상의 자석을 수용하는 단계,
    상기 하나 이상의 자석이 상기 포켓 내로 수용된 뒤에, 캡슐화 재료로 이루어지는 덮개로 상기 개방 단부를 덮는 단계, 및
    상기 개방 단부가 덮였을 때 상기 덮개를 밀봉시키는 단계
    를 포함하는, 전자기계 장치를 생산하는 방법.
  30. 제27항에 있어서,
    상기 복수개의 쌍의 고정자 세그먼트를 제조하는 상기 단계는, 상기 각각의 고정자 세그먼트를 캡슐화 재료 내에 캡슐화하는 단계를 포함하는, 전자기계 장치를 생산하는 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 각각의 고정자 세그먼트를 캡슐화하는 단계는, 출력 전기 컴포넌트를 상기 제1 고정자 세그먼트로 캡슐화하는 단계를 포함하는, 전자기계 장치를 생산하는 방법.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 각각의 고정자 세그먼트를 캡슐화하는 단계는, 캐패시터를 상기 제1 고정자 세그먼트로 캡슐화하는 단계를 포함하는, 전자기계 장치를 생산하는 방법.
  33. 제30항에 있어서,
    상기 각각의 고정자 세그먼트를 캡슐화하는 단계는, 다이오드를 상기 제1 고정자 세그먼트로 캡슐화하는 단계를 포함하는, 전자기계 장치를 생산하는 방법.
  34. 제27항에 있어서,
    상기 복수개의 쌍의 고정자 세그먼트를 조립하는 상기 단계는, 상기 복수개의 쌍의 고정자 세그먼트를 상기 장치의 지지 구조물에 부착시키는 단계를 포함하는, 전자기계 장치를 생산하는 방법.
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