KR20110084902A - 다상 횡 및/또는 정류식 자속 시스템 - Google Patents

Abstract

단상 및 다상 횡 및/또는 정류식 자속 기계 및 이의 부품들, 및 이를 제조하고 이용하기 위한 방법이 공개된다. 다상 장치를 포함하는 예시적인 장치는 내측 로터 및/또는 내측 스테이터를 포함하도록 다양하게 구성될 수 있다. 다상 장치를 포함하는 그 외의 다른 예시적인 장치는 슬림형, 적층형 및/또는 안착형 형상으로 구성될 수 있다. 이러한 다상 형상을 이용함으로써, 횡 및/또는 정류식 자속 기계는 개선된 성능, 효율이 구현될 수 있고 및/또는 다양한 응용예에 대해 크기가 형성되거나 또는 달리 구성될 수 있다.

Description

횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계 중 적어도 하나인 전기 기계{A TRANSVERSE FLUX MACHINE OR A COMMUTATED FLUX MACHINE}

본 발명은 전기식 시스템에 관한 것으로, 특히 횡 자속 기계 및 정류식 자속 기계에 관한 것이다.

통상적으로, 모터 및 알터네이터는 고 효율, 고 전력 밀도(power density), 및 저 비용으로 설계된다. 모터 또는 알터네이터에서 고 전력 밀도는 높은 회전 속도, 이에 따라 높은 전기적 주파수로 작동시킴으로써 구현될 수 있다. 그러나, 다수의 응용예는 비교적 낮은 회전 속도를 필요로 한다. 이에 대한 통상적인 해결방법은 기어 감속을 이용하는 것이다. 기어 감속은 효율을 감소시키며, 복잡성을 증대시키고, 중량을 증가시키며, 공간 요건을 증가시킨다. 추가로, 기어 감속은 시스템의 비용을 증가시키고, 기계적 고장율을 증가시킨다.

추가로, 높은 회전 속도가 요구되지 않고 기어 감속이 바람직하지 못한 경우, 그 뒤 통상적으로 모터 또는 알터네이터는 비교적 낮은 회전 속도에서 비교적 높은 전기적 주파수를 제공하기 위해 다수의 극을 가져야 한다. 그러나, 예를 들어 공간적 제약으로 인해 종종 특정의 모터 또는 알터네이터가 가질 수 있는 극의 개수에 대한 실질적 한계치가 있다. 실질적 한계치에 도달된다면, 요구된 수준의 전력 수준을 구현하기 위해 모터 또는 알터네이터는 비교적 커야 하며, 이에 따라 대응하는 비교적 낮은 전력 밀도를 가져야 한다.

게다가, 통상적으로 알터네이터 및 전기 모터를 위한 현존하는 다극 와인딩은(multipole winding) 와인딩 형상이 필요하며, 종종 크기 및/또는 전력 요구사항에 부합되도록 복잡한 와인딩 기계가 필요하다. 극의 개수가 증가됨에 따라 통상적으로 와인딩 문제점이 더욱 악화된다. 추가로, 극 개수가 증가됨에 따라, 또한 코일 손실이 증가된다(예를 들어, 구리 와이어 또는 코일을 포함하는 그 외의 다른 재료 내에서의 저항 효과로 인해). 그러나, 비교적 많은 개수의 극은 특정의 장점을 갖는데, 예를 들어 턴(turn) 당 비교적 높은 전압 상수가 가능하며, 비교적 높은 토크 밀도가 제공되고, 비교적 높은 주파수에서 전압이 생성된다.

가장 통상적으로, 전기 모터는 반경방향 자속 타입이다. 이보다는 덜하지만, 몇몇의 전기 모터는 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계로서 이용된다. 개선된 전기 모터 및/또는 알터네이터 성능 및/또는 구성가능성을 개발하는 것이 선호될 수 있다. 특히, 개선된 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계가 선호될 수 있다. 게다가, 다-상 출력을 생성하고 및/또는 다-상 입력을 제공하도록 구성된 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계가 선호될 수 있다.

도 1A는 예시적인 실시예에 따르는 예시적인 횡 자속 기계를 도시하는 도면.
도 1B는 예시적인 실시예에 따르는 예시적인 축방향 간격 형상을 도시하는 도면.
도 2A는 예시적인 실시예에 따르는 예시적인 축방향 간격 형상을 도시하는 도면.
도 2B는 예시적인 실시예에 따르는 예시적인 반경방향 간격 형상을 도시하는 도면.
도 3A는 예시적인 실시예에 따르는 예시적인 공동 계합 형상을 도시하는 도면.
도 3B는 예시적인 실시예에 따르는 예시적인 면 계합 형상을 도시하는 도면.
도 3C는 예시적인 실시예에 따르는 예시적인 면 계합 횡 자속 형상을 도시하는 도면.
도 4는 예시적인 실시예에 따르는 전기 모터 효율 곡선을 도시하는 도면.
도 5A는 예시적인 실시예에 따르는 예시적인 단상 스테이터/로터 조립체의 횡단면도.
도 5B는 예시적인 실시예에 따르는 도 5A의 단상 형상에 기초한 예시적인 3-상 형상의 횡단면도.
도 5C는 예시적인 실시예에 따르는 예시적인 3-상 로터 형상을 도시하는 도면.
도 5D는 예시적인 실시예에 따르는 도 5C에 도시된 로터의 자속 집중 부분 및 예시적인 자석을 확대한 도면.
도 6A는 예시적인 실시예에 따르는 내측 스테이터를 갖는 예시적인 다상 장치를 도시하는 도면.
도 6B는 예시적인 실시예에 따르는 내측 스테이터를 갖는 예시적인 다상 장치를 도시하는 도면.
도 6C는 도 6A 및 도 6B의 다상 장치의 일부분을 확대한 도면이며, 여기서 코어간 자속 전도체 간격은 예시적인 실시예에 따라서 90˚의 상 지연을 발생시키도록 구성된다.
도 7A는 예시적인 실시예에 따르는 내측 로터를 갖는 예시적인 다상 장치를 도시하는 도면.
도 7B는 예시적인 실시예에 따르는 내측 로터를 갖는 예시적인 다상 장치를 도시하는 도면.
도 7C는 예시적인 실시예에 따르는 도 7A 및 도 7B의 다상 장치의 일부분의 확대도.
도 8A는 예시적인 실시예에 따르는 슬림형 구조를 갖는 예시적인 다상 장치의 사시도.
도 8B는 예시적인 실시예에 따르는 도 8A의 다상 장치의 일부분의 확대도.
도 8C는 예시적인 실시예에 따르는 도 8A 및 도 8B의 예시적인 다상 장치의 정면도.
도 9A는 예시적인 실시예에 따르는 상-맞춤 방식으로 안착된 유사한 다상 장치를 갖는 도 8A 내지
도 9B는 예시적인 실시예에 따르는 상-엇갈림 방식으로 안착된 유사한 다상 장치를 갖는 도 8A 내지 도 8C의 다상 장치를 도시하는 도면.
도 10은 예시적인 실시예에 따르는 차량 내에서 이용하도록 구성된 예시적인 다상 장치의 횡단면도.

본 발명은 횡 및/또는 정류식 자속 기계에 관한 것이다. 예시적인 실시예에서, 전기 기계는 제 1 코일 부분, 제 2 코일 부분, 제 1 코일 단부, 및 제 2 코일 단부를 포함한 제 1 전도성 코일을 포함한다. 제 1 코일 부분과 제 2 코일 부분은 루프를 형성하기 위한 제 1 코일 단부와 제 2 코일 단부에 의해 연결된다. 제 1 코일 부분은 제 1 세트의 자속 전도체에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인다. 제 2 코일 부분은 제 2 세트의 자속 전도체에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인다. 제 1 코일 부분과 제 2 코일 부분은 전기 기계의 회전축에 대해 적어도 부분적으로 겹쳐진 각 부분을 횡단한다. 전기 기계는 횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계 중 적어도 하나이다.

또 다른 예시적인 실시예에서, 전기 기계는 로터의 회전축에 대해 내측 측면과 외측 측면을 갖는 로터를 포함하고, 내측 측면은 회전축 주위에 원을 형성하며, 상기 전기 기계는 제 1 코일 부분, 제 2 코일 부분, 제 1 코일 단부, 및 제 2 코일 단부를 포함하는 전도성 코일을 포함한다. 제 1 코일 부분과 제 2 코일 부분은 루프를 형성하기 위해 제 1 코일 단부와 제 2 코일 단부에 의해 연결된다. 전도성 코일은 원의 원주부의 단지 일부분을 따라 연장된다. 제 1 세트의 자속 전도체는 제 1 코일 부분을 적어도 부분적으로 둘러싼다. 제 2 세트의 자속 전도체는 제 2 코일 부분을 적어도 부분적으로 둘러싼다. 제 1 세트와 제 2 세트는 공동 계합 형상(cavity engaged configuration) 또는 면 계합 형상(face engaged configuration)들 중 한 형상으로 로터의 내측 측면과 계합된다. 전기 기계는 횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계들 중 적어도 하나이다.

또 다른 예시적인 실시예에서, 전기 기계는 스테이터를 포함한다. 전기 기계는 스테이터에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 코일을 추가로 포함하고, 코일은 제 1 코일 부분, 제 2 코일 부분, 제 1 코일 단부, 및 제 2 코일 단부를 포함한다. 제 1 코일 부분과 제 2 코일 부분은 루프를 형성하기 위해 제 1 코일 단부와 제 2 코일 단부에 의해 연결된다. 전기 기계는 공통 회전축과 공통 회전면을 갖는 제 1 로터 및 제 2 로터를 추가로 포함한다. 스테이터는 공통 회전축으로부터의 제 1 반경에서 제 1 로터와 계합된다. 스테이터는 공통 회전축으로부터의 제 2 반경에서 제 1 로터와 계합된다. 제 1 반경과 제 2 반경은 상이하다. 전기 기계는 횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계들 중 적어도 하나이다.

이러한 요약 부분의 내용은 단지 본 발명에 대한 간략화된 소개로서 제공되며, 첨부된 청구항의 범위를 제한하기 위해 이용되는 것은 아니다.

하기 기술 내용은 단지 다양한 예시적인 실시예이며, 임의의 방식으로 본 발명의 범위, 적용가능성 또는 형상을 제한하기 위함은 아니다. 게다가, 하기 기술 내용은 최적의 모드를 포함한 다양한 실시예를 실시하기 위한 적합한 실례를 제공하기 위함이다. 자명해지듯이, 첨부된 청구항의 범위로부터 벗어남이 없이 이러한 실시예에 기술된 요소들의 기능 및 배열에 대한 다양한 변경이 가능할 수 있다.

간결함을 위해, 전기식 시스템 제조, 기술, 처리, 작동, 측정, 최적화, 및/또는 제어를 위한 종래의 기술뿐만 아니라 자속 이용, 집중, 제어 및/또는 처리를 위한 종래의 기술은 본원에 상세하게 기술되지 않을 수 있다. 게다가, 본원에 포함된 다양한 도면에 도시된 연결선은 다양한 요소들 간의 예시적인 기능적 상관관계 및/또는 물리적 결합을 나타내기 위함이다. 다양한 대안의 또는 추가적인 기능적 상관관계 또는 물리적 연결이 예를 들어 AC 동기식 전기 모터와 같은 실질적인 전기 시스템에 제공될 수 있음은 주목해야 한다.

예를 들어, 통상적인 DC 브러쉬리스 모터(brushless motor)와 같은 종래의 전기 모터는 다양한 결함이 야기된다. 예를 들어, 다양한 전기 모터들은 예를 들어 저 회전 속도와 같이 다양한 회전 속도 및/또는 부하에서 효율적이지 못한다. 따라서, 통상적으로 모터는 좁은 RPM 범위 및/또는 적합한 효율의 부하 범위 내에서 작동된다. 이러한 형상에서, 모터로부터 유용한 힘을 얻기 위해 기어 또는 그 외의 다른 기계식의 유사한 것들이 필요할 수 있다.

게다가, 다수의 전기 모터는 저 극 개수(pole count)를 갖는다. 전력은 토크와 RPM의 함수이기 때문에, 이러한 모터는 종종 요구된 출력 밀도 및/또는 전기적 주파수를 구현하기 위해 높은 물리적 RPM에서 작동되어야 한다. 게다가, 비교적 높은 전력 밀도(예를 들어, 유효 전기 및 자기 모터 질량의 킬로그램당 비교적 높은 킬로와트의 출력)는 선택적으로 높은 회전 속도에서, 이에 따라 높은 전기적 주파수에서 모터를 작동시킴으로써 구현된다. 그러나, 높은 전기적 주파수에 따라 코어의 손실이 커지며, 효율이 낮아질 수 있다. 게다가, 높은 전기적 주파수로 인해 비용이 증가하고, 기계적 복잡성이 증가되며 및/또는 내구성이 저하될 수 있다. 추가로, 높은 전기적 주파수 및 이와 연계된 손실로 인해 능동 냉각(active cooling)을 필요로 할 수 있는 열이 생성되며, 모터의 작동 범위가 제한될 수 있다. 또한, 열은 고 주파수 기계의 수명과 내구성을 저하시킬 수 있다.

또 다른 전기 모터는 상당량의 구리 와이어 또는 그 외의 다른 코일 재료를 포함한다. 코일 와인딩의 길이로 인해, 코일에 대한 코일 리드 내의 저항 효과(resistive effect)가 손실된다. 예를 들어, 이러한 손실은 전기 에너지의 일부를 열로 변환시켜서 효율이 낮아지고 잠재적으로 모터의 열적 손상 및/또는 기능적 파괴가 야기된다.

게다가, 종래의 전기 모터들은 저 토크 밀도를 제공하였다. 본원에 사용된 "토크 밀도(torque density)"는 활성 전기 및 자기 재료의 킬로그램당 생성된 뉴턴-미터(Newton-meters)를 말한다. 예를 들어, 다수의 종래의 전기 모터는 킬로그램당 약 0.5 뉴턴-미터 내지 킬로그램당 약 3 뉴턴-미터의 토크 밀도를 갖도록 구성된다. 따라서, 예를 들어 전체 10 뉴턴-미터의 토크를 제공하는, 킬로그램당 1 뉴턴-미터의 토크 밀도를 갖는 특정의 전기 모터는 예를 들어 활성 전기 및 자기 재료가 10 킬로그램을 초과하듯이 상당히 무거울 수 있다. 유사하게, 또한 예를 들어 전체 100 뉴턴-미터의 토크를 제공하는 킬로그램 당 2 뉴턴-미터의 토크 밀도를 갖는 또 다른 전기 모터는 예를 들어 활성 전기 및 자기 재료가 50 킬로그램을 초과하듯이 상당히 무거울 수 있다. 주지하다시피, 예를 들어, 프레임 부품, 하우징, 및 이와 유사한 것의 중량을 포함하는 이러한 전기 모터의 전체 중량은 상당히 클 수 있다. 게다가, 종종 이러한 종래의 전기 모터는 큰 모터 질량으로 인해 부피가 상당하다. 종종, 특정 응용예를 위한 충분한 토크 및/또는 전력의 모터는 가용 영역에 끼워맞춤되기가 어렵거나 또는 심지어 불가능할 수 있다.

심지어 종래의 횡 자속 기계는 이러한 난제들을 극복하지 못한다. 예를 들어, 종래의 횡 자속 기계는 자속이 상당히 누설된다. 그 외의 다른 것들은 활성 전기 및 자기 재료의 킬로그램당 단지 소수의 뉴턴-미터의 토크 밀도를 제공한다. 게다가, 다양한 종래의 횡 자속 기계는 상대적으로 좁은 RPM 범위 및/또는 부하 범위 내에서만 효과적으로 작동될 수 있다. 추가로, 실질적인 출력 전력을 생성하기 위해 종래의 횡 자속 기계를 이용하는 것은 종종 비교적 무겁고 복잡한 부품(즉, 영구 자석 및/또는 비교적 이종이며, 농후하고 및/또는 고가의 자속 집중 또는 전도 재료를 포함하는 것들)을 고속으로 스피닝(spinning)할 필요가 있다. 이러한 고속-작업은 지지부 및/또는 시스템의 신뢰성(reliability)을 위해 추가의 고가이고 및/또는 복잡한 부품이 필요하다. 게다가, 종래의 횡 자속 기계는 상대적으로 고가이고 및/또는 제조하기가 용이치 않아서 이의 실행가능성(viability)이 제한된다.

대조적으로, 이러한 다양한 문제점은 본 발명의 원리에 따라 구성된 횡 자속 기계를 이용함으로써 해결될 수 있다. 본원에서 사용된 "횡 자속 기계(transverse flux machine)" 및/또는 "정류식 자속 기계(commutated flux machine)"는 임의의 전기 기계일 수 있으며, 여기서 자속 경로는 자속이 기계의 회전면(rotational plane)에 대해 통상적으로 가로방향으로 형성되는 섹션을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 자석 및/또는 자속 집중 부품이 로터 상에 배열되고 및/또는 기계가 작동됨에 따라 이동될 때, 전기 기계는 완전한 "횡" 자속 기계일 수 있다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 자석 및/또는 자속 집중 부품이 스테이터 상에 배열되고 및/또는 기계가 작동됨에 따라 고정된 상태로 보유될 때, 전기 기계는 완전한 "정류식" 자속 기계일 수 있다. 자명하듯이, 특정 형상에서 "횡" 자속 기계는 로터를 고정시키고 스테이터를 이동시킴으로써, 및 이와 역으로 수행함으로써 "정류식 자속 기계"인 것으로 고려될 수 있다. 게다가, 코일은 스테이터에 고정될 수 있으며, 대안으로 코일은 로터에 고정될 수 있다.

게다가, 횡 자속 기계와 정류식 자속 기계 사이의 간격을 메우는 각양각색의 기능 및 장치 구조가 있다. 특정의 구조는 정확히 2가지의 카테고리 사이의 범위에 있거나 또는 동시에 이러한 양 카테고리 모두에 속하는 것으로 고려될 수 있다. 따라서, 당업자에게 자명하듯이, 본 발명에서 "횡 자속 기계"에 관한 참조부호는 "정류식 자속 기계"에 동일하게 적용될 수 있으며, 역으로도 적용가능하다.

게다가, 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 다양한 방법으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2a를 참고하면, 정류식 자속 기계는 스테이터(stator, 210)가 로터(rotor, 250)의 회전 면과 통상적으로 정렬되도록 구성될 수 있다. 이러한 형상은 본원에서 "축방향 간격(axial gap)"으로 언급된다. 또 다른 형상에 있어서, 도 2b를 참고하면 정류식 자속 기계는 스테이터(210)가 로터(250)의 회전 면에 대해 약 90˚로 회전되도록 구성될 수 있다. 이러한 형상은 본 원에서 "반경방향 간격(radial gap)"으로 언급된다.

이제, 도 3a를 참고하면, 정류식 자속 기계 내의 자속 스위치(flux switch, 352)는 스테이터(310)에 의해 형성된 공동 내부로 적어도 부분적으로 연장됨으로써 스테이터(310)와 계합될 수 있다. 이러한 형상은 본원에서 "공동 계합형(cavity engaged)"으로 언급된다. 도 3b로 되돌아가면, 정류식 자속 기계 내에서 자속 스위치(352)는 스테이터(310)의 2개의 말단 면에 근접하게 접근됨으로써 스테이터(310)와 계합될 수 있다. 이러한 형상은 본원에서 "면 계합형(face engaged)"으로 언급된다. 유사한 계합 방법이 횡 자속 기계 내에서 수반될 수 있으며, 유사한 방식으로 언급된다.

통상적으로, 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 로터, 스테이터 및 코일을 포함한다. 자속 스위치는 스테이터 또는 로터 상에 배열될 수 있다. 본원에서 사용된 "자속 스위치(flux switch)"는 자기 회로(즉, 투자율이 공기보다 상당히 높은 부분)를 개방하고 및/또는 폐쇄하도록 구성된 임의의 부품, 기구 또는 장치일 수 있다. 자석이 스테이터 또는 로터 상에 위치될 수 있다. 코일은 스테이터 또는 로터에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여 진다. 선택적으로, 자속 집중 부분은 스테이터 및/또는 로터에 포함될 수 있다. 이제 잠시 도 1A를 참고하면, 예시적인 횡 자속 기계(transverse flux machine, 100A)는 로터(150A), 스테이터(110A) 및 코일(120A)을 포함할 수 있다. 이러한 예시적인 실시예에서, 자석이 로터(150A) 상에 위치될 수 있다. 이제 잠시 도 1b를 참고하면, 예시적인 정류식 자속 기계(100B)는 로터(150B), 스테이터(110B) 및 코일(120B)을 포함할 수 있다. 이러한 예시적인 실시예에서, 자석이 스테이터(110B) 상에 위치될 수 있다.

게다가, 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 선호되는 전기적, 자기적 및/또는 물리적 특성을 제공하기 위한 임의의 적합한 부품, 구조물 및/또는 요소를 포함하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 킬로그램당 50 뉴턴-미터를 초과하는, 일정하고 열적 안정성의 토크 밀도를 갖는 정류식 자속 기계가 다상 형상을 이용함으로써 구현될 수 있다. 본원에서 사용된 "일정하고 열적 안정성의 토크 밀도"는 한 시간 이상의 기간을 초과하여 지속적인 작동 중 능동 냉각 없이 모터에 의해 유지될 수 있는 토크 밀도를 말한다. 게다가, 일정하고 열적 안정성의 토크 밀도는 예를 들어 열적 성능 저하 및/또는 손상 없이 한 시간 이상의 지속적인 작동 중 모터에 의해 유지될 수 있는 토크 밀도인 것으로 고려될 수 있다.

게다가, 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 낮은 코어 손실을 구현하도록 구성될 수 있다. 높은 투자율, 낮은 보자력, 낮은 히스테리시스 손실, 낮은 에디 전류 손실 및/또는 높은 전기 저항을 갖는 재료를 이용함으로써, 코어 손실(core loss)이 감소될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 스틸, 분말 금속, 판형 분말 금속, 연질 자성 복합물, 비결정질 금속, 나노결정립 복합물 및/또는 이와 유사한 것이 로터, 스테이터, 스위치 및/또는 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계의 그 외의 다른 자속 전도 부품(flux conducting component)에서 이용될 수 있다. 이에 따라, 에디 전류(eddy current), 자속 누설(flux leakage) 및 그 외의 다른 바람직하지 못한 특성이 감소될 수 있다.

또한, 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 자속 전도체(flux conductor) 내에서의 포화 수준을 교류 방식으로 가변시킴으로써 낮은 코어 손실을 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 스테이터 내의 자속 전도 요소(flux conducting element)는 스테이터가 작동 중 자속 전도 요소의 제 1 부분이 우선적으로 포화되도록 구성될 수 있다. 유사하게, 동일한 자속 전도 요소의 제 2 부분은 스테이터가 작동 중 두 번째로 포화된다. 이러한 방식으로, 자속 전도 요소의 부분들은 때때로 포화 유도(saturation induction)보다 상당히 낮은 수준의 자속 밀도를 가져서 코어 손실이 줄어든다. 예를 들어, 자속 전도 요소의 상당 부분은 이의 자기 주기 시간의 50% 내에서 포화 유도의 25% 미만 수준의 자속 밀도를 가질 수 있다. 게다가, 임의의 적합한 자속 밀도 변경이 이용될 수 있다.

게다가, 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 낮은 코일 손실을 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 요구된 출력 전력(output power, P)을 구현하기 위해 하나 이상의 코일 내에 소정의 구리(C)를 이용하는 종래의 전기 모터에 비하여, 특정의 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 동일한 출력 전력(P)을 구현하는 동시에 단지 적은 량의 구리(C)(예를 들어, 1/10 정도의 구리(C))가 이용될 수 있다. 추가로, 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 개선된 방식으로(예를 들어, 코일 내의 "엔드 턴(end turn)"을 감소시키고 및/또는 제거함으로써) 코일 재료를 이용하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 저항 손실, 에지 전류 손실, 열 손실 및/또는 주어진 코일 질량(C)과 연계된 그 외의 다른 코일 손실이 줄어들 수 있다. 게다가, 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계 내에서 코일은 코일 질량(C)에 대한 손실을 추가로 줄이도록 구성되고, 성형되며, 배향되고, 정렬되며, 및/또는 제조될 수 있다.

추가로, 본 발명의 원리에 따라서, 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 보다 높은 전압 상수(voltage constant)를 구현하도록 구성될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 기계 내의 턴의 개수가 비교적 높은 주파수에 따라 감소될 수 있다. 따라서, 이에 대응하는 코일 중량의 감소 및/또는 코일 내의 턴의 개수의 감소가 구현될 수 있다.

또한, 본 발명의 원리에 따라서, 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 예를 들어 1000 Hz를 초과하는 자속 스위칭 주파수(flux switching frequency)와 같은 높은 자속 스위칭 주파수를 구현하도록 구성될 수 있다. 고주파수에서 자속이 변하기 때문에(switch), 토크 밀도가 증가될 수 있다.

이제, 도 4를 참고하면, 특정 토크에 대한 통상적인 전기 모터 효율 곡선(402)이 도시된다. 분당 회전수(RPM)가 X축에 도시되고, 모터의 효율이 Y축에 도시된다. 도시된 바와 같이, 통상적인 전기 모터는 낮은 RPM에서 비교적 낮은 효율로 작동된다. 이러한 통상적인 모터에 대해, 효율은 증가하고, 그 뒤 특정 RPM에서 최대를 이루며, RPM이 추가로 증가됨에 따라 결국 효율은 떨어진다. 이에 따라, 다수의 통상적인 전기 모터는 피크 효율에 근접한 RPM 범위 내에서 작동되는 것이 선호된다. 예를 들어, 종래의 특정 전기 모터는 약 3000 RPM에서 약 90%의 최대 효율을 가질 수 있지만 이러한 효율은 상당히 높거나 또는 낮지 않은 RPM에서 급격히 떨어진다.

종종, 기어박스, 트랜스미션 및 그 외의 다른 기계식 기구가 선호되는 출력 RPM 또는 그 외의 다른 출력 상태를 구현하기 위해 전기 모터에 결합된다. 그러나, 이러한 기계식 부품은 종종 고가이고, 부피가 크며, 무겁고 및/또는 예를 들어 마찰 손실과 같은 추가 에너지 손실을 야기한다. 이러한 기계식 부품은 모터/트랜스미션 시스템의 전체적인 효율을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 약 70%의 효율로 작동되는 기어박스에 약 90%의 효율로 작동되는 전기 모터가 결합됨에 따라 모터/기어박스 시스템은 약 63%의 전체 효율을 갖는다. 게다가, 기어박스는 종래의 전기 모터 자체보다 크기가 크고 및/또는 무겁고 또는 고가일 수 있다. 또한, 기어박스는 시스템의 전체적인 신뢰성을 감소시킨다.

대조적으로, 도 4를 참고하면 본 발명의 원리에 따라서, 특정 토크에 대한 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계 효율 곡선(404)이 도시된다. 본 발명의 원리에 따라서, 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 종래의 전기 모터의 RPM 보다 낮은 RPM에서 선호되는 효율 수준(예를 들어, 80% 이상의 효율)에 신속히 도달될 수 있다. 게다가, 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 종래의 전기 모터의 RPM 범위보다 넓은 RPM 범위의 선호되는 효율 수준을 유지할 수 있다. 추가로, 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계의 효율은 종래의 전기 모터에 비해 피크 효율 RPM을 지나 보다 느리게 떨어질 수 있다.

게다가, 본 발명의 원리에 따라서, 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 종래의 전기 모터의 토크 밀도보다 높은 토크 밀도를 구현할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 킬로그램당 100 뉴턴-미터를 초과하는 일정한 열적 안정성의 토크 밀도를 구현할 수 있다.

따라서, 본 발명의 원리에 따라서, 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 바람직하게 다양한 응용예에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 자동차 분야에서 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 휠 허브 모터, 다이렉트 드라이브라인 모터(direct driveline motor), 및/또는 이와 유사한 것으로서 이용될 수 있다. 게다가, 충분히 넓은 작동 RPM 범위를 갖는 예시적인 실시예에서, 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 트랜스미션, 기어박스, 및/또는 이와 유사한 기계식 부품이 필요 없이 자동차 분야에서 이용될 수 있다.

예시적인 전기 또는 하이브리드 차량 실시예는 차량의 휠을 구동하기 위한 횡 자속 모터를 포함하고, 차량은 트랜스미션, 기어박스 및/또는 유사한 기계식 부품을 포함하지 않는다. 예시적인 실시예에서, 전기 또는 하이브리드 차량은 트랜스미션형 기계 부품을 포함한 유사한 차량에 비해 상당히 경량이다. 중량이 감소됨에 따라 트랜스미션형 기계식 부품이 구비된 유사한 차량에 비해 구동 범위가 연장되는데 도움이 될 수 있다. 대안으로, 기어박스가 제거됨으로써 중량이 감소됨에 따라 연장된 범위 동안 추가 배터리를 이용할 수 있다. 게다가, 기어박스가 제거됨으로써 줄어든 중량에 따라 추가 구조적 재료가 탑승자의 안전성을 향상시킬 수 있다. 통상적으로, 적합한 효율의 폭 넓은 RPM 범위를 갖는 정류식 자속 기계는 바람직하게 다이렉트-드라이브 형상(direct-drive configuration)이 선호되는 다양한 응용예에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 단지 몇몇 RPM 내지 약 2000 RPM의 RPM 범위에 대해 80% 초과 효율을 갖는 정류식 자속 기계는 자동차에서 이용되는데 선호될 수 있다.

게다가, 예시적인 트랜스미션리스 전기 또는 하이브리드 차량은 비교적 높은 전체 효율을 가질 수 있다. 달리 언급하면, 예시적인 차량은 차량의 휠과 모터 사이에 트랜스미션형 부품의 부재로 인하여 효율이 향상되기 때문에 배터리 내의 가용 전력을 보다 효율적으로 이용할 수 있다. 게다가, 이러한 차량은 배터리의 필요성이 줄어들고 및/또는 구동 범위가 연장되도록 구성된다.

추가로, 정류식 자속 기계는 높은 토크 밀도를 갖도록 구성된다. 본 발명의 원리에 따라서, 또한 높은 토크 밀도의 정류식 자속 기계는 예를 들어 자동차 분야와 같은 다양한 분야에서 사용하기에 적합하다. 예를 들어, 종래의 전기 모터는 킬로그램당 약 0.5 내지 약 3 뉴턴-미터의 토크 밀도를 가질 수 있다. 예를 들어, 능동 냉각과 같은 추가적인 기술에 따라 종래의 전기 모터는 킬로그램 당 약 50 뉴턴-미터 이하의 토크 밀도를 구현할 수 있다. 그러나, 통상적으로 이러한 기술은 상당한 추가 시스템 질량, 복잡성, 부피, 및/또는 비용이 추가된다. 추가로, 예를 들어 지멘스(Siemens) 1FW6 모터와 같은 비교적 큰 토크를 생성하도록 구성된 이러한 종래의 전기 모터는 예를 들어 250 RPM 이하에서의 작동과 같이 비교적 낮은 RPM 작동으로 제한된다.

대조적으로, 본 발명의 원리에 따라서, 예시적인 수동 냉각식 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 킬로그램당 50 뉴턴-미터를 초과하는, 일정하고 열적 안정성의 토크 밀도를 갖도록 구성된다. 통상적으로, 본원에서 사용된 "수동 냉각식"은 예를 들어 워터 펌프, 오일 펌프, 쿨링 팬, 및/또는 이와 유사한 것과 같이 작동을 위한 전력을 필요로 하는 냉각 부품이 없는 시스템을 말하는 것으로 이해된다. 게다가, 이러한 예시적인 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 예를 들어 14 인치 미만의 직경과 같은 작은 직경을 갖도록 구성될 수 있다. 또 다른 예시적인 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 20 인치 미만의 직경과 킬로그램당 100 뉴턴-미터를 초과하는 일정한 열적 안정성의 토크 밀도를 포함하도록 구성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다양한 원리를 이용함으로써, 예시적인 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는, 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계가 종래의 전기 모터에 비해 상당히 경량이고 및/또는 콤팩트하기 때문에, 전기 차량 내의 휠 허브 모터와 같이 장착되기에 적합한 방식으로 크기가 형성되고 및/또는 구성될 수 있으며 및/또는 성형될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 휠/모터 조립체의 언스프링 웨이트(unsprung weight)가 줄어들 수 있다. 이에 따라 차량의 조작이 향상될 수 있으며, 서스펜션 부품의 복잡성 및/또는 크기가 감소될 수 있다.

게다가, 본 발명의 원리에 따라서, 바람직하게 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 세탁기 또는 그 외의 다른 설비와 같은 회전식 부분을 갖는 전자기계식 시스템 내에서 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 통상적으로 종래의 세탁기는 세탁기 드럼을 회전시키기 위해 벨트에 결합된 전기 모터를 이용한다. 대조적으로,횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 세탁기 드럼에 축방향으로 결합되어 벨트 구동 요소가 제거될 수 있고 다이렉트 구동 형상이 제공될 수 있다. 대안으로, 예를 들어 부분 스테이터(partial stator)를 포함하는 한 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 로터에 결합될 수 있다. 로터는 세탁기 드럼과 같이 공통 축을 가질 수 있다. 또한, 로터는 세탁기 드럼에 직접 결합될 수 있고 및/또는 상기 세탁기 드럼으로부터 일체로 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 세탁기 또는 그 외의 유사한 전자기계 구조물 및/또는 시스템에 대해 회전력을 제공할 수 있다.

게다가, 본 발명의 원리에 따라서, 바람직하게 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 자전거, 스쿠터, 오토바이, 쿼드, 골프 카트, 또는 그 외의 다른 차량과 같은 비교적 경량의 차량에 기계적 출력을 제공하기 위해 이용될 수 있다. 추가로, 바람직하게 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 예를 들어 휴대용 발전기, 전동 공구, 및 그 외의 다른 전기식 설비와 같은 소형 엔진 분야에서 이용될 수 있다. 바람직하게, 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 예를 들어 보트, 항공기, 및/또는 이와 유사한 것과 같은 프로펠러-구동식 장치에 기계적 출력을 제공하기 위해 이용될 수 있다. 또한, 바람직하게 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 예를 들어 회전 스핀들, 상대적으로 큰 중량을 이동하도록 구성된 테이블, 및/또는 이와 유사한 것과 같은 다양한 기계 공구 내에서 이용될 수 있다. 통상적으로, 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 임의의 적합한 장치에 및/또는 임의의 적합한 장치로부터 전기적 및/또는 기계적 입력(input) 및/또는 출력(output)을 제공하기 위해 이용될 수 있다.

다양한 예시적 실시예에 따라서, 예시적인 횡 자속 및/또는 정류식 자속 기계는 다상 출력(polyphase output)을 생성하고 및/또는 다상 입력(polyphase input )을 제공하기 위해 이용된다. 다상 입력 및/또는 출력 장치는 단상 장치에 비해 다양한 장점을 가질 수 있다. 예를 들어, 다상 모터는 초기 토크를 생성하기 위해 외부 회로 또는 그 외의 다른 부품이 필요치 않을 수 있다. 또한, 다상 장치로 인해 맥동 현상(pulsating) 및/또는 간헐 현상(intermittency)(예를 들어, 단상 장치에 의해 생성된 전류가 이의 주기의 일부(전류가 0 진폭을 갖는)를 통과함으로써 발생되는 맥동 현상 및/또는 간헐 현상)이 방지될 수 있다. 대신에, 다상 장치는 교류 입력의 각 주기에서 실질적으로 일정한 전력 출력을 전달할 수 있으며, 반대도 가능하다.

다상 장치는 본원에 참조로 인용된 다양한 동시계속 출원에 공개된 단상 레이아웃(single phase layout)과 유사한 레이아웃을 이용하여 제조될 수 있다. 또한, 다상 장치는 단일의 로터/스테이터 세트를 갖는 레이아웃 및/또는 단상 로터/스테이터 레이아웃과 상이한 다상 특징을 갖는 레이아웃을 이용하여 제조될 수 있다. 게다가, 다상 장치는 요구 시 임의의 적합한 형상으로 제조될 수 있다.

통상적으로 본원에 개시된 예시적인 실시예가 스테이터 부분에 자속 스위치 및 로터 부분에 자석을 가질지라도, 본 발명의 특징에 따라 다양한 변경이 가능할 수 있다는 것을 인지해야 한다. 예를 들어, 자속 스위치가 로터 부분에 장착될 수 있으며, 일련의 자석이 스테이터 부분에 장착될 수 있다. 대안으로, 자속 스위치는 로터 부분에 장착될 수 있고, 전자석은 스테이터 부분에 장착될 수 있다. 스테이터 부분과 로터 부분 사이의 다양한 그 외의 다른 상관관계도 또한 가능하다. 예를 들어, 스테이터 부분 또는 로터 부분이 최외측 부품으로서 장착될 수 있다. 게다가, 자석, 자속 집중기, 및/또는 자속 스위치는 로터를 구동시키거나 또는 전기적 출력을 생성하기 위한 방식으로 자속을 전도하기 위해 배열되고, 구성되며, 및/또는 결합될 수 있다. 추가로, 자속 스위치, 자속 집중기, 코일, 및/또는 자석은 스테이터 부분 또는 로터 부분들 중 한 부분에 장착될 수 있다.

통상적으로, 특정의 예시적인 다상 장치는 결합(combining), 연결(linking)에 의해 및/또는 단상 장치의 적합한 요소를 이용하여 및/또는 이를 포함함으로써 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 도 5a를 참고하면, 단상 장치(500A)는 로터(550), 스테이터(510) 및 코일(520)을 포함한다. 단상 장치(500A)는 횡 자속 기계를 나타내는 횡단면도가 본원에 도시된다. 이러한 예시적인 실시예에서, 로터(550)는 축방향 간격 형상으로 스테이터(510)와 공동 계합된다. 스테이터(510)는 코일(520)을 부분적으로 둘러싼다.

예시적인 실시예에서, 스테이터(510)는 고정된 상태로 보유되고, 로터(550)는 회전축(551) 주위에서 회전한다. 다양한 그 외의 다른 예시적인 형상에서, 로터(550)는 스테이터와 같이 작동되도록 고정된 상태로 보유될 수 있다는 것은 자명하다. 이러한 실시예에서, 스테이터(510)는 로터와 같이 작동하도록 이동될 수 있다.

다양한 실시예에서, 로터(550)는 교대로 배열된 자석 및 자속 집중 부분의 스택을 포함한다.

도 5b를 참고하면, 다양한 예시적인 실시예에서, 다상 구조(polyphase design)가 단상 구조의 하나 이상의 부분을 중복시킴으로써 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 다상 장치(500B)는 공통 회전축 주위에 동심방향으로 배열된 3개의 로터 부분(550A, 550B, 550C)을 포함한다.

다양한 예시적인 실시예에서, 다상 장치(500B)는 예를 들어 2개의 로터, 4개의 로터, 5개의 로터, 및 등등과 같은 임의의 적합한 개수의 로터 및/또는 스테이터를 포함한다. 게다가, 로터 부분(550A, 550B, 550C)은 독립적인 회전이 가능하다. 대안으로, 로터 부분(550A, 550B, 550C)은 로터 부분(550A, 550B, 550C) 모두가 함께 회전하도록 서로에 대해 결합될 수 있다.

특정의 예시적인 실시예에서, 로터 부분(550A, 550B, 550C)은 도 5b에 도시된 바와 같이 상당히 유사한 구조를 갖거나 또는 심지어 동일하다. 그 외의 다른 예시적인 실시예에서, 로터 부분(550A, 550B, 550C) 중 하나 이상의 그 외의 다른 로터 부분보다 작을 수 있다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 로터 부분(550A, 550B, 550C)은 서로 상이하다.

다양한 예시적인 실시예에서, 로터 부분(550)(예를 들어, 로터 부분(550A, 550B, 550C)들 중 하나 이상)은 횡단면 형태를 갖는다. 예를 들어, 로터 부분(550)은 웨지 형태(wedge shape)를 가질 수 있다. 대안으로, 로터 부분(550)은 예를 들어 화살 머리 형태, 원형 횡단면 형태, 직사각형 횡단면 형태, 및/또는 이와 유사한 다양한 그외의 다른 적합한 형태를 포함할 수 있다.

다양한 실시예에서, 로터 부분(550A, 550B, 550C)은 전기적 구동 장치 및/또는 전기적 출력 장치에 조립 시 교대로 배열된 자석 및 자속 집중 부분의 스택을 각각 포함한다.

다양한 예시적인 실시예에서, 다상 장치(500B)의 각각의 로터 부분(550A, 550B, 550C)은 각각 코일(520a, 520B, 520C)에 대응된다. 통상적으로, 코일(520a, 520B, 520C)은 다상 장치(500B)의 중심 주위에서 원주방향으로 배향된다. 통상적으로, 코일(520a, 520B, 520C)은 대응하는 스테이터 부분에 고정되어 로터 부분(550A, 550B, 550C)과 함께 회전하지 않는다. 추가로, 각각의 로터에 대응하는 스테이터 부분(510A, 510B, 510C)은 코일(520A, 520B, 520C)들 간의 적어도 일부 공간을 점유한다. 예시적인 실시예에서, 로터 부분(550A, 550B, 550C)은 통상적으로 고정된 상태로 유지되는 스테이터 부분(510A, 510B, 510C)과 독립적으로 회전한다.

대안으로, 로터 부분(550A, 550B, 550C)은 스테이터 부분이 되어지도록 고정된 상태로 유지될 수 있다. 이러한 실시예에서, 코일(520A, 520B, 520C) 뿐만 아니라 스테이터 부분(510A, 510B, 510C)은 로터 부분에 대해 회전한다.

이제, 도 5c를 참고하면, 다양한 예시적인 실시예에서, 도 5b의 로터 부분(550A, 550B, 550C)은 로터 부분(510A, 510B, 510C)들 사이에 상 지연(phase lag)이 발생되도록 구성된다. 자석 부분(554A, 554B, 554C)은 각각 로터 부분(550A, 550B, 550C)에 위치된다. 게다가, 다수의 자석 부분(554A, 554B, 554C)은 각각의 로터 부분(550A, 550B, 550C)에 위치된다. 예를 들어, 각각의 로터 부분은 교대로 배열된 자석 및 자속 집중 부분의 패턴을 포함할 수 있다. 도 5d를 참고하면, 예를 들어, 로터(550)는 교대로 배열된 자석(554) 및 자속 집중 부분(552, 556)의 패턴을 포함한다. 이러한 패턴은 로터 부분(550)의 형태를 적어도 부분적으로 형성하도록 로터 부분(550)의 원주부(circumference) 주위에서 반복될 수 있다.

예시적인 실시예에서, 각각의 로터(550)의 각각의 자석 부분(554)은 2개의 자속 전도 부분 사이에 위치된다. 예를 들어, 특정의 자석(554)이 자속 전도 부분(552, 556) 사이에 위치된다. 통상적으로, 자석(554)은 공통 극(common polarity)을 갖는 자석의 표면이 공통 자속 집중 부분과 계합되도록 배열될 수 있다(예를 들어, 도 5d에 도시됨). 게다가, 다양한 예시적인 실시예에서, 자석 부분(554)은 요구 시 추가 및/또는 비교적 적은 개수의 자속 전도 부분에 인접하게 위치될 수 있다.

도 5c를 참고하면, 다양한 예시적인 실시예에서, 로터 부분(550A, 550B, 550C)은 서로에 대해 부분적으로 회전한다. 이러한 방식으로, 상 지연(p)이 로터 부분(550A, 550B) 사이에 발생된다. 유사하게 상 지연(p2)은 로터 부분(550B, 550C) 사이에 발생된다. 게다가, 추가 로터(550)가 요구 시 추가 상 지연을 발생시키기 위해 이용될 수 있다.

로터 부분(550A, 550B, 550C)은 서로에 대해 고정될 수 있다. 이러한 방식으로, 상 지연(p1, p2)은 작동 중 로터 부분(550A, 550B, 550C)이 회전함에 따라 유지된다. 상 지연(p1, p2)으로 인해 각각의 로터 부분(550A, 550B, 550C)은 상이한 출력 상을 생성한다. 게다가, 또한 로터 부분(550A, 550B, 550C)은 하나 이상의 상 지연을 가변시키기 위해 서로에 대해 이동될 수 있다.

당업자에게 자명하듯이, 도 5c에 도시된 상 지연(p1, p2)은 단지 예시적인 것이다. 다소의 그 외의 다른 상 지연 및/또는 이의 조합이 본 발명의 원리에 따라 발생될 수 있다. 이러한 모든 상 지연 및/또는 이에 따라 형성된 장치 입력 및/또는 출력 특성이 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려되어 진다.

예시적인 실시예에서, 다상 장치(500B)는 전기식 출력 장치와 같이 작동될 수 있다. 이러한 형상에 있어서, 각각의 로터 부분(550A, 550B, 550C)은 대응하는 코일(520A, 520B, 520C) 내에서 교류의 전기적 출력(예를 들어, 실질적으로 사인곡선형 출력)을 생성한다. 각각의 코일(520A, 520B, 520C)의 전기적 출력은 각각의 그 외의 다른 코일(520A, 520B, 520C)에 대한 상 지연에 의해 이동된(대안으로 각각의 그 외의 다른 코일(520A, 520B, 520C)에 대해 전진 이동된) 상을 갖는다. 통상적으로, 다상 장치(500B) 내의 상 지연의 수는 로터 부분의 수보다 최대 1개가 적을 수 있다. 예를 들어, 3개의 로터 부분(550A, 550B, 550C)은 2개의 상 지연을 발생시키도록 구성될 수 있다. 또한, 3개의 로터 부분(550A, 550B, 550C)은 하나의 상 지연을 발생시키도록 구성될 수 있다(예를 들어, 로터 부분(550B, 550C)이 로터 부분(550A)에 대해 유사하게 정렬된다면). 또한, 3개의 로터 부분(550A, 550B, 550C)은 모두 3개의 로터 부분(550A, 550B, 550C)이 서로에 대해 유사하게 정렬될 때 상 지연이 발생되지 않도록 구성될 수 있다. 통상적으로, 임의의 적합한 개수의 상 지연, 및 임의의 적합한 크기의 상 지연이 요구시 각각 이용될 수 있다.

예를 들어, 다양한 예시적인 실시예에서, 다상 장치(500B) 내에서, 각각의 상 지연의 크기는 각각의 로터 부분(550)의 상대적인 회전 정렬(rotational alignment)을 조절함으로써 조절될 수 있다. 다상 장치(500B)는 전기적 출력 장치와 같이 작동될 수 있다. 이러한 형상에 있어서, 상 출력(phase output)들은 교대 출력의 각각의 기간 내에 서로에 대해 균일하게 이동될 수 있다. 예를 들어, 3-상 배열에서, 상들은 상기 기간의 1/3 사이에서 서로에 대해 이동될 수 있다. 대안으로, 상들은 서로에 대해 불균일하게 이동될 수 있다. 예를 들어, 제 2 상은 제 1 상에 대해 30˚ 정도 이동될 수 있다. 제 3 상은 제 2 상에 대해 60˚ 정도 이동될 수 있다(결론적으로, 제 1 상에 대해 90˚ 정도 이동). 추가 상들은 요구 시 적합한 수치로 유사하게 이동될 수 있다.

다양한 예시적인 실시예에서, 다상 장치(500B) 내에서 각각의 상 출력은 상이한 로터 부분(550A, 550B, 550C), 대응하는 스테이터(510A, 510B, 510C) 및 코일(520A, 520B, 520C)에 의해 생성된다. 그 외의 다른 예시적인 실시예에서, 다상 장치(500B)는 단일의 스테이터 부분(510)이 하나 이상의 로터를 공유하는 개별 상으로 분할되도록 구성된다. 이러한 예시적인 실시예에서, 다상 장치의 부품의 개수는 줄어들 수 있다. 예를 들어, 다상 장치는 다상 장치를 포함한 로터의 개수보다 많은 입력/출력 상을 생성하고 및/또는 이용할 수 있다. 게다가, 이러한 실시예에서, 다상 장치의 크기는, 예를 들어 로터의 회전축에 대해 적어도 평행한 방향으로 다상 장치의 두께를 줄임으로써 감소될 수 있다.

예를 들어, 이제, 도 6a 및 도 6b를 참고하면, 다상 장치(600)가 하나 이상의 내측 스테이터를 포함하도록 구성될 수 있다. 본원에서 사용된 "내측 스테이터"는 2개 이상의 로터 사이에 실질적으로 배열된 부분 및/또는 다양한 부품들을 갖는 스테이터를 말한다. 다양한 예시적인 실시예에서, 다상 장치(600)는 복수의 자속 전도 부분(612)(도 612A, 612B, 612C에 도시된)을 각각 갖는 3개의 스테이터를 포함한다. 다상 장치(600)는 3개의 코일(620A, 620B, 620C) 및 2개의 로터(650X, 650Y)를 추가로 포함한다. 자속 전도 부분(612A, 612B, 612C)과 코일(620A, 620B, 620C)은 실질적으로 2개의 로터(650X, 650Y) 사이에 배열된다.

코일(620A, 620B, 620C)은 상이한 출력 상에 각각 대응될 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에서, 스테이터(610) 내의 자속 전도 부분(612)들 사이의 간격은 하기 언급되어 지는 바와 같이 하나 이상의 상 관계(phase relationship)를 생성하도록 구성된다. 추가로, 다상 장치(600)는 예를 들어 2개의 코일(620), 4개의 코일(620), 10개의 코일(620), 및/또는 이와 유사한 것과 같은 임의의 적합한 개수의 코일(620)을 포함할 수 있다. 따라서, 다상 장치(600)는 하나 이상의 스테이터 및/또는 로터의 대응하는 상 부분과 코일(620)의 개수 이하의 개수의 출력 상을 포함하도록 구성될 수 있다. 추가로, 다수의 코일(620)이 유사한 상에 대응하도록 구성될 수 있다.

코일(620A, 620B, 620C)은, 예를 들어 구리 와이어 와인딩과 같이, 가변 자기장에 반응하는 전류를 전도하도록 구성된 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에서, 하나 이상의 코일(620)이 플랫 와이어(flat wire)(즉, 원형 횡단면과 상반된 직사각형 횡단면을 갖는 와이어)로부터 감겨진다. 게다가, 본 발명 및/또는 해당 공개문에서 고려되는 임의의 코일, 출력 와인딩, 전기적 커넥터, 및/또는 이와 유사한 것이 플랫 와이어로부터 제조될 수 있다. 코일(620) 내의 플랫 와이어에 따라 허용 공간에는 전도성 재료가 보다 효과적으로 충진될 수 있다. 이러한 방식으로, 코일 내에서 와이어의 비교적 높은 패킹 밀도가 구현될 수 있다. 증가된 패킹 밀도로부터 얻어진 효율이 예를 들어 특정 코일의 중량이 증가됨으로 인한 잠재적 단점보다 우월할 수 있다. 게다가, 임의의 적합한 재료 및/또는 와이어 및/또는 코일의 형태가 이용될 수 있다.

다양한 예시적인 실시예에서, 도 6b를 참고하면, 다상 장치(600)의 각각의 코일(620A, 620B, 620C)은 전방 부분(620AF, 620BF, 620CF)과 후방 부분(620AR, 620BR, 620CR)을 각각 갖는 루프(loop)를 포함한다. 다상 장치(600)의 코일(620A, 620B, 620C)의 각각의 전방 부분과 후방 부분은 자속이 코일(620A, 620B, 620C) 주위에서 전도될 수 있도록 대응하는 스테이터의 자속 전도 부분(612)에 의해 실질적으로 둘러싸인다.

다양한 예시적인 실시예에서, 코일(620A, 620B, 620C)은 원의 원주부의 일부를 따라 연장된다. 코일(620A, 620B, 620C)은 예를 들어 원주부의 대략 1/3과 같이 원의 원주부의 임의의 적합한 부분을 따라 연장될 수 있다. 코일(620A, 620B, 620C)은 유사한 길이를 갖는 부분을 따라 연장될 수 있다. 게다가, 코일(620A, 620B, 620C)은 요구 시 비유사한 길이를 갖는 부분을 따라 연장될 수 있다.

게다가, 전방 부분(620AF)은 예를 들어 반원형 호와 같은 제 1 호를 형성할 수 있으며, 후방 부분(620AR)은 예를 들어 반원형 호와 같은 제 2 호를 형성할 수 있다. 제 1 및 제 2 호는 예를 들어 횡 자속 및/또는 정류식 자속 기계의 회전축과 같은 공통 축으로부터 공통 반경을 가질 수 있다. 게다가, 제 1 및 제 2 호(및/또는 전방 부분(620AF) 및 후방 부분(620AR))는 횡 자속 기계의 유사한 각 부분(angular portion)을 횡단할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 3-상 실시예에서, 횡 자속 기계의 약 0˚ 내지 120˚가 제 1 코일(즉 제 1 코일의 제 1 및 제 2 부분)과 연계되며, 횡 자속 기계의 약 120˚ 내지 240˚가 제 2 코일 및 이의 각각의 제 1 및 제 2 부분과 연계되며, 횡 자속 기계의 약 240˚ 내지 360˚가 제 3 코일 및 이의 각각의 제 1 및 제 2 부분과 연계된다. 게다가, 제 1 및 제 2 호(및/또는 전방 부분(620AF) 및 후방 부분(620AR))는 횡 자속 기계의 겹쳐진 각 부분을 횡단할 수 있다. 예를 들어, 전방 부분(620AF)은 횡 자속 기계의 약 0˚ 내지 120˚를 횡단할 수 있으며, 후방 부분은 횡 자속 기계의 약 5˚ 내지 115˚를 횡단할 수 있고, 이에 따라 각 부분은 전체적으로 겹쳐진다. 추가로, 제 1 및 제 2 호(및/또는 전방 부분(620AF) 및 후방 부분(620AR))은 횡 자속 기계의 부분적으로 겹쳐진 각 부분을 횡단할 수 있다. 예를 들어, 전방 부분(620AF)은 횡 자속 기계의 약 0˚ 내지 120˚를 횡단할 수 있으며, 후방 부분(620AR)은 횡 자속 기계의 약 5˚ 내지 125˚를 횡단할 수 있으며, 이에 따라 각 부분은 부분적으로 겹쳐진다.

각각의 코일(620A, 620B, 620C) 주위에서 자속 전도 부분(612)을 통해 자속이 전도됨에 따라 각각의 코일(620A, 620B, 620C)에서 전기적 출력이 생성될 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에서, 전방 부분(620AF)을 실질적으로 둘러싸는 자속 전도 부분(612A)이 후방 부분(620AF)을 실질적으로 둘러싸는 자속 전도 부분(612A)과 동일 상이도록(in phase) 자속이 자속 전도 부분(612A)을 통해 전도된다. 이러한 방식으로, 전방 부분(620AF)과 후방 부분(620AR)은 동일상이다. 유사한 상 배열이 부분(620BF, 620CF)과 부분(620BR, 620CR)에서 각각 발견될 수 있다. 그 외의 다른 예시적인 실시예에서, 전방 부분은 대응하는 후방 부분과 상이 다를 수 있다.

게다가, 다양한 예시적인 실시예에서, 전방 부분(620AF)에서의 전류가 회전 방향과 상반된 방향으로 흐르는 후방 부분(620AR)에서의 전류와 함께 회전 방향으로 흐르도록 코일(620A)과 같은 코일이 다상 장치(600)의 회전축 주위에서 배향될 수 있다. 또 다른 방식으로 언급하면, 다양한 실시예에서, 코일(620A) 내의 전류는 회전축 주위에서 단지 각 거리의 일부분을 따라 연장되는 다소 "레이스트랙(racetrack)" 형태의 루프 주위에서 흐르는 것으로 여겨질 수 있다.

주지하다시피, 코일(620B 및/또는 620C)은 상기 언급된 바와 같이 코일(620A) 및 이의 일부분과 유사한 방식으로 형태가 형성되고, 크기가 형성되며, 구성되고 및/또는 기능을 하고 및/또는 거동할 수 있다.

다양한 예시적인 실시예에서, 도 6b를 참고하면, 다상 장치(600)의 자속 전도 부분은 C-형태로 형성될 수 있다. 대안으로, 자속 전도 부분은 요구 시 이의 횡단면 또는 시계가 U-형, 직선형, 난자형 및 선형과 같은 다양한 그 외의 다른 형태들 중 한 형태를 가질 수 있다. 이러한 자속 전도 부분은 임의의 적합한 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 자속 전도 부분은 테이프 권선형 토로이드 재료(tape-wound torroid material), 금속성 유리를 포함하는 재료, 라미네이트 스틸, 분말 금속, 또는 이러한 또는 그 외의 다른 적합한 자속 전도 재료의 조합으로부터 제조될 수 있다.

예시적인 실시예에서, 도 6b를 참고하면, 코일간 자속 전도체 간격(intra-coil flux conductor spacing, S610A, S610B, S610C)(S610B와 S610C는 도시되지 않음)(즉, 인접한 자속 전도 부분(612A, 612B, 612C)들 사이의 간격)은 대략 동일한 크기이다. 추가로, 각각의 코일의 전방 부분(620AF, 620BF, 620CF)과 후방 부분(620AR, 620BR, 620CR)에 대한 인접한 자속 전도 부분들 사이의 간격은 통상적으로 대략 동일한 크기이다. 그러나, 각각의 코일의 전방 부분(620AF, 620BF, 620CF)과 후방 부분(620AR, 620BR, 620CR) 모두 또는 이들 중 하나에서의 코일간 자속 전도체 간격(S610A, S610B, S610C)은 대략 동일하지 않을 수 있다. 예를 들어, 이러한 자속 전도체 간격은 상이한 주파수 출력을 생성하기 위해 또는 그 외의 다른 적합한 목적을 위해 가변될 수 있다.

대조적으로, 재차 도 6b를 참고하면, 그러나 통상적으로 코어간 자속 전도체 간격(inter-core flux conductor spacing, SA-B, SB-C, SC-A)(SC-A는 도시되지 않음)(즉, 인접한 코일(620A, 620B, 620C) 상에서 인접한 자속 전도 부분 사이의 중심 간격)은 크기가 상이하다. 다양한 예시적인 실시예에서, 코일간 자속 전도체 간격은 각각의 코일(620A, 620B, 620C) 내에 생성된 전기적 출력의 상들 간의 특정의 상 관계를 설정하기 위해 가변된다. 코일들 간의 이러한 상 관계 및 로터의 다양한 부품들과의 연계는 하기에서 보다 상세하게 언급될 것이다. 그러나, 특정의 경우, 하나 이상의 코어간 자속 전도체 간격(SA-B, SB-C, SC-A)이 또 다른 간격과 대략 동일한 것이 선호될 수 있다.

이제, 도 6c를 참고하면, 다상 장치(600)의 확대도가 도시된다. 예시적인 실시예에서, 다상 장치(600) 내의 2개의 로터 부분(650X, 650Y)은 스테이터(610)를 포함하는 자속 전도 부분(612) 내에 적어도 부분적으로 수용된다. 로터 부분(650X, 650Y)은 상당히 유사할 수 있고 및/또는 동일할 수 있다. 추가로, 로터 부분(650X, 650Y)은 단일 상 장치 내에서 사용된 로터와 유사한 구조를 가질 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에서, 통상적으로 로터 부분(650X, 650Y)은 서로 정렬된다.

대안으로, 로터 부분(650X, 650Y)은 실질적인 차이를 가질 수 있다. 예를 들어, 로터 부분(650X, 650Y)은 서로에 대해 적어도 부분적으로 회전될 수 있다. 또 달리 언급하면, 로터 부분(650X, 650Y)은 정렬되지 않을 수 있다. 또한, 로터 부분(650X, 650Y)은 상이한 크기의 교대 배열된 자석 부분(654) 및/또는 자속 집중기(652)를 가질 수 있다.

다양한 예시적인 실시예에서, 교대 배열된 자석 부분(654)과 자속 집중기(652)는 도 5d에 도시된 바와 같이 로터(550)의 대응 영역(554, 552/556)에 대한 구성 및 기능이 유사하다.

게다가, 이러한 실시예에서 로터 부분(650X, 650Y)은 다상 장치(500B) 내에 사용된 로터(550)와 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 도 5d에 도시된 로터(550)의 자석 부분(554)과 같이 로터 부분(650X)의 인접한 자석 부분(654)은 통상적으로 교대의 극 배향(alternating polar orientation)을 가질 수 있다. 유사하게, 통상적으로 로터 부분(650Y)의 인접한 자석 부분(654)은 교대의 극 배향을 가질 수 있다. 그 외의 다른 예시적인 실시예에서, 그러나 로터 부분(650X)의 대안의 형태가 이용될 수 있으며, 예를 들어 로터(650X) 내에서 인접한 자석 부분(654)의 극은 교대로 배열되기보다는 정렬된다. 로터 부분(650Y)의 유사한 대안의 형태가 이용될 수 있다. 게다가, 교대 배열 및/또는 정렬된 자석의 이러한 모든 조합은 본 발명의 범위 내에서 고려되어 진다.

다양한 예시적인 실시예에서, 다상 장치(600)는 기계적 입력으로부터 전기적 출력을 생성하도록 작동될 수 있다. 그 외의 다른 예시적 실시예에서, 다상 장치(600)는 실질적으로 역의 방식으로 작동될 수 있으며, 여기서 전기적 입력은 기계적 출력 및/또는 그 외의 다른 출력(예를 들어, 하나 이상의 로터 및/또는 이에 부착된 기계식 부품들의 회전)을 생성하기 위해 하나 이상의 코일에 제공된다. 이러한 하나의 형상 및/또는 모든 형상에 다양한 원리가 적절하게 적용될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.

예시적인 실시예에서, 기계적 입력으로부터 전기적 출력을 생성하기 위해, 로터 부분(650X, 650Y)은 도 6b에 도시된 방향을 따라 자속 전도 부분(612A)에 대해 스핀회전한다. 이에 따라 로터 부분(650X, 650Y)의 자속 집중기(652)와 자석 부분(654)은 자속 전도 부분(612A)과 교대로 정렬된다. 이와 같은 방식으로, 자속은 자속 전도 부분(612A)을 따라 전도된다.

예시적인 실시예에서, 각각의 자석 부분(654)의 연속적인 자석 극(magnet pole)은, 각각의 자속 전도 부분(652)이 인접한 쌍을 이루는 자석 부분(654)의 동일한 극에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여지도록, 배향된다. 이러한 배향에 따라 제 1 자속 집중기(652)로부터 자속 전도체(612A)를 통해 제 1 자속 집중기(652)와 상이한 제 2 자속 집중기(652)까지 자속 경로가 생성된다. 다상 장치(600) 내에서 이러한 자속 경로는 자속 전도 부분(612A)에 의해 둘러싸인 코일(620A)의 섹션들을 둘러싼다. 회전식 로터 부분(650X, 650Y)은 자속 전도 부분(612A) 근처에 상반된 극을 가진 자속 집중기(652)를 연속적으로 이동시킨다. 이에 따라, 회전식 로터 부분(650X, 650Y)은, 자속 전도 부분(612A)과 자속 집중기(652)가 서로에 대해 순차적으로 이동됨에 따라 자속 경로의 방향을 실질적으로 상반되게 한다. 이러한 과정에 따라 코일(620A) 내에서 교대의 전기적 출력이 생성된다. 유사한 거동 및 결과가 각각의 자속 전도 부분(612B, 612C)과 코일(620B, 620C) 내에서 동시에 획득될 수 있다.

다양한 예시적인 실시예에서, 코어간 자속 전도체 간격(SA-B, SB-C, SC-A)은 코일간 자속 전도체 간격(S610A, S610B, S610C)과 상이하다. 이러한 실시예에서, 로터(650X, 650Y)의 자속 집중기(652)와 자석 부분(654)은 상이한 시간에 상이한 스테이터 섹션(610)의 자속 전도 부분(612)과 정렬된다. 이에 따라, 자속 전도 부분(612A)을 따라 최대 자속 전도가 자속 전도 부분(612B) 및 등등에 대해 상이한 시간에 생성된다. 코어간 자속 전도체 간격(SA-B, SB-C, SC-A)에 의해 타이밍(timing)이 조절된다. 이러한 방식으로, 코어간 자속 전도체 간격(SA-B, SB-C, SC-A)은 예를 들어 코일(620B)과 같은 하나 이상의 그 외의 다른 코일(620) 내에 생성된 전기적 출력에 대해 특정 코일(620) 내에 생성된 전기적 출력 내에서 상 지연을 발생시킬 수 있다.

예시적인 실시예에서, 도 6c를 참고하면, 코어간 자속 전도체 간격(SA-B)은 코일(620A, 620B)의 출력간에 90˚의 상 지연을 발생시키도록 구성된다. 도시된 바와 같이, 코어간 자속 전도체 간격(SA-B)은 코일(620A)을 둘러싸는 자속 전도 부분(612A)이 로터 부분(650X, 650Y)의 자속 집중기(654)와 정렬되도록 형성된다. 동시에, 코일(620B)을 둘러싸는 자속 전도 부분(612B)은 로터 부분(650X, 650Y)의 자석 부분(654)과 정렬된다. 이러한 위치에서, 코일(620A, 620B)은 서로에 대해 상이 약 90˚ 벗어난다. 따라서, 코일(620A) 주위에서 자속 전도 부분(612A) 내에 최대 자속 전도가 발생될 때, 코일(620B) 주위의 자속 전도 부분(612B)에는 최소 자속 유도가 발생되며, 역으로도 가능하다. 주지하다시피, 또한 그 반대의 경우도 사실이다. 이와 같은 방식으로, 약 90˚의 상 지연은 로터(650X, 650Y)를 회전시킴으로써 코일(620A, 620B) 내에 생성된 전기적 출력들 간에 발생될 수 있다.

도 6c는 인접한 코일들 간에 90˚의 상 지연을 발생시키는 코일간 자속 전도체 간격을 도시한다. 그러나, 다양한 예시적인 실시예에서, 인접한 코일들 간의 임의의 적합한 상 관계가 코일간 자속 전도체 간격을 조절함으로써 획득될 수 있다. 예를 들어, 인접한 코일(620A, 620B)의 출력 간에 180˚의 상 지연이 발생될 수 있다. 이는 코일간 자속 전도체 간격(SA-B)을 조절함으로써 구현될 수 있다. 코일간 자속 전도체 간격(SA-B)을 조절함으로써 코일(620A)을 둘러싸는 자속 전도 부분(612A)은 주어진 시간(T)에서 제 1 극을 갖는 자속 집중기(652)와 정렬될 수 있다. 또한, 코일간 자속 전도체 간격(SA-B)을 조절함으로써 코일(620B)을 둘러싸는 자속 전도 부분(612B)은 동일한 시간(T)에 상반된 극을 갖는 자속 집중기(652)와 정렬될 수 있다. 이러한 배향에 따라, 임의의 주어진 시간에 자속은 상반된 방향으로 인접한 코일(620A, 620B) 주위에서 전도된다(예를 들어, 자속은 코일(620A) 주위에서 통상적으로 시계 방향으로 전도되는 반면 자속은 코일(620B) 주위에서 통상적으로 반-시계 방향으로 전도됨).

유사하게, 코일간 자속 전도체 간격(SA-B)을 조절함으로써 코일(620A)을 둘러싸는 자속 전도 부분(612A)은 주어진 시간(T)에서 제 1 극을 갖는 자속 집중기(652)와 정렬될 수 있다. 또한, 코일간 자속 전도체 간격(SA-B)을 조절함으로써 코일(620B)을 둘러싸는 자속 전도 부분(612B)은 동일한 시간(T)에 동일한 극을 갖는 자속 집중기(652)와 정렬될 수 있다. 이러한 형상에서, 코일(620A, 620B)은 실질적으로 동일상이다. 게다가, 다양한 예시적인 실시예에서, 예를 들어 코일(620A , 620B)과 같이 코일(620)들 간의 임의의 적합한 상 관계는 예를 들어 SA-B와 같이 코일간 자속 전도체 간격을 구성함으로써 구현될 수 있다.

코일(620A, 620B) 간에 상 지연에 대한 예시적인 관계가 도시되고 언급될지라도, 유사한 관계가 다상 장치(600) 내의 임의의 코일 간의 상 관계에 적용된다. 또 달리 언급하면, 다양한 예시적인 실시예에서 코일(620A, 620B, 620C) 간의 상 관계는 조절되고, 가변되고 및/또는 수정될 수 있으며, 및/또는 상기 언급된 바와 같이 하나 이상의 코일간 자속 전도체 간격(SA-B, SB-C, 및/또는 SC-A)을 유사하게 조절함으로써 제어될 수 있다. 게다가, 이러한 코일간 자속 전도체 간격은 서로 독립적으로 조절될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 다상 장치(600)의 코일(620A, 620B, 및/또는 620C) 간의 임의의 적합한 개수의 상 관계가 형성될 수 있다.

게다가, 도 6a-6c는 스테이터가 구성 시에 상 관계가 결정되는 다상 장치(600)를 도시하며, 그 외의 다른 예시적인 실시예에서 다상 장치는 인접한 코일들 간에 조절가능한 상 관계에 따라 구성될 수 있다. 예를 들어, 자속 전도 부분(612A)은 자속 전도 부분(612B)에 대해 이동가능하다. 조절가능한 상 관계를 갖는 이러한 모든 다상 장치는 본 발명의 범위 내에서 있는 것으로 고려되어 진다.

다양한 예시적인 실시예에서, 도 6b 및 도 6c를 재차 참고하면, 특정 코일(620)과 연계된 자속 전도 부분(612)은 교대 방식으로 배열되고 및/또는 배치되고 및/또는 개재될 수 있다. 예를 들어, 하나의 자속 전도 부분(612A)은 전방 부분(620AF)을 부분적으로 둘러싼다. 방향(D1)을 따라 이동함으로써, 그 다음의 자속 전도 부분(612A)은 후방 부분(620AR)을 부분적으로 둘러싼다. 방향(D1)을 따라 지속됨으로써, 다음의 자속 전도 부분(612A)은 교대 방식으로 전방 부분(620AF) 및 등등을 부분적으로 둘러싼다. 이와 같은 방식으로, 자속 전도 부분(612A)은 보다 콤팩트하고 및/또는 타이트하게 배치될 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에서, 자속 전도 부분(612A)은 개재된 "서로 후방을 맞대는(back to back)" 형상으로 배열될 수 있다. 이러한 배열에서, 자속 전도 부분(612A)의 "후방"은 예를 들어 도 6c에 도시된 바와 같이 서로 넘어 적어도 부분적으로 배열될 수 있다. 이러한 방식으로, 다상 장치(600)는 자속 전도 부분(612A)이 서로를 넘어 적어도 부분적으로 연장되지 않는 경우 보다 콤팩트하게 형성될 수 있다. 그러나, 또한 자속 전도 부분(612A)은 인접한 자속 전도 부분(612A)의 일부분이 서로를 초과하여 연장되지 않는 교대의 "서로 후방을 맞대는" 형상으로 배열될 수 있다.

상기 자속 전도 부분(612A)에 대해 언급된 형상과 유사하게, 다상 장치(600)의 자속 전도 부분(612B, 612C) 및/또는 그 외의 다른 자속 전도 부분은 유사한 방식으로 개재되고, 간격을 두고 배치되며 및/또는 엇갈리게 배치될 수 있다.

내측 스테이터를 갖는 다상 장치에 추가하여, 본 발명의 원리는 내측 로터를 갖는 다상 장치를 고려한다. 본원에 사용된 "내측 로터"는 일부 및/또는 2개 이상의 스테이터 사이에 실질적으로 배열된 다양한 부품을 갖는 로터를 말한다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, 이제 도 7a 내지 7c를 참고하면, 다상 장치(700)는 내측 로터(750)를 포함하도록 구성된다. 다상 장치(700)는 복수의 자속 전도 부분(712)(712A, 712B, 712C로 도시됨)을 각각 포함하는 3개의 스테이터를 추가로 포함한다. 다상 장치(700)는 실질적으로 각각 자속 전도 부분(712A, 712B, 712C)에 의해 둘러싸이고 및/또는 이 내에 위치된 3개의 코일(720A, 720B, 720C)을 추가로 포함한다. 또한, 로터(750)는 실질적으로 자속 전도 부분(712A, 712B, 712C)에 의해 둘러싸이고 및/또는 이 내에 위치된다.

다양한 예시적인 실시예에서, 다상 장치(700) 내의 자속 전도 부분(712A, 712B, 712C)의 배열은 다상 장치(600) 내의 자속 전도 부분(612A, 612B, 612C)의 배열과 실질적으로 상반되게 형성되며, 각각의 자속 전도 부분(712A, 712B, 712C)의 배향은 자속 전도 부분(612A, 612B, 612C)의 배향과 비교할 때 상반되게 형성된다. 이와 같은 방식으로, 다상 장치(700)는 단일의 로터(750)를 이용하여 작동되도록 구성된다.

다상 장치(700)는 예를 들어 코일(720A, 720B, 720C)과 같은 다수의 코일(720)을 포함할 수 있다. 코일(720A, 720B, 720C)은 하나 이상의 출력 상에 대응될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 코일(720A, 720B, 720C)은 상이한 출력 상에 대응된다. 임의의 적합한 개수의 코일(720)이 이용될 수 있다. 예를 들어, 다상 장치(700)의 3개의 상 부분과 대응되는 3개의 코일(720A, 720B, 720C)이 이용될 수 있다. 대안으로, 2개, 4개 또는 이보다 많은 개수의 스테이터에 대응되는 2개, 4개 또는 이보다 많은 개수의 코일(720)이 이용될 수 있다. 주지하다시피, 다상 장치(700) 내의 상의 개수는 하나의 상 내지 다상 장치(700) 내에 형성된 코일(720)의 개수와 동일한 개수의 상의 범위일 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에서, 코일(720A, 720B, 720C)과 연계된 자속 전도 부분(712A, 712B, 712C)들 사이의 간격은 이들 간에 하나 이상의 상 관계를 형성하도록 각각 가변될 수 있다.

다양한 예시적인 실시예에서, 다상 장치(700)의 다양한 부품들 간의(예를 들어 코일(720A, 720B, 720C)과 자속 전도 부분(712A, 712B, 712C) 간의) 기능적 관계(functional relationship)는 다상 장치(600) 내의 관계와 실질적으로 유사하다. 추가로, 다상 장치(700)의 부품들의 크기, 형태, 형상, 및/또는 그외의 다른 특성이 다상 장치(600) 내의 것들과 유사할 수 있다. 게다가, 다상 장치(700)의 코일간 간격은 상기에 공개된 바와 같이 다상 및/또는 상 관계를 구현하기 위해 유사하게 가변될 수 있다.

다상 장치(600)의 형상과는 대조적으로, 도 7c를 추가로 참고하면, 다양한 예시적인 실시예에서 다상 장치(700)의 각각의 코일(720A, 720B, 720C)은 각각 인접한 코일들 사이의 접합부에서 "브리징(bridging)" 세그먼트(722A, 722B, 722C)(722C는 도시되지 않음)를 포함하도록 구성된다. 이러한 실시예에서, 코일(720A)은 브리징 세그먼트(722A)를 추가로 포함한다. 유사하게, 코일(720B)은 브리징 세그먼트(722B)를 추가로 포함하고, 코일(720C)은 브리징 세그먼트(722C)를 추가로 포함한다. 브리징 세그먼트(722A, 722B)는 코일(720A, 720B)들 사이의 접합부(J1)에 위치된다. 브리징 섹션은 예를 들어 로터(750)의 기계적 작동을 위해 필요한 공간을 점유하지 않고 코일 내에 루프를 형성하기 위해 이용될 수 있다. 브리징 섹션은 요수 시 로터 아래에 및/또는 위에 위치될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 로터는 브리징 세그먼트와 접촉하지 않고 회전할 수 있다.

게다가, 브리징 세그먼트는 요구 시 자석 및/또는 자속 집중기를 통해 배치될 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에서, 코일은 자석 및 자속 집중기의 그룹에 결합될 수 있으며, 브리징 세그먼트는 이를 통과할 수 있다. 그 뒤, 코일을 적어도 부분적으로 둘러싸는 자속 스위치가 코일 내에서 출력을 생성하기 위해 회전할 수 있다.

다양한 예시적인 실시예에서, 다상 장치(700)는 다상 장치(600)와 적어도 부분적으로 유사한 방식으로 작동될 수 있다. 예를 들어, 다상 장치(700)는 기계적 입력을 로터(650)에 제공함으로써 전기적 출력을 생성하도록 작동될 수 있다. 또한, 다상 장치(700)는 하나 이상의 코일(720) 내에서 전기적 입력에 응답하여 로터(760)에서의 기계적 출력을 생성하도록 작동될 수 있다. 게다가, 다상 장치(700)는 예를 들어 자속 전도 부분(712A, 712B, 712C)을 서로에 대해 고정시킴으로써 고정된 상 관계를 포함하도록 구성될 수 있다. 대안으로, 다상 장치(700)는 예를 들어 상기 공개된 바와 같이 자속 전도 부분(712A, 712B, 712C)이 서로에 대해 이동가능하도록 함으로써 가변 상 관계를 포함하도록 구성될 수 있다.

내측 로터(interior rotor)를 갖는 다상 장치에 추가하여, 본 발명의 원리는 "슬림형(slim)" 구조를 갖는 다상 장치를 고려한다. 통상적으로, 본원에 사용된 "슬림형"은, 예를 들어 코일 경로가 다상 장치의 축(A)에 대해 실질적으로 수직한 형상, 다수의 로터가 공통 회전면을 공유하는 형상, 및/또는 이와 유사한 형상과 같이 다상 장치의 치수를 줄이는 형성을 말한다.

예를 들어, 예시적인 실시예에서, 이제 도 8a를 참고하면, 다상 장치(800)가 슬림형 구조를 포함하도록 구성된다. 다상 장치(800)는 복수의 자속 전도 부분(812)(812A, 812B, 812C으로 도시됨)을 각각 포함하는 3개의 스테이터를 포함한다. 다상 장치(800)는 3개의 코일(820A, 820B, 820C)을 추가로 포함한다. 코일(820A, 820B, 820C)에 의해 형성된 경로는 통상적으로 다상 장치(800)의 회전축(A)(도 8a에 도시됨)과 직교한다. 다상 장치(800)는 하나 이상의 로터 부분(850)(도시되지 않음)을 추가로 포함한다.

예시적인 실시예에서, 코일(820A, 820B, 820C)은 상기 언급된 바와 같이 코일간 자속 전도체 간격 및 코일간 자속 전도체 간격에 의존되는 3 상에 대응된다. 그 외의 다른 예시적인 실시예에서, 코일(820A, 820B, 820C)은 2개의 상 및/또는 하나의 상에 대응된다. 게다가, 코일(820A, 820B, 820C)에 의해 형성된 면이 다상 장치(800)의 축(A)에 대해 실질적으로 직교하기 때문에, 이에 따라 다상 장치(800)는 축(A)을 따라 감소된 또는 "비교적 슬림한" 길이를 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 다상 장치(800)는 축(A)에 대해 직교하지는 않지만 축(A)에 대해 실질적으로 평행하고 및/또는 축(A)에 대해 평행한 거리를 적어도 부분적으로 횡단하는 또 다른 구조보다 축(A)를 따라 더 짧은 길이를 갖도록 형성될 수 있다. 게다가, 다상 장치(800)는 축(A)를 따라 상이한 지점에 위치된 다수의 로터를 갖는 그 외의 다른 구조보다 슬림할 수 있다. 또 다른 방식으로 언급하면, 예시적인 실시예에서, 코일의 제 1 부분은 코일의 제 2 부분과 동일한 회전 면에 배열된다. 통상적으로, 다상 장치(800)는 회전축을 따라서 특정의 길이가 선호되는 다양한 응용예에서 이용하도록 구성되고, 크기가 형성되며 및/또는 성형될 수 있다.

다양한 예시적인 실시예에서, 도 8c를 참고하면, 다상 장치(800)의 각각의 코일(820A, 820B, 820C)은 내측 부분(820AI, 820BI, 820CI)과 외측 부분(820AO, 820BO, 820CO)을 각각 갖는 루프를 포함한다.

게다가, 외측 부분(820AO)은 예를 들어 반원 호와 같은 제 1 호를 형성할 수 있다. 내측 부분(820AI)은 예를 들어 제 1 반원 호와 같은 제 2 호를 형성할 수 있다. 제 1 및 제 2 호는 예를 들어 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계의 회전축과 같은 공통 축 주위에서 동심을 이룬다. 또한, 제 1 및 제 2 호는 공면에 배열될 수 있다.

다양한 예시적인 실시예에서, 외측 부분(820AO, 820BO, 820CO)은 원의 원주부의 일부를 따라 연장된다. 외측 부분(820AO, 820BO, 820CO)은 예를 들어 대략 원주부의 1/3과 같이 원의 원주부의 임의의 적합한 부분을 따라 연장될 수 있다. 외측 부분(820AO, 820BO, 820CO)은 유사한 길이를 가진 부분을 따라 연장될 수 있다. 게다가, 외측 부분(820AO, 820BO, 820CO)은 요구 시 유사하지 않은 길이를 갖는 부분을 따라 연장될 수 있다. 내측 부분(820AI, 820BI, 820CI)은 예를 들어 동일한 각 거리와 같은 외측 부분(820AO, 820BO, 820CO)에 의해 횡단하는 각 거리와 대략 대응되는 각 거리를 횡단할 수 있다. 대안으로, 내측 부분(820AI, 820BI, 820CI)은 상이한 각거리를 횡단할 수 있다.

다양한 예시적인 실시예에서, 예를 들어 코일(820A, 820B, 820C)과 자속 전도 부분(812A, 812B, 812C) 사이와 같이 다상 장치(800)의 다양한 부품들 사이의 기능적 관계는 다상 장치(600) 내에서의 관계와 실질적으로 유사하다. 추가로, 다상 장치(800)의 부품들의 크기, 형태, 형상, 및/또는 그 외의 다른 특성이 다상 장치(600) 내의 것들과 유사할 수 있다. 게다가, 다상 장치(800)의 코일간 자속 전도체 간격 및/또는 코일간 자속 전도체 간격은 상기에 공개된 바와 같이 다상 및/또는 상 관계를 구현하기 위해 유사하게 가변될 수 있다.

다양한 예시적인 실시예에서, 다상 장치(800)는 다상 장치(600)와 적어도 부분적으로 유사한 방식으로 작동될 수 있다. 예를 들어, 다상 장치(800)는 기계적 입력을 로터에 제공함으로써 전기적 출력을 생성하도록 작동될 수 있다. 또한, 다상 장치(800)는 하나 이상의 코일(820) 내에서 전기적 입력에 응답하는 로터에서의 기계적 출력을 생성하도록 작동될 수 있다. 게다가, 다상 장치(800)는 예를 들어 자속 전도 부분(812A, 812B, 812C)을 서로에 대해 고정시킴으로써 고정된 상 관계를 포함하도록 구성될 수 있다. 대안으로, 다상 장치(800)는 예를 들어 상기 공개된 바와 같이 자속 전도 부분(812A, 812B, 812C)을 서로에 대해 이동가능하게 구성함으로써 가변 상 관계를 포함하도록 구성될 수 있다.

게다가, 다양한 예시적인 실시예에서, 이제 도 8B를 참고하면, 다상 장치(800)는 인접한 코일들 사이의 접합부에서 코일 재료의 양이 감소되도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 하나 이상의 브리징 섹션(822A, 822B, 822C)은 각각 코일(820A, 820B, 820C)을 형성한다. 예를 들어, 브리징 섹션(822A, 822B)은 접합부(J2)에서 코일(820A, 820B)을 형성한다. 브리징 섹션(822A, 822B, 822C)은 다상 장치(700)에 대한 대응 브리징 섹션(722A, 722B, 722C)보다 상당히 얇을 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서 브리징 섹션(822A, 822B, 822C)이 예를 들어 로터를 위한 간격을 허용하기 위해 코일(820A, 820B, 820C)의 주요 본체의 면으로부터 연장될 필요가 없기 때문에 브리징 섹션(822A, 822B, 822C)은 "슬림형" 구조로 비교적 얇게 형성된다. 이와 같은 방식으로, 코일(820A, 820B, 820C) 내에서 사용된 재료의 양이 바람직하게 줄어들 수 있다. 코일(820A, 820B, 820C)을 포함한 재료는 종종 중량이고 및/또는 비싸며, 코일(820A, 820B, 820C)을 포함한 재료는 저항 가열 및/또는 그 외의 다른 손실의 경향이 있어서 코일(820A, 820B, 820C)의 양이 감소되는 것이 선호될 수 있다. 게다가, 브리징 섹션(822A, 822B, 822C)을 포함하는 코일 재료가 대응 자속 전도 부분(812A, 812B, 또는 812C)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이지 않기 때문에, 통상적으로 이러한 재료는 유용한 출력을 생성하지 못하고 손실을 야기한다. 따라서, 이러한 재료는 종래의 모터 내의 "엔드 턴(end turn)"의 재료와 다소 유사한 것으로 고려될 수 있으며, 이에 따라 요구 시 적절히 감소되고 및/또는 최소화될 수 있다.

다양한 예시적인 실시예에서, 도 8a 및 도 8b에 로터가 도시되지 않을지라도, 다상 장치(800)는 다상 장치(800)의 다양한 부분과 로터 사이의 상호작동을 허용하기 위해 예를 들어 2개의 로터와 같은 적절한 개수의 로터를 수용할 수 있다. 게다가, 다상 장치(800)는 요구 시 임의의 적합한 개수의 로터를 포함할 수 있다.

슬림형 구조를 갖는 다상 장치에 추가하여, 본 발명의 원리는, 제 1 다상 장치가 예를 들어 공통 축 주위에서 또 다른 다상 장치 내에 "안치형(nested)"의 다상 장치를 고려한다. 본원에서 사용된 "안치형" 형상은 공통 축을 갖는 또 다른 단상 및/또는 다상 장치를 둘러싸는 단상 및/또는 다상 장치를 말한다. 안치형 형상을 이용함으로써, 이에 따라 조합된 다상 장치는 특정의 장치 크기에 대해 증가된 기계적 및/또는 전기적 출력 가능성을 포함하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 다수의 안치형 다상 장치는 차량용 구동 샤프트와 같은 기계적 장치에 연결될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 다양한 예시적인 실시예에서, 조합된 다상 장치는 수차례, 예를 들어 3회 비-안치형 다상 장치의 출력에 실질적으로 동일한 풋프린트(footprint)를 제공할 수 있다. 이러한 형상은 예를 들어 전기 차량용 모터 또는 그 외의 다른 전기식 모터와 같이 비교적 콤팩트하고 및/또는 고정된 공간에 비교적 높은 전력 출력을 필요로 하는 응용예에 대해 특히 선호될 수 있다. 또한, 안치형 다상 장치는 예를 들어 유사한 크기의 기계적 인풋으로부터 비교적 큰 크기의 전기적 출력을 발생시키기 위해 이용될 수 있다. 이러한 방법에 따라 전기 발전기 구조, 터빈 구조 및/또는 이를 포함한 장치에 대한 구조가 보다 콤팩트해질 수 있다.

게다가, 본원에 언급된 다양한 예시적인 안치형 장치가 다상 장치일지라도, 예를 들어 본원에 참고로 인용된 다양한 동시계속 출원에서의 장치와 같이 다양한 단상 장치가 안치형 배열로 구성될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 본 발명의 원리는 이러한 형상에 동일하게 적용될 수 있으며, 이러한 모든 적용, 형상 및/또는 안치형 배열은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려된다.

이제, 도 9a를 참고하면, 예시적인 실시예에서 안치형 다상 장치(900)는 제 1 다상 장치(900A) 및 제 2 다상 장치(900B)를 포함한다. 제 2 다상 장치(900B)는 제 1 다상 장치(900A)와 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 제 2 다상 장치(900B)는 제 1 다상 장치(900A)의 축소된 또는 비교적 작은 형태일 수 있다. 대안으로, 제 2 다상 장치(900B)는 제 1 다상 장치(900A)와 실질적으로 상이한 형태를 포함하도록 구성될 수 있다. 제 2 다상 장치(900B)는 제 1 다상 장치(900A) 내에 적어도 부분적으로 위치되도록 구성된다.

예시적인 실시예에서, 제 1 다상 장치(900A)의 축소된 또는 비교적 작은 형태로 제 2 다상 장치(900B)를 구성하는 것은 제 1 다상 장치(900A)와 제 2 다상 장치(900B) 간의 상 관계를 유지시키는데 유용하다. 그 외의 다른 예시적인 실시예에서, 제 1 다상 장치(900A)와 제 2 다상 장치(900B) 간의 상 관계는 유사한 크기의 부품을 이용하지만 상이한 스테이터 부품 간격, 상이한 로터 형상 및/또는 등등을 이용함으로써 유지되고, 가변되며, 및/또는 조절될 수 있다.

다양한 예시적인 실시예에서, 제 2 다상 장치(900B)의 특정의 부품들 및/또는 다상 장치(900)의 그 외의 다른 부품들 및/또는 특징부들은 예를 들어 대략 일정한 척도 인자(scaling factor)에 의해 제 1 다상 장치(900A) 내의 유사한 부품으로부터 크기가 축소된다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서 제 2 다상 장치(900B)의 자속 전도 부분(912B)은 제 1 다상 장치(900A)의 자속 전도 부분(912A)의 크기의 대략 절반이다. 따라서, 제 2 다상 장치(900B)에서 인접한 자속 전도 부분(912B)들 간의 간격은 제 1 다상 장치(900A)에서 인접한 자속 전도 부분(912A)들 간의 간격의 대략 절반일 수 있다. 게다가, 선호되는 상 관계를 유지하기 위해, 제 2 다상 장치(900B)에서 이용된 로터는 예를 들어 유사한 인자에 의해 축소된 로터와 같이 제 1 다상 장치(900A)에서 이용된 로터의 축소된 형태일 수 있다. 따라서, 예를 들어 제 2 다상 장치(900B)에 대한 로터의 자석 부분과 자속 집중 부분은 제 1 다상 장치(900A)에 대한 로터의 자석 부분과 자속 집중 부분의 크기의 대략 절반일 수 있다.

다양한 예시적인 실시예에서, 제 2 다상 장치(900B)에 대한 로터는 협력하여 작동되도록 제 1 다상 장치(900A)에 대한 로터와 동일한 기계식 입력/출력 장치에 연결된다. 이러한 배열은 예를 들어 공간적 제약이 있는 응용예에서 선호될 수 있다. 게다가, 또한 이러한 로터는, 제 1 다상 장치(900A)와 제 2 다상 장치(900B)가 실질적으로 독립적으로 이용될 수 있도록 상이한 기계식 장치에 결합될 수 있다.

게다가, 다상 장치(900)는 임의의 적합한 개수의 안치형 다상 장치를 포함할 수 있다. 주요하게, 특정의 다상 장치의 내측 섹션을 포함하는 영역은 다상 장치(900)를 형성하기 위해 하나 이상의 추가 다상 및/또는 단상 장치가 실질적으로 넣어질 수 있다.

다양한 예시적인 실시예에서, 제 1 다상 장치(900A)와 제 2 다상 장치(900B)의 유사한 상 부분 사이에 물리적 정렬(physical alignment)이 존재할 수 있다(예를 들어 도 9a에 도시됨). 이러한 실시예에서, 제 1 다상 장치(900A)의 코일(920A) 및 제 2 다상 장치(900B)의 대응 코일(920B)은 대략 동일한 입력/출력 상에 대응되도록 구성된다. 게다가, 대응 코일(예를 들어, 920A 및 920B)은 유사한 출력을 제공하거나 또는 유사한 입력을 수신하기 위해 전기적으로 연결될 수 있다. 대안으로, 대응 코일들은 특정 용도에 보다 적합한 그 외의 다른 배열로 연결될 수 있다.

추가로, 다상 장치(900)는 상-엇갈림 형상(phase-staggered configuration)을 포함할 수 있다. 이제, 도 9b를 참고하면, 다양한 예시적인 실시예에서 다상 장치(900)는 제 1 다상 장치(900A) 및 상-엇갈림 형상으로 상기 제 1 다상 장치 내에 안착된 유사한 제 2 다상 장치(900B)를 포함한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 예를 들어 코일(920A, 920B)과 같이 제 1 다상 장치(900A)와 제 2 다상 장치(900B)의 유사한 상 부분은 이들 사이에 거리를 증가시키기 위해 엇갈리게 배열된다. 이와 같은 방식으로, 유사한 상 부분 간의 전기적 간섭이 줄어들 수 있다. 게다가, 제 1 다상 장치(900A) 내의 접합점(J2, J3, J4)에서 코일들 간의 간섭과 제 2 다상 장치(900B) 내의 접합점(J5, J6, J7)에서 코일들 간의 간섭이 유사하게 줄어들 수 있다. 추가로, 상 엇갈림은, 예를 들어 한 측면에서 대략 동시에 생성된 유사한 기계적 펄스에 대응되는 장치의 마주보는 측면에 생성된 기계적 펄스에 의해, 소음, 진동, 및/또는 등등을 감소시킬 수 있다.

다양한 예시적인 실시예에서, 제 2 다상 장치(900B)의 부분과 대략 동일한 입력/출력 상에 대응되는 제 1 다상 장치(900A)의 부분이 다상 장치(900)의 통상적으로 마주보는 측면에 위치될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, 코일(920A, 920B)은 동일한 출력 상에 대략 대응된다. 코일(920A, 920B)은 다상 장치(900)의 회전축 주위에서 서로 대략 180˚의 회전 각도로 이격되어 위치될 수 있다. 또 다른 방식으로 언급하면, 코일(920A, 920B)은 다상 장치(900)의 통상적으로 마주보는 측면에 위치될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 대응 상들 간의 물리적인 분리(physical separation)는 최대화될 수 있다.

게다가, 본원에 공개된 임의의 다상 장치의 다양한 대안의 형상이 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들어, 도 5a-5c는 축방향 간격 형상을 도시한다. 대안으로, 본원에 예시된 실시예에 제한되지 않지만 이를 포함하는 특정의 예시적인 실시예는 요구 시 반경방향 간격 형상을 포함하도록 구성될 수 있다. 역으로, 도 6a-6c, 7a-7c, 8a-8c, 9a-9b 및 10은 반경방향 간격 형상을 도시한다. 대안으로, 본원에 예시된 실시예에 제한되지 않지만 이를 포함하는 그 외의 다른 예시적인 실시예는 요구 시 축방향 간격 형상을 포함하도록 구성될 수 있다.

게다가, 도 5a-5d, 6a-6d, 7a-7d, 8a-8c, 9a-9b, 및 10은 공동 계합형 형상을 도시한다. 대안으로, 본원에 예시된 실시예에 제한되지 않지만 이를 포함하는 다양한 예시적인 실시예는 요구 시 면 계합형 형상을 포함하도록 구성될 수 있다. 역으로, 도 5c는 면 계합형 형상을 도시한다. 본원에 예시된 실시예에 제한되지 않지만 이를 포함하는 다양한 예시적인 실시예는 요구 시 면 계합형 형상을 포함하도록 구성될 수 있다.

게다가, 도 5a 내지 도 10은 횡 자속 기계의 형상을 도시한다. 대안으로, 본원에 예시된 실시예에 제한되지 않지만 이를 포함하는 다양한 예시적인 실시예는 정류식 자속 기계 형상을 포함하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 다양한 예시적인 실시예에서, 다상 장치는 공통 로터(예를 들어, 다경로 로터(multipath rotor))를 공유하는 복수의 부분 스테이터를 이용할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 다상 장치는 공통 로터를 공유하는 3개의 부분 스테이터를 포함할 수 있으며, 각각의 부분 스테이터는 입력 및/또는 출력 상에 대응된다. 게다가, 다상 장치는 요구 시 임의의 적합한 개수의 부분 스테이터를 포함할 수 있다. 하나 이상의 부분 스테이터를 이용함에 따라 다상 장치의 조립 및/또는 분해가 용이해질 수 있다.

또한, 하나 이상의 부분 스테이터를 이용함에 따라 확장가능형 및/또는 조립식의 다상 장치가 촉진될 수 있으며, 부분 스테이터는 요구 시 추가될 수 있고 및/또는 제거될 수 있다. 부분 스테이터는 예를 들어 토크 밀도, 전력 출력, 입력 및/또는 출력 전기적 파형 및/또는 등등과 같은 다상 장치의 적어도 하나의 특성을 수정하기 위해 추가될 수 있고 및/또는 제거될 수 있다.

다양한 예시적인 실시예에서, 본 발명의 원리에 따라 다상 장치는 차량 내에서 이용되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 10을 참고하면, 다상 장치(1000)는 휠의 축 상에 장착될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 다상 장치(1000)는 다이렉트 드라이브 허브모터로서 기능을 할 수 있다.

예시적인 실시예에서, 다상 장치(1000)는 내측 로터를 갖는 다상 장치(700)와 유사할 수 있다. 예를 들어, 다상 장치(1000)는 2개 이상의 코일(1020A, 1020B) 및 각각의 코일(1020A, 1020B)의 부분 사이에 배열된 로터(1050)를 포함한다. 그러나, 임의의 적합한 다상 장치가 차량 내에서 이용될 수 있으며, 본원에 예시된 예시적인 실시예는 제한하기 위함이 아니고 설명을 하기 위함이다.

본 발명의 원리는 횡 자속 기계 및 정류식 자속 기계 내에서의 스테이터에 대한 원리(예를 들어, 본원에 전체가 참고로 인용되고, 본 출원과 동일한 일자에 출원되며, "횡 및/또는 정류식 자속 시스템 스테이터 컨셉" 이라는 명칭의 미국 동시계속출원에 공개된 부분 스테이터 및/또는 갭 스테이터에 대한 원리)와 적절히 조합될 수 있다.

또한, 본 발명의 원리는 횡 자속 기계 및 정류식 자속 기계 내에서의 로터에 대한 원리(예를 들어, 본원에 전체가 참고로 인용되고, 본 출원과 동일한 일자에 출원되며, "횡 및/또는 정류식 자속 시스템 로터 컨셉" 이라는 명칭의 미국 동시계속출원에 공개된 부분 테이프 권선형 로터 및/또는 다경로 로터에 대한 원리)와 적절히 조합될 수 있다.

게다가, 본 발명의 원리는 본원에 참고로 인용된 모든 미국 동시계속 출원 및/또는 이들 중 임의의 하나에 공개된 임의의 개수의 원리와 적절히 조합될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 특정의 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계는 테이프 권선형 로터의 이용, 다경로 로터의 이용, 부분 로터의 이용, 다상 구조의 이용, 및/또는 이와 유사한 것의 이용을 포함할 수 있다. 이러한 모든 조합, 치환, 및/또는 상호관계는 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려된다.

본 발명의 원리가 다양한 실시예로서 공개될지라도, 특정의 환경 및 작동 요건에 특히 적합한, 실제로 사용된 구조, 배열, 비율, 요소, 재료 및 부품의 다수의 변경이 본 발명의 사상과 범위로부터 벗어남이 없이 이용될 수 있다. 이러한 및 그 외의 다른 변경과 수정은 본 발명의 범위 내에 포함되고, 하기의 청구항에서 표현될 수 있다.

상기 기술내용에서, 본 발명은 다양한 실시예에 따라 기술되어 졌다. 그러나, 다양한 수정 및 변경이 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 구현될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 이러한 기술내용은 제한적이기보다는 예시적인 것으로 고려되고, 이러한 모든 수정은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 게다가, 장점, 그 외의 다른 이점, 및 문제점에 대한 해결방법이 다양한 실시예에 따라 상기에서 기술되어 졌다. 그러나, 장점, 이점, 문제점에 대한 해결 방법, 및 임의의 장점, 이점, 또는 문제점에 대한 해결 방법이 발생하도록 하거나, 더 뚜렷하게 나타나도록 하는 임의의 요소들은 불가결하거나, 필수이거나, 일부 또는 모든 청구항의 본질적인 특징 또는 요소로 해석되는 것은 아니다. 본원에서 사용된 용어 "포함하다", "포함하는" 또는 이의 임의의 그 외의 다른 변형은, 공정, 방법, 물품, 또는 일련의 요소들을 포함하는 장치가 단지 이러한 요소들만 포함하지 않고 이러한 공정, 방법, 물품, 또는 장치에 대해 고유하거나 또는 명확히 나열되지 않는 그 외의 다른 요소를 포함할 수 있도록, 모순되지 않는 포괄물들을 포함하는 것으로 의도되어 진다. 또한, 본원에서 사용된 용어 "결합된", "결합", 또는 이의 임의의 그 외의 다른 변형은 물리적 연결, 전기적 연결, 자기적 연결, 광학적 연결, 통신 연결, 기능적 연결, 및/또는 임의의 그 외의 다른 연결을 포함하는 것으로 의도된다. "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"과 유사한 용어가 청구항에서 사용될 때, 이러한 용어는, (1) 적어도 하나의 A; (2) 적어도 하나의 B; (3) 적어도 하나의 C; (4) 적어도 하나의 A와 적어도 하나의 B; (5) 적어도 하나의 B와 적어도 하나의 C; (6) 적어도 하나의 A와 적어도 하나의 C; 또는 (7) 적어도 하나의 A, 적어도 하나의 B, 및 적어도 하나의 C 중 일부를 의미하는 것으로 의도된다.

발명의 서술

전기 기계는 제 1 코일 부분, 제 2 코일 부분, 제 1 코일 단부, 및 제 2 코일 단부를 포함하는 전도성 코일을 포함하며, 제 1 코일 부분과 제 2 코일 부분은 루프를 형성하기 위한 제 1 코일 단부와 제 2 코일 단부에 의해 연결되고, 코일 질량의 90% 이상으로 전압이 유도되고, 전기 기계는 횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계 중 적어도 하나이다.

전기 기계는 제 1 회전면을 갖는 제 1 로터를 포함하고; 제 1 회전면과 겹쳐지지 않고 이에 대해 평행한 제 2 회전면을 갖는 제 2 로터를 포함하며, 여기서 제 1 로터와 제 2 로터는 공통 회전축을 가지며; 및 코일을 적어도 부분적으로 둘러싸는 스테이터를 포함하고, 스테이터는 제 2 로터와 제 1 로터 사이에 실질적으로 위치되며, 스테이터는 제 1 로터 및 제 2 로터와 계합되며, 전기 기계는 횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계 중 적어도 하나이다.

전기 기계는 제 1 코일 부분, 제 2 코일 부분, 제 1 코일 단부, 및 제 2 코일 단부를 포함하는 전도성 코일을 포함하며, 제 1 코일 부분과 제 2 코일 부분은 루프를 형성하기 위한 제 1 코일 단부와 제 2 코일 단부에 의해 연결되고, 제 2 코일 부분을 적어도 부분적으로 둘러싸는 제 1 세트의 자속 전도체를 포함하고, 제 1 세트의 자속 전도체는 제 1 로터와 계합되며; 제 2 코일 부분을 적어도 부분적으로 둘러싸는 제 2 세트의 자속 전도체를 포함하고, 제 2 세트의 자속 전도체는 제 2 로터와 계합되며, 제 1 세트 및 제 2 세트는 후방을 맞대어 배열되고, 전기 기계는 횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계 중 적어도 하나이다. 제 1 세트와 제 2 세트는 교대로 배열된다.

전기 기계는 제 1 코일 부분, 제 2 코일 부분, 제 1 코일 단부, 및 제 2 코일 단부를 포함하는 전도성 코일을 포함하며, 제 1 코일 부분과 제 2 코일 부분은 루프를 형성하기 위한 제 1 코일 단부와 제 2 코일 단부에 의해 연결되고; 로터를 포함하며, 제 1 코일 부분은 로터의 제 1 측면에 위치되고, 제 2 코일 부분은 로터의 마주보는 측면에 위치되며, 제 1 코일 및 제 2 코일은 루프를 형성하기 위해 로터의 제 1 측면으로부터 로터의 마주보는 측면으로 연장되고, 전기 기계는 횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계 중 적어도 하나이다. 로터가 브리징 세그먼트와 회전축 사이에 배열되도록 제 1 코일 단부는 로터를 횡단하는 브리징 세그먼트를 포함할 수 있다. 제 1 코일 단부는 회전축과 로터 사이를 지나가는 브리징 세그먼트를 포함할 수 있다. 전기 기계는 다상 기계일 수 있다. 전기 기계는 제 1 코일 부분을 적어도 부분적으로 둘러싸는 제 1 세트의 자속 전도체를 추가로 포함하고, 제 1 세트의 자속 전도체는 로터의 제 1 측면과 계합되며, 제 2 세트의 자속 전도체는 제 2 코일 부분을 적어도 부분적으로 둘러싸고, 제 2 세트의 자속 전도체는 제 1 측면과 상이한 로터의 제 2 측면과 계합되고, 제 1 측면과 제 2 측면은 로터의 회전면에 의해 분리된다.

전기 기계는 제 1 측면 및 로터의 회전면에 의해 분리된 제 2 측면을 갖는 로터; 제 1 측면과 계합되는 제 1 세트의 자속 전도 부분; 제 2 측면과 계합되는 제 2 세트의 자속 전도 부분; 및 제 1 세트의 자속 전도 부분과 제 2 세트의 자속 전도 부분에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 코일을 포함하고, 전기 기계는 횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계 중 적어도 하나이다.

안착형 전기 기계는 공통 회전축을 갖는 제 2 전기 기계 및 제 1 전기 기계를 포함하고, 제 2 전기 기계는 제 1 전기 기계의 내측 반경 내에 전체적으로 배열되고, 제 1 전기 기계는 횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계 중 적어도 하나이며, 제 2 전기 기계는 횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계 중 적어도 하나이다. 제 1 전기 기계와 제 2 전기 기계는 상이 상이할 수 있다.

전기 기계는 로터; 및 로터에 결합된 복수의 부분 스테이터를 포함하고, 복수의 부분 스테이터의 각각의 부분 스테이터는 상이한 입력/출력 상에 대응되며, 전기 기계는 횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계 중 적어도 하나이다.

전기 기계는 제 1 반경을 갖는 제 1 로터를 포함하고, 제 1 반경보다 작은 제 2 반경을 갖는 제 2 로터를 포함하며, 제 1 로터와 제 2 로터는 공통 회전면을 가지며, 상기 기계는 제 1 코일 부분, 제 2 코일 부분, 제 1 코일 단부 및 제 2 코일 단부를 포함한 전도성 코일을 포함하고, 제 1 코일 부분과 제 2 코일 부분은 루프를 형성하기 위한 제 1 코일 단부와 제 2 코일 단부에 의해 연결되고, 제 1 코일 부분은 제 1 세트의 자속 전도체에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이고, 제 2 코일 부분은 제 2 세트의 자속 전도체에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이며, 제 1 세트의 자속 전도체는 단지 제 1 로터와 계합되고, 제 2 세트의 자속 전도체는 단지 제 2 로터와 계합된다.

Claims (24)

1. 제 1 코일 부분, 제 2 코일 부분, 제 1 코일 단부 및 제 2 코일 단부를 포함하는 제1 전도성 코일을 포함하되,
   상기 제 1 코일 부분과 제 2 코일 부분은 루프를 형성하기 위해 상기 제 1 코일 단부와 제 2 코일 단부에 의해 연결되고,
   상기 제 1 코일 부분은 제 1 세트의 자속 전도체에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이며,
   상기 제 2 코일 부분은 제 2 세트의 자속 전도체에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이고,
   상기 제 1 코일 부분과 제 2 코일 부분은 전기 기계의 회전축에 대해 적어도 부분적으로 겹쳐진 각 부분을 횡단하는,
   횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계 중 적어도 하나인 전기 기계.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 전도성 코일과 각각 유사한 복수의 전도성 코일을 더 포함하는 전기 기계.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 복수의 전도성 코일의 각각의 전도성 코일은 상이한 상에 대응되는 전기 기계.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 전도성 코일은 원의 원주부의 단지 일부만을 따라 연장되는 전기 기계.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 코일 부분은 제 1 반원 호를 형성하고, 상기 제 2 코일 부분은 제 2 반원 호를 형성하는 전기 기계.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 제 1 반원 호와 제 2 반원 호는 전기 기계의 회전축으로부터 공통 반경을 갖는 전기 기계.
7. 제 5항에 있어서,
   상기 제 1 반원 호와 제 2 반원 호는 동심을 이루고 공면에 배열되는 전기 기계.
8. 제 1항에 있어서,
   코일은 상기 제 1 코일 부분에서의 전류가 회전 방향으로 흐르며 동시에 상기 제 2 코일 부분에서의 전류가 회전 방향과 상반된 방향으로 흐르도록 회전축 주위에서 배향되는 전기 기계.
9. 제 1항에 있어서,
   제 1 부분 스테이터를 형성하기 위해 제 1 세트의 자속 전도체들 사이에 교대로 배열된 제 1 복수의 자석을 더 포함하는 전기 기계.
10. 제 9항에 있어서,
    제 2 부분 스테이터를 형성하기 위해 제 2 세트의 자속 전도체들 사이에 교대로 배열된 제 2 복수의 자석을 더 포함하는 전기 기계.
11. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 코일 부분과 제 2 코일 부분은 동일 상인 전기 기계.
12. 제 1항에 있어서,
    제 1 세트의 자속 전도체 또는 제 2 세트의 자석 전도체 중 적어도 하나와 계합되도록 구성된 다경로 로터를 추가로 포함하는 전기 기계.
13. 제 1항에 있어서,
    내측 스테이터를 추가로 포함하는 전기 기계.
14. 제 1항에 있어서,
    내측 로터를 추가로 포함하는 전기 기계.
15. 제 14항에 있어서,
    상기 제 1 코일 단부와 제 2 코일 단부는 루프를 형성하기 위해 상기 내측 로터의 제 1 측면으로부터 내측 로터의 마주보는 측면으로 연장되는 전기 기계.
16. 회전축 주위에 원을 형성하는 회전축에 대한 내측 측면과 상기 회전축에 대해 외측 측면을 갖는 로터;
    제 1 코일 부분, 제 2 코일 부분, 제 1 코일 단부, 및 제 2 코일 단부를 포함하는 전도성 코일;
    상기 제 1 코일 부분을 적어도 부분적으로 둘러싸는 제 1 세트의 자속 전도체; 및
    상기 제 2 코일 부분을 적어도 부분적으로 둘러싸는 제 2 세트의 자속 전도체;를 포함하되,
    상기 제 1 코일 부분과 제 2 코일 부분은 루프를 형성하기 위해 상기 제 1 코일 단부와 제 2 코일 단부에 의해 연결되고, 상기 전도성 코일은 원의 원주부의 단지 일부분을 따라 연장되며,
    상기 제 1 세트와 제 2 세트는 공동 계합 형상 또는 면 계합 형상들 중 한 형상으로 로터의 내측 측면과 계합되는,
    횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계들 중 적어도 하나인 전기 기계.
17. 제 16항에 있어서,
    복수의 전도성 코일을 더 포함하는 전기 기계.
18. 제 16항에 있어서,
    상기 복수의 전도성 코일 중 적어도 2개는 상이 상이한 전기 기계.
19. 제 16항에 있어서,
    상기 제 1 코일 부분은 제 1 반원 호를 형성하고, 상기 제 2 코일 부분은 제 2 반원 호를 형성하며, 상기 제 1 반원 호와 제 2 반원 호는 전기 기계의 회전 축으로부터의 공통 반경을 갖는 전기 기계.
20. 스테이터;
    제 1 코일 부분, 제 2 코일 부분, 제 1 코일 단부, 및 제 2 코일 단부를 포함하고, 상기 제 1 코일 부분과 제 2 코일 부분은 루프를 형성하기 위해 상기 제 1 코일 단부와 제 2 코일 단부에 의해 연결되며, 상기 스테이터에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 코일;
    공통 회전축과 공통 회전면을 갖는 제 1 로터 및 제 2 로터;를 포함하되,
    상기 스테이터는 공통 회전축으로부터의 제 1 반경에서 상기 제 1 로터와 계합되고, 상기 스테이터는 공통 회전축으로부터의 제 2 반경에서 상기 제 2 로터와 계합되며, 상기 제 1 반경과 제 2 반경은 상이한,
    횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계들 중 적어도 하나인 전기 기계.
21. 제 20항에 있어서,
    복수의 스테이터를 더 포함하는 전기 기계.
22. 제 21항에 있어서,
    상기 복수의 스테이터들 중 적어도 2개의 스테이터는 상이 상이한 전기 기계.
23. 제 20항에 있어서,
    상기 제 1 코일 부분은 제 1 반원 호를 형성하고, 제 2 코일 부분은 제 2 반원 호를 형성하며, 상기 제 1 반원 호와 제 2 반원 호는 동심을 이루고 공면에 배열되는 전기 기계.
24. 제 23항에 있어서,
    상기 스테이터는 상기 제 1 코일 부분을 적어도 부분적으로 둘러싸는 제 1 세트의 자속 전도체 및 제 2 코일 부분을 적어도 부분적으로 둘러싸는 제 2 세트의 자속 전도체를 추가로 포함하며, 상기 제 1 세트 및 제 2 세트의 자속 전체는 코일을 따라 교대로 배열되는 전기 기계.
    

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