KR20110093803A - 횡 자속 기계 또는/및 정류식 자속 기계 및 전기 기계용 로터를 형성하는 방법 - Google Patents

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KR20110093803A
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KR1020117011205A
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다비드 지. 칼리
토마스 에프. 자네섹
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모터 엑셀런스, 엘엘씨
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Abstract

횡 및/또는 정류식 자속 기계 및 이의 부품들과, 이를 제조 및 이용하는 방법이 개시된다. 횡 및 정류식 자속 기계 내에서 사용하기 위한 특정의 로터는 상반된 극들을 갖는 자속 집중 스테이터 부분들 사이에 "다대다" 자속 스위치 형상을 조성하도록 형성될 수 있다. 그 외의 다른 로터는 제 1 재료로부터 형성될 수 있으며, 제 2 재료로부터 형성된 자속 스위치를 포함한다. 그 외의 다른 로터는 기계가공되고, 압축되며, 스탬핑되고, 접어지며, 및/또는 이와는 다르게 기계적으로 형성될 수 있다. 이러한 로터를 사용함으로써 횡 및/또는 정류식 자속 기계는 성능, 효율이 향상될 수 있고, 및/또는 다양한 응용예에 대해 크기가 형성되거나 또는 이와는 다르게 구성될 수 있다.

Description

횡 자속 기계 또는/및 정류식 자속 기계 및 전기 기계용 로터를 형성하는 방법{TRANSVERSE FLUX ELECTRICAL MACHINE OR/AND COMMUTATED FLUX ELECTRICAL MACHINE AND A METHOD OF FORMING A ROTOR FOR AN ELECTRICAL MACHINE}
본 발명은 전기식 시스템에 관한 것으로, 특히 횡 자속 기계 및 정류식 자속 기계에 관한 것이다.
통상적으로, 모터 및 앨터네이터(alternator)는 고효율, 고전력 밀도 및 저비용으로 설계된다. 모터 또는 앨터네이터에서 고전력 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 앨터네이터는 비교적 낮은 회전 속도에서 비교적 높은 전기적 주파수를 제공하기 위해 다수의 극을 가져야 한다. 그러나, 예를 들어 공간적 제약으로 인해 종종 특정의 모터 또는 앨터네이터가 가질 수 있는 극의 개수에 대한 실질적 한계치가 있다. 실질적 한계치에 도달된다면, 요구된 수준의 전력 수준을 구현하기 위해 모터 또는 앨터네이터는 비교적 커야 하며, 이에 따라 대응하는 비교적 낮은 전력 밀도를 가져야 한다.
게다가, 통상적으로 앨터네이터 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 앨터네이터 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 정류식 자속 기계를 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 테이프 권선형 다경로 로터를 도시하는 도면.
도 5b는 예시적인 실시예에 따르는 예시적인 테이프 권선형 다경로 로터 및 예시적인 부분 스테이터를 도시하는 도면.
도 5c는 예시적인 실시예에 따르는 예시적인 테이프 권선형 다경로 로터 및 복수의 예시적인 간격 스테이터를 도시하는 도면.
도 5d는 예시적인 실시예에 따르는 복수의 예시적인 간격 스테이터와 "다대다" 자속 스위치 형상을 제공하는 예시적인 다경로 로터를 도시하는 도면.
도 5e는 예시적인 실시예에 따르는 예시적인 부분 스테이터와 "다대다" 자속 스위치 형상을 제공하는 예시적인 다경로 로터를 도시하는 도면.
도 6a는 예시적인 실시예에 따르는 예시적인 성형 로터를 도시하는 도면.
도 6b는 예시적인 실시예에 따르는 복수의 자속 스위치와 로터 프레임을 포함한 예시적인 성형 로터를 도시하는 확대도.
도 6c는 예시적인 실시예에 따르는 로터 프레임에서 공동 내의 자속 스위치들의 결합을 도시하는 도면.
도 7a는 예시적인 실시예에 따르는 예시적인 접이식 로터를 도시하는 도면.
도 7b는 예시적인 실시예에 따르는 예시적인 부분 스테이터에 결합된 예시적인 접이식 로터를 도시하는 도면.
도 7c는 예시적인 실시예에 따르는 예시적인 부분 스테이터에 결합된 접이식 로터의 예시적인 자속 스위치 부분을 도시하는 도면.
도 7d는 예시적인 실시예에 따르는 예시적인 접이식 로터 프레임과 예시적인 자속 스위치 재료의 전개도.
도 7e는 예시적인 실시예에 따르는 접이식 로터 프레임에 결합된 자속 스위치 재료를 도시하는 도면.
도 7f는 예시적인 실시예에 따르는 접이식 로터 프레임에 결합된 자속 스위치 재료를 도시하는 확대도.
본 발명은 횡 또는/및 정류식 자속 기계에 관한 것이다. 예시적인 실시예에서, 전기식 기계는 로터의 제 1 측면 상에 제 1 세트의 엘보우와 로터의 제 2 측면 상에 제 2 세트의 엘보우를 포함한 다경로 로터를 포함한다. 제 1 세트의 엘보우는 제 1 극을 갖는 하나 이상의 제 1 세트의 자속 집중 스테이터 부분과 정렬되도록 로터 상에 배열된다. 제 2 세트의 엘보우는 제 1 극과 상이한 제 2 극을 갖는 하나 이상의 제 2 세트의 자속 집중 스테이터 부분과 정렬되도록 로터 상에 배열된다. 전기식 기계는 횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계 중 하나 이상이다.
또 다른 예시적인 실시예에서, 전기식 기계는 자속 스위치와 성형 로터 프레임을 포함한 로터를 포함한다. 성형 로터 프레임은 2μ를 미만의 투자율을 갖는 제 1 재료를 포함한다. 자속 스위치는 1.0 테슬라를 초과하는 포화 유도를 갖는 제 2 재료를 포함한다. 자속 스위치는 성형 로터 프레임에 결합된다. 자속 스위치의 제 1 표면은 전기식 기계의 제 1 극과 정렬된다. 자속 스위치의 제 2 표면은 자속을 전도하기 위해 전기 기계의 제 2 극과 정렬된다. 전기식 기계는 횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계 중 하나 이상이다.
또 다른 예시적인 실시예에서, 전기식 기계용 로터를 형성하기 위한 방법은 내부에 복수의 트렌치를 갖는 로터 프레임을 형성하는 단계와, 재료의 연속적인 섹션(contiguous section)이 하나 이상의 만곡부(bend)를 갖도록 복수의 트렌치들 중 2개 이상 내에 재료의 연속적인 섹션을 배치시키는 단계와, 자속 스위치를 형성하기 위해 재료의 적어도 일부분을 제거하는 단계를 포함한다. 전기식 기계는 횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계 중 하나 이상이다.
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.
뿐만 아니라, 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(횡 자속 기계, 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 화합물, 비정질 금속, 나노결정질 화합물 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.
뿐만 아니라, 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 예시적인 실시예에서, 정류식 자속 기계는 다경로 형상을 갖는 로터를 포함할 수 있다. 통상적으로, 정류식 자속 기계용 다경로 로터는 복수의 제 2 자속 집중 스테이터 부분과 복수의 제 1 자속 집중 스테이터 부분들 사이에 복수의 자속 경로를 제공하도록 구성된 임의의 구조물, 조립체, 및/또는 기구 또는 장치를 포함할 수 있다. 달리 말하면, 다경로 로터는 정류식 자속 기계용 "다대다(many to many)" 자속 스위치 형상(flux switch configuration)을 제공할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 이제 도 5A를 참고하면, 다경로 로터(multipath rotor, 550)는 다경로 로터(550)의 제 1 측면 상에 제 1 세트의 "엘보우"(elbow, 522)를 갖는 통상적으로 링-형 구조물을 포함한다. 다경로 로터(550)는 다경로 로터(550)의 제 2 측면상에 제 2 세트의 엘보우(554)를 추가로 포함한다. 정류식 자속 기계 내에서, 다경로 로터(550)의 적어도 일부분은 로터용 자속 스위치로서 기능을 하도록 구성된다. 예를 들어, 제 1 세트의 엘보우(552)의 하나 이상의 엘보우, 또는 이의 부분들은 자속 스위치(flux switch)로서 각각 기능을 할 수 있다. 유사하게, 제 2 세트의 엘보우(554)의 하나 이상의 엘보우, 또는 이의 부분들은 자속 스위치로서 각각 기능을 할 수 있다. 이에 따라, 자속(flux)은 하나 이상의 제 2 세트의 엘보우(554)와 하나 이상의 제 1 세트의 엘보우(552) 사이의 스테이터 내에서 공기 간격을 가로질러 전도될 수 있다.
또 다른 예시적인 실시예에서, 다경로 로터(550)는 링의 제 1 측면에 내접하는 제 1 세트의 트렌치(trench, 562)를 갖는 통상적으로 링-형 구조물을 포함한다. 제 1 세트의 트렌치들 사이의 나머지 링의 부분들은 제 1 세트의 자속 스위치를 포함한다. 다경로 로터(550)는 링의 제 2 측면에 내접하는 제 2 세트의 트렌치(564)를 추가로 포함한다. 제 2 세트의 트렌치들 사이의 나머지 링의 부분들은 제 2 세트의 자속 스위치를 포함한다. 일 예시적인 실시예에 따라서, 반경방향 간격 형상을 갖는 다경로 로터(550)에 대해, 또한 제 1 측면은 링의 외측이 되는 것으로 고려될 수 있으며, 제 2 측면도 또한 링의 내측이 되는 것으로 고려될 수 있다.
다양한 예시적인 실시예에 따라서 트렌치(562 및/또는 564)는 다양한 형태를 포함할 수 있다. 예를 들어, 트렌치는 원통형 형태, 타원형 형태, 삼각형 형태, 사각형 형태, 사다리꼴 형태, 및/또는 임의의 적합한 형태(들)를 포함할 수 있다.
또한, 다양한 예시적인 실시예에 따라서 엘보우는 재료의 통상적으로 링-형 블록으로부터 부분적인 원통형 부분을 반복적으로 제거함으로써 형성될 수 있다. 이 방법에서, 엘보우는 엘보우가 2개의 아치형 측면을 포함하고 엘보우가 외측을 향하여 테이퍼구성될 수 있도록 형성될 수 있다.
또 다른 실례에서, 엘보우는 재료의 통상적으로 링-형 블록으로부터 통상적으로 V-형 부분들을 반복적으로 제거함으로써 형성될 수 있다. 이 방법에서, 엘보우는 엘보우가 2개의 통상적으로 평평한 측면을 포함하도록 형성될 수 있다. 게다가, 통상적으로 V-형 절단부의 깊이, 각도, 및/또는 그 외의 다른 파라미터가 가변될 수 있다. 이 방식으로, 엘보우의 두께는 가변될 수 있다.
또 다른 실례에서, 다경로 로터(550)는 분말 금속 또는 그 외의 적합한 재료로부터 선호되는 형태를 성형함으로써 형성될 수 있다. 또한, 다경로 로터(550)는 평면형 재료(planar material), 예를 들어 테이프-형 스틸(tape-like steel)의 층을 다양한 엘보우 및/또는 트렌치 형태를 갖는 형상으로 절단함으로써 형성될 수 있다. 그 뒤, 테이프-형 재료는 맨드릴, 예를 들어 테이프-형 재료의 정렬을 제어하기 위한 안내 특징부(guidance feature)를 포함하도록 구성된 맨드릴 주위에 감겨질 수 있다. 이 방법에서, 위치, 크기, 및/또는 그 외의 다른 허용오차가 다경로 로터(550)를 형성하는 동안 제어될 수 있다.
게다가, 각각의 트렌치 및/또는 V-형으로 제거된 부분 사이에서, 다경로 로터(550)의 부분은 이의 원래의 형태로 유지될 수 있다. 따라서, 다양한 예시적인 실시예에서, 엘보우(552 및/또는 554)는 절단되지 않은 부분으로 나타내질 수 있다. 인접한 엘보우들 간의 중심에서 중심의 거리는 임의의 적합한 거리일 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에서, 중심에서 중심의 거리는 정류식 자속 기계 내의 극 간격(pole pitch)의 함수일 수 있다. 엘보우들 간의 중심 간격은, 예를 들어 특정의 엘보우들 간의 중심 간격이 특정의 스테이터 내에서 자속 집중 스테이터 부분들 간의 중심 간격과 정렬되도록 유사하게 가변될 수 있다.
추가로, 임의의 하나의 엘보우에 대한 변부에 대한 변부의 간격은 임의의 적합한 거리일 수 있다. 특정의 예시적인 실시예에서, 임의의 하나의 엘보우에 대한 변부에 대한 변부의 거리는 스위치 두께인 것으로 고려될 수 있다.
다경로 로터(550)의 스위치 영역은 특정의 스테이터와 다경로 로터(550)의 이용이 용이해지도록 선택될 수 있다. 도 1B를 참고하면, 공동 계합형 형상에서, "스위치 영역(switch area)"은 스위치 두께(예를 들어, ST)와 계합 두께(예를 들어, ED)의 곱(product)으로 언급된다. 공동 계합형 형상에서, 계합 두께(ED)는 공동(예를 들어, 스테이트(110B)에 의해 적어도 부분적으로 형성된 공동) 내부로 연장되는 스위치를 따르는 길이인 것으로 고려될 수 있다.
도 3c를 참고하면, 면 계합형 형상에서, "스위치 영역"은 스위치 두께(예를 들어, ST)와 계합 깊이(예를 들어, ED)의 곱으로 언급된다. 면 계합형 형상에서, 계합 두께(ED)는 로터 및/또는 스테이터(예를 들어, 로터(350))의 대응 부분에 근접하게 접근하는 스위치를 따르는 길이(예를 들어, 스테이터(310)의 일부분을 따르는 길이)인 것으로 고려될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 하나 이상의 엘보우가 각각의 엘보우의 표면에(예를 들어 각각의 엘보우의 단부에) 요구된 스위치 영역을 형성하기 위해 다경로 로터(550) 상에 형성될 수 있다.
통상적으로, 다경로 로터(550)의 하나 이상의 엘보우 및/또는 그 외의 다른 부분은 필요 시 엘보우의 표면에 요구된 스위치 영역을 갖는 자속 스위치를 형성하기 위한 임의의 적합한 공정, 기술, 또는 방법론에 의해 형성될 수 있다. 추가로, 당업자에게 자명하듯이, 유사한 공정, 기술, 및/또는 방법론이 그 외의 다른 전기적 부품들, 예를 들어 단경로 로터, 스테이터, 자속 스위치, 및/또는 정류식 자속 기계의 그 외의 다른 자속 전도 부분을 형성하기 위해 적용될 수 있다.
게다가, 다경로 로터(550)는 복수의 제 1 자속 집중 스테이터 부분과 복수의 제 2 자속 집중 스테이터 부분들 사이에 복수의 자속 경로를 제공하도록 구성된 임의의 구조물, 기하학적 형상, 플랜지, 간격, 트렌치, 돌출부, 압출부, 신장부 및/또는 엘보우를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다경로 로터(550)는 톱니 패턴, 지그-재그 패턴, 인터로킹 다이아몬드 패턴(interlocking diamond pattern), 사각파 패턴(square wave pattern), 및/또는 이와 유사한 패턴, 또는 이의 조합을 포함하도록 구성될 수 있다.
다양한 예시적인 실시예에서, 다경로 로터(550)의 적어도 일부분은 엘보우들 간의 가변식 중심 거리를 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 다경로 로터(550)의 제 1 부분은 인접한 엘보우들 간의 제 1 중심 거리(D1)를 포함하도록 구성될 수 있다. 추가로, 다경로 로터(550)의 제 2 부분은 인접한 엘보우들 간의 제 2 중심 거리(D2)를 포함하도록 구성될 수 있다. D1과 D2는 동일할 수 있거나 또는 상이할 수 있다. 예를 들어, D2는 거리(D1)의 2배일 수 있다. 또한, D2는 거리(D1)의 3배일 수 있다. 게다가, D1과 D2는 임의의 적합한 거리일 수 있으며, 임의의 적합한 상관관계를 가질 수 있다.
가변식 중심 거리들이 선호될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, 다경로 로터(550)가 정류식 자속 기계 내에서 부분 스테이터 및/또는 간격형 스테이터(gapped stator)에 결합될 때, 다경로 로터(550)로 인해 다경로 로터(550)의 제 1 부분이 스테이터와 계합될 때 정류식 자속 기계가 제 1 토크를 생성하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 다경로 로터(550)로 인해 다경로 로터(550)의 제 2 부분이 스테이터와 계합될 때 정류식 자속 기계가 제 2 토크를 생성하도록 구성될 수 있다. 제 2 토크는, 예를 들어 다경로 로터(550) 상에서의 엘보우들 간의 거리가 증가됨에 따라 다경로 로터(550)에 의해 계합된 자속 집중 스테이터 부분들의 개수가 감소되기 때문에, 제 1 토크와 상이할 수 있다.
다양한 예시적인 실시예에서, 정류식 자속 기계가 발전기와 같이 작동될 때, 다경로 로터(550)는, 기계적 입력이 비교적 클 때(예를 들어, 4-행정 엔진의 폭발 행정 동안), 스테이터와 다경로 로터(550)의 "비교적 높은 토크" 부분(즉, 인접한 엘보우들 간의 비교적 짧은 중심 거리를 갖는 다경로 로터(550)의 부분)을 정렬시키도록 구성될 수 있다. 유사하게, 다경로 로터(550)는, 기계적 입력이 비교적 작을 때(예를 들어, 4-행정 엔진의 배기, 흡입, 및/또는 압축 행정 동안), 스테이터와 다경로 로터(550)의 "비교적 작은 토크" 부분(즉, 인접한 엘보우들 간의 비교적 긴 중심 거리를 갖는 다경로 로터(550)의 부분)을 정렬시키도록 구성될 수 있다. 이 방식으로, 정류식 자속 기계는 가변하는 기계적 입력, 예를 들어 4-행정 피스톤 엔진에 의해 생성된 기계적 출력을 전기 에너지로 보다 효율적으로 변환시키도록 구성될 수 있다.
다양한 예시적인 실시예에 따라서, 다경로 로터(550)는 복수의 제 1 자속 집중 스테이터 부분과 복수의 제 2 자속 집중 스테이터 부분들 간에 복수의 자속 경로를 제공하기 위해 임의의 적합한 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 다경로 로터(550)는 전술한 바와 같이 모노리식(monolithic) 재료(예를 들어, 실리콘 스틸)의 링-형 부분으로부터 재료를 제거함으로써 형성될 수 있다. 게다가, 다경로 로터(550)는 주조, 압축, 소결, 다이-컷, 기계가공, 스탬핑, 접합, 박층, 폴리싱, 다듬질(smoothing), 플레이팅, 코팅, 및/또는 임의의 적합한 방법에 의한 이와는 다른 성형 및/또는 형성될 수 있다. 예를 들어, 다경로 로터(550)는 통상적으로 링-형 구조물의 마주보는 측면들을 따라 제 2 세트의 엘보우와 제 1 세트의 엘보우를 형성하도록 구성된 방법에 의해 형성될 수 있다.
일 예시적인 실시예에서, 도 5c를 참고하면, 다경로 로터(550)는 재료의 다수의 층의 라미네이팅(laminating) 및/또는 이와는 다른 접합(bonding)에 의해 형성된다. 예를 들어, 반경방향 간격 정류식 자속 기계 내에서 사용하도록 의도된 특정의 다경로 로터(550)는 박층식 평면 재료의 다수의 층으로부터 형성될 수 있다. 그 뒤, 다경로 로터(550)는 예를 들어, 워터 제트 커팅(water jet cutting), 레이저 커팅(laser cutting) 및/또는 임의의 그 외의 다른 적합한 기술 또는 공정에 의해 다층 재료로부터 절단되거나 또는 이와 다르게 형성될 수 있다. 대안으로, 평면형 재료의 개개의 층이 우선적으로 절단되고, 그 뒤 다경로 로터(550)를 형성하기 위해 적층, 박층, 압축 및/또는 이와는 다르게 접합 또는 정렬될 수 있다. 결과적인 다경로 로터(550)는 유사한 다경로 로터(550)의 "스택(stack)"으로 구성되는 것으로 여겨질 수 있으며, 각각의 적층된 다경로 로터(550)는 상대적으로 얇은 평면형 재료이다.
반경방향 간격 정류식 자속 기계에서 사용하기 위해, 로터 스택의 각각의 층의 평면은 로터의 회전면에 대해 실질적으로 평행하다. 따라서, 반경방향 간격 스테이터, 예를 들어 코일(520)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 스테이터(510)와 공동 계합 시, 로터 스택의 각각의 층의 평면은 결과적인 공기 간격을 가로지른다. 달리 언급하면, 다경로 로터(550) 내의 자속은 로터 스택 내의 층들에 걸쳐있기보다는 로터 스택의 층 내에 실질적으로 위치된다. 로터 스택 내에서의 평면형 재료의 층들이 실질적으로 층 내에서 자속을 전도하는 경향이 있기 때문에, 자속은 보다 효과적으로 전도된다. 층을 가로질러 전기적 저항이 보다 크기 때문에, 이에 따라 자속 누설, 에디 전류 및 그 외의 다른 바람직하지 못한 효과가 감소될 수 있다.
또 다른 예시적인 실시예에 따라서, 도 5A를 참고하면, 축방향 간격 정류식 자속 기계 내에서 사용하기 위한 특정의 다경로 로터(550)는 권선형 평면형 재료(wound planar material)로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 평면형 재료가 맨드릴 주위에 감겨질 수 있다. 그 뒤, 다경로 로터(550)는 예를 들어 워터 제트 커팅, 레이저 커팅, 및/또는 임의의 그 외의 다른 적합한 기술 또는 공정에 의해 감겨진 평면형 재료로부터 절단되거나 또는 이와 달리 형성될 수 있다. 이에 따라 형성된 다경로 로터(550)가 축방향 간격 스테이터와 공동 계합될 때, 로터의 각각의 감겨진 층의 평면은 결과적인 공기 간격을 가로지른다. 이 전에, 권선형 평면형 재료의 층들이 실질적으로 층 내에서 자속을 전도하는 경향이 있고 층을 가로질러 전기적 저항이 비교적 크기 때문에, 자속 누설, 에디 전류 및 그 외의 다른 바람직하지 못한 효과가 감소될 수 있다.
다양한 예시적인 실시예에서, 다경로 로터(550)는 적층되거나, 감겨지거나 또는 이와는 달리 결합된 재료의 다수의 유형으로 형성된다. 예를 들어, 특정의 다경로 로터(550)는 평면형 재료의 교대 배열 층으로 형성될 수 있다. 이 층들은 상이한 특성들을 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 다경로 로터(550)는 비정질 금속(예를 들어, 메트그라스(Metglas® 2605SA1))과 나노결정질 화합물(nanocrystalline composite)의 교대 배열 층으로 형성된다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 다경로 로터(550)는 실리콘 스틸과 나노결정질 화합물의 교대배열 층으로 형성된다. 그 외의 다른 다양한 예시적인 실시예에서, 다경로 로터(550)는 맨드릴 주위에 함께 감겨진 나노결정질 화합물의 층과 비정질 금속의 층으로 형성된다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 다경로 로터(550)는 3가지 이상의 재료의 교대배열 층으로 형성된다. 게다가, 다경로 로터(550)는 예를 들어 제 1 재료의 2개의 층, 그 뒤 제 2 재료의 하나의 층, 그 뒤 다시 제 1 재료의 2개의 층, 그 뒤 제 2 재료의 하나의 층, 및 등등과 같이 임의의 적합한 공정에 의해 결합된 층 및/또는 재료의 임의의 적합한 조합으로부터 형성될 수 있다.
이러한 방식으로 다수의 재료 층을 이용함으로써, 다경로 로터(550)는 개선된 기계적, 자기적, 및/또는 그 외의 특성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 다경로 로터(550)는 선호되는 자기적, 열적, 전기적, 또는 그 외의 다른 특성을 가지는 동시에 향상된 기계가공특성(machineability)을 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 다층 재료로 형성된 다경로 로터(550)는 1.0 테슬라를 초과하는 벌크 포화 유도(bulk saturation induction)를 갖도록 구성된다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 다경로 로터(550)는 1,000 μ를 초과하는 벌크 투자율(bulk permeability)을 갖도록 구성된다.
게다가, 다경로 로터(550)에 추가하여, 스테이터, 자속 스위치, 코일, 자속 집중기, 성형 로터 및/또는 이와 유사한 것을 포함하는 그 외의 다른 전기적 부품들이 후술되는 바와 같이 재료의 층, 성형된 재료 및/또는 다수의 재료로부터 적어도 부분적으로 형성되거나, 이를 함유하거나 및/또는 포함할 수 있다. 이러한 모든 부품들과 방법론들이 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려된다.
다양한 예시적인 실시예에서, 다경로 로터(550)는 반경방향 정류식 자속 기계와 함께 이용될 수 있다. 게다가, 그 외의 다른 다양한 예시적인 실시예에서, 다경로 로터(550)는 예를 들어 부분 스테이터와 함께 구성된 정류식 자속 기계(예를 들어, 도 5B에 도시됨)와 같이 축방향 간격 정류식 자속 기계와 함께 이용될 수 있다. 통상적으로, 다경로 로터(550)는 요구 시 임의의 적합한 정류식 자속 기계 및/또는 횡 자속 기계 내에서 이용될 수 있다.
게다가, 다양한 예시적인 실시예에서, 스테이터 내에서 다경로 로터(550)의 계합 깊이는 가변될 수 있다. 다경로 로터(550)와 스테이터 사이의 공기 간격도 또한 예를 들어 다경로 로터(550)를 가이드 휠, 범퍼, 및/또는 이와 유사한 것에 의해 스테이터에 결합시킴으로써 제어되고 및/또는 조절될 수 있다. 적어도 부분적으로 스테이터에 의해 형성된 공동 내에서 다경로 로터(550)의 계합 깊이를 가변시킴으로써, 정류식 자속 기계의 다양한 특성이 바람직하게 제어되고, 가변되며 및/또는 이와는 다르게 변경될 수 있다.
예를 들어, 계합 깊이를 감소시킴으로써 전압 상수가 감소될 수 있다. 유사하게, 계합 깊이를 감소시킴으로써 토크 상수가 감소될 수 있다. 게다가, 계합 깊이를 감소시킴으로써 정류식 자속 기계의 효율이 증가될 수 있다. 또한, 계합 깊이가 감소됨에 따라 동일한 구동 전자기기의 보다 높은 RPM 작동이 허용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 특정의 효율 수준에서의 작동과 같이 요구된 성능 특성이 적합한 방식으로 계합 깊이를 가변시킴으로서 얻어질 수 있다.
추가로, 정류식 자속 기계가 발전기와 같이 작동될 때, 계합 깊이를 가변시킴으로써 가변 부하에 대해 적합한 응답(response)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 특정의 부하에서, 제 1 계합 깊이는 선호되는 출력을 제공하기에 충분할 수 있다. 비교적 높은 부하에서, 제 2 계합 깊이는 선호되는 출력을 생성하기에 충분할 수 있다. 따라서, 계합 깊이는 발전기에서 부하 상태를 가변시키는 것에 응답하여 가변될 수 있다.
이제, 도 5B를 참고하면, 다양한 예시적인 실시예에서, 다경로 로터(550)가 부분 스테이터에 작동가능하게 결합될 수 있다. 도 5D를 추가로 참고하면, 다경로 로터(550)는 제 1 세트의 엘보우(552)의 특정의 엘보우(A1)가 제 1 극을 갖는 제 1 자속 집중 스테이터 부분과 정렬되도록 구성될 수 있다. 제 1 세트의 엘보우(552)의 인접한 엘보우(A2)는 제 1 극과 동일한 극을 갖는 제 2 자속 집중 스테이터 부분과 정렬된다. 동시에, 제 2 세트의 엘보우(554)의 특정의 엘보우(B1)는 제 1 극과 상반된 극을 갖는 제 3 자속 집중 스테이터 부분과 정렬된다. 유사하게, 제 2 세트의 엘보우(554)의 인접한 엘보우(B2)는 제 1 극과 상반된 극, 등등을 갖는 제 4 자속 집중 스테이터 부분과 정렬된다.
이러한 방식으로, 자속은 화살표로 도시된 바와 같이 A1 또는 A2로부터 B1 또는 B2로(또는 역으로) 다경로 로터(550)를 통해 전도될 수 있다. 게다가, 제 1 세트의 엘보우(552)와 연계된 각각의 자속 스위치가 제 1 세트의 엘보우(552)의 그 외의 다른 모든 자속 스위치와 제 2 세트의 엘보우(554)와 연계된 모든 자속 스위치에 자기적으로 결합되기 때문에, 자속은 제 1 극의 자속 집중 스테이터 부분과 계합된 임의의 자속 스위치로부터 제 1 극과 상반된 극을 갖는 자속 집중 스테이터 부분과 계합된 임의의 자속 스위치로 다경로 로터(550)를 통해 전도될 수 있다. 추가로, 도 5E를 참고하면, 임의의 특정의 자속 스위치(예를 들어, 스위치(B1)로부터의 자속은 다수의 그 외의 다른 자속 스위치(예를 들어, 스위치(A1, A2, A3))에 전도될 수 있다.
따라서, 통상적으로 예시적인 실시예에서, 다경로 로터(550)는 "다대다" 배열로 정류식 자속 기계 내에서 전도될 수 있다. 달리 언급하면, 자속은 임의의 복수의 자속 "원(source)"(즉, 제 1 극을 갖는 자속 집중 스테이터 부분)으로부터 임의의 복수의 자속 "싱크(sink)"(즉, 제 1 극과 상반된 극을 갖는 자속 집중 스테이터 부분)로 유동할 수 있다. 즉, 자속은 임의의 제 1 세트의 엘보우(552)에서 다경로 로터(550)에 유입될 수 있으며, 임의의 제 2 세트의 엘보우(554)에서 로터로부터 벗어날 수 있거나, 또는 역으로도 가능하다.
추가로, "일대일(one to one)" 자속 스위칭 형상에서, 부분 스테이터의 변부에 또는 이 변부 근처에 위치된 자속 집중 스테이터 부분이 종종 사용되지 않을 수 있다. 이는 자속 집중 스테이터 부분과 연계된 자속 스위치가 부분 스테이터의 단부를 지나서 연장되고, 이에 따라 종종 상반된 극을 갖는 대응하는 자속 집중 스테이터 부분과 계합되지 않기 때문이다. "다대다" 자속 스위칭 형상을 제공하는 다경로 로터(550)를 사용함으로써, 부분 스테이터의 변부에 또는 이 변부 근처에 위치된 자속 집중 스테이터 부분은 다경로 로터(550) 상의 자속 스위치들이 이격되고 및/또는 게다가 적합한 방식으로 정렬될 때 상반된 극의 자속 집중 스테이터 부분에 대한 자속 경로가 제공된다. 따라서, 부분 스테이터 내에서 각각의 자속 집중 스테이터 부분 내에서 허용가능한 자속이 보다 완전하게 이용될 수 있으며 및/또는 효과적으로 스위칭될 수 있어서 향상된 토크 밀도, 향상된 출력 전력, 및 등등이 야기될 수 있다. 게다가, 부분 스테이터와 함께 적합하게 이용될 수 있는 것에 추가하여, 다양한 예시적인 실시예에서, 바람직하게 다경로 로터(550)는 간격 스테이터(gapped stator), 완전한 원형 스테이터, 및/또는 정류식 자속 기계용 임의의 그 외의 다른 스테이터 및/또는 이들의 조합과 함께 이용될 수 있다.
일반적으로, 다경로 로터(550)는 요구 시 예를 들어 정류식 자속 기계 및/또는 횡 자속 기계와 같은 전기 기계 내에서 사용되도록 설계되고, 형태 형성되며 및/또는 이와 다르게 구성될 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에서, 도 5A를 참고하면, 다경로 로터(550)는 스위치 영역(SA)을 포함하도록 구성될 수 있으며, 여기서 SA는 스위치 두께와 계합 깊이의 곱이다. 유사하게, 대응하는 스테이터는 집중기 영역(CA)을 포함하도록 구성될 수 있으며, 여기서 CA는 자속 집중기 두께와 계합 두께의 곱이다.
다양한 예시적인 실시예에서, 도 5E를 참고하면, 다경로 로터(550)는 공동 계합형 정류식 자속 기계 내에서 사용되도록 구성된다. 이러한 실시예에서, 다경로 로터(550)는 도 5E에 도시된 바와 같이 자속을 전도하기 위해 스테이터에 의해 형성된 공동 내에서 적어도 부분적으로 계합되도록 구성된다. 그 외의 다른 예시적인 실시예에서, 다경로 로터(550)는 면 계합형 정류식 자속 기계 내에서 사용되도록 구성된다. 이러한 실시예에서, 다경로 로터(550)는 자속을 전도하기 위해 스테이터에 보다 밀접하게 근접하도록 구성된다. 추가로, 성형 로터 본체는 성형 로터 본체의 면 상에 장착된 다경로 패턴으로 구성된 자속 스위치를 가질 수 있다.
게다가, 예를 들어 다경로 로터(550)와 같이 "다대다" 자속 스위치 형상을 제공하는 적합한 로터가 요구 시 다양한 횡 및/또는 정류식 자속 기계 내에서 이용될 수 있다.
예를 들어, 구조 및 사용 원리와 같이 다경로 로터에 대해 상기 기술된 본 발명의 다양한 사상이 단경로 로터, 자속 스위치, 자속 집중기, 스테이터, 및/또는 다양한 횡 및/또는 정류식 자속 기계의 그 외의 다른 자속 전도 부품과 함께 동등하게 사용하기에 적합할 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.
상기 개시된 다경로 타입 로터 및 테이프 권선형 로터에 추가하여, 본 발명의 사상에 따라 횡 및/또는 정류식 자속 기계에 대해 "성형된" 로터가 고려된다. 다양한 예시적인 실시예에 따라서, 정류식 자속 기계에 대한 성형 로터(molded rotor)는 제 1 자속 집중 스테이터 부분과 제 2 자속 집중 스테이터 부분 사이에 자속 경로를 제공하도록 구성된 임의의 구조물, 조립체, 및/또는 기구 또는 장치를 포함할 수 있다. 게다가, 특정의 예시적인 실시예에서, 성형 로터는 다경로 로터와 같이 작동될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 이제 도 6A 내지 도 6C를 참고하면, 성형 로터(650)는 로터 본체(656)와 복수의 자속 스위치(658)를 포함한다. 자속 스위치(658)는 로터 본체(656)에 결합된다. 성형 로터(650)는 하나 이상의 자속 집중 스테이터 부분을 갖는 스테이터과 상호작동되도록 구성된다.
성형 로터 본체(656)는 자속 스위치(658)를 지지하고, 안내하며, 정렬시키고 및/또는 이와는 달리 상호작동되도록 구성된 임의의 재료 또는 재료들의 조합을 포함할 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에서, 성형 로터 본체(656)는 적절히 작은 투자율(예를 들어 단지 공기보다 다소 크거나 또는 공기의 투자율보다 작은(즉, 약 2 μ 미만) 투자율)을 갖는 재료를 포함한다.
또한, 성형 로터 본체(656)는 비철 재료를 포함할 수 있다. 성형 로터 본체(656)는 또한 높은 열전도성을 갖는 재료를 포함할 수 있다. 성형 로터 본체(656)는 또한 높은 벌크 전기적 저항을 갖는 재료를 포함할 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에서, 성형 로터 본체(656)는 세라믹, 플라스틱, 세라믹-충진 플라스틱, 유리-충진 플라스틱, 액정 폴리머 중 하나 이상, 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
성형 로터 본체(656)는 임의의 적합한 방법 및/또는 공정에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 다양한 예시적인 실시예에서, 성형 로터 본체(656)는 하나 이상의 사출 성형(injection molding), 압축 성형(compression molding), 압축(pressing), 소결(sintering), 커팅(cutting), 그라인딩(grinding), 연삭(abrading), 폴리싱(polishing) 및/또는 이와 유사한 것에 의해 형성될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 성형 로터 본체(656)는 모노리식이다. 다양한 예시적인 실시예에서, 성형 로터 본체(656)는 성형 로터 본체(656)를 형성하기 위해 결합되고, 체결되며, 용접되고 및/또는 이와는 다르게 계합된 다수의 부품을 포함한다. 그 외의 다른 예시적인 실시예에서, 성형 로터 본체(656)는 다수의 재료를 포함한다. 게다가, 성형 로터 본체(656)는 요구 시 예를 들어 알루미늄과 같은 다양한 비철 금속을 포함할 수 있다. 또한, 성형 로터 본체(656)는 다양한 공동, 트렌치, 압출부, 보스, 슬롯 및/또는 자속 스위치(658)를 적어도 부분적으로 수용하고, 이와 접합되며, 포함하고 및/또는 이에 결합되도록 구성된 이와 유사한 것을 포함할 수 있다.
자속 스위치(658)는 예를 들어 자속 집중 스테이터 부분들 사이와 같이 자속을 전도하도록 구성된 임의의 재료, 형태 및/또는 구조를 포함할 수 있다.
다양한 예시적인 실시예에서, 자속 스위치(658)는 하나 이상의 분말 금속, 실리콘 스틸, 코발트 스틸, 니켈 스틸, 비정질 금속(예를 들어, 메트그라스(Metglas® 2605SA1)) 또는 나노결정질 화합물을 포함할 수 있다. 게다가, 자속 스위치(658)는 모노리식 재료를 포함할 수 있다. 또한, 자속 스위치(658)는 층 재료(layered material)를 포함할 수 있다. 게다가, 자속 스위치(658)는 자속을 전도하기 위해 이용될 수 있는 임의의 적합한 재료 또는 재료들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 자속 스위치(658)는 예를 들어 1.0 테슬라를 초과하는 벌크 포화 유도와 같이 적합한 벌크 포화 유도를 갖도록 구성될 수 있다. 또한, 자속 스위치(658)는 1,000 μ를 초과하는 투자율과 같이 적합한 벌크 투자율을 갖도록 구성될 수 있다. 게다가, 또한 자속 스위치(658)는 높은 전기적 저항을 갖는 재료를 포함할 수 있다.
특정의 예시적인 실시예에서, 도 6B를 참고하면, 자속 스위치(658)는 성형 로터 본체(656)에 결합 시 성형 로터 본체(656) 내에 완전히 수용되도록 구성될 수 있다. 이러한 형상에서, 성형 로터(650)는 면 계합형 스테이터 형상을 갖는 정류식 자속 기계와 함께 이용되기에 적합하다. 그 외의 다른 실시예에서, 자속 스위치(658)는 성형 로터 본체(656)에 결합 시 적어도 부분적으로 성형 로터 본체(656)를 초과하여 연장되도록 구성된다. 이러한 형상에서, 성형 로터(650)는 공동 계합형 스테이터 형상을 갖는 정류식 자속 기계와 함께 사용되기에 적합하다. 그러나, 당업자에게 자명하듯이, 또한 부분적으로 연장된 자속 스위치(658)는 면 계합형 형상으로 사용되기에 적합할 수 있으며, 또한 완전히 수용된 자속 스위치(658)는 공동 계합형 스테이터 형상으로 사용되기에 적합할 수 있다.
다양한 예시적인 실시예에서, 자속 스위치(658)는 자속 집중 스테이터 부분들 사이에 "일대일" 연결을 제공하도록 크기가 형성되고, 정렬되며, 각이 형성되고, 이격되며, 배치되고, 및/또는 이와 달리 구성될 수 있다. 달리 언급하면, 특정의 자속 스위치(658)는 제 1 극을 갖는 제 1 자속 집중 스테이터 부분 및 상반된 극을 갖는 제 2 자속 집중 스테이터 부분과 동시에 계합되도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 특정의 자속 스위치(658)를 통하여 자속 경로는 하나의 자속 "원(source)"과 하나의 자속 "싱크" 사이에서 스테이터 내의 공기 간격을 가로질러 제공된다.
그 외의 다른 예시적인 실시예에서, 하나 이상의 자속 스위치(658)는 자속 집중 스테이터 부분들 사이에 "다대다" 연결을 제공하도록 성형 로터(650) 내에서 고정되며, 결합되고, 연결되며, 정렬되고, 배치되며, 및/또는 이와 달리 구성될 수 있다. 달리 언급하면, 이러한 실시예에서 자속은 성형 로터(650)를 통해 복수의 자속 "원"들(즉, 제 1 극을 갖는 자속 집중 스테이터 부분들) 중 임의의 하나로부터 스테이터 내의 공기 간격을 가로질러 임의의 복수의 자속 "싱크"들(즉, 제 1 극과 상반된 극을 갖는 자속 집중 스테이터 부분)로 유동할 수 있다.
"다대다" 자속 스위치 배열을 제공함으로써, 성형 로터(650)는 부분 및/또는 간격 스테이터를 이용하는 정류식 자속 기계를 포함하는 다양한 전기적 기계의 성능을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, "일대일" 자속 스위칭 형상에서, 부분 스테이터의 변부에 또는 이 변부 근처에 위치된 자속 집중 스테이터 부분이 종종 사용되지 않을 수 있다. 이는 자속 집중 스테이터 부분과 연계된 자속 스위치가 부분 스테이터의 단부를 지나서 연장되고, 이에 따라 종종 상반된 극을 갖는 대응하는 자속 집중 스테이터 부분과 계합되지 않기 때문이다. "다대다" 자속 스위칭 형상을 제공하는 성형 로터(650)를 사용함으로써, 부분 스테이터의 변부에 또는 이 변부 근처에 위치된 자속 집중 스테이터 부분은 성형 로터(650) 상의 자속 스위치(658)가 이격되고 및/또는 게다가 적합한 방식으로 정렬될 때 상반된 극의 자속 집중 스테이터 부분에 대한 자속 경로가 제공된다. 따라서, 부분 스테이터 내에서 각각의 자속 집중 스테이터 부분은 보다 완전하게 이용될 수 있어서 향상된 토크 밀도, 향상된 출력 전력, 및 등등이 야기될 수 있다.
성형 로터 본체(656)를 하나 이상의 자속 스위치(658)에 결합시킴으로써, 결과적인 성형 로터(650)는 선호되는 기계적, 열적, 자기적, 및/또는 그 외의 다른 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 성형 로터 본체(656)는 자속 스위치(658) 내의 재료보다 상당히 덜 밀집된 재료를 포함할 수 있다. 따라서, 로터 내에서 전체 회전 중량을 감소시키는 것이 선호되는, 성형 로터(650)의 중량이 감소될 수 있다. 게다가, 성형 로터 본체(656)는 자속 스위치(658) 내의 재료에 비해 낮은 투자율을 갖는 재료를 포함할 수 있다. 따라서, 성형 로터(650) 내에서 자속 누설이 바람직하게 감소될 수 있다.
게다가, 성형 로터 본체(656)는 자속 스위치(658) 내의 재료보다 저렴한 재료를 포함할 수 있다. 이에 따라서, 성형 로터(650)는 보다 비용 효율적인 방식으로 제조될 수 있다. 또한, 성형 로터 본체(656)는 자속 스위치(658) 내의 재료보다 용이하게 기계가공된 재료를 포함할 수 있다. 따라서, 성형 로터(650)의 치수적 정확도가 높아지고, 강도가 향상되며 및/또는 제조의 곤란성이 감소될 수 있다. 또한, 성형 로터 본체(656)는, 예를 들어 성형 로터 본체(656)의 회전에 응답하여 스테이터 부분을 가로질러 공기흐름을 안내하기 위해 공기를 편향시키도록 구성된 팬-형 부분 또는 그 외의 다른 부품을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 정류식 자속 기계에 대해 향상된 냉각 기능이 구현될 수 있다.
게다가, 다양한 예시적인 실시예에서, 또한 특정의 성형 로터 본체(656)는 요구 시 특정의 다경로 로터(550)와 적합해지고, 이를 수용하며, 및/또는 게다가 이와 결합되도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 성형 로터 본체(656)는 다경로 로터(550)를 지지하기 위한 구조물을 제공할 수 있어서 다경로 로터(550)의 부품들이 변형될 수 있다(예를 들어, 다경로 로터의 부품들이 비교적 얇아지고 및/또는 소형화될 수 있음). 이러한 방식으로, 또한 다경로 로터(550)의 부품들은, 성형 로터 본체(656)가 다경로 로터(550)에 대한 기계적, 열적 및/또는 구조적 구조물을 제공함에 따라, 주요하게 자기적 고려사항에 기초하여 선택될 수 있다.
전술한 로터에 추가하여, 본 발명의 원리는 접이식 로터를 고려한다. 본원에 사용된 "접이식(folded)" 로터는 자속 스위치를 형성하기 위해 적어도 부분적으로 접어지고, 만곡되며, 및/또는 이와는 달리 형태가 형성된 재료를 포함하는 로터이다. 다양한 예시적인 실시예에 따라서, 횡 자속 기계 및/또는 정류식 자속 기계를 위한 접이식 로터는 제 1 자속 집중 스테이터 부분과 제 2 자속 집중 스테이터 부분 사이에 자속 경로를 제공하도록 구성된 임의의 구조물, 조립체, 재료, 및/또는 기구 또는 장치를 포함할 수 있다. 게다가, 특정의 예시적인 실시예에서, 접이식 로터는 다경로 로터와 같이 작동될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 도 7A 내지 도 7F를 참고하면, 접이식 로터(750)는 로터 본체(756)와 자속 전도 재료(758)를 포함한다. 자속 전도 재료(758)는 로터 본체(756)에 결합된다. 성형 로터(750)는 하나 이상의 자속 집중 스테이터 부분을 갖는 스테이터와 원활히 작동되도록 구성된다. 다양한 예시적인 실시예에서, 자속 전도 재료(758)는 예를 들어 비정질 금속의 층과 같은 층 재료를 포함한다.
다양한 예시적인 실시예에서, 자속 전도 재료(758)의 부분들은 자속 스위치와 같이 작동되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 자속 전도 재료(758)의 연속적인 부분은 하나 이상의 트렌치, 요홈, 및/또는 그 외의 다른 통로 및/또는 로터 몸체(756) 상의 특징부 내에 적어도 부분적으로 위치될 수 있다. 예를 들어, 도 7F를 참고하면, 자속 전도 재료(758)는 예를 들어 구불구불한 형태, 앞뒤로, 및/또는 이와 유사한 방식으로 "관통되고(threaded)" 및/또는 이와 다르게 번갈아 포개어지고 및/또는 교대배열된 트렌치를 통과할 수 있다.
다양한 예시적인 실시예에서, 자속 전도 재료(758)의 다수의 세그먼트가 이용될 수 있다. 예를 들어, 자속 전도 재료(758A)의 제 1 세그먼트는 로터 본체(756)의 제 1 부분을 관통할 수 있다. 자속 전도 재료(758B)의 제 2 세그먼트는 로터 본체(756)의 제 2 부분을 관통할 수 있다. 다시 도 7F를 참고하면, 세그먼트(758A, 758B)의 단부들은 예를 들어 접합부(J1)에서 인접하고, 접하고 및/또는 이와 달리 근접하게 정렬될 수 있다. 추가 자속 전도 세그먼트(예를 들어, 세그먼트(758C))들은 유사한 방식으로 구성될 수 있으며, 예를 들어 접합부(J2)에서 자속 전도 재료(758)의 그 외의 다른 부분들과 연결되고 및/또는 이와는 달리 이에 인접하고 및/또는 이와 접할 수 있다. 이러한 방식으로, 자속 전도 재료(758)(예를 들어, 제한된 길이만이 허용가능한 자속 전도 재료(758))는 로터 본체(756)에 대해 완전히 관통될 수 있다(예를 들어, 도 7E에 도시됨). 게다가, 자속 전도 재료(758)는 요구 시 로터 본체(756)의 임의의 적합한 부분을 적절히 관통하고 및/또는 이와는 달리 이에 결합될 수 있다.
자속 전도 재료(758)가 로터 본체(756)에 결합 시, 자속 전도 재료(758) 및/또는 로터 본체(756)는 요구 시 하나 이상의 자속 스위치를 형성하기 위해 가공되고, 형성되며, 형태형성되고, 및/또는 이와는 달리 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 로터 본체(756) 내에서 트렌치를 초과하여 연장된 자속 전도 재료(758)의 부분들은 실질적으로 평활한 표면을 형성하기 위해 갈려져 나간다(ground off). 게다가, 자속 전도 재료(758)의 부분들은 하나 이상의 자속 스위치를 형성하기 위해 절단되고, 갈려지고, 마모되고, 슬라이스되며, 폴리싱되고, 및/또는 이와는 달리 기계적 및/또는 화학적으로 가공될 수 있다.
이제, 도 7b 및 도 7c를 참고하면, 로터 본체(756) 내에 있는 자속 전도 재료(758)의 부분들은 예를 들어 부분 스테이터(710)에 결합 시 자속 스위치와 같이 작동될 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에서, 접이식 로터(750)는 다경로 로터(550)의 배열과 유사한 "다대다" 자속 스위칭 배열을 제공할 수 있다. 게다가, 접이식 로터(750)는 요구 시 "일대일" 자속 스위칭 배열도 또한 제공할 수 있다.
추가로, 다양한 예시적인 실시예에서, 접이식 로터(750)는 예를 들어 정류식 자속 기계와 계합 시 가변 토크를 생성하기 위해 다경로 로터(550)에 대해 전술한 바와 같이 자속 스위치들 사이에 가변 간격을 가질 수 있다.
게다가, 성형 로터 및/또는 접이식 로터에 적용가능한 다양한 원리들이 횡 및/또는 정류식 자속 기계의 스테이터 및/또는 그 외의 다른 부품들에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스테이터는 자속 스위치를 형성하기 위해 재료를 접음으로써 형성될 수 있다.
또한, 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 바와 같이)와 적절히 조합될 수 있다.
또한, 본 발명의 원리는 다상 횡 자속 기계 및 다상 정류식 자속 기계의 스테이터에 대한 원리(예를 들어, 본원에 전체가 참고로 인용되고, 본 출원과 동일한 일자에 출원되며, "다상 횡 및/또는 정류식 자속 시스템" 이라는 명칭의 미국 동시계속출원에 공개된 바와 같이)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 다경로 로터의 이용, 부분 스테이터의 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.
전기 기계는 로터의 제 1 측면 상에 제 1 세트의 엘보우와 제 2 측면 상에 제 2 세트의 엘보우를 포함하는 다경로 로터를 포함하고, 제 1 세트의 엘보우는 제 1 극을 갖는 하나 이상의 제 1 세트의 자속 집중 스테이터 부분과 정렬되도록 로터 상에 배열되며, 제 2 세트의 엘보우는 제 1 극과 상이한 제 2 극을 갖는 하나 이상의 제 2 세트의 자속 집중 스테이터 부분과 정렬되도록 로터 상에 배열되고, 전기식 기계는 횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계 중 하나 이상이다. 로터는 제 1 세트의 자속 집중 스테이터 부분들 중 하나로부터 각각의 제 2 세트의 자속 집중 스테이터 부분까지 자속 경로를 제공할 수 있다. 로터는 1.0 테슬라를 초과하는 벌크 포화 유도를 갖는 재료를 포함할 수 있다. 로터는 1,000 μ를 초과하는 벌크 투자율을 갖는 재료를 포함할 수 있다. 로터는 제 1 재료와 제 2 재료의 교대배열된 층을 포함할 수 있다. 제 1 재료와 제 2 재료는 상이할 수 있다. 제 1 재료는 다경로 로터의 기계가공특성을 향상시키도록 선택될 수 있다. 제 1 재료는 실리콘 스틸일 수 있으며, 제 2 재료는 나노결정질 화합물일 수 있다. 로터는 1,000 μ를 초과하는 벌크 투자율을 가질 수 있다. 로터는 1.0 테슬라를 초과하는 벌크 포화 유도를 가질 수 있다. 로터는 모노리식일 수 있다. 로터는 스테이터의 일부를 가로질러 공기흐름을 안내할 수 있다. 로터는 스테이터와 공동 계합될 수 있다. 로터는 스테이터와 면 계합될 수 있다. 전기식 기계는 축방향 간격 기계일 수 있다. 전기식 기계는 반경방향 간격 기계일 수 있다. 로터는 로터의 일부분을 형성하도록 감겨진 스탬핑된 평면형 재료를 포함할 수 있다. 전기식 기계는 수동 냉각될 수 있다.
전기식 기계는 로터의 제 1 측면 상에 제 1 세트의 엘보우와 제 2 측면 상에 제 2 세트의 엘보우를 포함하는 다경로 로터를 포함하고, 다경로 로터는 1,000 μ를 초과하는 벌크 투자율을 갖는 재료를 포함하며, 전기식 기계는 횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계 중 하나 이상이다. 다경로 로터는 1.0 테슬라를 초과하는 벌크 포화 유도를 가질 수 있다
전기식 기계용 다경로 로터를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 방법은 평면형 재료의 제 1 측면 상에 제 1 세트의 엘보우와 평면형 재료의 제 2 측면 상에 제 2 세트의 엘보우를 포함한 평면형 재료의 스트립을 형성하기 위해 평면형 재료를 절단하는 단계를 포함하고 여기서 평면형 재료의 스트립 내에서 인접한 엘보우들은 상반된 방향으로 방향설정되며, 평면형 재료의 복수의 스트립 상에서의 엘보우들이 정렬되도록 평면형 재료의 복수의 스트립을 정렬시키는 단계를 포함하며, 제 1 세트의 엘보우 상에 제 1 세트의 자속 스위치와 제 2 세트의 엘보우 상에 제 2 세트의 자속 스위치를 갖는 다경로 로터를 형성하기 위해 평면형 재료의 복수의 스트립들을 접합시키는 단계를 포함하고, 여기서 전기식 기계는 횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계 중 하나 이상이다. 평면형 재료의 각각의 절단 스트립은 다경로 로터 내에서 평면형 재료의 그 외의 다른 절단 스트립과 유사하게 형성될 수 있으며, 절단 스트립은 다경로 로터의 회전면에 대해 평행하게 층을 이룰 수 있다. 절단 스트립은 맨드릴 주위에 감겨질 수 있으며, 각각의 연속적인 절단 스트립은 마지막 맨드릴에 감겨질 수 있다. 절단 스트립은 연속적인 커지는 직경의 실린더와 같이 감겨질 수 있다. 절단 스트립은 다수의 층을 형성하기 위해 맨들릴 주위에 감겨질 수 있다. 다경로 로터는 실질적으로 층 내에서 자속을 전도하도록 구성된 평면형 재료의 복수의 층을 포함할 수 있다. 다경로 로터는 1,000 μ를 초과하는 벌크 투자율을 가질 수 있다. 다경로 로터는 1.0 테슬라를 초과하는 벌크 포화 유도를 가질 수 있다. 다경로 로터는 정류식 자속 기계 내에서 스테이터에 결합될 수 있다. 평면형 재료는 실리콘 스틸, 비정질 금속, 또는 나노결정질 화합물 중 하나 이상의 포함할 수 있다. 복수의 층들 중 하나의 층은 제 1 재료를 포함할 수 있으며, 복수의 층들 중 또 다른 층은 제 1 재료와 상이한 제 2 재료를 포함할 수 있다.
전기 기계용 로터를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 방법은 로터 프레임을 형성하는 단계를 포함하고 로터 프레임은 전기식 기계용 로터를 형성하기 위해 자속 스위치를 로터 프레임에 결합시키고 2μ 미만의 투자율을 갖는 제 1 재료를 포함하며, 자속 스위치는 1.0 테슬라를 초과하는 포화 유도를 갖는 제 2 재료를 포함하며, 자속을 전도하기 위해 자속 스위치의 제 1 표면은 전기식 기계의 제 1 극과 정렬되고, 자속 스위치의 제 2 표면은 전기식 기계의 제 2 극과 정렬된다. 자속 스위치를 수용하기 위해 로터 프레임 내에는 리세스가 형성될 수 있다. 로터 프레임은 자속 스위치를 수용하도록 구성된 리세스를 포함할 수 있으며, 리세스는 로터의 회전면에 대해 각을 형성하여 자속 스위치를 정렬시키도록 구성될 수 있다. 이러한 각은 전기식 기계 내의 극들 간의 거리와 전기식 기계의 공기 간격의 폭의 함수로서 선택될 수 있다. 이 각은 5˚ 내지 70˚일 수 있다. 자속 스위치는 리세스 내에 성형될 수 있다.
전기 기계는 기계식으로 형성된 로터를 포함하고, 상기 로터는 제 1 표면과 제 2 표면을 각각 갖는 복수의 자속 스위치를 포함하며, 복수의 자속 스위치들 중 한 자속 스위치의 제 1 표면은 전기식 기계의 제 1 스테이터 극과 정렬되며, 복수의 자속 스위치들 중 하나의 자속 스위치의 제 2 표면은 전기식 기계의 제 2 스테이터 극과 정렬되고, 전기식 기계는 횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계 중 하나 이상이다. 기계식으로 형성된 로터는 다경로 로터일 수 있다. 자속 스위치는 1.0 테슬라를 초과하는 벌크 포화 유도를 갖는 재료를 포함할 수 있다. 자속 스위치는 1,000 μ를 초과하는 벌크 투자율을 갖는 재료를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 표면의 정렬은 복수의 자속 스위치의 각각의 자속 스위치가 전기식 기계 내에서 자기 회로를 폐쇄하도록 구성될 수 있다. 로터는 소결(sintering), CNC 머시닝(CNC machining), 테이프 와인딩(tape winding), 레이저 커팅(laser cutting), 스탬핑(stamping), 다이 커팅(die cutting), 또는 워터 제트 커팅 중 적어도 하나에 의해 형성될 수 있다. 자속 스위치들은 로터의 회전면에 대해 각을 형성할 수 있다. 복수의 자속 스위치의 각각의 기하학적 형상은 복수의 자속 스위치 각각이 전기식 기계 내의 자기 회로를 폐쇄하도록 구성될 수 있다. 기하학적 형상은 스위치 각도, 계합 깊이, 스위치 높이, 스위치 두께, 스위치 영역, 집중기 두께, 또는 자기 두께 중 적어도 하나의 함수일 수 있다. 자속 스위치 각도는 로터의 회전면에 대해 약 5˚ 내지 약 70˚일 수 있다. 로터는 실질적으로 전기식 기계의 공기 간격과 같이 넓게 평면형 재료로부터 기계적으로 형성될 수 있다. 자속 스위치는 전기식 기계 내에서 극들 간의 중심 거리와 전기식 기계의 공기 간격의 폭의 함수일 수 있다. 복수의 자속 스위치는 로터의 회전면에 대해 약 90˚의 각도로 형성될 수 있으며, 전기식 기계의 자속 집중 스테이터 부분은 비-평면형일 수 있다. 로터는 실리콘 스틸, 비정질 금속, 분말 금속, 판형 분말 금속, 또는 나노결정질 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 로터는 1000 Hz를 초과하는 전기식 기계 내의 스위칭 주파수를 지지하도록 구성될 수 있다.
전기 기계는 성형 로터 프레임과 자속 스위치를 포함하는 로터를 포함하고, 성형 로터 프레임은 2μ 미만의 투자율을 갖는 제 1 재료를 포함하며, 자속 스위치는 1.0 테슬라를 초과하는 포화 유도를 갖는 제 2 재료를 포함하고, 자속 스위치는 성형 로터 프레임에 결합되고, 자속 스위치의 제 1 표면은 전기식 기계의 제 1 극과 정렬되며, 자속 스위치의 제 2 표면은 자속을 전도하기 위해 전기식 기계의 제 2 극과 정렬되고, 전기식 기계는 횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계 중 하나 이상이다. 성형 로터는 제 1 세트의 자속 집중 스테이터 부분들 중 하나로부터 각각의 제 2 세트의 자속 집중 스테이터 부분까지 자속 경로를 제공할 수 있다. 성형 로터는 스테이터와 공동 계합될 수 있다. 성형 로터는 스테이터와 면 계합될 수 있다. 전기식 기계는 축방향 간격 전기식 기계일 수 있다. 전기식 기계는 반경방향 간격 전기식 기계일 수 있다. 제 1 재료는 폴리머를 포함할 수 있다. 제 2 재료는 비정질 금속, 실리콘 스틸, 또는 나노결정질 화합물 중 적어도 하나일 수 있다. 자속 스위치는 성형 로터 프레임의 표면과 같은 높이에 형성될 수 있다. 자속 스위치의 부분은 성형 로터 프레임의 표면을 초과하여 외측방향으로 연장될 수 있다.
전기 기계용 다경로 로터는 다경로 로터의 제 1 측면 상에 제 1 세트의 엘보우, 제 1 측면과 마주보는 다경로 로터의 제 2 측면 상에 제 2 세트의 엘보우를 포함하고, 다경로 로터는 통상적으로 환형 형태를 포함하고, 다경로 로터는 하나 이상의 제 1 세트의 엘보우로부터 하나 이상의 제 2 세트의 엘보우로 자속을 전달함으로써 전기식 기계 내에서의 자속 스위치로서 제공되도록 구성되며, 전기식 기계는 횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계 중 하나 이상이다.

Claims (27)

  1. 로터의 제 1 측면 상에 제 1 세트의 엘보우와, 로터의 제 2 측면 상에 제 2 세트의 엘보우를 포함하는 다경로 로터를 포함하되,
    상기 제 1 세트의 엘보우는 제 1 극을 갖는 하나 이상의 제 1 세트의 자속 집중 스테이터 부분과 정렬되도록 로터 상에 배열되고,
    상기 제 2 세트의 엘보우는 제 1 극과 상이한 제 2 극을 갖는 하나 이상의 제 2 세트의 자속 집중 스테이터 부분과 정렬되도록 로터 상에 배열되며,
    횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계 중 하나 이상인 전기 기계.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 로터는 임의의 제 1 세트의 자속 집중 스테이터 부분으로부터 임의의 제 2 세트의 자속 집중 스테이터 부분까지 자속 경로를 제공하는 전기 기계.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 로터는 평면형 재료의 층을 포함하는 전기 기계.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 세트의 엘보우의 제 1 엘보우는 제 1 스테이터의 자속 집중 부분과 정렬되고, 상기 제 1 세트의 엘보우의 제 2 엘보우는 제 2 스테이터의 자속 집중 부분과 정렬되며, 상기 제 1 엘보우와 제 2 엘보우는 상기 제 1 세트의 엘보우 내에서 근접 배열되는 전기 기계.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 로터에 작동가능하게 결합된 복수의 스테이터를 더 포함하는 전기 기계.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기로터는 자동차 휠, 자전거 휠, 스쿠터 휠, 프로펠러, 기계 공구, 또는 세탁기의 드럼 중 하나 이상에 결합되는 전기 기계.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 스테이터와 로터의 계합 깊이는 전압 상수, 토크 상수, 효율 수준, 또는 RPM 중 하나 이상을 가변시키기 위해 가변될 수 있는 전기 기계.
  8. 제 1항에 있어서,
    킬로그램당 50 뉴턴-미터를 초과하는 일정하고 열적 안정성의 토크 밀도를 갖는 전기 기계.
  9. 제 8항에 있어서,
    14 인치 미만의 직경을 갖는 전기 기계.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 세트의 엘보우 내에서 제 1 서브세트의 엘보우는 엘보우들 간의 제 1 중심 거리를 갖도록 구성되고, 제 1 세트의 엘보우의 제 2 서브세트의 엘보우는 엘보우들 간에 제 2 중심 거리를 갖도록 구성되며, 상기 제 1 중심 거리와 제 2 중심 거리가 상이한 전기 기계.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 로터는 1000 Hz를 초과하는 전기 기계 내의 스위칭 주파수를 지원하도록 구성되는 전기 기계.
  12. 자속 스위치와 성형 로터 프레임을 포함한 로터를 포함하되,
    상기 성형 로터 프레임은 2μ를 미만의 투자율을 갖는 제 1 재료를 포함하고,
    상기 자속 스위치는 1.0 테슬라를 초과하는 포화 유도를 갖는 제 2 재료를 포함하며,
    상기 자속 스위치는 상기 성형 로터 프레임에 결합되고,
    상기 자속 스위치의 제 1 표면은 전기 기계의 제 1 극과 정렬되며, 상기 자속 스위치의 제 2 표면은 자속을 전도하기 위해 전기 기계의 제 2 극과 정렬되고,
    횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계 중 하나 이상인 전기 기계.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 성형 로터 프레임은 상기 자속 스위치로부터의 자속 누출을 감소시키도록 구성되는 전기 기계.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 로터는 제 1 극을 갖는 임의의 제 1 세트의 자속 집중 스테이터 부분으로부터 상반된 극을 갖는 임의의 제 2 세트의 자속 집중 스테이터 부분까지 자속 경로를 제공하는 전기 기계.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 로터에 작동가능하게 결합된 복수의 스테이터를 더 포함하는 전기 기계.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 로터는 자동차 휠, 자전거 휠, 스쿠터 휠, 프로펠러, 기계 공구, 또는 세탁기의 드럼 중 하나 이상에 결합되는 전기 기계.
  17. 제 12항에 있어서,
    상기 스테이터와 로터의 계합 깊이는 전압 상수, 토크 상수, 효율 수준, 또는 RPM 중 하나 이상을 가변시키기 위해 가변될 수 있는 전기 기계.
  18. 제 12항에 있어서,
    킬로그램당 50 뉴턴-미터를 초과하는 일정하고 열적 안정성의 토크 밀도를 갖는 전기 기계.
  19. 제 18항에 있어서,
    14 인치 미만의 직경을 갖는 전기 기계.
  20. 제 12항에 있어서,
    상기 로터는 복수의 자속 스위치를 포함하고, 상기 복수의 자속 스위치는 상기 로터의 주위에서 균등하게 분포되지 않는 전기 기계.
  21. 제 12항에 있어서,
    상기 로터는 1000 Hz를 초과하는 전기 기계 내의 스위칭 주파수를 지원하도록 구성되는 전기 기계.
  22. 내부에 복수의 트렌치를 갖는 로터 프레임을 형성하는 단계;
    재료의 연속적인 섹션이 하나 이상의 만곡부를 갖도록 상기 복수의 트렌치들 중 2개 이상 내에 재료의 연속적인 섹션을 배치시키는 단계; 및
    자속 스위치를 형성하기 위해 재료의 적어도 일부분을 제거하는 단계;를 포함하고,
    전기 기계는 횡 자속 기계 또는 정류식 자속 기계 중 하나 이상인 전기 기계용 로터를 형성하는 방법.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 로터는 다경로 로터인 전기 기계용 로터를 형성하는 방법.
  24. 제 22항에 있어서,
    상기 재료는 평면형 층 재료를 포함하는 전기 기계용 로터를 형성하는 방법.
  25. 제 22항에 있어서,
    상기 재료는 비정질 금속을 포함하는 전기 기계용 로터를 형성하는 방법.
  26. 제 22항에 있어서,
    상기 제거 단계는 그라인딩에 의해 수행되는 전기 기계용 로터를 형성하는 방법.
  27. 제 22항에 있어서,
    상기 제거 단계는 상기 로터의 표면을 다듬질하는 단계를 포함하는 전기 기계용 로터를 형성하는 방법.

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