KR20140026411A - 3상 가로 축자속 멀티 디스크 기계를 위한 코일 조립체 - Google Patents

Abstract

3상 영구 마그넷 아이론 프리 축자속 멀티 디스크 전기 기계를 위한 코일 조립체가 제공된다. 코일 조립체는 플랫 와이어(9)로 구성되어 머시닝됨으로써 플랫 디스크로 조립될 수 있는 코일부재(15)로 조립된다. 코일부재(15)는 또한 프레임(22)에 삽입되고, 서로 교차하지 않는 와이어(29)에 의해 코일부재(15)는 연결될 수 있다.

Description

3상 가로 축자속 멀티 디스크 기계를 위한 코일 조립체{COIL ASSEMBLY FOR THREE PHASED TRANSVERSE AXIAL FLUX MULTI DISK MACHINES}

본 발명은 코일부재가 플랫 와이어/포일(flat wire/foil)로 권선된 3상 가로 축자속, 멀티 디스크 기계를 위한 코일 조립체에 관한 것이다.

높은 토크(torque)와 높은 무게/부피당 출력 비율(power to weight/volume ratio)과 높은 효율성을 가지는 기계는, 특히, 무게가 상당한 중요성을 가지는 운송수단에서 많은 응용을 가진다. 그러한 유형의 운송수단은, 예를 들어, 여러가지 유형의 육상차량 또는 비행기일 수 있다.

높은 이론적 무게/부피당 출력 비율을 가지는 하나의 전기 기계 유형은 가로 축자속 멀티 디스크 기계(transverse axial flux multi disk machine)이다. 이러한 유형의 기계는, 자속이 전체 기계를 관통하며 그로 인해 각 디스크에 대한 자기장 방향을 변경하기 위해 아이론(iron)이 필요하지 않고, 따라서 아이론과 무게를 절약할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 코일이 백 아이론(back iron)의 지지 없이 자신이 노출되는 전자기력을 견디기 위한 충분한 강도를 가지고 있어야 하기 때문에, 생산하기에 어려운 기계이다. 또한, 최적의 권선 패턴이 적어도 스레드(thread)가 일정한 두께를 가지는 아이론이 없는(iron free) 기계에 대하여 조립하기 어렵게 만드는 해결책을 초래하는 경향이 있으므로, 이러한 기계에서 코일을 권선하는 것은 어렵다.

그러한 해결책의 예로서, 환형 캐리어에 의해 운송되는 마그넷을 가지는 회전자(rotor)를 포함하는 전기 기계로서, 자기장이 두 개의 회전자부 사이의 에어갭에 걸쳐서 형성되며, 권선을 가지는 아이론리스(ironless) 고정자(stator)가 배열되는 전기 기계가 WO 2010/071441에 개시되어 있다. 고정자는 냉각수의 순환을 위한 채널을 가지는 섹션으로 조립되며, 고정자의 능동부(active part)를 제공하는 환형의 콤팩트한 중심부를 가지는 권선을 가진다. 또한, WO 2010/071441는 그러한 전기 기계를 위한 고정자 섹션을 제조하기 위한 방법을 개시한다. 여기서, 권선은 강성 부재를 제공하기 위한 전기 절연성 캐스팅 재료내에 내장되어 있다. 코일이 양분된 쉘 하우징 또는 양분된 캐스팅 몰드의 한쪽 일부에 배열되어 있으며, 쉘 하우징 또는 몰드는 폐쇄되어 있으며, 캐스팅 재료가 개구(opening)를 통해 도입되며, 하우징 또는 몰드의 내부는 압력과 아마도 진동의 영향을 받는다.

본 발명의 목적은 개선된 3상, 영구 마그넷, 아이론 프리 축자속 멀티 디스크 기계를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 기계의 파워 및 토크 출력을 감소하지 않고, 무게 및 공간의 양 요구조건, 즉, 기계의 부피가 감소되어, 높고 향상된 토크 및 무게/부피당 출력비율, 및 높은 효율성을 개선시키는 코일 조립체를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 용이하게 사전 제작될 수 있으며, 완전한 코일로 조립될 수 있는 개선된 코일 조립체를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 권선하기 용이한 방법으로 구성된 코일을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 공간 절약 3상, 영구 마그넷 아이론 프리 자속 멀티 디스크 기계를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 다양한 코일부재를 서로 교차하지 않는 커넥터와 연결하는 것이 가능한 기계를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 코일이 집적부를 형성하는 기계에 대하여 제조비용을 감소시킬 수 있는 코일 조립체를 제공하는데 있다.

상술한 목적은 독립항에 추가 정의된 바와 같은 모터에 의해 달성되며, 다양한 실시예 및/대안은 종속항에 의해 정의된다.

코일 조립체에서, 각 코일부재는, 코일 조립체를 권선하기 위해 사용되는 플랫 와이어/포일의 폭과 대략 동일한 두께를 가지는 원형 코일 플랫 및 씬(thin) 디스크에 코일부재를 조립하는 것이 가능하도록 형성되고 구성된, 코일부재의 각 측에 4개씩인 8개의 슬롯이 제공된다.

각 코일부재 내의 대향하는 코일 레그 사이의 각도(α)는 5*360°/(2*6*n)일 수 있으며, 여기서 n은 3 이상의 정수이며, 코일 레그의 연장선은, 이것이 상기 코일부재가 완전한 3상 코일로 조립되기 위한 요구조건이므로, 코일의 중심에서 만날수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 코일의 반은 반시계 방향으로 권선되며, 다른 반은 시계 방향으로 권선되며, 조립시, 상이한 유형의 코일부재가 3개의 그룹으로 수집되어, 상기 코일부재를 서로 교차하지 않는 커넥터 와이어와 연결하는 것이 가능해질 수 있다.

또한, 조립후의 상기 코일부재는, 상기 코일부재의 헤드를 위한 엣지, 커넥터 핀을 위한 홀, 그리고 커넥터 와이어가 서로 교차하지 않도록 배열된 커넥터 와이어를 위한 후면 상의 슬롯, 을 포함하여 사전 제작된 코일 프레임에 삽입됨으로써, 감소된 측면 공간을 가지는 조립된, 플랫 팩킹된 기계를 제공할 수 있게 된다.

상기 코일 프레임은 홀과 슬롯을 포함하며, 여기서 상기 슬롯은, 냉각 유체에 대한 적절한 실링을 제공하며 냉각 유체가 상기 코일부재의 양측과 접촉하는 것을 허용하는 O-링에 맞춤될 수 있다.

또한, 상기 홀과 슬롯은, 다수의 코일 조립체가 멀티 디스크 기계에 함께 장착되는 경우, 냉각 유체가 코일 조립체에서 코일 조립체로 유동할 수 있도록 배열될 수 있다.

위에 설명한 바와 같이, 본 발명은, 축을 중심으로 회전하도록 배열된 영구 마그넷(permanent magnet(PM))을 가지는 하나 이상의 회전자 디스크와, 하우징 내부에서 회전자 디스크 사이에 그리고 회전자 디스크의 각측에 두 개 이상의 코일 디스크 형태로 장착되는 고정자, 를 포함하며, 하우징은, 코일이, 완전한 코일로 조립될 수 있도록 권선 이전 또는 이후에 수정되는 플랫 와이어/포일로 구성된 개별적인 코일부재로 구성된다는 것에 의해 인식되며, 코일부재를 정확하게 연결하기 위한 시스템을 포함하는, 3상, 영구 마그넷, 아이론 프리, 축자속, 멀티 디스크, 전기 기계에 관한 것이다.

본 실시예에 따르면, 플랫 와이어는, 코일부재를 따라 어는 곳에서든 실질적으로 사각형 형태의 단면을 제공하는 코일부재를 형성하기 위해, 일반적인 둥근 와이어를 대신하여 사용된다. 이후, 코일부재는 단락 또는 와이어 브레이크를 야기하지 않는 방식으로 머시닝되어, 다른 유형의 기계가 가능하더라도, 3상 전기 기계, 바람직하게는, 영구 마그넷 기계를 위한 코일 조립체로 코일부재를 조립하고 맞출 수 있는 것이 가능하도록 한다. 코일부재는 접촉하여 맞춤됨으로써, 전체 코일이 코일부재로 구성되며, 여기서 각 부재는 상대적으로 대량 생산하기에 용이하다. 본 발명의 기초를 이루는 것이 특정 코일 형태와 커넥터 시스템이다.

본 발명에 따른 코일부재로 조립된 기계는 출력 및 전달된 토크의 효과를 감소하지 않고, 더 작게, 더 가볍게, 더 저렴하게 형성될 수 있다. 기계는 더욱 콤팩트해져서, 적어도 측면에서 또는 깊이에 있어서, 더 작은 공간을 차지하게 된다 . 따라서, 높고 향상된 토크 및 무게/부피당 출력비율, 및 높은 효율성을 개선하는 기계가 제공된다.

본 발명의 일 실시예가 도면을 참조하여 아래에서 더욱 상세하게 설명될 것이다:
도 1a는 전면에서 바라본 단일 코일부재를 도시한 도이며, 도 1b는 슬롯과 커넥터 핀을 가지지만 연결 와이어가 없는 코일부재를 측면에서 바라본 도;
도 2a 및 도 2b는 와이어의 제1회전을 보여줌으로써 반시계 방향으로 권선된 부재와 시계 방향으로 권선된 부재 간의 차이를 도시한 도이며, 도 2c는 측면에서 바라본 상기 제1회전을 도시한 도;
도 3은 반시계 방향으로 권선된 것으로 도시된 코일부재를 권선하는데 사용되는 몰드 또는 템플레이트를 개략적으로 도시한 도;
도 4a는 다수의 코일부재가 어떻게 함께 조립되고 맞춤되는지를 개략적으로 나타낸 도이며, 도 4b는 도 4a에 도시된 조립된 코일부재의 측면도를 개략적으로 도시한 도;
도 5a는 코일부재를 3상 전기 기계 코일 조립체에 연결하는데 사용되는 커넥터 와이어의 상면도를 개략적으로 도시한 도이며, 도5b는 도 5a에 도시된 커넥터 와이어의 원근법에 따른 도를 개략적으로 도시한 도이며, 도 5c는 도 5a에 도시된 커넥터 와이어의 단면도를 개략적으로 도시한 도;
도 6a는 코일부재가 장착될 플라스틱 프레임의 상면도를 개략적으로 도시한 도이며, 도 6b는 도 6a에 도시된 플라스틱 프레임의 측면도를 개략적으로 도시한 도이며, 도 6c는 도 6b의 상부의 원 내부에 있는 도 6b에 도시된 플라스틱 프레임의 일부를 확대하여 개략적으로 도시한 도이며, 도 6d는, 모든 코일부재가 반대 측에 배치되고 커넥터 핀이 플라스틱 플레이트에서 홀을 관통하여 연장되어, 부착된 커넥터 와이어와 함께 후측부로부터 외부로 돌출된 후의, 도 6a에 도시된 플라스틱 프레임의 후측부를 개략적으로 도시한 도이며, 도 6e는 도 6d에 도시된 플라스틱 플레이트의 후측부의 섹터를 확대하여 개략적으로 도시한 도;
도 7은 냉각유체를 봉쇄하지만 코일부재가 반드시 내장되어야 하는 에폭시가 없는 O-링(30)을 포함하는 프레임에 장착된 코일을 도시한 도;
도 8은 코일과 마그넷을 도시한 도; 및
도 9는 와이어 사이에 아이론(판금(sheet metal))을 위한 공간이 되도록 변경된 코일을 도시한 도이다.

본 발명이 최적으로 적합한 전기 기계의 종류는, 가로 축자속, 아이언 프리 영구 마그넷 멀티 디스크 기계이지만, 다른 유형의 기계를 위해서도 사용될 수 있다. 제1항에 정의된 기계는 다수의 위상을 가지는 기계에 일반적이며, 제2항 및 제3항에 정의된 기계는 3상 기계에 특정된다. 본 발명은, 특히, 대량 생산되어 이후 컴팩트 코일로 조립되는데 적합한 코일부재(15)에 관한 것이다.

도 1a는 전면에서 바라본 본 발명에 따른 단일 코일부재(15)를 도시하며, 도 1b는 인접하는 코일부재(15)를 수용하기 위한 슬롯(1 내지 4)과 커넥터 핀(5, 6)을 가지는, 측면에서 바라본 코일부재(15)를 도시한다. 명료하게 하기 위해, 코일을 형성하는 플랫 와이어(9)는 도 1에 도시되어 있지 않다.

코일부재는 연속적인 플랫 절연 와이어(9)를 다수회 권선함으로써 이루어진다. 플랫 절연 와이어(9)는 그것을 포일의 스트립(strip of foil)이라고 부르는 것이 더 적절할 수 있는 치수를 가지지만, 본 서류에서는 그것은 플랫 와이어(9)로 불리어질 것이다. 플랫 와이어(9)의 일단부는 접촉핀(5)에 연결된다. 이후, 플랫 와이어(9)는, 코일부재(15)가 정확하고 의도된 두께를 수용할 때까지, 적절한 형태로 몰드(10)에 권선된다. 이후, 플랫 와이어(9)는 다른 커넥터 핀(6) 안에서 종료된다. 슬롯(1 내지 4)은 조립 시 이웃하는 인접 코일부재(150)의 대응하는 섹션을 수용하기 위해 코일부재 내에 형성된다. 이들 슬롯은 두 가지 방법으로 형성될 수 있다. 그들은 권선과정의 완료 후에 코일부재(15) 내로 밀링될 수 있다(milled). 또한, 권선과정 동안 플랫 와이어(15)의 편을 절취(cut out)하는 것도 가능하다. 어떠한 방법도 결과는 도 1에 도시된 바와 같은 코일부재이다. 그러한 동작 동안, 코일화된 부재(15)와 머시닝/밀링된 표면을 형성하는 다양한 플랫 와이어(9) 간의 적절한 절연을 보장하도록 주의가 기울어져야 한다. 상기 머시닝된 표면이, 예를 들어, 적절한 에폭시 등에 의해 절연되거나 그리고/또는 코팅될 수 있다.

3상 기계를 위해, 코일레그(coil leg)(13, 14)가 5*360°/(2*6*n)의 각도 α에서 서로에 대하여 경사져야 한다. 여기서, n은 3이상의 정수이며, 코일레그(13, 14)의 연장은 조립된 기계의 중심 C에서 만나야된다. 이것이, 코일(15)의 충전율(fill factor), 즉, 전체 이용가능한 영역에서 충전되는 구리의 백분율이 최적인 경우, 필요조건이 된다. 이 필요조건에서 조금 벗어날 수 있지만, 어떠한 설계자도 그렇게 하고 싶지 않을 것이다. 또한, 코일부재(15)의 상단부는 두 개의 코일레그(13, 14)를 서로 연결하는 반원 아치형 형태를 가지며, 코일부재(15)의 반대 단부에는 각도 α보다 큰 각 β을 형성하는 두 개의 하부 코일레그가 제공되며, 극단부는 둥글게 처리된다(rounded off). 슬롯(1 내지 4)은 코일부재(15)의 상부 반원 단부 및 서로 각도 β를 형성하는 코일부재(15)의 하단부의 일부에 배열된다는 사실을 이해해야 한다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 코일부재(15)의 좌측에 조립되도록 의도된 인접 코일부재(미도시)를 위한 슬롯(1, 2)은 도시된 코일부재(15)의 전측에 제공되며, 도시된 코일부재(15)의 우측에 배열될 인접 코일부재(미도시)를 위한 슬롯(3, 4)은 도시된 코일부재의 후측에 제공됨으로써, 다양한 코일부재들이 평평한(flat) 적층 자세로 배열되는 것이 가능해지며, 두 개의 인접 코일부재(15) 간의 조인트의 전체 두께는 하나의 코일부재(15)의 두께와 실질적으로 동일하다.

도 2a 및 도 2b는 와이어(9)의 제1회전을 도시함으로써 반시계 방향으로 권선된 부재(7)와 시계 방향으로 권선된 부재(8) 사이의 차이점을 도시한다. 도 2c는 측면에서 바라본 제1회전 부재를 도시한다. 교차하는 커넥터 와이어(29) 없이 정확한 방법으로 코일부재를 연결하는 것이 가능하기 위해서는, 코일부재(15)의 반은 도 2a에 도시된 바와 같이 반시계 방향으로 권선되거나 도 2b에 도시된 바와 같이 시계 방향으로 권선되어야 한다. 도 2의 측면도는 양 전면도에 대하여 동일하다. 도 4에 도시된 바와 같이, 세 개의 반시계 방향 부재들(16, 17, 18) 이후로 세 개의 시계 방향 부재들(19, 20, 21)이 이어질 것이다. 물론, 그러한 순서 또는 시퀀스는 서로 대칭(mirrored) 또는 회전될 수 있다. 예를 들어, 플랫 와이어(9)는 절연 플랫 와이어(9)를 수용하는 릴(미도시) 등으로부터 연속적으로 전달될 수 있다.

도 3은 코일부재(15)를 권선하는데 이용되는 몰드(mould) 또는 템플레이트(template)(10)를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 몰드(10)는, 바람직하게는, 홀(11)이 제공됨으로써, 권선과정 동안 플레이트(미도시) 사이에서 스크류 및 너트에 의해 고정될 수 있다. 도시된 바와 같은 권선은 반시계 방향의 권선이다. 권선과정을 완료하면, 플레이트가 제거됨으로써,몰드(10)가 없는 생성된 코일부재(15)를 들어올릴 수 있게 된다. 아마도, 그것이 몰드(10)에 여전히 부착되어 있는 동안 코일부재(15)에서 슬롯(1 내지 4)을 밀링하는 것이 바람직할 것이다. 그러한 목적을 위해, 몰드(10)에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 코일부재(15)에서 요구되는 슬롯(1 내지 4)을 제공하도록 구성된 몰드(12)에서의 슬롯 또는 홈(12)이 제공되는 것이 바람직하다.

도 4a는 함께 맞춤되고 조립된 여러 코일부재들(15)의 전면도를 개략적으로 도시하며, 도 4b는 도 4a에 도시된 조립된 코일부재들(15)의 측면도를 개략적으로 도시한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 코일부재들(15)은 순차적인 순서(16-21)로 서로의 상부에 위치하며, 서로에 대하여 측면으로 대체된다(laterally displaced). 부재번호 17로 표시된 코일부재(15)의 우측은, 도면에서 부재번호 18로 표시된 이웃하는 코일부재(15)의 인접하는 측부(좌측)의 상부에 위치하게 되며, 도면에서 부재번호 17로 표시되는 코일부재(15)의 좌측은, 도면에서 부재번호 16으로 표시된 코일부재(15)의 우측 아래에 위치하게 된다. 이러한 구성은 도 4a에 도시된 모든 코일부재(15)에 유효하다. 또한, 모든 코일부재들이 슬롯(1 내지 4)을 가지도록 구성됨으로써, 도 4b에 도시된 바와 같이 하나의 코일부재(15)에 대응하는 높이를 가지는 조립된 구성으로 코일부재들(15)을 배열할 수 있게 된다. 도 4a 및 도 4b에 더 도시된 바와 같이, 접촉핀(5)이 각 코일부재(15) 아치 내부에 배열되며, 접촉핀(6)이 코일부재(15) 아치의 외측에 배열되어, 양 접촉핀(5, 6)은 도 4b에 도시된 바와 같이 동일한 방향으로 옆으로 돌출된다.

도 5a는 코일부재들(15)을 3상 전기 기계 코일 조립체로 연결하기 위해 사용되는 커넥터 와이어(29)의 상면도를 개략적으로 도시하며, 도 5b는 도 5a에 도시된 커넥터 와이어(29)의 원근법에 따른 도를 개략적으로 도시하며, 도 5c는 도 5a에 도시된 커넥터 와이어(29)의 단면도를 개략적으로 도시하였다. 커넥터 와이어(29)는 상이한 코일부재(15)의 커넥터 핀(5, 6)을 각각 연결하도록 구성됨으로써, 제1 코일부재(15)의 커넥터 핀(5)이 다음의 제3 코일부재(15)의 커넥터 핀(6)에 커넥터 와이어(29)에 의해 연달아서 직렬로 연결된다. 도 4a를 참조하면, 이것은 부재번호 16으로 표시된 코일부재(15) 상의 커넥터 핀(5)이 부재번호 19로 표시된 코일부재(15) 상의 커넥터 핀(6)에 도 5a에 도시된 바와 같은 커넥터 와이어(29)를 이용하여 연결된다는 것을 의미한다. 그러한 목적을 위해, 각 커넥터 와이어의 단부에는 커넥터 핀(5, 6)을 수용하도록 구성된 홀(23')이 제공된다. 커넥터 와이어(29)는 조립체 내의 다양한 커넥터 와이어(29)가 이웃하는 커넥터 와이어(29)에 접촉하는 것을 방지하도록 약간 휜 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 커넥터 와이어(29)는 원형을 위해 레이저, 물 등에 의해 커팅될 있으며, 대량 생산으로 찍어낼 수 있다.

도 6a는 코일부재(15)가 장착될 플라스틱 프레임(22)의 상면도를 개략적으로 도시하며, 도 6b는 도 6a에 도시된 플라스틱 프레임(22)의 측면도를 개략적으로 도시하며, 도 6c는 원으로 표시된 도 6b에 도시된 플라스틱 프레임(22)의 일부를 확대하여 도시하며, 도 6d는, 조립된 코일부재(15)를 위한 의도된 위치에 대하여 플라스틱 프레임의 반대측에 위치된 모든 홀(23) 및 슬롯(26)과 그들의 커넥터 와이어(29)에 대한 패턴을 나타내는, 도 6a에 도시된 플라스틱 프레임(22)의 후측을 개략적으로 도시하며, 도 6e는 도 6d에 도시된 플라스틱 플레이트(22)의 후측의 섹터를 확대하여 개략적으로 도시하였다.

도시된 프레임(22)은 그 위에서 코일부재(15)가 조립되며 에폭시에 내장될 일반적인 프레임(22)이다. 모든 커넥터 핀(5, 6)은 프레임(22)의 홈에서 홀(23)을 통해 가압되도록 의도되며, 홀(23)은 커넥터 와이어(29)의 단부에서 홀(23')에 동축적으로 정렬되도록 의도됨으로써, 커넥터 와이어(29)가 핀(5, 6)에 부착되는 것을 허용한다. 커넥터 와이어(29)는 프레임(22)의 후측 상의 표면에 형성된 대응하는 슬롯(26)으로 가압되는 것과 동시에 커넥터 핀(5, 6)으로 가압되도록 의도되며, 핀(5, 6)의 단부와 커넥터 와이어(29)는 조립시 플라스틱 프레임(22)과 대략 동일한 높이를 이루도록 구성된다. 커넥터 와이어(29)가 제안된 형태로 인해 그들 사이에서 서로 교차하지 않으므로, 절연될 필요가 없다.

도 6c에 도시된 바와 같이, 프레임(22)에는 프레임(22)을 통해 연장되는 중심으로 배열된 원형 오프닝이 제공된다. 중심으로 배열된 원형 오프닝의 엣지(25)를 따라, 각 코일부재(15)의 가장 넓은 단부를 위한 안착부를 형성하도록 의도된 지지면(33)이 제공됨으로써, 코일부재(15)가 프레임(22) 상에 조립될 수 있다. 프레임의 나머지 재료는 전기 기계에서 영구 마그넷을 가지는 회전자 디스크를 위한 공간을 형성한다. 큰 직경 홀(34)이 프레임(22)의 중심에 제공된다. 코일부재(15)가 조립될 때, 코일부재가 오프닝(34)의 주변부를 충전하여(filling), 회전자의 축을 위해 중심에 적절한 오프닝을 남겨두며, 회전자는 아래에서 설명되는 바와 같이 마그넷의 형태를 이룬다.

도 6c에 도시된 바와 같이, 커넥터 핀(5, 6)을 위한 홀(23)은 코일부재(15)를 위한 안착부(33)를 통해 연장되며, 홀(23)은 프레임(22)의 반대측의 덕트(26)와 연통된다. 또한, 한 쌍의 홀(23) 사이에는 지지면(33)에 실링 O-링(30)을 하우징하기 위해 의도되며, 홀(27)을 통해 냉각수를 순환시키도록 의도된 원형 홈(24)이 제공된다. 그러한 방법으로, 냉각유체를 위한 경로가 프레임(22) 내에 제공되어, 냉각수가 코일부재(15)의 양측과 직접 접촉되도록 할 수 있으며, 그로 인해, 열은 냉각유체로 들어가기 전에 구리 및 와이어의 얇은 층을 통해 단열을 수행할 필요만 있으므로, 오히려 효율적인 냉각효과을 제공하게 된다. 코일부재(15)에 충분한 기계적 강도를 제공하고 기계내부로 냉각유체의 누수를 방지하기 위해, 코일부재(15)는 에폭시 또는 유사한 것에 내장되어야 한다. 홀이 냉각유체를 위한 경로를 형성하기 위해 에폭시내에 형성되어야 한다.

도 7은 냉각유체를 봉쇄하기 위한 O-링은 포함하지만 코일부재가 내장되어야 하는 에폭시 없이 프레임(22)에 장착된 코일부재(15)를 도시한다. 도면은 완성된 조립체에서의 코일부재(15)를 도시한다. 도면에는 에폭시가 보이지 않지만, 에폭시에 대하여 실링하기 위한 O-링 실링부(30)가 도시되어 있다. 제안된 냉각방법으로는, 코일부재의 내부팁이 기계 내에서 핫스폿이 될 것이다. 커넥터 핀(5, 6)에 가장 가까운 슬롯(2, 4)의 일부는 냉각에 의해 가장 영향을 받는 코일부재(15)의 일부가 된다. 코일 프레임(22)은 홀(27) 및 슬롯 또는 홈(24, 28)을 가지며, 여기서 슬롯(24, 28)이 냉각유체를 위한 적절한 실링을 제공할 O-링(30)에 맞춤됨으로써, 냉각유체가 코일부재(15)의 양측에 접촉하도록 허용한다. 홀(27)과 슬롯 또는 홈(24, 28)은, 다수의 코일 조립체가 멀티디스크, 샌드위치형 기계에 함께 장착되는 경우, 냉각유체가 코일 조립체에서 코일 조립체로 유동할 수 있도록, 배열된다. 그러한 경우, O-링을 위한 홈 또는 슬롯, 또는 다른 유형의 실링부재가 샌드위치형 유닛에서 다양한 층 사이의 실링부로서 사용될 수 있다.

도 8은 코일 조립체가 모터에서 어떻게 작용하는지를 보여주는 코일 및 마그넷을 도시한다. 마그넷(31, 32)은 평면(31) 내부로 또는 평면(32) 외부로 자화된다. 독자가 마그넷(31)을 쉽게 선별하여 조립된 도에서 형태에 의해 마그넷(31)을 쉽게 식별하도록 하기 위해, 단일 마그넷(31)이 코일-마그넷 조립의섹션 아래에 도시되어 있다. 화살표는 흐름 방향을 나타낸다. 본 발명에 따르면, 어떠한 시간에도 마그넷(31, 32) 위의 네 개의 코일 레그(13, 14)에서 흐름이 동일한 방향으로 흐르게 하는 것은 항상 가능하다. 마그넷(31, 32)은 마그넷(31, 32)이 요구된 토크를 생성하는 회전자로서 기능하면서 회전하도록 허용하기 위해 축(미도시)을 가지는 캐리어(미도시)에 의해 지지된다. 비오-사바르 법칙(Biot-Savart law)에 의해 모든 코일 레그(13, 14)는 동일한 방향으로 토크를 생성하기 위해 마그넷(31, 32)과 상호작용할 것이다. 마그넷(31, 32)은 회전자의 일부인 코일 프레임(미도시)에 삽입되어 토크를 축으로 전달해야 한다.

마그넷은 인덕션 모터를 형성하기 위해 방사 방향으로 배치된 다수의 합선 로드(short circuited rods) 또는 단순한 고체형 금속(구리 또는 알루미늄)으로 대체될 수 있다. 그들은 또한 초전도체(super conductor)에 의해 대체될 수 있지만, 본 특허의 기간 동안, 영구 마그넷이 최고의 해결안이 될 것이다.

도 9는 적어도 아이론의 존재가 유용한 섹션에서 와이어(9) 사이에 아이론(35)(판금)를 위한 공간이 형성되도록 변경된 코일을 도시한다. 그 결과, 와이어가 더 얇아진다. 와이어(9)가 더 얇아진 경우, 와이어 두께는, 증가된 두께가 시스템의 성능에 대한 효과를 가져올 수 있는 곳에서는, 예를 들어, 위치 36에 도시된 부분과 같은 곳에서는, 증가될 수 있다. 이것은 기계의 파워 효율성을 증대시키며 코일 내의 특정 영역 또는 장소에서 열 형성을 감소시키도록 이루어질 수 있다. 이것은 포일 또는 와이어가 얇은 소형 기계에는 실용적이지 않지만, 와이어 커팅(전기 방전 머시닝), 레이저 커팅, 워터 커팅 또는 그 유사한 기법을 이용하여 구리의 편으로부터 코일을 직접 제조할 수 있는 대형 기계에는 실용적이다.

Claims (10)

1. 코일부재(15)가 플랫 와이어/포일(9)로 권선되는 3상 가로 축자속 멀티 디스크 기계를 위한 코일 조립체는,
   코일부재(15)를 플랫 와이어/포일(9)의 폭과 대략 동일한 두께를 가지는 원형 코일 디스크로 조립하는 것이 가능하도록 형성된, 코일부재(15)의 각 측에 4개씩인 8개의 슬롯(1 내지 4)이 각 코일부재(15)에 형성되는 것을 특징으로 하는 코일 조립체.
2. 제1항에 있어서,
   각 코일부재(15) 내의 코일 레그 사이의 각도(α)는 5*360°/(2*6*n)이며,
   여기서 n은 3 이상의 정수이며, 코일 레그(13, 14)의 연장선은, 이것이 상기 코일부재(15)가 완전한 3상 코일 조립체로 조립되기 위한 필요조건이므로, 코일 조립체의 중심에서 만나는 것을 특징으로 하는 코일 조립체.
3. 제1항에 있어서,
   상기 코일부재(15)의 반은 반시계 방향(7)으로 권선되며, 상기 코일부재(15)의 다른 반은 시계 방향(8)으로 권선되며, 코일 조립체에서 상이한 유형의 코일부재(15)가 3개의 그룹으로 수집되어, 상기 코일부재(15)를 서로 교차하지 않는 커넥터 와이어(29)와 연결하는 것이 가능해지는 것을 특징으로 하는 코일 조립체.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   조립후의 상기 코일부재(15)는, 상기 코일부재(15)의 헤드를 위한 엣지(25), 커넥터 핀(5, 6)을 위한 홀, 그리고 커넥터 와이어(29)가 서로 교차하지 않도록 배열된 커넥터 와이어(29)를 위한 후면 상의 슬롯(26), 을 포함하여 사전 제작된 코일 프레임(22)에 삽입되는 것을 특징으로 하는 코일 조립체.
5. 제1항 및 제4항에 있어서,
   상기 코일 프레임(22)은 홀(27)과 슬롯(24, 28)을 포함하며,
   여기서 상기 슬롯(24, 28)은, 냉각 유체에 대한 적절한 실링을 제공하며 냉각 유체가 상기 코일부재(15)의 양측과 접촉하는 것을 허용하는 O-링(30)에 맞춤될 수 있는 것을 특징으로 하는 코일 조립체.
6. 제1항, 제4항 및 제5항에 있어서,
   상기 홀(27)과 슬롯(24, 28)은, 다수의 코일 조립체가 멀티 디스크 기계에 함께 장착되는 경우, 냉각 유체가 코일 조립체에서 코일 조립체로 유동할 수 있도록 배열되는 것을 특징으로 하는 코일 조립체.
7. 제1항에 있어서,
   아이론이, 코일을 통해 플럭스 밀도를 증가시키기 위해 코일 사이의 갭에 배치되는 것을 특징으로 하는 코일 조립체.
8. 제1항에 있어서,
   상기 와이어는, 와이어 커팅(전기 방전 머시닝), 레이저 커팅, 워터 커팅, 또는 그 유사한 기법을 이용하여 상기 코일부재의 형태로 구리 플레이트로부터 직접 커팅되는 것을 특징으로 하는 코일 조립체.
9. 제1항 및 제8항에 있어서,
   상기 와이어는, 열 생성을 감소시키기 위해, 일반적으로는 상기 코일 주변에, 특히, 상기 8개의 슬롯(1 내지 4) 근처 또는 내부에서 가변하는 두께가 주어지는 것을 특징으로 하는 코일 조립체.
10. 제1항 및 제8항에 있어서,
    상기 코일을 통해 플럭스 밀도를 증가시키기 위해 아이론을 삽입하기 위한 공간이 상기 와이어 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 코일 조립체.

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