KR20150038493A

KR20150038493A - 자기열 열 디바이스를 위한 자계 발생기 및 이러한 발생기를 갖춘 자기열 열 디바이스

Info

Publication number: KR20150038493A
Application number: KR1020157005254A
Authority: KR
Inventors: 크리스티앙 뮐러
Original assignee: 쿨테크 어플리케이션즈 에스.에이.에스.
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2015-04-08
Also published as: WO2014016669A2; EP2878000A2; FR2994018A1; FR2994018B1; CN104508765A; BR112015000981A2; JP6260621B2; JP2015524617A; PL2878000T3; US20150206638A1; IN2015MN00125A; EP2878000B1; US9548151B2; CN104508765B; ES2606477T3; WO2014016669A3

Abstract

본 발명은 자기열 열 디바이스를 위한 자계 발생기(G₁) 에 관한 것으로, 상기 자계 발생기는, 중앙 평면(P)의 양쪽에 적어도 두개의 에어 갭(E₁, E₂)을 형성하며, 수미식(head-to-tail)으로 장착되며 적어도 두개의 에어 갭을 형성하는 제1(S_M11) 및 제2(S_M21)의 동일한 자화구조를 포함한다. 각각의 자화구조(S_M11, S_M12)는, 유도벡터가 반대방향으로 지향되며 서포트(S_UP1)에 장착되는 제1(A_M1) 및 제2(A_M2) 자화 어셈블리를 포함한다. 각각의 자화 어셈블리(A_M1, A_M2)는, 비활성 면(F_P1, F_P2) 및, 에어 갭(E₁, E₂)의 범위를 정하는 활성 면(F_A1, F_A2)을 포함하는 영구자석 구조(A_PI, A_PC)를 갖는다. 이런 발생기는 서포트(S_UP1) 및 에어 갭(E₁, E₂, E₃, E₄)을 통해서 자계의 하나의 싱글 순환 루프를 발생기 내부에 형성하는 제1(A_M1, A_M19) 및 제2(A_M2, A_M29) 자화 어셈블리의 유도벡터를 특징으로 한다.

Description

자기열 열 디바이스를 위한 자계 발생기 및 이러한 발생기를 갖춘 자기열 열 디바이스{MAGNETIC FIELD GENERATOR FOR A MAGNETOCALORIC THERMAL DEVICE, AND MAGNETOCALORIC THERMAL DEVICE EQUIPPED WITH SUCH A GENERATOR}

본 발명은 회전구조를 지닌 자기열 열 디바이스를 위한 자계 발생기에 관한 것으로, 상기 자계 발생기는, 중앙 평면의 양쪽에서 평행하게 서로 대향하여 수미식(head-to-tail)으로 장착되며, 동일 평면에 정반대로 대향하여 위치된 적어도 두개의 에어 갭을 형성하게끔 배치되는 제1 및 제2의 동일한 자화구조를 포함하며, 각각의 자화구조는, 정반대로 대향하며, 적어도 하나의 강자성 재료로 만든 서포트에 장착되며 상기 적어도 두개의 에어 갭으로 범위가 정해지는 구조적으로 동일한 제1 및 제2의 자화 어셈블리를 포함한다.

회전식 구조를 지닌 자기열 열 디바이스에 관한 것으로, 자기열 열 디바이스에는 자기열 엘리먼트를 포함하는 적어도 하나의 디스크 및 위에서 정의된 바와 같은 자계 발생기가 제공되며, 자기열 엘리먼트를 지닌 적어도 하나의 디스크는 적어도 상기 두 에어 갭에 장착된다.

대기 온도(ambient temperature)에서 자기냉동 기술은 30년 이상 알려져 왔는데, 자기냉동 기술은 생태 및 지속가능한 개발의 관점에서의 장점이 널리 인정되고 있다. 유용한 열 출력 및 열 성능에 관한 제한 또한 잘 알려져 있다. 따라서, 이 분야에서 수행되는 모든 연구는, 자계의 강도, 자기열 재료의 성능, 열전달 유체 및 자기열 재료 사이의 열 교환 표면, 열 교환기의 성능 등과 같은 다양한 패러미터를 조정함으로서, 자기열 열 기구(magnetocaloric thermal appliance)의 성능을 향상시키는데 이바지한다.

이러한 기구에서, 자기열 재료로 된 적어도 하나의 열 엘리먼트가 진입하고 퇴출하는 적어도 하나의 에어 갭에서 균일하고 강렬한 자계를 발생시키는 것은 필수적이다. 에어 갭에서 자계를 더 높이고, 자기열 엘리먼트에서 유도된 자기열 효과를 더 강하게 하는 것은 온도 구배(temperature gradient) 뿐 아니라 열 출력(thermal output)의 증가로 이어져서, 이러한 자기열 열 기구의 전체 효율의 증가로 이어진다.

또한, 특정 영역에서, 열 기구의 컴팩트화가 필수적이며 자기 시스템에서의 회전식 구성 또는 구조는 자기열 재료(들)에 대해 상대 이동으로 이어진다. 이러한 회전식 구성은, 사용된 볼륨 비율 당 좋은 자기열 재료를 보여주는 장점을 갖는다. 열 기구의 열 출력은 특히 사용된 자기열 재료의 양에 의존하기 때문에, 이러한 배열(arrangement)은 실제로 매우 유리하다.

그러나, 오늘날 회전식 열 기구 내에 장착될 수 있고 적어도 두개의 에어 갭 에서 약 1 테슬라로 집중되는 강렬하고 균일한 자계를 발생시킬수 있는, 작은 사이즈, 감소된 원가를 지닌 자계 발생기는 없다.

본 발명은 자기열 열 기기(magnetocaloric thermal appliance)에 통합되게 의도된 자계 발생기를 제안함으로서 이러한 요건들을 충족시키는 것을 목적으로 한다. 이 자계 발생기는 적어도 두개의 에어 갭에서 강렬하고 균일한 자계를 만들어낼 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자계 발생기는 제조하기 쉽고, 조립하기 용이하며 간단한 기하학적 형상을 지닌 부품들을 포함하므로 낮은 제작 비용을 지닌다.

그 목적을 위해, 본 발명은 전제부에 설명된 바와 같은 자계 발생기에 관한 것으로, 제1 및 제2 자화 어셈블리는, 자기유도벡터가 중앙 평면에 대해 실질적으로 수직하고 활성 면 및 비활성 면을 포함하는 영구자석들을 지닌 각각의 구조를 갖으며, 상기 활성 면은 에어 갭의 범위를 정하고, 제1 및 제2 자화 어셈블리의 유도벡터는 서포트 및 에어 갭을 통해서 자계의 하나의 싱글 순환 루프를 발생기 내부에 형성한다.

본 발명의 변형 실시예에 있어서, 영구자석 구조는, 적어도 두개의 영구자석들의 스테이지를 포함하는 계단구조(stepped structure)일 수 있으며, 상기 스테이지는 동심원으로 중첩되며, 제1 및 제2 자화 어셈블리의 비활성 면을 형성하는 자속 개시 스테이지라 불리는 영구자석의 제1 스테이지 및, 에어 갭들의 범위를 정하는 제1 및 제2 자화 어셈블리의 활성 면을 형성하는 자속 집중 스테이지라 불리는 영구자석의 제2 스테이지를 포함한다.

개시 스테이지는, 자석(들)이 중앙평면에 평행한 평면에 위치되는 스테이지이며, 집중 스테이지라 불리는 제2 자석 스테이지를 지지한다. 이 경우에, 개시 스테이지의 영구자석들은 서포트에 장착되어 대응하는 집중 스테이지의 영구자석들을 위한 베이스로서 이용된다. 자화구조에서, 하나의 개시 스테이지는 서포트로부터 대응하는 집중 스테이지를 향해 자계 흐름을 전도시킬 수 있으며, 다른 개시 스테이지는 자계 흐름을 다른 방향으로 전도시킬 수 있는데, 다시 말해 대응하는 집중 스테이지로부터 서포트를 향해 전도시킬 수 있다.

따라서 제1 및 제2 자화 어셈블리는 에어 갭 내에 위치된 활성 면 및 대향하는 비활성 면을 포함할 수 있다. 영구자석들의 두 스테이지(two stages)를 지닌 자화 어셈블리에서, 제1 및 제2 자화 어셈블리의 개시 스테이지는 서포트 상에 장착될 수 있으며, 제1 자화 어셈블리의 자기유도벡터(magnetic induction vector)는 활성 면을 향해 지향될 수 있고, 제2 자화 어셈블리의 자기유도벡터는 비활성 면을 향해 지향될 수 있으며, 그리고 제1 및 제2 자화 구조는 활성 면이 서로의 앞에 있도록 배치될 수 있다.

본 발명에 따르면, 각각의 자화 어셈블리에서, 중앙평면에 평행한 평면을 따라 배치되는 영구 자석 스테이지들의 단면(cross-section)은 개시 스테이지로부터 집중 스테이지를 향해 감소될 수 있다.

본 발명에 따르면, 영구자석 스테이지들은 다른 자기유도 값(magnetic induction values)을 갖을 수 있다. 예컨대, 개시 스테이지를 형성하는 영구자석의 자기유도(예컨대, 1 테슬라(Tesla))는 대응하는 집중 스테이지를 형성하는 영구자석의 자기유도(예컨대, 1.4 테슬라)보다 낮을 수 있다.

변형 실시예에 따르면, 각각의 자화 구조는, 발생기에 의해 범위가 정해진 볼륨에서 자계를 포함하게끔 배치된 디바이스를 포함할 수 있다.

자계를 포함하게끔 배치된 상기 디바이스는, 강자성 재료로 만든 적어도 하나의 플레이트를 포함하며, 서포트의 대응하는 측면에 대하여 위치되어 대응하는 에어 갭을 향해 연장된다.

유리하게는, 상기 디바이스의 적어도 하나의 플레이트는, 자속을 포함하게끔 배치되며, 대응하는 에어 갭을 향해 지향되는 구부러진 섹션(bent section)을 갖을 수 있다.

변형으로서, 자계 흐름(magnetic field flux)을 포함하게끔 배치된 상기 디바이스는 서포트 상에 장착된 강자성 재료로 된 부분(part)을 포함할 수 있으며, 상기 부분은, 중앙 평면에 평행한 평면의, 동일한 자화구조의 제1 및 제2 자화 어셈블리 사이에 연장되며, 상기 부분은, 에어 갭의 입구 및/또는 출구의 높이에서 집중 스테이지를 향해 연장되는 돌출 영역(protruding areas)을 포함한다.

다른 변형 실시예에 따르면, 각각의 서포트는, 동일한 자화구조의 제1 및 제2 자화 어셈블리 사이에 위치된 중앙부분(central part)에 적어도 하나의 영구자석을 포함할 수 있으며, 중앙평면에 평행한 영구자석의 자기유도벡터는, 제1 및 제2 자화 어셈블리의 유도벡터에 수직으로 자계의 순환 방향으로 지향된다.

자계 발생기의 균일한 자기 루프(uniform magnetic loop)를 보장하기 위해, 동일한 자화구조의 제1 및 제2 자화 어셈블리 사이에 위치된 모든 서포트의 중앙 섹션은, 서포트의 나머지 부분을 형성하는 재료보다 더 높은 투자율(magnetic permeability)을 갖는 강자성 재료로 만들어질 수 있다.

변형 실시예에 따르면, 중앙평면에 평행한 평평한 열 절연부(flat thermal insulation part)는 모든 자화구조에 장착될 수 있어, 대응하는 집중 스테이지에 위치될 수 있다.

열 절연부는 집중 스테이지의 영구자석의 통로를 위한 리세스를 포함하는 디스크일 수 있으며, 집중 스테이지가 장착된 자석 스테이지(magnet stage)에 의해 형성된 랜딩(landing)에 놓일 수 있다.

다른 변형 실시예에서, 발생기는 제1 및 제2 자화구조 사이의 중앙 평면에 삽입되는 제3 자화구조를 포함할 수 있는데, 상기 제3 자화구조는, 네개의 에어 갭의 범위를 정하게끔, 상기 제1 및 제2 자화구조의 제1 및 제2 자화 어셈블리 사이에 각각 위치되는 두개의 자화유닛을 포함한다.

각각의 자화유닛(magnetizing unit)은 적어도 하나의 영구자석을 포함하는데, 영구자석의 자기유도벡터는 상기 자화유닛이 위치되는 자기 어셈블리들 사이의 자기유도벡터와 동일한 지향성 및 방향을 갖는다.

본 발명에 따른 자계 발생기를 실현하기 위해 사용되는 위에서 설명된 영구자석은 바람직하게는 균일한 자화(uniform magnetization)를 갖는다.

제3 자화구조에서, 자화유닛은 강자성 재료로 만들어진 서포팅 엘리먼트의 양쪽(양편)(either side)에 배치되거나 장착되는 영구자석을 포함한다. 변형으로서, 제3 자화구조의 영구자석은 강자성 재료로 만들어질 수 있는 서로 평행한 두개의 동일한 서포팅 엘리먼트(supporting elements)사이에 배치되거나 장착될 수 있다.

서포팅 엘리먼트는 바람직하게는 플레이트의 형상을 갖는다.

또한, 본 발명은 전제부에 설명된 바와 같이 자기열 열 디바이스에 관한 것으로, 위에서 정의된 바와 같은 적어도 하나의 자계 발생기를 포함하고 자계 발생기의 에어 갭 내에 장착되는 자기열 엘리먼트(magnetocaloric elements)를 운반하는 디스크(disk)를 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자계 발생기의 에어 갭 내에 위치될 수 있는 자기열 엘리먼트는 열전달 유체와 열 접촉되도록 의도된다. 이러한 열전달 유체는, 자기열 엘리먼트가 에어 갭 내에 위치되는 동안의 단계에 해당하는 예컨대 자기 사이클(magnetic cycle)의 제1 단계(first phase) 동안 차가운 단부(cold end)로부터 뜨거운 단부(hot end)를 향해 순환하며, 자계가 자기열 엘리먼트의 온도 증가를 이끌고, 그리고 자기열 엘리먼트가 에어 갭 바깥쪽에 위치되는 동안인, 자기 사이클의 제2 단계 동안 뜨거운 단부로 부터 차가운 단부를 향해 순환하며, 제로 자계가 자기열 엘리먼트의 온도 감소를 이끈다. 열전달 유체와 자기열 엘리먼트 사이의 열 접촉은 자기열 엘리먼트을 통해 또는 따라 통과하는 열전달 유체로 달성될 수 있다. 그 목적을 위해, 자기열 엘리먼트는 하나 또는 여러개(one or several)의 자기열 재료로 만들어 질 수 있으며 열전달 유체에 투과될 수 있다. 또한 자기열 엘리먼트는 자기열 엘리먼트의 두 단부(two ends) 사이에 유체를 연장하기 위한 순환 경로(circulation paths)를 포함한다. 이러한 경로는 자기열 재료의 다공성(porosity) 또는 예컨대 자기열 재료의 플레이트 셋트를 사용하여 획득된 채널(channels)에 의해 달성될 수 있다.

열전달 유체는 바람직하게는 액체이다. 그 목적을 위해, 예컨대 순수한 물 또는 부동액을 지닌 물, 글리콜 제품 또는 염수를 사용하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른, 자기열 열 디바이스의 자계 발생기는, 제1 및 제2 자화구조 사이의 중앙 평면에 삽입되는 제3 자화구조를 포함할 수 있는데, 상기 제3 자화구조는, 네개의 에어 갭의 범위를 정하게끔, 상기 제1 및 제2 자화구조의 제1 및 제2 자화 어셈블리 사이에 각각 위치되는 두개의 자화유닛을 포함한다.

자계 발생기는 적어도 두개의 에어 갭에서 강렬하고 균일한 자계를 만들어낼 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자계 발생기는 제조하기 쉽고, 조립하기 용이하며 간단한 기하학적 형상을 지닌 부품들을 포함하므로 낮은 제작 비용을 지닌다.

본 발명 및 본 발명의 장점은 비제한적 실례로서 주어진 아래의 실시예의 설명 및 부록에 있는 도면을 참조하여 더 잘 밝혀질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 자계 발생기(magnetic field generator )의 사시도이다.
도 2는 도 1의 평면 A에 따른 단면도이다.
도 3은 자계 흐름(magnetic field flux)을 포함 할 수 있는 디바이스가 제공된 도 1의 발생기의 사시도이다.
도 4는 도 3의 발생기의 자화구조의 사시도이다.
도 5는 도 4의 자화 구조의 변형 실시예이다.
도 6은, 추가 변형 실시예에 따른, 도 4의 자화구조와 동일한 도면이다.
도 7은 자화 구조의 다른 변형 실시예의 사시도이다.
도 8은 도 1의 자계 발생기 변형 사시도이다.
도 9는 도 8의 발생기의 평면 B에 따른 단면도이다.
도 10은 자계 흐름을 포함할 수 있는 디바이스가 제공된 도 8의 발생기의 도면이다.
도 11은 다른 각도에 따른 도 10의 발생기의 사시도이다.
도 12는 본 발명에 따른 자계 발생기의 다른 변형 실시예의 도면이다.
도 13은 도 3과 같은 본 발명에 따른 자계 발생기를 포함하는 자기열 열 디바이스의 간략화된 개략도이다.
도 14a 내지 도 14e 는 제3 자화구조의 다른 변형 실시예들이다.
도 15는 본 발명에 다른 자계 발생기의 다른 변형 실시예이다.

예시된 실시예의 실례에 있어서, 동일한 부분 및 부품은 동일한 참조부호를 갖는다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 자계 발생기(magnetic field generator)(G₁)의 제1 실시예를 나타낸다. 이 자계 발생기(G₁)는, 동일한 제1 자화구조(first magnetizing structure)(S_M11) 및 제2 자화구조(S_M21)를 포함하는데, 이들은 수미식(head-to-tail)으로 장착되며 중앙 평면(central plane)(P)에 서로 평행하게 대향하여 배치된다. 자화구조들은 그들 사이의 두 에어 갭(E₁, E₂)의 범위를 정하며, 자계 발생기(G₁)의 종축(longitudinal axis)(L)에 대해 정반대로 대향한다. 각각의 자화구조(S_M11, S_M21)는 제1 자화 어셈블리(A_M1) 및 제2 자화 어셈블리(A_M2)를 포함한다. 두 자화구조(S_M11, S_M21)는 서로에 대해 위치되므로 제1 자화구조(S_M11)의 제1 자화 어셈블리(A_M1)는 제2 자화구조(S_M21)의 제2 자화 어셈블리(A_M2)의 앞(in front of)에 위치되며 제1 자화구조(S_M11)의 제2 자화 어셈블리(A_M2)는 제2 자화구조(S_M21)의 제1 자화 어셈블리(A_M1)의 앞에 위치되어 반대방향으로 지향되는 평행 유도 벡터(parallel induction vectors)를 에어 갭(E₁, E₂) 내에서 발생시킨다.

각각의 자화구조(S_M11, S_M21)의 자화 어셈블리(A_M1 및 A_M2)는 스틸, 철-기반 합금 또는 철과 같은 강자성 재료로 만든 서포트(S_UP1) 상의 종축(L)에 대해 정반대로 대향하여 장착된다. 이 서포트(S_UP1)는 제1(A_M1) 및 제2(A_M2) 자화 어셈블리를 제위치에 유지하는데 이용되며 제1 자화 어셈블리(A_M1)에서 퇴출(exiting)하는 자속선(magnetic flux lines)이 제2 자화 어셈블리(A_M2)를 향하게 전도(conduct)한다. 이러한 목적을 위해, 도 1에 실례로서 나타난 바와 같이, 서포트(S_UP1)는, 종축(L) 을 둘러싸고, 제1 및 제2 자화 어셈블리(A_M1, A_M2) 사이에서 대향하는 자화구조( S_M11, S_M21)를 향해서 연장되는 돌출 섹션(S)(protruding section)을 포함한다. 이 돌출 섹션(S)은, 발생기(G₁)의 크기에 영향을 주지 않고, 제1 (A_M1) 및 제2(A_M2) 자화 어셈블리 사이의 자속의 균질한 순환(homogeneous circulation )을 보장할 수 있으며, 한편으로 서포트(S_UP1)의 자속 포화(magnetic flux saturation)를 막을수 있다. 도 1에 나타난 발생기(G₁)에서, 이 돌출 섹션(S)은, 또한 자기열 엘리먼트(E_M)를 포함하는 자기열 열 디바이스(A_T)의 일 부분에 대해 발생기(G₁)를 센터링할 수 있게 도 13에 도시된 바와 같이 두 자화구조(S_M12,S_M21)사이에 위치된다. 서포트(S_UP1)는 다른 구성을 갖을 수 있으며, 소위 샌드위치 구조를 지닌 서포트를 형성하는 강자성 재료로 된 다수의 플레이트의 어셈블리로 만들어 질수 있는데, 이는 낮은 제조비용을 갖는다. 이 구성은 설명되는 모든 서포트(S_UP1, S_UP2, S_UP3, S_UP4, S_UP9)에서 시행될 수 있다.

자계 발생기(G₁)를 형성하는 두 자화구조(S_M11, S_M21)가 동일하다는 사실은 본 발명에 따른 상기 발생기(G₁₎의 제조를 위한 생산비의 최적화를 위한 요건을 충족시킨다. 이것은 실제로 제조를 위한 필요 부품의 갯수를 감소시킬 수 있으며, 따라서 조립, 부품들의 참조 및 재고 관리를 용이하게 한다.

용이하고 비용 효율적이 생산 이외에도, 본 발명에 따른 발생기의 자화 어셈블리(A_M1, A_M19 및 A_M2, A_M29)는 대응하는 에어 갭에서 자기유도(magnetic induction)를 최적화 할 수 있는 계단 구조(stepped structure)를 갖는다. 도 1에 도시된 실시예의 실례에서, 각각의 자화 어셈블리(A_M1 및 A_M2)는 영구자석(A_PI, A_PC)의 두 스테이지(two stages)(E_I1, E_C1, E_I2, E_C2)를 포함한다. 이러한 스테이지(E_I1, E_C1, E_I2, E_C2)는 서로에 대해 센터 방식(centered way)으로 위치되어 중첩된다. 자계 개시 스테이지(magnetic field initiator stage)라 불리는 제1 스테이지(E_I1, E_I2)는 서포트 (S_UP1) 상에 장착되며 자계 집중 스테이지(magnetic field concentrator stage)라 불리는 제2 스테이지(E_C1, E_C2)는 개시 스테이지(E_I1, E_I2) 상의 센터에 장착된다. 이러한 집중 스테이지(E_C1, E_C2)의 과업은 자계(magnetic field)를 집중시키고 강화시키게끔 개시 스테이지(E_I1, E_I2)로부터 대응하는 에어 갭(E₁, E₂) 으로 또는 에어 갭 (E₁, E₂) 으로부터 개시 스테이지로 향하게 하는 것이다. 자화구조에서, 하나의 개시 스테이지는 자계 흐름(magnetic field flux )을 서포트부터 대응하는 집중 스테이지를 향해 전도시킬 수 있으며, 그리고 다른 개시 스테이지는 자계 흐름을 다른 방향으로 전도시킬 수 있는데, 다시 말해 대응하는 집중 스테이지로부터 서포트를 향해 전도시킬 수 있다. 제1(A_M1) 및 제2(A_M2) 자화 어셈블리들의 계단 형상 때문에, 자계 흐름이 에어 갭(E₁, E₂)에서 집중되고 강화된다.

다시 말해서, 스테이지(E_I1, E_I2, E_C1, E_C2)는, 평면(P)과 평행한 평면을 따라 단면이 대응하는 에어 갭(E₁, E₂)를 향해 감소되고 랜딩(landings)을 지닌 구조를 형성시키기 위해, 계층형 구조(nested structure)의 방식으로, 서로 장착된다. 그 목적을 위해, 개시 스테이지(E_I1, E_I2)는 평면(P)과 평행한 평면을 따라 단면을 포함하는데, 집중 스테이지(E_C1, E_C2)의 단면 보다 더 크다.

도 15에 따른 계단 구조의 변형으로서, 제1(S_M19) 및 제2(S_M29) 자화구조에 형성된 영구 자석(A_PU)은 대응하는 서포트(S_UP9) 상에 위치되는 영구 자석의 하나의 싱글 스테이지 E_U 를 형성할 수 있다. 이러한 구성은 적은 비용으로 보다 빠르게 조립할수 있는 장점을 갖는다.

스테이지(E_I1,E_I2,E_C1, E_C2, E_U)의 영구자석(A_PI, A_PC, A_PU)은 바람직하게는 균일하게 자화되며, 유도벡터는 평면(P)에 수직을 이룬다. 자화 어셈블리들(A_M1, A_M19 및 A_M2, A_M29)은 에어 갭(E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆, E₇, E₈, E₉, E₁₀) 내에 위치되는 활성 면(active side)(F_A1, F_A2) 및 에어 갭(E₁, E_2, E₃, E₄, E₅, E₆, E₇, E₈, E₉, E₁₀) 바깥쪽에 위치한 비활성 면(passive side)(F_P1, F_P2)을 포함한다. 이러한 활성 면(F_A1, F_A2) 및 비활성 면(F_P1, F_P2)은 서로 평행하고 중앙 평면(P)에 평행하다. 자화 어셈블리(A_M1, A_M19, A_M2, A_M29)의 비활성 면(F_P1, F_P2)은 서포트(S_UP1, S_UP9)와 접촉하는 개시 스테이지(E_I1, E_I2) 또는 싱글 스테이지(E_U)의 자석(A_PI 또는 A_PU)의 면(side)에 해당하며, 활성 면(F_A1, F_A2)은 에어 갭(E₁, E₂)의 범위를 정하는 집중 스테이지(E_C1, E_C2) 또는 싱글 스테이지(E_U)의 자석(A_PC또는 A_PU)의 면에 해당한다.

도 1 내지 도 12에 도시된 실례에서, 자화구조(S_M11, S_M12, S_M13, S_M14, S_M15, S_M21, S_M22)는 영구자석(A_PI, A_PC)의 두 스테이지(E_I1, E_I2, E_C1, E_C2)를 포함하며, 각각의 스테이지(E_I1, E_I2, E_C1, E_C2)는 세개 영구자석들(A_PI, A_PC)을 포함한다. 그러나 본 발명은 이러한 구성으로 제한되지 않는다. 스테이지(E_I1, E_I2, E_C1, E_C2)는 실제로 상이한 갯수의 영구자석들(A_PI, A_PC)을 포함할 수 있으며 단지 하나 또는 여러개의 자석을 포함할 수 있다. 동일한 방식으로, 자화구조(S_M11, S_M12, S_M13, S_M14, S_M15, S_M21, S_M22)는, 도 15에 나타난 발생기 실례의 경우와 같이, 자화구조를 형성시키기 위해 제공될 수 있는 두 스테이지(E_I1, E_I2, E_C1, E_C2) 또는 하나의 싱글 스테이지(E_U) 이상으로 만들어질 수 있다. 마찬가지로, 여기에서 사각 단면(quadrangular cross-sections)을 지닌 스테이지(E_I1, E_I2, E_C1, E_C2, E_U)의 형상 및 사각 단면을 형성하는 영구자석(A_PI, A_PC, A_PU)의 형상은 나타나 있는 것과 다를 수 있으며 에어 갭(E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆, E₇, E₈, E₉, E₁₀) 내부에서 자계 뿐 아니라 자계의 강도의 대상이 되는 자기열 엘리먼트(E_M)에 의해 적용(imposed)되는 에어 갭(E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆, E₇, E₈, E₉, E₁₀)의 볼륨 및 형상에 적응될 수 있다.

동일한 자화구조(S_M11, S_M12, S_M13, S_M14,S_M15, S_M21, S_M22) 내에서, 스테이지(E_I1, E_I2, E_C1, E_C2, E_U)의 영구자석(A_PI, A_PC, A_PU)의 유도벡터는 동일한 방향(orientation)을 갖는다. 그러나, 에어 갭(E₁, E₂)을 포함한 싱글 자기 루프(single magnetic loop)를 따라 발생기(G₁) 내에서 강렬한 자기순환(magnetic circulation)을 달성하기 위해, 동일한 자화구조(S_M11, S_M12, S_M13, S_M14, S_M15, S_M21, S_M22)의 자화 어셈블리 (A_M1, A_M2)의 유도벡터의 방향은 역전되므로, 에어 갭(E₁, E₂) 내의 자기유도흐름(magnetic induction flux)의 방향은 또한 역전된다. 도 15의 발생기(G₉)의 각각의 자화구조(S_M19, S_M29)의 자화 어셈블리(A_M19, A_M29)의 자기 방향은 동일하게 적용된다.

그 목적을 위해, 도면의 하부 섹션에 나타나 있는, 도 1의 발생기(G₁) 의 제1 자화구조(S_M11)를 고려하면, 제1 자화 어셈블리(A_M1)의 자석(A_PC)은, 자기유도흐름이 진입하는 중앙 평면(P)의 앞에 위치되는 에어 갭(E₁) 측에서 활성 면(F_A1)을 갖는다. 동일한 방법으로, 제2 자화 어셈블리(A_M2)의 자석(A_PC)는, 자기유도흐름이 퇴출하는 중앙 평면(P)의 앞에 위치되는 에어 갭(E₂) 측에서 활성 면(F_A2)을 갖는다. 또한, 활성 면(F_A1 및 F_A2)은 동일한 평면에 위치된다. 제2 자화 어셈블리(A_M2)의 영구자석(A_PI, A_PC)의 유도벡터는 평면(P)를 향해 지향되며, 한편으로 제1 자화 어셈블리(A_M1)의 영구자석(A_PI, A_PC)의 유도벡터(induction vector)는 반대방향으로 지향되어 중앙 평면으로부터 벗어나며(moving off), 양 벡터들은 중앙 평면(P)에 대해 수직이 된다.

제2 자화구조(S_M21)(도 1의 상부 부분에 도시된)는 제1 자화구조(S_M11)와 동일하다. 제1 및 제2 자화 어셈블리(A_M1, A_M2)의 활성 면(F_A1 및 F_A2)은 평면(P)에 평행하며 제1 자화구조(S_M11)의 제2 및 제1 자화 어셈블리(A_M2, A_M1)의 활성 면(F_A2 및 F_A1)의 앞에 위치되도록 평면(P)에 대해 배치된다. 또한, 제1 자화구조(S_M11)의 제1 자화 어셈블리(A_M1)는 제2 자화구조(S_M21)의 제2 자화 어셈블리(A_M2)의 앞에 위치되며, 한편 제1 자화구조(S_M11)의 제2 자화 어셈블리(A_M2) 는 제2 자화구조(S_M21)의 제1 자화 어셈블리(A_M1)의 앞에 위치된다. 이 방법은, 집중 스테이지(E_C1, E_C2)의 영구자석(A_PC)은 서로의 앞에 배치되어 동일한 방향 및 지향성(orientation)을 지닌 유도벡터들을 갖으며 두 에어 갭(E₁, E₂)의 범위를 정한다(delimit). 제1 에어 갭(E₁)은 도 1의 우측에 위치되며 제1 자화구조(S_M11)의 제1 자화 어셈블리(A_M1) 및 제2 자화구조(S_M21)의 제2 자화 어셈블리(A_M2)의 사이에서 자유볼륨(free volume)으로 나타나며 자속선들(magnetic flux lines)은 제2 자화구조(S_M21)로부터 제1 자화구조(S_M11) 를 향해 지향된다(oriented).(도 1의 하부 부분을 향해). 제2 에어 갭(E₂)은 도 1의 좌측에 위치되며 제1 자화구조(S_M11)의 제2 자화 어셈블리(A_M2) 및 제2 자화구조(S_M21)의 제1 자화 어셈블리(A_M1) 사이에서 자유볼륨으로 나타나며 자속선들은 제1 자화구조(S_M11)로부터 제2 자화구조(S_M21)를 향해 지향된다(도 1의 상부 부분을 향해). 자계 발생기(G₁)는, 제1 및 제2 자화구조(S_M11, S_M21) 사이의, 오직 자계가 집중되는 에어 갭(E₁, E₂)을 통해서 순환하는 하나의 싱글 자기 루프(one single magnetic loop)를 발생시킨다. 다시 말해서, 제1(S_M11) 및 제2(S_M21) 자화구조의 바깥쪽에서, 자속은 오직 에어 갭(E₁, E₂)를 통해서 순환한다. 이것은 도 1 내지 12를 참조하여 본 발명에 따른 자계 발생기(G₁, G₂, G₃, G₄, G₅, G₆, G₇, G₈) 의 모든 변형들의 경우이다. 다시 말해, 이러한 자계 발생기(G₁, G₂, G₃, G₄, G₅, G₆, G₇, G₈)는 자화 구조들(S_M11, S_M12, S_M13, S_M14, S_M15, S_M21, S_M22, S_M3) 사이에 자화될 수 있거나 자화된 재료를 사용하여 만든 자강편(magnetic link)을 포함하지 않는다.

도 1에 나타난 자계 발생기(G₁)(magnetic field generator)는, 발생기(G₁)에 의해 범위가 정해진 볼륨에서 자속선들(magnetic field lines)이 퇴출(exiting)하는 것을 방지하게 위해 자기차폐물(magnetic shielding)로 사용(serving)되는 강자성 재료로 만든 하우징 또는 서포트에 장착될수 있거나 하우징 또는 서포트에 의해 운반될 수 있다. 이는 본 발명에 따른 다른 발생기들에 동일하게 적용된다.

도 3 및 도 4에는 발생기(G₂)의 각각의 자화구조(S_M12, S_M22)의 변형 실시예가 나타나 있으며, 자화구조(S_M12, S_M22)는 발생기(G₂)에 의해 범위가 정해진(delimited) 볼륨 내의 자계흐름(magnetic field flux)을 포함하게끔 배치된 디바이스(D_CF1, D_CF2)를 포함한다. 이러한 디바이스는 스틸 또는 철과 같은 강자성 재료로 된 플레이트(D_CF1, D_CF2)로 만들어지며, 그들의 과업은 에어 갭(E₁, E₂) 및 바깥쪽 제로 자계에 강력한 자계를 달성하기 위해 자석(A_PI, A_PC)이 위치된 존에 자계를 돌린다(canalize). 이 방식으로, 가장 급격한 자계유도 변화가 에어 갭 내부에 있는 위치 및 대응하는 에어 갭(E₁, E₂) 바깥쪽의 위치 사이에서 달성 가능하게 한다.

이들 플레이트(D_CF1, D_CF2)는, 개시 스테이지(E_I1, E_I2)의 측면들(lateral sides)에 대하여 장착되는데, 즉, 상기 면들은 자기열 엘리먼트(E_M)에 대한 에어 갭들(E₁, E₂)의 입구(entry) 및 출구(exit)에 위치되어 서포트(S_UP1)의 측면에 대하여 장착된다. 내부 플레이트(D_CF1)는, 발생기(G₂)의 볼륨을 향해서, 그리고 보다 구체적으로는 대응하는 에어 갭(E₁, E₂)을 향해서 자속선을 향하게(directing)할 수 있는 에어 갭(E₁, E₂)을 향해서 구부러진 섹션을 갖는다. 이러한 플레이트들은 자석들의 하나의 싱글 스테이지를 지닌 도 15에 도시된 변형 실시예에 제공될 수 있다.

도 5는, 중앙 섹션이 돌출 영역을 갖지 않는 자화구조(S_M13)의 서포트(S_UP2)의 형상에 의해 단지 도 3 및 도 4와 다른 자계 발생기(G₃)가 도시된 변형 실시예를 나타낸다. 그 목적을 위해, 서포트(S_UP2)의 자기포화(magnetic saturation)를 방지하기 위해, 서포트(S_UP2)는 다른 섹션들 보다 높은 투자율(magnetic permeability)을 지닌 길이방향 축(L) 주위의 중앙 섹션(Sc)과 같은 섹션들을 포함할 수 있는데, 예컨대 철 및 코발트 합금을 사용하여 이런 중앙 섹션(Sc)이 만들며 서포트(S_UP2) 의 나머지 부분은 철로 만든다.

도 6은, 서포트(S_UP3)에 의해 도 3 및 4와 다른 자계 발생기(G₄)의 변형 실시예를 나타내는데, 서포트(S_UP3)는 자화구조(S_M14) 의 제1(A_M1) 및 제2(A_M2) 자화 어셈블리들 사이에서 자속의 순환을 촉진(promotes)시키는 영구자석(A_I1)을 포함한다. 그 목적을 위해, 영구자석(A_I1)은 균일하게 자화되며, 영구자석의 자기유도벡터(magnetic induction vector)는, 평면(P)에 평행하고, 제1(A_M1) 및 제2(A_M2) 자화 어셈블리들의 유도벡터에 수직하고 자계의 순환 방향의 제1 자화 어셈블리(A_M1)로부터 제2 자화 어셈블리(A_M2)를 향해 지향된다. 변형으로서, 상기 서포트(S_UP3)는, 제1(A_M1) 및 제2(A_M2) 자화 어셈블리들을 지지하는 부분들의 레벨에 있어, 예컨대 적어도 부분적으로 페라이트(ferrite)를 포함할 수 있다.

도 7은, 발생기(G₅)에 의해 형성된 볼륨의 자계흐름을 포함하게끔 배치된 디바이스(D_CF3)를 포함하는 자계 발생기(G₅)의 변형 실시예를 나타내는데, 이 디바이스 (D_CF3) 는 도 3 및 도 4의 동등한(equivalent) 디바이스(D_CF1, D_CF2)의 변형이다. 이 디바이스(D_CF3)는 자화구조(S_M15)의 서포트(S_UP4)상에 장착된 강자성 재료로 된 부분을포함한다. 그 목적을 위해, 서포트(S_UP4)는, 제1(A_M1) 및 제2(A_M2) 자화 어셈블리들이 양측에 장착되고, 둥근 단부를 지닌, 중앙 평면(P)에 평행한 플레이트의 형상을 갖는다. 부분(D_CF3)는, 서포트 S_UP4의 표면의 나머지 부분에서 실질적으로 연장되는 플레이트 형상을 갖는데, 에어 갭(E₁, E₂)의 입구 및 출구 근처에서 집중 스테이지 (E_C1, E_C2)를 향해 연장되는 돌출 영역(Z_S)을 보여준다. 이 부분(D_CF3)의 과업은, 에어 갭(E₁, E₂)에서 가능한 가장 강렬한 자계를 달성하고 에어 갭(E₁, E₂)의 내부 위치 및 에어 갭(E₁, E₂)의 바깥쪽 위치 사이에서 가능한 가장 높은 자계강도 차이(magnetic intensity difference)를 달성하기 위해, 자석(A_PI, A_PC)이 위치된 영역으로 자계를 돌려서(canalize) 좋은 자속 순환을 보장하는 것이다.

도 8 및 도 9는, 제1(S_M11) 및 제2(S_M21) 자화구조의 제1(A_M1)및 제2(A_M2)자화 어셈블리들의 집중 스테이지(E_C1, E_C2) 상에 디스크 형태로 위치된 열 절연 및/또는 음차폐 엘리먼트(thermal and/or sound insulation element)(P_I1)의 존재에 위해 도 1 및 도 2와 다른 자계 발생기(G₆)의 변형 실시예를 나타낸다. 이 디스크(P_I1)는 평평하고, 평면(P)에 평행하고, 예컨대 플라스틱과 같이 매우 낮은 열전도 계수(thermal conductivity coefficient)를 가진 재료로 만들어진다. 도시된 실례에서, 제1(A_M1) 및 제2(A_M2) 자화 어셈블리들은 영구자석들(A_PI, A_PC)의 두 스테이지 (E_I1, E_I2, E_C1, E_C2)를 포함하므로, 디스크(P_I1)는 개시 스테이지(E_I1, E_I2)에 놓여 있다. 또한, 디스크(P_I1)는 개시 스테이지가 위치될수 있게 개시 스테이지(E_C1, E_C2)를 상보하는(complementary) 형태를 지닌 리세스(E)를 포함한다. 이 디스크(P_I1)는 외부환경으로부터 에어 갭(E₁, E₂)을 열 차폐할 수 있고 발생기(G₆)의 회전으로 인한 환기효과를 에어 갭(E₁, E₂)에서 막는다. 이 방식으로, 자기열 엘리먼트들 상에서 외부환경의 열 영향은 제한된 에어 갭(E₁, E₂) 내에 위치되거나 심지어 존재하지 않는다.

나타나 있지 않은 변형에 있어서, 에어 갭(E₁, E₂) 내에 위치된 디스크(P_I1)의 (측)면은, 상기 디스크(P_I1)가 위치된 제1(A_M1) 및 제2(A_M2) 자화 어셈블리들의 활성 면(F_A1, F_A2)과 동일한 레벨 일 수 있다. 다시 말해서, 열 및/또는 음 차폐 디스크(P_I1)는 대응하는 집중 스테이지(E_C1, E_C2)와 실질적으로 동일한 높이(길이방향 축 L을 따라서)를 갖을 수 있다. 이러한 변형은 에어 갭에서 에어의 교반(stirring)을 더 감소시킬수 있으며 향상된 열 절연(thermal insulation)을 보장할 수 있다.

자계흐름을 포함하게끔 배치된 디바이스(D_CF1, D_CF2, D_CF3)를 포함하는 발생기 변형(G₂, G₃, G₄, G₅)에 이러한 디스크(P_I1)의 설치를 결합시키는 것이 물론 가능하다. 그 목적을 위해, 도 10 및 도 11은, 발생기(G₇)의 둘러싸인 내부에 자속을 포함하기 위한 플레이트(D_CF1, D_CF2)의 통과(통로)를 허용하게끔 확장된 리세스(E)들을 포함하는 디스크 (P_I2)에 의해 도 8 및 도 9의 자계 발생기와 다른 자계 발생기(G₇) 의 변형 실시예를 나타낸다.

도 12는 네개의 에어 갭들(E₃, E₄, E₅, E₆)이 형성된 자계 발생기(G₈)의 다른 변형 실시예를 나타낸다. 이 발생기(G₈)는, 제 1(S_M12) 및 제2(S_M22) 자화구조들 사이의 중앙 평면(P)에 삽입된 제3 자화구조(S_M3)가 있는 도 3의 발생기(G₂)의 구성을 갖는다. 이러한 제3 자화구조(S_M3)는 제1(S_M12) 및 제2(S_M22) 자화구조의 제1(A_M1) 및 제2(A_M2) 자화 어셈블리사이에 각각 위치되는 두개의 자화유닛(U₁, U₂) 을 포함한다. 이 방식으로, 자화유닛(U₁)은 제1(S_M12) 자화구조의 제1(A_M1) 자화 어셈블리 및 제2 (S_M22) 자화구조의 제2(A_M2) 자화 어셈블리 사이에 위치되며, 다른 자화유닛(U₂)은 제1(S_M12) 자화구조의 제2(A_M2) 자화 어셈블리 및 제2(S_M22) 자화구조의 제1(A_M1) 자화 어셈블리 사이에 위치된다. 자화유닛(U₁, U₂)은, 서로의 앞에 위치되는 두 자화 어셈블리(A_M1, A_M2)사이에서 자속이 순환할 수 있게 하는, 적어도 강자성 재료로 된 영구자석(A_PU1, A_PU2)과 접촉하는 영역에 있는 디스크 형상을 갖을 수 있는 서포팅 엘리먼트(M)의 양쪽에 부분적으로 나타나게 배치된 영구자석(A_PU1, A_PU2)을 포함한다. 예컨대, 자화유닛(U₁, U₂)의 영구자석(A_PU1, A_PU2)은 하나의 싱글 영구자석 또는 여러개의 영구자석들로 만들어 질수 있다. 서포팅 엘리먼트(M)의 양쪽에 삽입된 영구자석들을 포함하는 도시된 샌드위치 구조의 변형으로서, 오직 하나 또는 여러개의 영구자석들을 포함하는 각각의 자화유닛(U₁, U₂)을 제공하는 것이 가능한데, 여러개의 영구자석들은 예컨대 플라스틱 부품에 의해 발생기(G₈)에서 유지될 수 있다. 또한, 강렬한 자계를 지닌 연속적인 자기 루프(continuous magnetic loop)를 달성할 수 있도록, 자화유닛(U₁, U₂)의 각각의 영구자석(A_PU1, A_PU2)의 자기유도벡터는, 제1 및 제2 자화 어셈블리 사이에 배치되는, 제1 및 제2 자화 어셈블리(A_M1, A_M2)의 유도벡터와 동일한 지향(성) 및 동일한 방향을 갖는다.

도 12의 발생기(G₈)는 두개씩 중첩(겹쳐지는)되며 제한된 공간 요건 및 감소된 중량으로 두개씩 정반대로 대향하는(diametrically opposed) 네개의 에어 갭(E₃, E₄, E₅, E₆)이 제공되는 장점을 갖는다. 또한 이 실시예에서, 자계흐름은 자화 어셈블리(A_M1, A_M2) 및 자화유닛(U₁, U₂) 사이에서 오직 에어 갭(E₃, E₄, E₅, E₆)을 통해서 하나의 싱글 자기 루프에서 순환한다.

도 14a 내지 14e 는 제3 자화구조(S_M31, S_M32, S_M33, S_M34, S_M35)의 변형 실시예를 나타낸다. 이러한 변형들읕 도 12에 나타난 제3 자화구조(S_M3)의 자화유닛과 다른 두개의 자화유닛(U₁₃₁, U₁₃₂, U₁₃₃, U₁₃₄, U₁₃₅, U₂₃₁, U₂₃₂, U₂₃₃, U₂₃₄, U₂₃₅)을 포함한다. 이 자화구조들은 더 적은 갯수의 영구자석들을 포함하므로 더 용이하고 보다 빠른 방법으로 조립될 수 있으며 장점을 갖으며, 따라서 더 적은 조작 만이 필요하며, 한편으로 도 12에 나타난 자화구조(S_M3)와 동일한 효율을 갖는다. 상기 자화유닛(U₁₃₁, U₁₃₂, U₁₃₃, U₁₃₄, U₁₃₅, U₂₃₁, U₂₃₂, U₂₃₃, U₂₃₄, U₂₃₅)은, 제3 자화구조(S_M3)와 동일한 방식으로 자계 발생기에 배치되는 것을 의도로 하는데, 다시 말해, 한편으로는 제1 자화구조(S_M12)의 제1 자화 어셈블리(A_M1) 및 제2 자화구조(S_M22)의 제2 자화 어셈블리(A_M2) 사이에, 다른 한편으로는 제1 자화구조(S_M12)의 제2 자화 어셈블리(A_M2) 및 제2 자화구조(S_M22)의 제1 자화 어셈블리(A_M1) 사이에 각각 배치된다.

도 14a 에 나타난 제3 자화구조(S_M31)의 제1 변형에서, 두 자화유닛(U₁₃₁, U₂₃₁)은 강자성 재료로 만든 서포팅 엘리먼트(M₃₁)의 단지 한쪽(one side)에 배치된 영구자석(A_PU1, A_PU2)을 포함한다. 상기 자석(A_PU1, A_PU2)의 형상은 제1 및 제2 자화구조의 자석들이 평면(P)에서 투영된 바와 같이 중앙 평면(P)에 실질적으로 동일한 치수를 갖는다. 서포팅 엘리먼트(M₃₁)는 중앙 축(central axis)(L)의 양쪽으로 연장되는 플레이트 형상을 갖는데, 실질적으로는 도브테일 형상(dovetail shape)을 갖으며, 강자성 재료로 만들어 진다. 자석(A_PU1, A_PU2)은 서포팅 엘리먼트(M₃₁) 상에 접착제로 붙어져서 장착된다. 또한, 도 14a에 나타난바와 같이, 서포팅 엘리먼트(M₃₁)를 형성하는 플레이트는 자석(A_PU1, A_PU2)에 대향하는 측에 자화 어셈블리를 향해 연장되며, 평면(P)상에서 투영해서(in projection) 보이는, 자석(A_PU1, A_PU2)의 표면과 동일한 표면을 갖는 평평한 돌기(flat protuberances)(P₃₁)와 같은 돌출 섹션을 포함한다. 이러한 돌기는 에어 갭에서 자기유도를 증가시킬수 있으며 제3 자화구조(S_M31) 에서 자기포화(magnetic saturation)를 방지할 수 있다.

도 14b 에 나타난 변형에서, 제3 자화구조(S_M32)는 영구자석(A_PU1, A_PU2)의 양쪽(either side)에 장착되는 두개의 동일한 서포팅 엘리먼트(M₃₂)를 포함한다. 이들 서포팅 엘리먼트(M₃₂)는 앞선 실례에서와 같은 돌기를 갖지 않으며, 강자성 재로로 된 플레이트로 만들어진다. 바람직하게는 영구자석은(A_PU1, A_PU2)은 적어도 하나의 서포팅 엘리먼트(M₃₂)에 접착제로 붙여지며 또한 다른 서포팅 엘리먼트(M₃₂)에도 접착제로 붙여질 수 있으며, 또는 자력(magnetic attraction)에 의해 다른 서포팅 엘리먼트에 간단히 위치된다. 또한, 각각의 서포팅 엘리먼트(M₃₂)를 형성하는 플레이트의 표면이 오직 영구자석(A_PU1, A_PU2)의 섹션을 커버할 수 있기에, 제조시 필요한 재료의 양을 감소시킬 수 있어서 또한 원가를 감소시킬 수 있고, 한편으로 제3 자화구조(S_M32)의 중량을 줄일 수 있다. 또한, 서포팅 엘리먼트(M₃₂)는 영구자석(A_PU1, A_PU2)의 단지 불연속 섹션(discontinuous section)을 커버할 수 있다.

도 14c에 나타난 제3 변형에서, 제3 자화구조(S_M33)는 영구자석(A_PU1, A_PU2)의 양쪽(either side)에 장착되는 두개의 동일한 서포팅 엘리먼트(M₃₃)를 포함한다. 이들 서포팅 엘리먼트(M₃₃)는 도 14a의 실례에서와 같은 돌기를 갖지 않으며, 강자성 재료로 된 플레이트로 만들어진다. 바람직하게는 영구자석(A_PU1, A_PU2)은 적어도 하나의 서포팅 엘리먼트(M₃₃)에 접착제로 붙여지며 다른 서포팅 엘리먼트(M₃₃)에 간단히 위치된다.

도 14c의 구성을 나타내는 도 14d 의 변형에서, 제3 자화구조(S_M34)의 서포팅 엘리먼트(M₃₄)는 도 14a 에 나타난 돌기와 같은 돌기(P₃₄)를 갖으며, 동일한 장점을 보여준다.

도 14e 에 나타난 제5 변형에 따라 실현된 제3 자화구조(S_M35)는 서포팅 엘리먼트(M₃₅)의 챔퍼(chamfer) 또는 실질적으로 피라미드 형상(pyramidal shape)의 돌기(P₃₅)에 의해 도 14d의 자화구조와는 다르다. 이러한 구성은 더 작은 볼륨에서 자속의 집중을 촉진시킬 수 있다.

도 15에 나타난 자계 발생기(G₉)는 도 14b 에 나타난 제3 자화구조(S_M32)를 포함하는 도 12의 하나의 변형 실시예를 도시한다. 이 실례에서, 자화 어셈블리 (A_M19 및 A_M29)는, 에어 갭(E₇, E₈, E₉, E₁₀)에 위치된 활성 면(F_A1, F_A2)을 지닌 영구자석(A_PU)의 하나의 싱글 스테이지(E_U)를 단지 포함한다. 자화 어셈블리(A_M19, A_M29)의 비활성 면(F_P1, F_P2)은 서포트(S_UP9)와 접촉하는 싱글 스테이지(E_U)의 자석(A_PU)의 면 에 해당한다. 제3 자화구조(S_M32)는 최적화된 볼륨에 네개의 에어 갭을 만들 수 있다. 도 12에 나타난 자계 발생기(G₈)와 비교하면, 이 자계 발생기(G₉)는, 적은 재료를 필요로하여 더 가벼울 뿐만 아니라, 더 적은 부품을 포함하므로 보다 빠르게 조립할 수 있어서 더 비용 효율적인 방식으로 제조될 수 있다.

표시된 모든 발생기(G₁, G₂, G₃, G₄, G₅, G₆, G₇, G₈)는 영구자석들의 두 스테이지를 포함하는데, 다시 말해 하나의 개시 스테이지(E_I1, E_I2) 및 하나의 집중 스테이지(E_C1, E_C2)를 포함한다. 그러나, 본 발명은 이러한 스테이지의 갯수에 연계(linked)되지 않는다. 실제로, 에어 갭(E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆)에서 자계 요구에 따라, 스테이지는, 자화 어셈블리(A_M1, A_M2)에서 영구자석의 두 스테이지 이상으로, 또는 도 15에 도시된 발생기(G₉)에서와 같이, 단지 영구자석의 하나의 스테이지(E_U)를 포함하여 그 이하로 통합하는 것을 고려할 수 있다.

도면들에 도시되고 설명된 다른 변형 실시예는 필요에 따라 기술 조합의 넓은 틀(wide panel)을 제공하게끔 물론 서로 결합될 수 있다.

일반적으로, 작은 사이즈의 영구자석을 제조하는 것이 더 쉽고 보다 비용 효율적이다. 또한, 작은 사이즈의 영구자석에서 자계 또는 자기유도는 큰 영구자석에서 보다 더 균질하다. 영구자석들(A_PI, A_PC, A_PU)의 스테이지는 단지 하나 또는 여러개의 병치된 영구자석들(juxtaposed permanent magnets)을 포함할 수 있다. 그러나, 네개의 면들(sides)을 갖는 세개의 다면체 영구자석을 제조하는 것과, 하나의 싱글 대형 자석을 제조하는 것보다 자석들을 서로 조립하는 것이 기술적으로 더 쉽고 더 비용 효율적이므로, 여러개의 자석들을 지닌 변형(variant)이 바람직할 수 있다. 그것은 실제로 작은 부품들을 자화하는 것이 더 간단하고, 이들 부품들에서 달성되는 자계는 더 강렬하고 더 균질하며, 한편으로 제조 비용을 감소시킬 수 있으며, 다른 한편으로 대응하는 에어 갭(E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆, E₇, E₈, E₉, E₁₀)에서 자계의 균질성 및 강도를 향상 시킬수 있다.

모든 도면 1 내지 12 및 15에 의해 도시된 자계 발생기(G₁, G₂, G₃, G₄, G₅, G₆, G₇, G₈, G₉)는, 도 13에 개략적으로 하나로 나타난 열 디바이스(A_T)에 통합되게 의도되며, 적어도 하나의 자기열 엘리먼트(E_M)를 포함한다. 이 자기열 엘리먼트 (E_M)는 하나 또는 여러개의 자기열 재료로 만들어 질 수 있으며, 에어 갭(E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆, E₇, E₈, E₉, E₁₀) 내부 및 외부에서 상기 자기열 엘리먼트(E_M)의 위치에 따라 두개의 대향 방향으로 교대로 순환하는 열전달 유체와 교차 또는 접촉한다. 열전달 유체를 순환시키기 위한 수단은 표시되어 있지 않다.

표시된 자계 발생기(G₁, G₂, G₃, G₄, G₅, G₆, G₇, G₈, G₉)는, 적어도 두개의 정반대로 대향하는 에어갭(E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆, E₇, E₈, E₉, E₁₀)을 포함하며, 또한 적어도 두개의 자기열 엘리먼트(E_M)가 자계를 받게 할 수 있으므로, 상기 자계 발생기(G₁, G₂, G₃, G₄, G₅, G₆, G₇, G₈, G₉)를 포함하는 이러한 열 디바이스(A_T)의 효율 은 증가하며, 한편으로 컴팩트하고 감소된 치수를 유지한다.

자기열 엘리먼트(E_M) 및 자계 발생기(G₁, G₂, G₃, G₄, G₅, G₆, G₇, G₈, G₉) 는 바람직하게는 서로에 대해 상대 이동(relative movement)으로 장착되어서, 상기 자기열 엘리먼트(E_M)은 에어 갭(E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆, E₇, E₈, E₉, E₁₀)에 교대로 진입하고 퇴출할 수 있다. 이런 위치 변화는 상기 자기열 엘리먼트(E_M)에 대해 자계 발생기의(G₁, G₂, G₃, G₄, G₅, G₆, G₇, G₈, G₉)의 연속 또는 순차 회전에 의해 또는 왕복 회전운동에 의해 달성될 수 있으며, 또는 그 반대의 경우 자계 발생기에 대해 자기열 엘리먼트(E_M)를 운반하는 디스크에 의해 달성될 수 있다.

본 발명은 유리하게는 자성 잔류자기(magnetic remanence)(자기유도)가 0.8 및 1.4 테슬라 사이에 놓여 있는 영구자석들의 사용 덕택에 각각의 에어 갭(E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆, E₇, E₈, E₉, E₁₀)에서 약 1 테슬라(Tesla)의 높은 자계를 달성할 수 있다. 이것은 공지된 자계 발생기에서 좁은 에어 갭과는 달리, 에어 갭이 넓음으로서, 특히 영구자석들의 스테이지 중 하나의 높이에 적어도 약 1/3에 해당하는 높이를 갖는 것이 더 놀랍다.

상업상 이용 가능성

이 설명은 본 발명이 정의된 목표에 도달할 수 있음을 명확히 보여주는데, 다시 말해 제작이 구조적으로 간단하며, 비용 효율적이고, 컴팩트하며, 회전식 구성을 지닌 자기열 열 디바이스(A_T) 에서 약 1 테슬라의 강렬하고 균일한 자계를 달성할 수 있는 자계 발생기를 제공한다. 이런 자계 발생기는, 특히 국내에서의 산업 뿐 아니라 어플리케이션에서 찾을 수 있는데, 히팅, 에어컨디셔닝, 템퍼링, 쿨링 또는 다른 영역에서 조작(operation)되게 의도된 자기열 열 디바이스(A_T)에 통합된 경우, 경쟁력 있는 비용 및 감소된 공간 요건을 지닌다.

본 발명은 설면된 실시예의 실례로 한정되지 않으며, 첨부된 청구항에서 정의된 보호 범주 내에서 어떤 수정과 변경을 포함할 수 있다는 것은 당업자에는 명백하다.

Claims

회전식 구조를 지닌 자기열 열 디바이스(A_T)를 위한 자계 발생기(G₁, G₂, G₃, G₄, G₅, G₆, G₇, G₈, G₉)에 있어서, 중앙 평면(P)의 양쪽에 평행하고 서로에 대해 대향하여 수미식으로 장착되며, 정반대로 대향하여 동일한 평면에 위치되는 적어도 두개의 에어 갭들(E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆, E₇, E₈, E₉, E₁₀)을 형성하게끔 배치되는 제1 (S_M11, S_M12, S_M13, S_M14, S_M15, S_M19)및 제2 (S_M21, S_M22, S_M29)의 동일한 자화구조들을 포함하며, 각각의 자화구조(S_M11, S_M12, S_M13, S_M14, S_M15, S_M19, S_M21, S_M22, S_M29)는, 정반대로 대향하며, 유도벡터들이 반대방향으로 지향되고, 적어도 하나의 강자성 재료로 만들어진 서포트(S_UP1, S_UP2, S_UP3, S_UP4, S_UP9)에 장착되어 에어 갭의 범위를 정하는 제1 (A_M1, A_M19) 및 제2 (A_M2, A_M29) 구조적으로 동일한 자화 어셈블리를 포함하는 상기 자계 발생기(G₁, G₂, G₃, G₄, G₅, G₆, G₇, G₈, G₉)에서, 제1(A_M1, A_M19) 및 제2(A_M2, A_M29) 자화 어셈블리는, 자기유도벡터가 중앙 평면(P)에 실질적으로 수직하고 비활성 면(F_P1, F_P2) 및 활성 면(F_A1, F_A2)을 포함하는 영구자석(A_PI, A_PC, A_PU)을 지닌 구조를 각각 갖으며, 상기 활성 면(F_A1, F_A2)은 에어 갭의 범위를 정하며, 제1(A_M1, A_M19) 및 제2(A_M2, A_M29) 자화 어셈블리의 유도벡터는 서포트(S_UP1, S_UP2, S_UP3, S_UP4, S_UP9) 및 에어 갭(E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆, E₇, E₈, E₉, E₁₀)을 통해서 자계의 하나의 싱글 순환 루프를 발생기 내부에 형성하는 것을 특징으로 하는 자계 발생기(G₁, G₂, G₃, G₄, G₅, G₆, G₇, G₈, G₉).
제 1항에 있어서,
영구자석 구조(A_PI, A_PC)는, 적어도 두개의 영구자석들의 스테이지(E_I1, E_I2, E_C1, E_C2)를 포함하는 계단구조(stepped structure)이며, 상기 스테이지(E_I1, E_I2, E_C1, E_C2)는, 동심원으로 중첩되며, 제1(A_M1) 및 제2(A_M2) 자화 어셈블리의 비활성 면(F_P1, F_P2)을 형성하는 자속 개시 스테이지(magnetic flux initiator stage)(E_I1, E_I2)라 불리는 영구자석의 제1 스테이지 및, 에어 갭들의 범위를 정하는 제1(A_M1) 및 제2(A_M2)자화 어셈블리의 활성 면(F_A1, F_A2)을 형성하는 자속 집중 스테이지(magnetic flux concentrator stage)(E_C1, E_C2) 라 불리는 영구자석의 제2 스테이지를 포함하는 것을 특징으로하는 자계 발생기(G₁, G₂, G₃, G₄, G₅, G₆, G₇, G₈).
제 2항에 있어서,
각각의 자화 어셈블리(A_M1, A_M2)에서, 중앙 평면(P)에 평행한 평면을 따라 배치되는 영구자석 스테이지(E_I1, E_I2, E_C1, E_C2)의 단면은 개시 스테이지(E_I1, E_I2)로부터 집중 스테이지(E_C1, E_C2)를 향해 감소되는 것을 특징으로 하는 자계 발생기.
제 2항에 있어서,
영구자석 스테이지들(E_I1, E_I2,E_C1, E_C2)은 다른 자기유도 값을 갖는 것을 특징으로 하는 자계 발생기.
제 1항에 있어서,
각각의 자화구조(S_M12, S_M13, S_M14, S_M15, S_M22)는, 발생기(G₂, G₃, G₄, G₅, G₇)에 의해 범위가 정해진 볼륨에서 자계를 포함하게끔 배치된 디바이스(D_CF1, D_CF2, D_CF3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자계 발생기.
제 5항에 있어서,
자계를 포함하게끔 배치된 디바이스는, 강자성 재료로 만든 적어도 하나의 플레이트(D_CF1,D_CF2) 를 포함하며, 서포트(S_UP1, S_UP2, S_UP3)의 대응하는 측면에 대하여 위치되어 대응하는 에어 갭(E₁, E₂)을 향해 연장되는, 것을 특징으로 하는 자계 발생기.
제 6항에 있어서,
자속을 포함하게끔 배치되는 상기 디바이스의 적어도 하나의 플레이트(D_CF1)는 대응하는 에어 갭을 향해 지향되는 구부러진 섹션(bent section)을 갖는 것을 특징으로 하는 자계 발생기.
제 5항에 있어서,
자계 흐름(magnetic field flux)을 포함하게끔 배치된 상기 디바이스는 서포트(S_UP4) 상에 장착된 강자성 재료로 된 부분(part)(D_CF3)을 포함할 수 있으며, 상기 부분(D_CF3)은, 중앙 평면(P)에 평행한 평면의, 동일한 자화구조의 제1(A_M1) 및 제2(A_M2) 자화 어셈블리 사이에 연장되며, 상기 부분(D_CF3)은, 에어 갭(E₁, E₂)의 입구 및/또는 출구의 높이에서 집중 스테이지(E_C1, E_C2)를 향해 연장되는 돌출 영역(Z_S) (protruding areas)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자계 발생기.
제 1항에 있어서,
각각의 서포트(S_UP3)는, 동일한 자화구조의 제1(A_M1) 및 제2(A_M2) 자화 어셈블리 사이에 위치된 중앙부분(central part)에 적어도 하나의 영구자석(A_I1)을 포함하며, 중앙평면(P)에 평행한 영구자석(A_I1)의 자기유도벡터는, 제1(A_M1) 및 제2(A_M2) 자화 어셈블리의 유도벡터에 수직으로 자계의 순환 방향으로 지향되는 것을 특징으로 하는 자계 발생기.
제 1항에 있어서,
동일한 자화구조의 제1(A_M1) 및 제2(A_M2) 자화 어셈블리 사이에 위치된 모든 서포트(S_UP2)의 중앙 섹션은, 서포트의 나머지 부분을 형성하는 재료보다 더 높은 투자율(magnetic permeability)을 갖는 강자성 재료로 만든 것을 특징으로 하는 자계 발생기.
제 2항에 있어서,
중앙평면(P)에 평행한 평평한 열 절연부(P_I1, P_I2)(flat thermal insulation part)는 모든 자화구조(S_M11, S_M12, S_M21, S_M22)에 장착되어, 대응하는 집중 스테이지(E_C1, E_C2)에 위치되는 것을 특징으로 하는 자계 발생기.
제 11항에 있어서,
열 절연부(P_I1, P_I2)는 집중 스테이지(E_C1, E_C2)의 영구자석(A_PC)의 통로를 위한 리세스(E)를 포함하는 디스크이며, 집중 스테이지(E_C1, E_C2)가 장착된 자석 스테이지(E_I1, E_I2)(magnet stage)에 의해 형성된 랜딩(landing)에 놓이는 것을 특징으로 하는 자계 발생기.
제 1항에 있어서,
발생기는, 제1(S_M12, S_M19) 및 제2(S_M22, S_M29) 자화구조 사이의 중앙 평면(P)에 삽입되는 제3 자화구조(S_M3, S_M31, S_M32, S_M33, S_M34, S_M35)를 포함하며, 상기 제3 자화구조(S_M3, S_M31, S_M32, S_M33, S_M34, S_M35)는, 네개의 에어 갭(E₃, E₄, E₅, E₆, E₇, E₈, E₉, E₁₀)의 범위를 정하게끔, 상기 제1(S_M12, S_M19) 및 제2(S_M22, S_M29) 자화구조의 제1(A_M1,A_M19) 및 제2(A_M2, A_M29) 자화 어셈블리 사이에 각각 위치되는 두개의 자화유닛(U₁, U₁₃₁, U₁₃₂, U₁₃₃, U₁₃₄, U₁₃₅, U_2,U₂₃₁, U₂₃₂, U₂₃₃, U₂₃₄, U₂₃₅)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자계 발생기.
제 13항에 있어서,
각각의 자화유닛(U₁, U₁₃₁, U₁₃₂, U₁₃₃, U₁₃₄, U₁₃₅, U₂, U₂₃₁, U₂₃₂, U₂₃₃, U₂₃₄, U₂₃₅) 은 적어도 하나의 영구자석(A_PU1, A_PU2)을 포함하는데, 영구자석의 자기유도벡터는 상기 자화유닛(U₁, U₁₃₁, U₁₃₂, U₁₃₃, U₁₃₄, U₁₃₅, U_2, U₂₃₁, U₂₃₂, U₂₃₃, U₂₃₄, U₂₃₅) 이 위치되는 자기 어셈블리들(A_M1, A_M2) 사이의 자기유도벡터와 동일한 지향성 및 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 자계 발생기.
제 13항에 있어서,
자화유닛(U₁, U₂)은 강자성 재료로 만들어진 서포팅 엘리먼트(M, M₃₁, M₃₂, M₃₃, M₃₄, M₃₅)의 양쪽(either side)에 배치되는 영구자석(A_PU1, A_PU2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자계 발생기.
제 13항에 있어서,
자화유닛(U₁, U₂)은, 서로에 대해 평행하며 강자성 재료로 만들어진 두개의 동일한 서포팅 엘리먼트(M, M₃₁, M₃₂, M₃₃, M₃₄, M₃₅) 사이에 배치되는 영구자석(A_PU1, A_PU2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자계 발생기.
전술한 청구항 중 어느 한항에 따라 적어도 하나의 자계 발생기(G₁, G₂, G₃, G₄, G₅, G₆, G₇, G₈, G₉) 및 자기열 엘리먼트(E_M)를 포함하는 적어도 하나의 디스크를 지니며, 회전식 구조를 지닌 자기열 열 디바이스(A_T)에 있어서,
중앙 평면(P)의 양쪽에 평행하고 서로에 대해 대향하여 수미식으로 장착되며, 정반대로 대향하여 동일한 평면에 위치되는 적어도 두개의 에어 갭들(E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆, E₇, E₈, E₉, E₁₀)을 형성하게끔 배치되는 제1 (S_M11, S_M12, S_M13, S_M14, S_M15, S_M19)및 제2 (S_M21, S_M22, S_M29)의 동일한 자화구조들을 포함하며, 각각의 자화구조(S_M11, S_M12, S_M13, S_M14, S_M15, S_M19, S_M21, S_M22, S_M29)는, 정반대로 대향하며, 유도벡터들이 반대방향으로 지향되고, 적어도 하나의 강자성 재료로 만들어진 서포트(S_UP1, S_UP2, S_UP3, S_UP4, S_UP9)에 장착되어 자기열 엘리먼트(E_M)를 운반하는 적어도 하나의 디스크가 위치되는 에어 갭 사이의 범위를 정하는 제1 (A_M1, A_M19) 및 제2 (A_M2, A_M29) 구조적으로 동일한 자화 어셈블리를 포함하는 발생기에서, 각각의 자화구조의 제1(A_M1, A_M19)및 제2(A_M2, A_M29)자화 어셈블리는, 자기유도벡터가 중앙 평면(P)에 실질적으로 수직하고 비활성 면(F_P1, F_P2) 및 활성 면(F_A1, F_A2)을 포함하는 영구자석(A_PI, A_PC, A_PU)을 지닌 구조를 각각 갖으며, 상기 활성 면(F_A1, F_A2)은 에어 갭의 범위를 정하며, 제1(A_M1, A_M19) 및 제2(A_M2, A_M29) 자화 어셈블리의 유도벡터는 서포트(S_UP1, S_UP2,S_UP3, S_UP4, S_UP9) 및 에어 갭(E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆, E₇, E₈, E₉, E₁₀)을 통해서 자계의 하나의 싱글 순환 루프를 발생기 내부에 형성하는 것을 특징으로 하는 자기열 열 디바이스(A_T).
제 17항에 있어서,
영구자석 구조(A_PI, A_PC)는, 적어도 두개의 영구자석들의 스테이지(E_I1, E_I2, E_C1, E_C2)를 포함하는 계단구조이며, 상기 스테이지(E_I1, E_I2, E_C1, E_C2)는 동심원으로 중첩되며, 제1(A_M1) 및 제2(A_M2) 자화 어셈블리의 비활성 면(F_P1, F_P2)을 형성하는 자속 개시 스테이지(magnetic flux initiator stage)(E_I1, E_I2)라 불리는 영구자석의 제1 스테이지 및, 에어 갭들의 범위를 정하는 제1(A_M1) 및 제2(A_M2)자화 어셈블리의 활성 면(F_A1, F_A2)을 형성하는 자속 집중 스테이지magnetic flux concentrator stage (E_C1, E_C2) 라 불리는 영구자석의 제2 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 디바이스(A_T).
제 17항 또는 18항에 있어서,
자계 발생기(G₁, G₂, G₃, G₄, G₅, G₆, G₇, G₈, G₉)는, 제1(S_M12) 및 제2(S_M22) 자화구조 사이의 중앙 평면(P)에 삽입되는 제3 자화구조(S_M3, S_M31, S_M32, S_M33, S_M34, S_M35)를 포함하며, 상기 제3 자화구조(S_M3, S_M31, S_M32, S_M33, S_M34, S_M35)는, 네개의 에어 갭(E₃, E₄, E₅, E₆)의 범위를 정하게끔, 상기 제1(S_M12) 및 제2(S_M22) 자화구조의 제1(A_M1) 및 제2(A_M2) 자화 어셈블리 사이에 각각 위치되는 두개의 자화유닛(U₁, U₁₃₁, U₁₃₂, U₁₃₃, U₁₃₄, U₁₃₅, U₂ _,U₂₃₁, U₂₃₂, U₂₃₃, U₂₃₄, U₂₃₅)을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 디바이스(A_T).