KR20150082399A - 전기 기계 - Google Patents

Abstract

고정자 및 상기 고정자에 상대적으로 운동하도록 배열된 부재를 포함하는 전기 기계. 고정자는 상대 운동 방향을 따라 배치되고 그 운동 방향에 수직 방향으로 가동 부재로부터 변위된 제1 복수의 권선을 편입하고 있는 제1 고정자 구조, 및 가동 부재로부터 제2 방향으로 변위된 제2 복수의 권선을 편입하고 있는 제2 고정자 구조를 포함하여, 가동 부재가 2개의 고정자 구조 사이에 놓인다. 가동 부재는 권선과 전기적으로 결합하도록 배열된다. 제1 복수의 권선은 제1 단상 교류 공급기에 접속된 단상 권선을 포함하고, 제2 복수의 권선은 제1 공급기의 위상으로부터 위상이 변위된 제2 단상 교류 공급기에 접속된 그리고 제1 복수의 권선으로부터 상대 운동 방향으로 변위된 동일 극 피치의 단상 권선을 포함한다.

Description

전기 기계{AN ELECTRICAL MACHINE}

본 발명은 전기 기계에 관한 것이다.

많은 유형의 전기 기계에 있어서, 고정자에서의 전기 전류는 기계의 가동부, 즉, 회전형 기계의 경우에는 회전자, 또는 선형 기계의 경우에는 트랜스레이터(translator) 상에서 전기 전류 세트, 영구 자석 세트 또는 강자성 특징 세트와 상호작용하는 진행 자계를 생성한다. 진행계를 생성하는 통상적 방법은 라미네이트 철 고정자에서 균일 어레이의 슬롯 내 함께 수용되어 3-상 전기 전원으로부터 3개 교류 전류가 급전되는 3개의 컴포넌트 권선을 사용하는 것이다. 각각의 컴포넌트 권선은 코일의 순환 분포를 갖고 3개의 컴포넌트 권선은 그들의 자기 축이 고정자를 따라 파장의 1/3 간격으로 이격되어 놓인다. 권선에 급전된 교류 전류는 120도의 상대적 위상 차를 갖는다. 결과로서, 조합된 자속은 교류 전류의 하나의 사이클 동안 순환 분포의 하나의 파장과 동등한 속도로 진행하는 일정 진폭의 정현파에 근사한다. 다른 다상 권선이 가능하지만 보급된 전원 형태가 3-상 유형이기 때문에 좀처럼 사용되지 않는다.

많은 산업적 응용에서 사용되는 유형의 가장 흔한 유형의 전기 구동, 3-상 유도 모터는 이 방법을 채용하여 회전계를 산출한다. 도 1의 (a)를 참조하면, 회전자(12)는 전기 전류가 유도되는 그리고 출력 샤프트 상에 토크를 산출하도록 회전계와 상호작용하는 일 세트의 도전 바(도시되지 않음)를 탑재하고 있다.

3-상 전기 공급기가 이용가능하지 않은 가내 및 경공업 응용에 있어서는, 2개의 컴포넌트 권선에 위상이 다른 교류 전류를 공급하는 대안의 배열이 사용된다. 제1 전류는 이용가능한 단상 공급기에 의해 직접 제공되고 제2는 통상적으로 위상 편이를 도입하는 커패시터를 통하여 동일 공급기로부터 획득된다. 그 위상 편이는 하나의 부하 조건 하에서만 맞는 도수이고 그래서 대부분의 조건 하에서 그러한 모터의 작동은 이상적이지 않다. 그러한 기계는 그들이 단상 공급기로부터 작동하기 때문에 단상 모터라고 지칭되지만 권선이 2-상 권선처럼 더 정확히 묘사된다. 90도만큼 위상이 변위된 2개의 전류를 제공하는 평형 2-상 공급기가 이용가능하면, 파장의 ¼만큼 변위된 컴포넌트 권선을 갖는 이러한 유형의 전기 기계는 일정 진폭의 회전계를 생성할 것이고 꼭 표준 3-상 기계처럼 효과적일 수 있다.

근년에는, 유도 지상 수송을 포함하는 수개의 응용에 대해 그리고 항공 모함 상의 전자기 발사 시스템에 대해 선형 전기 모터가 관심을 끌어 왔다. 또한, 선형 발전기가 왕복 이동에 의존하는 특정 파-전력 디바이스에서 사용되어 왔다. 선형 전기 기계는, 도 1의 (a)...(c)에 도시된 바와 같이, 절단 및 전개되는 표준 회전형 기계로 생각될 수 있다. 이것이 될 때, 고정자(10)와 트랜스레이터(14) 간 힘 선(16)에 의해 나타낸 인력의 자기력은 더 이상 고정자(10)와 회전자(12)의 경우에서처럼 동등하고 반대인 힘에 의해 평형을 이루지 않는다.

이러한 문제를 극복하기 위한 흔한 접근법은 도 2에 도시된 바와 같이 단일 트랜스레이터(14)의 양 반대 측 상에 놓이는 2개의 고정자(10', 10'')를 사용하는 것이다. 대부분의 경우에 있어서, 자속(18)은 제1 고정자(10')로부터, 트랜스레이터(14)를 통해, 제2 고정자(10'')를 통해, 그리고 트랜스레이터를 2번째 통과하여 그 회로를 완성한다.

2개-고정자 선형 기계는 원래 축(도 1의 (b)에서 A로 도시됨) 둘레로 둘둘 말려서 2개의 동축 고정자가 중공 원통형 회전자를 에워싸는 그리고 자속이 내측 고정자로부터 방사상으로, 내측 갭, 원통형 회전자 및 외측 갭을 통해 외측 고정자로 통과하는 회전형 기계를 형성할 수 있다. 이러한 구성의 기계는 매우 낮은 관성의 구동이 요구되는 서보 제어 시스템에서 응용을 갖는다.

대안으로, 선형 기계는 원래 축에 직교하는 축(도 2에서 B로 도시됨) 둘레로 둘둘 말려서 자속이 원통형 에어갭을 통해 방사상으로보다는 2개의 평면 에어갭을 가로질러 축방향으로 지나가는 회전형 기계를 생성할 수 있다. 이러한 유형의 축방향-자속 회전 기계는 특히 재생 에너지 응용을 위한 영구-자석 발전기, 주목할만하게는 소형 풍력 터빈으로서 사용되어 왔다. 그러한 경우에 있어서 2개 고정자의 각각은 위에서 설명된 바와 같이 보통은 3개의 컴포넌트 권선을 포함하는 3-상 권선을 탑재하고 있다.

개선된 전기 기계를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명에 의하면 제1항에서 청구되는 바와 같은 전기 기계가 제공된다.

본 발명의 실시예에 있어서, 2개-고정자 기계는 각각의 고정자에 하나의 컴포넌트 권선이 수용되는 2-상 권선을 갖고 2개의 컴포넌트 권선은 그들의 자기 축이 대략 전기적 90도만큼 변위되게 정렬된다.

2개 권선의 자기 축 간 변위는 이상적으로는 90°이고 권선은 이상적으로는 90°만큼 위상이 다른 교류 전류를 공급받는다. 본 발명은 선형 또는 방사상-자속이든 축방향-자속이든 회전형 형태의 모터 또는 발전기에 적용된다. 각각의 고정자는 단일 권선을 탑재하고 있고 이것은 각각의 권선이 공통 슬롯 어레이를 공유해야 하는 것에 의해 야기되는 제한을 제거한다. 결과로서:

1. 슬롯이 더 이상 균일하게 분포될 필요가 없고 그것들 내 수용된 그 하나의 권선만의 요건에 따라 분포될 수 있기 때문에 권선 분포가 정현 패턴에 가깝게 근사하도록 배열될 수 있다.

2. 권선이 다른 권선에 중첩할 필요가 없고 그래서 그것은 선형 기계 또는 축방향-자속 회전형 기계의 경우에서 직관적 세트의 평면 코일일 수 있기 때문에 권선 레이아웃이 단순화된다.

3. 권선이 접지로부터 격리되기만 하면 되고 다른 권선으로부터 그럴 필요는 없기 때문에 절연이 더 단순하다.

4. 2 및 3의 결과로서, 연속형 길이의 절연 케이블로 각각의 권선을 형성하는 것이 실시가능하게 된다. 해저 응용에 대하여, 이것은 모든 권선 접속이 단일 밀봉 유닛 내에서 쉽게 이루어질 수 있으므로 그것이 고정자 전기 장치를 방수하는 것을 단순화하므로 특히 유리하다.

회전자이든 트랜스레이터이든, 가동 부재는 기계가 유도 모터 또는 발전기로서 작동하도록 도전체를 포함할 수 있다. 그러한 유도 발전기는 도 3 내지 도 5에 도시된 유형의 터빈 내 샤프트리스 회전자의 이동에 의해 산출되는 하이포사이클로이드 운동에 내성이 있다. 회전자 또는 트랜스레이터는 또한 2개의 고정자 구조 간 자속의 통행을 조력하도록 강자성부를 포함할 수 있다.

대안으로, 회전자 또는 트랜스레이터는 기계가 동기식 기계로서 작동하도록 영구 자석 또는 전자석 어레이를 포함할 수 있다. 전기 급전의 적절한 제어로, 그러한 기계는 소위 브러시리스-직류 기계를 형성할 것이다.

추가적 대안은 회전형 기계의 경우에는 토크 또는 선형 기계의 경우에는 스러스트를 생성하도록 고정자의 자계와 상호작용하는 강자성 특징 어레이를 포함하는 회전자 또는 트랜스레이터를 사용하는 것이다. 전기 급전의 적절한 제어로, 그러한 기계는 동기식 저항 기계, 스위치형-저항 기계 또는 스테퍼 모터를 형성할 수 있다.

2개의 권선은 2-상 전기 소스로부터 급전될 수 있거나, 또는 발전기의 경우에는, 그들은 2-상 부하로 급전할 수 있다. 2-상 소스는 다음에 의해 제공될 수 있다:

특수-목적 2-상 교류 발전기;

공통 직류 링크에 접속되고 IGBT를 사용하는 2개의 H-브리지를 사용하여 배열될 수 있는 바와 같은, 2-상 출력을 갖는 전력-전자 컨버터;

스코트-T 결선 트랜스포머와 같이, 3-상과 2-상 시스템 간을 변환하도록 접속된 트랜스포머 세트를 갖는 3-상 소스; 또는

단상 모터에서 사용되는 바와 같이 위상-편이 임피던스를 갖는 단상 소스.

발전기에 대한 2-상 부하는 역 전력 흐름으로 작동하는 위 배열 중 하나를 채용할 수 있거나 또는 그것은 단순히 저항성 부하 뱅크를 포함할 수 있다.

긴 선형 기계 또는 큰-직경 회전형 기계의 경우에서는, 고정자를 여러 관리가능한 섹션으로 분할하는 것이 선호된다. 회전형 기계에 대하여, 그 섹션은 기계 둘레에 배치된 아크 세트일 수 있거나 또는 대안으로 많은 수의 섹션이 사용되면, 그때 축방향-자속 기계의 경우에는 섹션이 직선으로 접선식 배치되게 하는 것이 편리하고 더 비용 효과적일 수 있다. 섹션이 이격되어 있으면, 그때 그들 권선에서의 기전력은 위상이 다르다. 섹션 간 거리가 파장의 1/3이면 그때 위상 차는 120도이고, 고정자가 3의 배수로 분할되었으면 그때 3-상 공급기는 하나의 고정자의 섹션에 공급하도록 사용될 수 있다. 거리가 파장의 1/6이면, 그때 3-상 소스는 역의 대체 블록의 권선과 사용될 수 있다. 어느 경우에서든, 제1의 3상 공급기의 것들과 직각 위상의 그 3개 출력을 갖는 제2의 3-상 공급기는 제2 고정자의 섹션에 공급하도록 사용될 수 있다. 제1 고정자의 섹션의 권선이 스타형으로 접속되면, 그때 요구되는 제2의 3-상 공급기는 제2 고정자의 권선을 델타형으로 그리고 동일 3-상 소스에 접속함으로써 제공될 수 있다. 이러한 식으로, 표준 3-상 소스가 사용될 수 있다. 델타형으로 접속된 권선에 인가되는 전압은 스타형으로 접속되는 권선에 인가되는 전압보다 더 높고 전류는 더 적음을 유념한다. 그래서 2개 고정자의 권선은 다른 단면의 도체의 권수의 비례하여 다른 수를 특정함으로써 다른 전압 및 전류에서 작동하도록 배열되는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예는 이제, 예의 방식으로, 첨부 도면을 참조하여 더 설명될 것이다.
도 1의 (a) 내지 (c)는 회전형 및 선형 전기 기계의 부품의 도식도;
도 2는 2개-고정자 선형 기계의 도시도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 전기 발전기를 포함하는 개방형 중심 하이드로-터빈에 대한 하우징의 입면도;
도 4는 도 3의 하우징의 사시도;
도 5는 도 3 및 도 4에 나타낸 선(V-V) 및 평면(V-V)을 통과하는 단면도;
도 6은 도 3 내지 도 5의 터빈에 대해 고정자 상의 권선의 레이아웃의 일례도;
도 7의 (a) 및 (b)는 도 6의 고정자의 극에 대한 권선의 레이아웃의 상세도;
도 8은 도 6 및 도 7의 권선을 수용하기 위한 일례의 라미네이트의 단면도;
도 9는 고정자에 대한 권선을 수용하기 위한 대안의 라미네이트의 단면도;
도 10은 표준 3-상 전기 시스템과 작동하도록 배열된 2개 고정자의 권선에 대한 전기 접속의 도시도;
도 11은 도 10의 시스템과의 사용을 위한 2-브리지 컨버터의 도시도; 및
도 12는 본 발명의 대안의 구현에서의 사용을 위한 2-상 출력을 제공하는 컨버터의 도시도.

본 발명에 대한 하나의 특정 응용은 개방형-중심, 샤프트리스, 조류 터빈(open-centre, shaftless, tidal-current turbine)에서의 사용을 위한 축방향-자속, 저속, 직접-결합형, 회전형 발전기이다. 도 3 및 도 4를 이제 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 전기 모터/발전기를 포함하는 그러한 터빈(30)이 도시되어 있다. 터빈은 슈라우드(shroud)(38)에 수용되는, 내측 링(34)과 외측 링(36) 사이에 고정되는 일 세트의 블레이드(32)를 포함하는, 러너를 포함한다.

전형적으로, 터빈 하우징은 또한 중력 베이스와 같은 해저 구조에 터빈이 고정될 수 있게 하는 마운트를 포함한다 - 그렇지만 이러한 상세는 이 경우에는 도시되어 있지 않다.

이제 터빈의 일부를 단면도로 도시하는 도 5를 본다. 외측 링(36)은 전방 환상 서포트(40), 외측 원통형 서포트(42) 및 후방 환상 서포트(44)에 의해 정의된 채널 내에서 돌아간다 - 전방 및 후방은, 화살표(F)로 표시된, 터빈을 통과하는 유체의 이동에 상대적으로 정의된다.

그럼에도 불구하고, 터빈은 양방향성이고 그래서 어느 방향으로의 유체 흐름에든 응답할 수 있음을 인식할 것이다. 각각의 서포트(40, 42, 44)는 각각의 베어링(40', 42', 44')에 의해 링(36)으로부터 분리되어 있다. 실시예에 있어서, 이들 부품의 어느 것도 자성일 필요가 없고 순수히 기계적 전달 효율 관점에서 설계될 수 있다.

이 실시예에 있어서, 모터/발전기 어셈블리는 축방향으로 터빈 어셈블리로부터 떨어져 배치되어 있다. 또다시 모터/발전기 어셈블리는 전방 환상 서포트(46), 원통형 외측 서포트(48) 및 후방 환상 서포트(50)를 포함한다. 전방 환상 서포트(46)는 후방 환상 서포트(44)에 고정될 수 있거나 또는 실로 이들은 일체형 컴포넌트로서 생산될 수 있다. 제1 원형 고정자는 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이 원형 라미네이트(53) 둘레에 감긴 일 세트의 코일(52)을 포함하고 라미네이트(53)는 전방 서포트(46)에 고정된다. 제2 원형 고정자는 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이 또다시 원형 라미네이트(55) 둘레에 감긴 일 세트의 코일(54)을 포함하고 라미네이트(55)는 후방 서포트(50)에 고정된다. 환상 회전자(56)는 2개의 고정자(52, 54) 사이에 배치되고 이러한 모터/발전기 회전자(56)는 전달 링(60)을 통하여 러너의 외측 링(36)에 직접 결합된다. 그리하여, 모터/발전기(52, 54, 56)가 터빈을 시동하도록 구동될 때, 회전이 링(60)을 통하여 러너에 전달되고, 일단 돌아가고 있으면, 러너는 링(60)을 통하여 모터/발전기를 구동한다. 그럼에도 불구하고 제대로 된 조수 조건에서 조류는 전기적으로 터빈의 시동을 걸 필요 없이 터빈을 시동하는데 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 그렇지만, 터빈의 시동을 걸 가능성은 이러한 옵션이 이용가능하지 않은 경우보다 낮은 흐름 조건을 포함하는 더 광범위한 조건에 걸쳐 그것이 작동할 수 있음을 의미한다.

도 6은 도 5의 고정자(52, 54)의 구성을 더 상세히 도시하고 있다. 일부 응용에 있어서, 고정자는 9m의 평균 직경 및 이 경우에서는 48의 극 수를 가질 수 있다, 즉, 각각의 고정자(52, 54) 상의 권선(53, 55)은 단상 48-극 배열이다. 제2 고정자(54)는 제1의 것(52)과 똑같고 그와 대향하고 있음을 인식할 것이지만, 48 극 배열에 있어서 그것은 극 피치의 절반인 3.75°각도만큼 제1의 것으로부터 원주상으로 변위되어 있다.

일 실시예에 있어서, 각각의 고정자의 권선은 864 슬롯 내에 부설된 12 길이의 절연 케이블로 형성된다. 도 7의 (a)는 하나의 극(60)에 대한 케이블 레이아웃의 제1 스테이지(60(1))를 예시하고 있는데, 거기서 극당 슬롯의 수는 예시를 단순화하기 위해 18로부터 10으로 감축되었다. 케이블 부설은 단일-층, 9-권수, 평면 코일을 형성하도록 외측으로부터 내측으로 나선형 방식으로 진행한다. 그 후 케이블 부설은 도 7의 (a)에서 점선으로 도시된 바와 같이 진행하고 제2 층(60(2))이 도 7의 (b)에 도시된 패턴으로 동일 슬롯 내 형성되어, 외측에서 마친다. 제2 층의 완성 시, 케이블 부설은 동일한 슬롯 내 2개의 추가적 층을 형성하도록 진행할 수 있다. 대안으로, 케이블 부설은 인접하는 극 상에 2개의 층을 형성하도록 진행할 수 있다. 본 예에 있어서, 12 길이 케이블의 각각은 총 16쌍의 층을 형성하도록 사용되고, 이들은 16개 극의 각각 상의 2개 층, 8개 극의 각각 상의 4개 층 또는 4개 극의 각각 상의 8개 층으로서 배열될 수 있다. 각각의 길이의 케이블의 2개 단부는 권선의 외측에 위치되고 그래서 케이블 단부가 수밀 글랜드를 통해 지나갈 수 있는 전기 장비 엔클로저(도시되지 않음)에 도달하기에 충분한 여분 길이를 제공하는 것이 편리함을 알 것이다. 이러한 배열은 그것이 형성에 비용이 들고 전기 결함이 일어날 수 있는 취약 포인트인 어떠한 케이블 조인트 또는 접합이라도 회피하므로 해저 사용에 좋다. 12 길이의 케이블은 공통 단상 교류 소스에 병렬로 접속될 수 있거나 또는 그들이 격리되어 별개의 독립적 단상 소스에 접속될 수 있어서 케이블 고장 또는 소스 고장의 경우에 시스템이 계속 작동할 수 있다.

고정자 코어(53, 55)의 각각은 이상적으로는 연속 나선의 전기 강철 시트로 형성될 수 있는 연속형 라미네이트 링이다. 그렇지만 요구되는 치수의 연속형 링은 다루기 힘들 수 있고, 일부 응용에서는, 다각형을 형성하도록 조립하는 소정 수의 아크 또는 짧은 직선 길이로 코어를 분할하는 것이 선호된다. 본 예에 있어서, 선호되는 배열은 12개의 아크 또는 직선 길이를 갖고 케이블 권선은 각각 상에서 8개 층의 4개 극로서 형성된다. 그래서 권선은 코어 섹션이 완성된 고정자 링(또는 다각형)을 형성하도록 조립되기 전에 형성될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 슬롯(80)은 위치가 극 축으로부터 더 먼쪽에 점진적으로 더 높은 농도의 권수를 주도록 선택되어 도 8에 도시된 바와 같이 분포되어, 정현 전류 분포로의 양호한 근사를 준다. 도 8은 서로 대향하며 극 피치의 절반만큼 변위된 2개의 고정자로부터의 섹션을 도시하고 있다.

대안의 배열에 있어서, 슬롯은 균일한 어레이의 슬롯으로 그러나 각각의 슬롯은 다른 수의 권수를 포함하고 있게 배열될 수 있다. 이것은 처음 몇 개의 층에 대해 각각의 극 둘레 케이블의 내측 루프 중 일부를 생략함으로써 달성될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 슬롯 깊이는 할당된 권수의 수에 따라 다를 수 있거나 또는 슬롯은 전부 동일한 깊이일 수 있고 더 적은 권수를 포함하고 있는 그것들은 비활성 패킹을 포함하고 있을 수 있다. 도 9에서의 예시는 8개 층의 케이블을 포함하고 있을 수 있는 깊은 슬롯(90)이 극 축으로부터 가장 멀리 있는 라미네이션을 도시하고 있다. 각각의 극에 대해 권선의 처음 2개 층은 2개 루프를 가질 것이다. 극 축에 더 가까울수록, 더 얕은 슬롯이 다음 2개 층이 3개 루프를 가질 수 있게 하고, 마지막 4개 층은 4개 루프를 포함하고 있다.

정현 분포를 달성하기 위해 도 8 및 도 9에 도시된 접근법의 조합이 또한 채택될 수 있다. 정현파에 가까운 근사를 달성하는 이점은 전류 분포의 공간 고조파 성분과 연관된 손실의 감축이다. 고조파 성분은 기본파의 속도와 다른 속도로 회전하여 회전자 내 원치않는 전류를 유도하는 자속 성분을 생기게 하여 부가적 손실을 초래한다.

도 10은 발전기에 대한 일례의 전기 시스템을 도시하는 전기도이다. 일 구현에 있어서, 3개 권선(a, b, c)은 소스/그리드(100)에 스타형으로 접속되고 하나의 고정자와 수용되는 반면; 제2 세트의 권선(A, B, C)은 소스/그리드에 델타형으로 접속되고 다른 하나의 고정자와 수용된다. 각각의 고정자 구조는 섹션이 기계 내 진행 자계가 전기적 120도만큼 위상 변위된 섹션에서 단상 교번 기전력을 유도하도록 배열된 섹션으로 나뉜다. 그리하여, 각각의 권선(a, b, c, A, B, C)은 각각의 고정자의 각각의 섹션에 접속되어 있다. 델타형-결선 권선(A, B, C)은 그들이 동일 자속으로 그러나 √3배 더 높은 전압으로 작동하기 때문에 스타형 결선에서의 것들보다 대략 √3배 많은 권수를 가져야 한다. 그렇지만, 그들은 동일 전력을 전달하는데 단지 1/√3만큼 많은 전류만을 나르고 그래서 그들의 권선은 대응하여 더 작은 단면으로 될 수 있다.

전압-소스 인버터를 포함하는 대표적 전력 변환 회로(100)가 PCT/EP2012/065701(대리인 참조번호: P101404pc00/OHG41-PCT)에 설명되어 있다. 도 11은 특히 제1 스테이지 컨버터(110) 및 제2 스테이지 컨버터(120) 양자가 DC 링크(140)를 통하여 접속된 3-상 전압 소스 인버터를 포함하는 2-브리지 컨버터를 도시하고 있다. 제1 스테이지(110)의 위상 포트는 소스/그리드에 접속되는 반면, 제2 스테이지(120)의 위상 포트(P1, P2, P3)는 도 10에 도시된 바와 같이 고정자 블록에 접속되어 있다.

이제 도 12를 참조하면, 다른 구현에 있어서, 각각의 고정자의 단상 권선은 직류 소스(140)를 단상 교류 소스, 위상 A 및 위상 B로 변환하는 각각의 H 브리지, 공통 직류 소스(140)에 접속되어 있는 2개 H 브리지(125)의 직류 포트, 및 위상이 다른 전압 위상 A 및 위상 B를 제공하도록 배열되어 있는 그들 교류 포트를 포함하는 전력 컨버터(110, 140, 125)에 접속되어 있을 수 있다.

회전자(56)는 도 5에 예시된 바와 같이 2개의 고정자 사이의 갭에서 회전하는 환상 시트 또는 플레이트의 전기 도체이다. 환상은 수개의 아크 또는 사다리꼴 시트로 제조될 수 있다. 조인트에 의해 생성되는 어떠한 토크 맥동이라도 상호 상쇄하는 경향이 있도록 고정자 섹션의 수와 동등한 수의 시트를 사용하는 것을 회피하는 것이 최선이다.

Claims (21)

1. 고정자 및 상기 고정자에 상대적으로 운동하도록 배열된 부재를 포함하는 전기 기계로서, 상기 고정자는 상대 운동 방향을 따라 배치되고 상기 운동 방향에 수직 방향으로 상기 가동 부재로부터 변위된 제1 복수의 권선을 편입하고 있는 제1 고정자 구조, 및 상기 가동 부재로부터 제2 방향으로 변위된 제2 복수의 권선을 편입하고 있는 제2 고정자 구조를 포함하여, 상기 가동 부재가 2개의 상기 고정자 구조 사이에 놓이고, 상기 가동 부재는 상기 권선과 전기적으로 결합하도록 배열되되, 상기 제1 복수의 권선은 제1 단상 교류 공급기에 접속된 단상 권선을 포함하고, 상기 제2 복수의 권선은 상기 제1 공급기의 위상으로부터 위상이 변위된 제2 단상 교류 공급기에 접속된 그리고 상기 제1 복수의 권선으로부터 상기 상대 운동 방향으로 변위된 동일 극 피치의 단상 권선을 포함하는 것인 전기 기계.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 권선에 대한 상기 제2 복수의 권선의 상기 변위는 상기 가동 부재의 상기 운동 방향으로 하나의 극 피치의 절반이고, 상기 제2 교류 공급기의 상기 위상은 상기 제1 공급기와는 전기적 90도만큼 위상이 다른 것인 전기 기계.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고정자 구조는 상기 운동 방향을 따른 섹션으로 분할되는 것인 전기 기계.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기계는 상기 고정자 및 상기 가동 부재가 회전 축 둘레로 곡선형인 회전형 기계를 포함하고, 상기 가동 부재는 회전자를 포함하는 것인 전기 기계.
5. 제4항에 있어서, 상기 고정자 구조는 상기 회전자로부터 축방향으로 변위되고 상기 회전자와 고정자 구조 사이의 각각의 영역에서의 자계는 실질적으로 축 방향으로 지나가는 것인 전기 기계.
6. 제5항에 있어서, 상기 고정자 구조는 상기 회전 축 둘레로 적어도 부분적으로 원형 어레이를 형성하도록 배열된 아크 세그먼트 세트로 형성되는 것인 전기 기계.
7. 제5항에 있어서, 상기 고정자 구조는 상기 회전 축 둘레로 적어도 부분적으로 원형 어레이를 형성하도록 접선식 위치하도록 배열된 실질적으로 직사각형 블록 세트로 형성되는 것인 전기 기계.
8. 제1항, 제2항, 제3항, 제5항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기계는 상기 가동 부재가 전기 도전성 재료의 시트를 포함하는 유도 기계를 포함하는 것인 전기 기계.
9. 제1항, 제2항, 제3항, 제5항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기계는 상기 가동 부재가 영구 자석의 어레이를 포함하는 브러시리스-직류 기계 또는 영구 자석 동기식 기계 중 하나를 포함하는 것인 전기 기계.
10. 제4항에 있어서, 상기 고정자 구조는 상기 회전자로부터 방사상으로 변위되고 상기 회전자와 고정자 구조 사이의 각각의 영역에서의 자계는 실질적으로 방사상 방향으로 지나가는 것인 전기 기계.
11. 제10항에 있어서, 상기 고정자 구조는 상기 회전 축 둘레로 적어도 부분적으로 원형 어레이를 형성하도록 배열된 아크 세그먼트 세트로 형성되는 것인 전기 기계.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 기계는 상기 회전자가 도전성 재료의 중공 원통을 포함하는 유도 기계를 포함하는 것인 전기 기계.
13. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 기계는 상기 회전자가 영구 자석의 원통형 어레이를 포함하는 브러시리스-직류 기계 또는 영구 자석 동기식 기계 중 하나를 포함하는 것인 전기 기계.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 고정자 구조는 전기 도체의 동심 코일 그룹을 수용하는 슬롯형 라미네이션(slotted lamination)을 포함하는 것인 전기 기계.
15. 제14항에 있어서, 각각의 단상 권선 내 각각의 코일 그룹은 연속형 절연 케이블에 의해 형성되는 것인 전기 기계.
16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 코일 그룹은 각각 동등한 수의 권수를 갖고, 상기 슬롯의 이격은 전류 분포가 정현파에 근사하도록 배열되는 것인 전기 기계.
17. 제14항 또는 제15항에 있어서, 각각의 고정자 구조는 동심 코일 그룹을 수용하는 슬롯형 라미네이션을 포함하고, 상기 슬롯은 균일하게 분포되고 상기 코일의 권수의 수는 전류 분포가 정현파에 근사하도록 배열되는 것인 전기 기계.
18. 제14항 또는 제15항에 있어서, 각각의 고정자 구조는 동심 코일 그룹을 수용하는 슬롯형 라미네이션을 포함하고, 상기 슬롯의 이격 및 상기 코일의 권수의 수는 전류 분포가 정현파에 근사하도록 배열되는 것인 전기 기계.
19. 제1항에 있어서, 각각의 단상 권선은 직류 소스를 단상 교류 소스로 변환하는 H 브리지, 공통 직류 소스에 접속되는 2개의 상기 H 브리지의 직류 포트, 및 위상이 다른 전압을 제공하도록 배열되는 당해 교류 포트를 포함하는 전력 컨버터에 접속되는 것인 전기 기계.
20. 제3항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 고정자 구조의 상기 복수의 권선은 상기 기계 내 진행 자계가 전기적 120도만큼 위상 변위된 섹션에서 단상 교번 기전력을 유도하도록 배열된 상기 섹션 사이의 갭을 갖는 상기 섹션으로 나뉘고, 권선의 상기 섹션은 3-상 교류-직류 전력 컨버터 또는 전압 소스 중 하나에 접속되는 것인 전기 기계.
21. 제20항에 있어서, 상기 제1 고정자 구조의 상기 권선은 대략 3의 제곱근의 인수만큼 상기 제2 고정자 구조의 상기 권선보다 더 많은 권수를 갖고, 상기 제1 고정자 구조의 상기 권선은 3-상 전력 컨버터 또는 전압 소스에 델타형으로 접속되고 상기 제2 고정자 구조의 상기 권선은 동일한 상기 3-상 컨버터 또는 전압 소스에 스타형으로 접속되는 것인 전기 기계.

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