KR20160138292A - 전자기 기계용 전기 도파관 - Google Patents

전자기 기계용 전기 도파관 Download PDF

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KR20160138292A
KR20160138292A KR1020167030616A KR20167030616A KR20160138292A KR 20160138292 A KR20160138292 A KR 20160138292A KR 1020167030616 A KR1020167030616 A KR 1020167030616A KR 20167030616 A KR20167030616 A KR 20167030616A KR 20160138292 A KR20160138292 A KR 20160138292A
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니콜라스 슈와이너트
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다이나믹 이 플로우 게엠베하
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Abstract

본 발명은 전자기 코일의 연속 권선을 위해 중공 내부(3)를 갖는 관상 몸체(2) 형태의 전기 도파관(1)에 관한 것으로, 이때 몸체(2)는 도전성 재료를 포함하며 바깥지름과 안지름이 있고 몸체(2) 외부 외피면에 적어도 하나의 전기 절연층(4)으로 코팅이 있으며 이때 내부(3)는 몸체(2)의 첫 번째 오픈 엔드와 몸체(2)의 두 번째 오픈 엔드를 유압식 또는 공압식으로 연결하는 형태이다. 중소형 전자기 기계에서 사용할 수 있는 전기 도파관(1)을 제시하기 위해 본 발명에서는 바깥지름 대 안지름의 비가 1.25:1부터 4:1 범위에 있을 것을 제안한다. 나아가 본 발명은 전기 도파관(1)의 사용과 전기 도파관(1)용 커넥터 및 전기 도파관(1)이 있는 전자기 기계에 관한 것이다.

Description

전자기 기계용 전기 도파관{ELECTRICAL HOLLOW CONDUCTOR FOR AN ELECTROMAGNETIC MACHINE}
본 발명은 전자기 코일의 연속 권선을 위해 중공 내부를 갖는 관상 몸체 형태의 전기 도파관에 관한 것으로, 몸체는 도전성 재료를 포함하며 바깥지름과 안지름이 있고 몸체 외부 외피면에 적어도 하나의 전기 절연층으로 코팅이 있으며 이때 내부는 몸체의 첫 번째 오픈 엔드와 몸체의 두 번째 오픈 엔드를 유압식 또는 공압식으로 연결하는 형태로 되어 있다.
나아가 본 발명은 전자기 코일의 권선용으로 발명에 따른 전기 도파관의 사용에 관한 것이다.
뿐만 아니라 본 발명은 적어도 하나 이상의, 발명에 따른 전기 도파관과 냉각수 라인의 연결을 위한 커넥터에 관한 것으로, 중공 내부가 있는 유체 기밀 하우징을 포함하고, 전기 도파관 오픈 엔드의 수용을 위해 하우징에 적어도 하나 이상의 도파관 개구부 및 냉각수 라인 오픈 엔드의 수용을 위해 하우징에 냉각수 라인 개구부 하나를 포함한다. 이때 내부는 도파관 개구부와 냉각수 라인 개구부를 유압식 또는 공압식으로 연결하는 형태를 하고 있다.
끝으로 본 발명은 자기 장치 및 자기 장치와 전자기 상호작용을 하는 도체 장치를 포함하며, 도체 장치에 적어도 하나의 전도체가 있는 전자기 기계에 관한 것이다.
본 발명의 의미에서 전기 도파관은 전기의 전도에 쓰이는 동시에 냉각수의 유압 또는 공압 전달에도 쓰인다. 전기 도파관의 다른 명칭으로 중공 전선이나 중공 도체 전선이란 명칭이 있다.
이러한 종류의 전기 도파관은 선행 기술에서 이미 알려져 있으며 초전도 자석, 입자 가속기, 핵융합로, 극한 전력 터보 발전기 등의 대형 복합 시스템에서 사용된다. 그런 곳에 장착된 전기 도파관은 대형 전자기 코일을 위해 커다란 굽힘 반경으로 감겨 있는 형태이거나 개별 권선 부분으로 구성되어 있다. 이때 전기 도파관의 개별 권선은 서로 전기 절연해서 코일의 단락을 방지할 필요가 있다. 전기 절연층은 열 절연이 매우 뛰어나서 전류의 흐름 시 생성되는 열의 제거가 방해를 받게 된다는 단점이 있다. 더 많은 전류가 흐를수록 발생하는 열량이 더 크다. 하지만 큰 전류를 전도하는 것 또는 상대적으로 봤을 때 커다란 전류 밀도에 도달하는 것은 상기 시스템의 효율적인 작동을 위해 가장 중요한 기준 중 하나이기 때문에 효율적인 열제거가 중요하다. 열의 효율적인 제거를 보장하기 위해 전기 도파관을 통해 냉각수가 펌핑되고 이렇게 해서 내부측에서 열이 배출된다. 이러한 최적의 열제거 방법이 일상생활의 중소형 전자기 기계에서도 사용된다면 좋을 것이다. 본 발명의 범위에서 소형 전자기 기계란 대량생산되며 최대 출력이 5MW 이하인 기계이다. 이에 대한 예로는 가정용 기기, 공구, 건설 기계, 트랙터, 공작 기계용 전동기 및 자동차쩜쩜선박쩜쩜항공기용 전동기, 풍력발전소용 발전기 등이 있다. 물론 중소형 전자기 기계는 크기가 작다. 특히 전자기 코일의 치수가 작아서 코일의 자동 권선에서 작은 굽힘 반경을 구현해야 한다. 대형 시스템에 쓰이는 전기 도파관은 여기에 적합하지 않다. 중소형 시스템에서는 대부분, 유증기 냉각이나 워터 재킷 냉각 등 간접 냉각 방식이 사용된다.
따라서 본 발명의 과제는 도입부에서 언급한 방식으로 중소형 전자기 기계에서 사용할 수 있는 전기 도파관을 제시하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 도입부에서 언급한 방식의 전기 도파관을 제안한다. 이때 바깥지름 대 안지름의 비는 1.25:1부터 4:1 범위이다. 1.0mm에서 3.2mm까지 범위의 바깥지름이 바람직하다. 제안된 바깥지름 및 바깥지름 대 안지름의 비로 전기 도파관은 굽힘 부위에 불리한 내부 병목 현상 없이 적은 치수와 높은 전도율, 충분한 가공성 간에 최적의 절충안을 제시한다. 작은 반경의 모서리 위로 권선 시 몸체 단면 형태의 불리한 변경이 발생하지 않고, 특히 전기 도파관이 균열 또는 파열되지 않고 꺾이지 않으며 필요한 작은 굽힘 반경이 만들어질 수 있다. 그 바깥지름으로 인해 전기 도파관은 상응하는 코일을 권선하기 위해 일반적으로 사용하는 전선과 비슷하게 가는 지름을 갖게 된다. 본 발명의 의미에서 전선이란 중공 내부가 없는 단선을 의미한다. 따라서 원칙적으로는 종래의 전선 코일이 장착된, 약 1kW 이상 출력의 모든 전자기 기계에 호환 문제 없이 도파관 코일을 장착하거나 추가 장착할 수 있다. 제안된 바깥지름 대 안지름 비는 장기간 동안 전기 도파관에서 상대적으로 큰 전류를 유지하는 데 가장 이상적이다. 달리 말하면, 전자기 기계의 장기 가동을 위해 가장 이상적인 비이다. 발명에 따른 전기 도파관의 최적화 시 다음 매개변수가 고려되었다. 전기 전도에 충분한 면적을 제공하기 위한 몸체의 단면적, 냉각수 이동에 충분한 면적을 제공하기 위해 중공 내부의 단면적, 냉각수에 몸체의 열을 전달하기에 충분한 접촉 길이를 위한 단면적 지오메트리, 냉각수 흐름을 방해하지 않기 위한 단면적 지오메트리, 충분한 가요성의 전기 도파관을 얻기 위한 몸체의 단면적 지오메트리, 충분한 꺾임 강도의 전기 도파관을 얻기 위한 몸체의 단면적 지오메트리, 굽힘 시 내부 병목 현상 경향이 없는 충분한 꺾임 강도의 전기 도파관을 얻기 위한 몸체의 단면적 지오메트리. 다른 매개변수로는 몸체의 재료, 그와 함께 그 재료의 전기 전도율, 열전도율, 탄성 계수, 절연층의 종류와 두께, 냉각수의 종류(점성, 열전도율, 열용량, 열전달계수), 냉각수의 유량, 코일의 권선 패턴, 전류의 세기와 주파수가 있었다. 시뮬레이션과 실험 결과, 발명에 따른 치수의 전기 도파관은 중소형 전자기 기계에 탑재된 코일을 권선하기에 가장 적합한 것으로 나타났다. 이때 전기 도파관이 장착된 전자기 기계의 출력 밀도는 단선이 장착된 전자기 기계에 비해 훨씬 높았다. 특히 전기 도파관 몸체의 바깥지름은 2.0mm에서 2.5mm 내지는 3.0mm 사이가 바람직하며 이와 상관 없이 바깥지름 대 안지름 비는 1.5:1이나 2:1이 바람직하다. 이러한 값의 비에서 상기 명시된 장점이 가장 두드러졌다. 충분한 권선 공간이 있는 경우, 특히 중소형 전자기 기계의 수동 권선을 소량으로 제작할 경우 더 큰 바깥지름이 바람직하다.
나아가 전기 도파관의 관상 몸체는 원형관, 타원형관, 정사각형관, 직사각형관 또는 이러한 관을 조합한 형태일 수 있다. 가능한 조합으로는 예컨대 외부는 정사각형이고 내부는 원형관일 수 있다. 본 발명의 명세서 및 청구범위에서는 관상 몸체의 바깥 치수와 안치수란 용어 대신 일반적으로 이해할 수 있는 용어인 바깥지름과 안지름을 사용한다. 왜냐하면 관상 몸체가 주로 원형관 형태이기 때문이다. 각관 단면의 경우 대각선 바깥 치수가 바깥지름이고 대각선 안치수가 안지름에 해당한다. 관상 몸체는 원형관 몸체로 이루어져 있고, 원형관은 외부와 내부가 원형인 형태가 바람직하다. 관상 몸체의 둥근 외형으로 인해 발명에 따른 전기 도파관은 단심선이나 단선과 외관상 동일하기 때문에 기본적으로 단심선과 동일하게 취급하거나 사용할 수 있다. 예를 들어 코일의 수동 권선이나 자동 권선 과정은 동일하며 전기 도파관으로 권선된 코일은 단심선으로 권선된 코일과 질적으로 동일하게 잘 권선되어 있다. 다른 외형의 경우, 특히 각진 외형의 경우 권선 과정은, 특히 자동 권선 과정은 확실히 더 어려운 형태이기 때문에 질적으로 나쁜 권선 코일이 나오거나 외형 때문에 공정 기술적으로 구현이 불가능하다. 예컨대 직각 전기 도파관이나 단심선의 비틀림 시 지오메트리의 변경과 그로 인한 정밀도 부족은 두 번 또는 그 이상의 연속 권선에서 커다란 코일 밀도의 원인이 된다. 굉장히 좁은 굽힘 반경에서 전기 도파관의 꺾임을 방지하기 위해서는 권선 몸체에, 예를 들어 코일이 감기는 전기자에 첫 번째 코일 권선층을 고정하기 위한 도랑 형태의 긴 홈이 있는 것이 바람직할 수 있다. 도랑 형태의 긴 홈 덕택에 전기 도파관은 옆으로 안내된다. 이러한 측면 안내는 전기 도파관이 퍼지는 것을 방지한다. 이는 일반적으로 잠재적인 꺾임 위치에서 발생한다. 권선층들이 서로 함몰되어 감기는 경우, 각각 다음 층을 감을 때 그 아래 층이 측면 안내를 이룬다. 나아가 고정자판 내지는 회전자판의 연속에서 전기 도파관의 바람직한 반경이 제공되도록 고정자판과 회전자판을 형성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 재료는 구리나 알루미늄 또는 언급된 재료 중 하나의 합금이다. 재료는 구리가 선호된다. 왜냐하면 구리가 높은 전기 전도율과 높은 열전도율을 제공하여 큰 전류를 전도하거나 냉각수에 열을 효율적으로 전달할 수 있기 때문이다. 나아가 구리는 제안된 치수로 전기 도파관을 만들고 코일로 권선하기에 충분한 탄성과 인장 강도를 지닌다. 뿐만 아니라 구리 소재의 전기 도파관은 전기 도파관을 설치한 이후 냉각수에서 소용돌이 생성을 방지하고 냉각수의 층류 흐름에 좋은 미시적으로 충분히 매끄러운 표면 구조를 보인다. 재료는 순수한 구리가 아니라 99.5% 구리와 약 0.5% 마그네슘인 구리 합금이 대표적이다. 이러한 구리 합금은 와이어에도 사용되고 따라서 적정 비용으로 상업적으로 대량 구매할 수 있다. 또는 재료는 예컨대 금, 은, 백금과 같은 다른 전도성 금속이나 전도성 플라스틱 또는 복합 재료일 수 있다.
발명에 따른 전기 도파관은 75　N/mm2에서 225　N/mm2 범위의 인장 강도를 갖추고 있는 것이 바람직하다. 전기 도파관의 인장 강도는 몸체의 지오메트리와 재료 외에 몸체 제작 시 재료 가공 방법이 기초가 된다. 인장 강도는 자동 권선의 결정적인 매개변수이다. 인장 강도가 너무 작으면 전기 도파관은 수동 권선이나 자동 권선 시 끊어진다. 인장 강도가 너무 크면 전기 도파관은 너무 뻣뻣하고 권선 시 꺾인다. 전기 도파관의 인장 강도는 100　N/mm2부터 200　N/mm2 범위에서 예컨대 150　N/mm2가 바람직하다. 제시된 모든 인장 강도는 특히 전기 도파관의 1% 확장에서 적용된다.
본 발명의 다른 실시예에서 코팅은 도장 코팅이거나 래핑이다. 도장 코팅은 전기 도파관에 균일하게 얇게 도포할 수 있고 따라서 굉장히 가는 전기 도파관에 특히 적합하다. 첫 번째 코팅층에 추가로 다음 코팅칭을 전기 도파관에 코팅할 수 있다. 두 겹 또는 그 이상의 코팅층으로 코팅하면 절연이 향상된다. 그와 함께 예컨대 10kV까지 전기 도파관의 절연 강도가 향상하게 된다. 전기 도파관의 도장 코팅은 일반적으로 피막 구리선 제작에 있어 알려진 것과 같이 와이어 피막 기계를 이용해서 연속 코팅으로 이루어진다. 전기 도파관의 래핑은 또 다른 코팅 방법이다. 코팅층은 합성수지를 기반으로 할 수 있다. 전선의 절연층 도포 방법은 전기 도파관의 절연층 도포에도 사용할 수 있다.
발명에 따른 전기 도파관의 탄성과 가소성은 전기 도파관을 손상하지 않고 좁은 반경으로 권선 몸체의 표면에 가급적 평행이 되게 전기 도파관을 감을 수 있게 앞서 논의된 매개변수를 통해 설정된다. 마찬가지로 절연층의 탄성과 가소성은 권선 시 절연층의 손상을 방지하기에 적합하게 선택되어야 한다.
앞서 언급한 대형 시스템용 대형 전자기 코일의 권선을 위해 큰 치수의 전기 도파관을 사용하는 것은 선행 기술에서 이미 알려져 있다. 하지만 큰 치수의 전기 도파관은 굽힐 수 없거나 충분히 좁은 굽힘 반경으로 굽힐 수 없어서 소형 전자기 기계용 소형 코일을 권선할 수 없다. 뿐만 아니라 선행 기술에서는 도파관이 순수한 유압 라인 내지는 센서로 작동하고, 코일 권선이 불필요한 곳에서 냉각회로나 서모스탯에 작은 치수의 도파관을 사용하는 것이 알려져 있다.
전자기 코일의 권선을 위해 전기 도파관의 필요한 유연성을 제공하기 위해 본 발명에서는 전자기 코일의 적어도 한 번 이상의 완전한 권선의 연속 감기를 위해 발명에 따른 전기 도파관의 사용을 제안한다. 앞서 논의된 장점을 위해서는 소형 전자기 기계에 있어 소형 코일의 권선을 위해 발명에 따른 전기 도파관이 필요하다. 발명에 따른 전기 도파관의 굽힘 특성이 있어야만 한 번 또는 여러 번의 완전한 권선으로 소형 코일을 감을 수 있다. 하지만 전기 도파관을 통한 냉각수의 흐름을 방해하지 않기 위해서는 코일의 연속 권선이 중요하다. 연속 권선의 수는 1부터 10000 이상이며 예컨대, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 150, 200, 250, 500, 750, 1000, 2000, 5000이다.
본 발명의 추가 실시예에서 전자기 코일은 최대 출력 5MW 이하 전자기 기계의 전자기 코일이다. 최대 출력 5MW 이하 전자기 기계는 본 발명의 의미에서 중소형 전자기 기계로 간주된다. 최대 출력 1MW 이하, 예컨대 500　kW, 200　kW, 100　kW, 50　kW, 20　kW, 10　kW, 5　kW인 전자기 기계 전자기 코일의 적어도 한 번의 완전한 권선의 연속 감기를 위해 발명에 따른 전기 도파관의 사용은 특히 바람직하다. 특히 큰 전류 밀도가 생성될 때, 매우 작은 전자기 코일에서조차 발명에 따른 전기 도파관의 사용은 긍정적인 효과가 있다. 발명에 따른 전기 도파관이 탑재되어 있거나 이러한 도파관이 탑재 가능한 소형 전자기 기계의 예는 소형 발전소의 발전기, 풍력 발전소의 발전기, 자동차 전동기, 특히 승용차 전동기, 기관차 전동기, 항공기 전동기, 공작 기계 전동기, 컨베이어 시스템 전동기, 가정용 전자제품 전동기, 컴퓨터 전동기, 특히 팬 구동장치, 변압기, 주파수 변환기, 유도기, 전송기, 리니어 모터, 계전기, 접촉기, 최대 10T 자속 밀도의 MRI, 소형 입자 가속기, 유도로, 플라스마 응용 등이 있으며 다른 모든 가능한 용도를 포함한다.
일반적으로 순수한 유압 또는 공압 배관 연결을 위한 커넥터는 이미 알려져 있다. 이러한 배관에서 예컨대 냉각수가 순환한다. 하지만 이런 종류의 커넥터는 치수가 비교적 크기 때문에 치수가 비교적 작은, 발명에 따른 전기 도파관을 제대로 수용하기에 적합하지 않다. 뿐만 아니라 작은 안지름이나 큰 배관 길이에서 냉각수의 흐름 저항은 현격히 증가한다. 이는 특히 본 발명의 미세 전기 도파관에 해당한다. 이와 반대로 치수가 큰 전기 도파관이 있는 대형 전자기 시스템의 경우 냉각 회로에 비교적 적은 압력이 지배한다. 그렇기 때문에 그런 곳에는 예컨대 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE, Teflon®) 소재의 냉각수관을 사용할 수 있다. 나아가 발명에 따른 전기 도파관은 냉각수의 유압 또는 공압 전달에 사용될 뿐만 아니라 전류의 전기 전도를 위해서도 사용된다는 점에 유의해야 한다. 전자기 기계의 코일 배치나 코일의 사양에 따라 발명에 따른 전기 도파관으로 권선된 코일을 두 개 또는 그 이상의 코일 부분으로 나눌 필요가 있다. 이때 개별적인 코일 부분은 서로 그리고 냉각수 라인과 연결해야 한다. 코일 부분의 연결이나 일반적으로 두 전기 도파관의 상호 연결은 경우에 따라 전기 전도성이어야 한다. 나아가 코일 부분이나 일반적으로 두 전기 도파관과 냉각수 라인의 연결은 유압식 또는 공압식으로 통해야 한다. 물론 코일 부분이나 일반적으로 두 전기 도파관과 냉각수 라인의 연결은 대개 전기 전도성이 있어서는 안 된다. 그렇지 않을 경우 예컨대 서로 다른 위상이 단락될 수 있다. 전기 도파관과 냉각수 라인에서 순환하는 냉각수는 절연 유체로 이루어져 있다. 이때 유체는 액체나 기체일 수 있다. 냉각 회로 내에서 유체의 상전이도 생각할 수 있다.
따라서 본 발명의 과제는 발명에 따른 전기 도파관을 냉각수 회로와 기능적으로 연결하는, 도입부에서 언급한 방식의 커넥터를 제시하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위해서 본 발명은 도입부에서 언급한 방식의 커넥터를 제안한다. 이때 도파관 개구부는 수용해야 하는 전기 도파관 몸체의 바깥지름에 맞게 조정된 지름을 가진다. 특히 도파관 개구부의 지름은 도파관 개구부에서 수용해야 하는 전기 도파관 몸체의 바깥 지름보다 약간 더 작거나 같거나 약간 더 크다. 수용해야 하는 전기 도파관에 맞게 도파관 개구부의 치수를 정확하게 또는 거의 정확하게 맞춤으로써 커넥터의 하우징과 전기 도파관 사이에 유체 기밀성과 내구성이 있는 연결이 가능하다는 것은 커다란 장점이다. 도파관 개구부의 지름은 1.0mm부터 3.2mm의 범위가 바람직하다. 이와 유사하게 적용해서, 냉각수 라인 개구부의 치수를 수용해야 하는 냉각수 라인에 맞게 정확하게 또는 거의 정확하게 맞춤으로써 커넥터의 하우징과 전기 도파관 사이에 유체 기밀성과 내구성이 있는 연결이 가능하다는 것은 커다란 장점이다. 전체적으로 전기 도파관은 냉각수 라인과 기능적으로, 특히 유체 기밀하게 연결되어 있다. 발명에 따른 커넥터는 전기 도파관이 전자기 코일을 형성하기 전 내지는 형성한 후에 냉각수 라인과 전기 도파관을 연결하는 시작 부분과 끝 부분으로 이루어져 있는 것이 바람직하다.
전기 도파관은 다음 연결 기술을 이용해서 하우징과 연결할 수 있다. 연납땜, 경납땜, 초음파 용접, 압착, 암나사 체결, 프레스 링을 이용한 체결, 너트로 체결, 리벳, 접착, 주입, 유리 용융, 소결, 경화. 나사 연결은 파손 없이 풀 수 있고 전기 도파관의 교체를 가능하게 한다. 뿐만 아니라 나사 연결은 접착 이음이나 도장 이음과 조합해서 이음부가 오랫동안 내진동성과 유체 기밀성이 있게 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 하우징은 전기 도파관을 하우징에 삽입하는 깊이를 제한하기 위해 깊이 조절 장치를 제공한다. 특히 깊이 조절 장치는 도파관 개구부의 지름 단축으로 이루어져 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 커넥터는 하우징 인서트를 갖추고 있다. 이때 하우징 인서트는 하우징을 관통하며 형성하고 하우징 인서트의 중공 내부는 도파관 개구부를 제공한다. 하우징 인서트는 하우징과 전기 도파관 사이에 가변 인터페이스를 제공하고 이렇게 해서 전기 도파관을 하우징에 유체 기밀하게 연결할 수 있다는 큰 장점이 있다. 하우징은 하나의 전기 전도 재료나 하나의 전기 절연 재료로 구성되어 있을 수 있다. 이때, 후자의 경우 하우징 인서트는 전기 도파관과 냉각수 라인 간에 전기 절연 분리 요소로 쓰인다.
하우징 인서트는 다음 연결 기술을 이용해서 하우징과 연결할 수 있다. 연납땜, 경납땜, 초음파 용접, 압착, 암나사 체결, 프레스 링을 이용한 체결, 너트로 체결, 리벳, 접착, 주입, 유리 용융, 소결, 경화. 나사 연결은 파손 없이 풀 수 있고 전기 도파관의 교체를 가능하게 한다. 뿐만 아니라 나사 연결은 접착 이음이나 도장 이음과 조합해서 이음부가 오랫동안 내진동성과 유체 기밀성이 있게 할 수 있다. 옵션으로 실링 와셔를 사용할 수 있다. 전기 도파관을 하우징 인서트와 연결하기 위해 동일한 연결 기술을 사용할 수 있다.
뿐만 아니라 하우징 인서트는 다음과 같은 재료로 구성될 수 있다. 황동, 철, 구리, 금, 은, 알루미늄 또는 상기 재료의 합금.
본 발명의 바람직한 실시예에서 하우징 인서트는 하우징 인서트를 전기 도파관에 삽입하는 깊이를 제한하기 위해 깊이 조절 장치를 제공하는 것으로 되어 있다. 깊이 조절 장치가 하우징 인서트 중공 내부의 지름 단축으로 형성되는 것이 바람직하다.
나아가 발명에 따른 커넥터는 내부가 둥근 형태로 되어 있을 수 있다. 둥근 형태는 노치 응력이 발생하는 모서리와 각을 방지하기 때문에 커넥터의 내압 강도를 향상시킨다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에서 커넥터는 발명에 따른 적어도 두 개 이상의 전기 도파관과 하나의 냉각수 라인을 연결하기 위해 구성되어 있다. 이때 커넥터는 전기 도파관의 오픈 엔드를 수용하기 위한 하우징에서 적어도 두 개의 도파관 개구부를 포함하고 있다. 이때 내부는 도파관 개구부와 냉각수 라인 개구부를 유압식 또는 공압식으로 연결하는 형태이고, 이때 커넥터는 전기 전도 접촉 요소와 전기 절연 분리 요소를 갖추고 있으며 접촉 요소는 적어도 두 개의 도파관 개구부를 전기 연결하는 형태이고 분리 요소는 한 편으로는 접촉 요소와 도파관 개구부 사이에 그리고 다른 한 편으로는 접촉 요소와 냉각수 라인 개구부 사이에 전기 절연되어 배치되어 있다. 전기 도파관과 냉각수 라인에서 순환하는 냉각수가 전기 절연 유체라는 조건 하에 접촉 요소와 분리 요소는 전기 도파관의 전기 연결, 전기 도파관과 냉각수 라인의 유압 또는 공압 연결, 전기 도파관과 냉각수 라인의 전기 분리를 일으킨다는 큰 장점이 있다. 냉각수 라인을 포함시켜 전기 회로에 부정적인 영향을 미치지 않고 전기 도파관에서 전기 도파관으로 막힘 없는 전류 흐름이 가능하다. 이는 발명에 중요하다. 왜냐하면 냉각수 라인에서 최대 200bar까지의 정격 압력이 필요하기 때문에 일반적으로 냉각수 라인은 금속으로 제작되고 전기 도파관처럼 전기 전도성이 있기 때문이다. 발명에 따른 분리 요소가 없으면 냉각수 라인과 경우에 따라 거기에 연결되는 냉각수 펌프가 전기 도파관의 회로에 포함될 수 있고 주변 환경에 전기 절연이 필요하다. 발명에 따른 커넥터는 -35°C에서 200°C까지의 범위에서 온도 내구성이 있고 절연 내구성이 있으며 장기 사용에 충분한 내구성이 있고 1000　bar까지의 파열 압력에 압력 내구성이 있다. 장기 사용을 위한 정격 압력은 80　bar부터 200　bar 사이에 있으며 약 120　bar가 바람직하다.
본 발명의 매우 바람직한 실시예에서 접촉 요소는 하우징이고 분리 요소는 하우징을 관통하는 전기 절연 슬리브로 되어 있다. 이때 전기 절연 슬리브의 중공 내부는 냉각수 라인 개구부를 제공한다. 예컨대 구리, 황동 또는 강으로 이루어진 전기 전도 하우징은 여러 기능을 한다는 큰 장점이 있다. 첫째로 하우징은 전기 도파관과 냉각수 사이에서 냉각수의 전달을 위해 중공 내부를 제공하는 데 쓰인다. 둘째로 하우징은 전기 도파관 사이의 전기 연결 링크로 쓰인다. 셋째로 하우징은 다수의 전기 도파관과 냉각수 라인을 위해 전기와 유압 집합 연결부나 전기와 공압 집합 연결부로 기능한다. 넷째로 하우징은 전기 공급과 배출을 위해 도파관 기반 코일과 종래의 전선 간에 전기 인터페이스로 기능한다. 이를 위해 하우징은 접촉 링이나 접촉 핀 또는 접촉 단자를 포함할 수 있다. 전기 절연 슬리브로는 세라믹 슬리브를 선호한다. 세라믹 부품, 특히 세라믹 슬리브는 분리 요소로 가장 적합하다. 왜냐하면 세라믹 재료는 충분히 절연 내구성이 있고 넓은 범위에서 온도 내구성이 있으며 충분히 압력 안정적이기 때문이다. 예를 들어 세라믹 슬리브는 특히 강철층으로 내부와 외부를 금속화할 수 있다. 이렇게 해서 금속화된 세라믹 슬리브는 납땜이 가능하고 용접이 가능하다. 세라믹 슬리브의 두께는 보통 약 0.5mm이다. 분리 요소는 세라믹 대신 플라스틱, 유리, 고무, 실리콘재의 전기 절연 부품을 포함할 수 있다. 특히 세라믹 슬리브 대신에 플라스틱 슬리브, 유리 슬리브, 고무 슬리브 또는 실리콘 슬리브를 사용할 수 있다. 발명에 따른 커넥터는 T 피스, Y 피스 또는 집합 연결부 형태가 바람직하다. 집합 연결부는 예컨대 한 연선의 선으로 사용되거나 또는 개별 선으로 사용되는 2, 3, 4, 8, 12, 16, 20, 24, 36, 48개 또는 그 이상의 전기 도파관을 합치거나 분리한다.
냉각수 라인은 세라믹 슬리브를 통해 커넥터와 연결되는 것이 바람직하다. 커넥터에 전기 도파관의 적당한 삽입 깊이를 보장하기 위해 깊이 조절 장치가 있다. 너무 깊은 삽입은 하우징이 있는 전기 도파관이나 냉각수 라인의 단락을 초래할 수 있다. 너무 적은 깊이의 삽입은 적어도 냉각 회로의 공급측을 지배하는 높은 압력으로 인해 자칫 전기 도파관을 커넥터에서 빠져나오게 할 수 있다. 냉각수 라인과 도파관을 커넥터로 연결하기 위해 다음과 같은 연결 기술이 있다. 연납땜, 경납땜, 초음파 용접, 압착, 프레스 링을 이용한 체결, 너트로 체결, 리벳, 접착, 주입, 유리 용융, 소결, 경화. 전기 도파관이 없는 도파관 개구부는 이와 동일한 기술로 폐쇄할 수 있다. 또는 상기 기술을 사용해서 전기 도파관 대신에 단선 일부를 마개로 사용하거나 단선을 코일 연결부로 도파관 개구부에 삽입할 수 있다.
투피스형 하우징이나 여러 피스형 하우징이 있는 커넥터에서는 하우징 부분이 결합 시 자동으로 중심에 놓이는 구조로 되어 있을 수 있다. 이를 위해 하우징 부분에 원뿔 형태의 돌출부나 피라미드 형태의 돌출부가 있다.
전기 절연 슬리브가 분리 요소고 전기 전도 하우징이 접촉 요소인 대신 전기 절연 하우징이 분리 요소고 도파관 개구부의 전기 연결을 위한 하우징에 배치된 도체가 접촉 요소일 수 있다. 이와 상관 없이 분리 요소는 냉각수의 펌핑을 위해 펌프에 이어지는 전기 절연 호스로도 이루어져 있을 수 있다. 하우징 인서트가 전기 전도 재료로 이루어져 있는 경우, 하우징과 전기 도파관 사이에 배치된 하우징 인서트는 접촉 요소로 기능할 수 있다. 하우징 인서트가 전기 절연 재료로 이루어져 있는 경우, 하우징과 전기 도파관 사이에 배치된 하우징 인서트는 분리 요소로 기능할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서 전기 연결된 도파관 개구부의 첫 번째 그룹은 분리 요소나 추가 분리 요소를 이용해서, 전기 연결된 도파관 개구부의 두 번째 그룹에서 전기 절연되어 있다. 개별 그룹은 예컨대 삼상 전류의 다양한 위상을 전달하기 위한 별도의 회로를 이룬다. 2개 그룹과 3개 그룹 외에 4개, 5개 또는 그 이상의 그룹도 포함되어 있다.
본 발명의 매우 바람직한 실시예에서 도파관 개구부는 다양한 지름을 갖는다. 이에 단일 커넥터는 전기 도파관에 다양한 지름을 제공할 수 있다. 예컨대 변압기의 일차 권선과 이차 권선은 서로 다른 도파관 지름을 가질 수 있다.
발명에 따르면 커넥터를 제작하기 위해 다음과 같은 재료가 있다. 예컨대 구리나 강철과 같은 금속, 열가소성 플라스틱, 열경화성 플라스틱, 세라믹 또는 유리. 금속은 전기 전도성, 내압성 재료이며 가공이 용이하다. 열가소성 플라스틱은 약간 탄성이 있으며 비교적 잘 파열되지 않는다. 열경화성 플라스틱은 형태적으로 매우 안정적이며 넓은 범위에 걸쳐 내열성이 있다. 세라믹은 강도가 뛰어나며 그 표면은 구리, 은, 금으로 금속화할 수 있어서 납땜 이음에 유리하다. 유리는 절연 강도가 높다.
본 발명의 다른 실시예에서 커넥터에는 하우징이 없다. 그 대신 하나의 전기 도파관의 오픈 엔드나 두 개 이상의 전기 도파관의 오픈 엔드가 냉각수 라인의 오픈 엔드에 직접 배치되고 예컨대 연납땜, 경납땜, 초음파 용접, 압착, 암나사 체결, 프레스 링을 이용한 체결, 너트로 체결, 리벳, 접착, 주입, 유리 용융, 소결, 경화 등으로 냉각수 라인에 고정된다.
전자기 기계는 일반적으로 잘 알려져 있고 대개 자기 장치 및 자기 장치와 전자기 상호작용을 하는 도체 장치를 포함하며, 이때 도체 장치에는 적어도 하나 이상의 전도체가 있다. 전자기 기계의 최적 출력을 추구할 때 도체에 있는 전류 밀도는 가장 중요한 매개변수 중 하나이다. 도체에서 전류 밀도가 높을 때 점점 더 많이 발생하는 열은 출력을 제한하는 요인이다. 이렇게 출력을 제한하는 요인을 완화하기 위해서는 효과적인 열배출이 필요하다. 종래의 전자기 기계에서 도체는 전기 절연과 함께 열도 절연된 선으로 이루어져 있어서 불충분하게만 열배출이 가능하고 실제로 실현 가능한 전류 밀도는 도체의 냉각 성능 부족으로 이론적으로 가능한 전류 밀도보다 한참 낮다.
따라서 본 발명의 과제는 도입부에 언급한 방법의, 최적의 출력을 제공하는 전자기 기계를 제시하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명에서는 도입부에서 언급한 방식의 전자기 기계를 제안한다. 이때 전기 도체는 발명에 따른 전기 도파관이다. 전기 도파관에 있어 명시된 장점은 전자기 기계에 직접 적용된다. 특히 냉각수관으로서 전기 도파관 중공 내부의 이용은 열의 효율적인 제거를 가능하게 한다는 큰 장점이 있다. 왜냐하면 열은 열이 발생한 곳, 즉 전기 도파관의 몸체에서 배출되기 때문이다. 이렇게 해서 더 큰 전류 밀도가 실제로 실현 가능하다. 실험 데이터 결과, 전선에서 6　A/mm2 의 연속 가동 전류 밀도는 발명에 따른 전기 도파관에서 24　A/mm2에서 40　A/mm2까지 증가할 수 있는 것으로 나타났다. 이와 함께 발명에 따른 전자기 기계는 대폭적인 출력 향상도 수반한다. 동일한 치수의 단선에 비해 전기 도파관은 선을 만드는 데 더 적은 재료를 필요로 하기 때문에 전기 도파관은 발명에 따른 전자기 기계의 총 중량 감소에 기여한다. 전기 도파관은 중공 내부에 있는 모세관 힘을 근거로 하여 효과를 무시할 수 없을 정도로 작은 치수일 수 있다. 이 경우 전기 도파관은 모세관이라고도 할 수 있을 것이다. 높은 주파수에서, 예컨대 10　kHz 이상, 특히 30　kHz 이상에서, 특히 바람직하게는 100　kHz 이상에서 표피 효과를 확실히 느낄 수 있게 하기 때문에 큰 전류 세기를 전도하기 위해 단선의 전도성 내부가 반드시 필요한 것은 아니다.
발명에 따른 전기 도파관은 동기기에 있어서와 마찬가지로 비동기기에도 적합하다. 자체 여자형 동기기는 자석이 필요 없고 여자 전류의 부하에 따른 재조정이 가능하다. 따라서 영구 여자형 동기기는 매우 좋은 출력 중량을 갖추고 있다. 도체 장치의 내부 냉각과 직접 냉각을 이용해서 높은 전류 밀도를 구현할 수 있고 그로 인해 더 많은 출력이 생기게 된다. 나아가 발명에 따른 전기 도파관은 예컨대 동기기용 집중권(concentrated winding)을 위해 사용할 수 있다. 집중권(concentrated winding)은 공정 기술상 간단하게 제작할 수 있고 작은 코일 헤드 길이를 지니기 때문에 더 많은 활성 강자성 재료를 사용할 수 있다. 비동기기도 자석이 필요 없다. 추가로 비동기기의 회전자는 농형 회전자로 매우 간단하게 제작할 수 있다.
뿐만 아니라 전자기 기계에는 적어도 하나의 발명에 따른 커넥터가 있을 수 있다. 커넥터는 T 피스, Y 피스 또는 집합 연결부 형태가 바람직하다. 커넥터는 전기 도파관과 냉각수 라인의 유압 또는 공압 연결과 전기 도파관의 전기 연결 및 냉각수 라인의 전기 분리를 가능하게 한다. 추가로 집합 연결부로 이루어진 커넥터는 다수의 전기 도파관을 통합하거나 분리한다.
본 발병의 특히 바람직한 실시예에서 전자기 기계는 냉각 장치를 갖추고 있다. 이때 냉각 장치는 펌프와 전기 도파관 그리고 경우에 따라 커넥터를 포함하고 있고 이때 펌프는 전기 도파관을 통해 냉각수를 펌핑하는 형태이다. 예컨대 펌프는 전자기 기계의 축과 연결되어 있을 수 있어서 전자기 기계에서 직접 구동할 수 있거나 또는 별도의 펌프 구동장치를 이용해서 간접적으로 구동할 수 있다. 커넥터는 발명에 따른 커넥터 형태인 것이 바람직하다. 냉각수는 높은 열용량과 높은 열전도계수의 전기 절연 유체로 이루어져 있다. 전자기 기계의 냉각 장치 요소로 전기 도파관을 사용함으로써 출력을 제한하는 열의 매우 효과적인 배출이 가능하다. 왜냐하면 열 에너지라고도 칭하는 열은 열이 발생한 곳, 즉 전기 도파관의 몸체에서 배출되기 때문이다. 선행 기술을 능가하는 열배출로 인해 발명에 따른 전자기 기계는 확실히 증가한 효율과 최적의 출력을 보장한다. 발명에 따른 전자기 기계에서 약 40　A/mm2의 전류 밀도가 가능한 반면, 워터 재킷 냉각 장치나 유증기 냉각 장치는 약 12　A/mm2를 허용하고 공랭 장치는 3　A/mm2 을 허용한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 자기 장치와 도체 장치는 한 회전축에 대칭을 이루며 회전축에 동축으로 배치되어 있고 회전축을 중심으로 상대적으로 서로 회전 가능한 형태로 되어 있다. 이때 자기 장치는 적어도 두 개의 자석을 포함하고 있고, 이때 자석에는 북극과 남극이 있으며, 전기 도파관에는 유도 활성 세그먼트와 유도 비활성 세그먼트가 교대로 있고 자기 장치에 대한 도체 장치의 적어도 한 방향에서 유도 활성 세그먼트가 북극과 남극 사이에 있는 중성 존에 마주하고 배치되어 있다. 자석에 대한 전기 도파관의 이러한 배치 덕택에 기본적으로 전자기 기계의 최적의 출력에 도움이 되는 특히 시간상 효율적인 유도 진행이 가능하다는 것이 큰 장점이다. 본 발명의 의미에서 자석은 영구 자석일 수도 있고 전자석일 수도 있다. 일반적으로 전자석에는 코일이 있고 이 코일을 이용해서 페라이트 코어가 자기화되거나 여기된다. 따라서 전자석이 있는 배치는 페라이트 여기 배치라고도 한다. 중성 존은 한 자석의 북극과 남극 사이 또는 두 개나 그 이상의 나란히 인접해 있거나 서로 거리를 두고 있는 자석의 극 사이에서 생길 수 있다. 일반적으로 극의 배치는 윤곽이 예리하거나 불분명하다든가 크기가 작거나 크다든가 예컨대 수 센티미터거나 수십 센티미터일 수 있는 중성 존의 기하학적 치수를 전제로 한다.
본 발명의 일차 특정 개량에서 자기 장치는 외부 중공 원통과 외부 중공 원통에 배치된 내부 중공 원통으로 이루어져 있다. 이때, 외부 중공 원통과 내부 중공 원통 사이에는 도체 장치를 수용하기 위한 틈새가 있고 이때 중성 존은 회전축에 평행하게 배치되어 있다. 이러한 자기 장치는 틈새에 배치된 도체 장치를 효과적으로 통과시키고 이렇게 해서 높은 유도를 보장하기에 가장 적합한 자계를 틈새에 제공한다. 외부 중공 원통과 내부 중공 원통은 회전축에 비틀림 강성으로 서로 연결되어 있다. 예컨대 외부 중공 원통에는 극성과 관련하여 외부 중공 원통의 원주 방향을 따라 동일한 방향으로 균일하게 분포되어 배치된 12개의 자석이 있어서 북-남-북-남 등등의 극성 시퀀스가 생긴다. 이에 중성 존은 자석의 북극에서 남극으로 넘어갈 때 그리고 이웃한 두 자석 사이에서 생긴다. 외부 중공 원통에 맞춰서 내부 중공 원통에도 마찬가지로 극성과 관련하여 외부 중공 원통의 원주 방향과 반대인 내부 중공 원통의 원주 방향을 따라 동일한 방향으로 균일하게 분포되어 배치된 12개의 자석이 있어서 북-남-북-남 등등의 극성 시퀀스가 생긴다. 내부 중공 원통에 대한 외부 중공 원통의 방향은 틈의 이쪽에 있는 외부 중공 원통의 각 북극이 틈의 저쪽에 있는 내부 중공 원통의 남극에 마주하도록 선택되어 있다. 이렇게 해서 중성 존은 한 자석의 북극에서 남극으로 넘어갈 때, 한 중공 원통 내에서 인접한 두 자석 간에 그리고 틈새로 분리된 극 사이에서 제공된다. 중공 원통당 자석의 개수는 2, 4, 6, 8, 10, 16, 20, 24, 28, 32, 36, 40, 80, 120, 160, 200, 500일 수 있다. 자석의 수가 많으면 높은 회전수와 평균 전류 세기에서 발명에 따른 전자기 기계의 굉장히 높은 회전 토크를 야기한다.
본 발명의 이차 특정 개량에서 자기 장치는 첫 번째 디스크와 첫 번째 디스크 옆에 배치된 두 번째 디스크로 이루어져 있고 이때 첫 번째 디스크와 두 번째 디스크 사이에 도체 장치를 수용하기 위한 틈새가 배치되어 있으며 이때 중성 존은 회전축에 방사상으로 배치되어 있다. 이러한 자기 장치는 틈새에 배치된 도체 장치를 효과적으로 통과시키고 이렇게 해서 높은 유도를 보장하기에 가장 적합한 자계를 틈새에 제공한다. 첫 번째 디스크와 두 번째 디스크는 회전축에 비틀림 강성으로 서로 연결되어 있다. 예컨대 첫 번째 디스크에는 극성과 관련하여 첫 번째 디스크의 원주 방향을 따라 동일한 방향으로 균일하게 분포되어 배치된 12개의 자석이 있어서 북-남-북-남 등등의 극성 시퀀스가 생긴다. 이에 중성 존은 자석의 북극에서 남극으로 넘어갈 때 그리고 이웃한 두 자석 사이에서 생긴다. 첫 번째 디스크에 맞춰서 두 번째 디스크에도 마찬가지로 극성과 관련하여 첫 번째 디스크의 원주 방향과 반대인 두 번째 디스크의 원주 방향을 따라 동일한 방향으로 균일하게 분포되어 배치된 12개의 자석이 있어서 북-남-북-남 등등의 극성 시퀀스가 생긴다. 두 번째 디스크에 대한 첫 번째 디스크의 방향은 틈의 이쪽에 있는 첫 번째 디스크의 각 북극이 틈의 저쪽에 있는 두 번째 디스크의 남극에 마주하도록 선택되어 있다. 이렇게 해서 중성 존은 한 자석의 북극에서 남극으로 넘어갈 때, 한 디스크 내에서 인접한 두 자석 간에 그리고 틈새로 분리된 극 사이에서 제공된다. 디스크당 자석의 개수는 2, 4, 6, 8, 10, 16, 20, 24, 28, 32, 36, 40, 80, 120, 160, 200, 500일 수 있다. 자석의 수가 많으면 높은 회전수와 평균 전류 세기에서 발명에 따른 전자기 기계의 굉장히 높은 회전 토크를 야기한다.
전자기 기계에는 자기 장치에서 중공 원통 및 디스크의 연결을 위한 연결 요소가 있는 것이 바람직하다. 연결 요소는 도체 장치의 수용을 위해 구성된 영역에서 자계의 강화를 위한 삼차원 요크로 작용한다.
본 발명의 일차 특정 개량에 있어 도체 장치는 중공 원통으로 이루어져 있고 이때 유도 활성 세그먼트는 회전축에 평행하게 배치되어 있다. 중공 원통이 원통 형태의 틈새 지름과 동일한 지름을 갖는 것이 바람직하다. 마찬가지로 중공 원통이 원통 형태의 틈새 폭보다 약간 작은 벽 두께를 갖는 것이 바람직하다. 이렇게 해서 도체 장치는 도체 장치와 자기 장치 사이에 있는 두 좁은 에어 갭까지 정확하게 자기 장치에 맞춰진다. 자기 장치와 도체 장치의 이런 식의 조합은 틈새에 배치된 도체 장치를 효과적으로 통과시키고 이렇게 해서 높은 유도를 보장하기에 가장 적합하게 된다. 전기 도파관은 환상형으로 배치되어 있고 캐리어와 결합되어 있다. 특히 캐리어의 홈에 끼워 넣어 에폭시 수지로 주조되어 있다. 케이블 루프는 이때 유도 활성 세그먼트가 유도 비활성 세그먼트보다 더 긴 형태를 하고 있다. 전기 도파관은 다수 권선에 배치되어 있을 수 있다. 예컨대 두 개에서 100까지 배치되어 있고, 특히 층당 4개의 권선에 6개의 층의 24권선으로 배치되어 있을 수 있다.
본 발명의 이차 특정 개량에 있어 도체 장치는 디스크으로 이루어져 있고 이때 유도 활성 세그먼트는 회전축에 방사상으로 배치되어 있다. 디스크가 틈새 폭보다 약간 작은 두께를 갖는 것이 바람직하다. 이렇게 해서 도체 장치는 도체 장치와 자기 장치 사이에 있는 두 좁은 에어 갭까지 정확하게 자기 장치에 맞춰진다. 자기 장치와 도체 장치의 이런 식의 조합은 틈새에 배치된 도체 장치를 효과적으로 통과시키고 이렇게 해서 높은 유도를 보장하기에 가장 적합하게 된다. 전기 도파관은 환상형으로 배치되어 있고 캐리어와 결합되어 있다. 특히 캐리어의 홈에 끼워 넣어 에폭시 수지로 주조되어 있다. 케이블 루프는 이때 유도 활성 세그먼트가 유도 비활성 세그먼트보다 더 긴 형태를 하고 있다. 전기 도파관은 다수 권선에 배치되어 있을 수 있다. 예컨대 두 개에서 100까지 배치되어 있고, 특히 층당 4개의 권선에 6개의 층의 24권선으로 배치되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서 전기 도파관은 연선으로 이루어져 있다. 이러한 연선은 함께 가닥(strand)을 이루는 다수의 개별 전기 도파관을 포함한다. 동일한 치수의 단선에 비해 연선의 표면은 더 커서 높은 주파수에서, 예컨대 10　kHz 이상, 특히 30　kHz 이상에서, 특히 바람직하게는 100　kHz 이상에서 표피 효과로 인해 예컨대 16　A/mm2, 20　A/mm2 또는 24　A/mm2의 큰 전류 세기의 전도가 가능하다. 이와 함께 연선에는 서로 전기 절연된 두 개부터 400개 이상의 단일 도파관이 있다. 특히 32개의 단일 도파관이 있다. 서로 전기 절연된 단일 도파관은 전기 도파관의 커다란 단면적을 단일 도파관의 여러 작은 단면적으로 나눈다. 이는 효율을 떨어뜨리는 와전류의 생성을 억제한다. .
발명에 따라, 유도 활성 세그먼트만이 역학적 에너지를 전기 에너지로 전송하거나 또는 그 반대로 전송하는 데 쓰이고 이렇게 해서 전자기 기계의 효율에 도움이 되기 때문에 유도 활성 세그먼트 대 유도 비활성 세그먼트의 길이 비는 3:1보다 크거나 같고, 특히 4:1, 5:1, 6:1, 8:1, 10:1, 15:1, 20:1 또는 30:1과 같은 것이 큰 장점이다. 반대로 유도 비활성 세그먼트는 전류 전도를 방해하고 폐열 형태로 에너지 손실을 야기하는 전기 저항이기 때문에 효율을 떨어뜨린다. 반드시 발명에 따른 전자기 기계가 아니어도 임의 형태의 전자기 기계라 해도 일반적으로 유도 활성 세그먼트 대 유도 비활성 세그먼트의 길이 비가 1:1 이상이면 동일한 길이의 유도 활성과 유도 비활성 세그먼트가 있는 동일한 전자기 기계에 비해 전자기 기계의 효율이 증가한다.
전자기 기계는 특히 본 발명의 일차와 이차 특정 개량에서처럼 페라이트 코어가 없는 형태일 수 있다. 도체 장치의 페라이트 코어는 자기 장치에서 도체 장치의 배치로 인해 도체 장치의 충분한 기자력을 보장하기 위해 필요한 것은 아니다. 페라이트 코어나 적층 철심이 없어서 전자기 기계는 총 중량이 적고 지연이 적으며 히스테리시스를 겪지 않는다. 결과적으로 이런 식으로 구성된 전자기 기계는 우주 항공 목적과 강한 가속도 및 지연에 가장 적합하며 높은 효율을 제공한다.
발명에 따른 전자기 기계는 자기 장치가 회전자, 특히 이중 회전자이고 도체 장치는 전자기 기계의 고정자로 구성할 수 있다. 또는 발명에 따라 자기 장치가 고정자, 특히 이중 고정자이고 도체 장치가 전자기 기계의 회전자일 수 있게 되어 있다. 한 편으로는 전기 도파관에서 전압의 연결 내지는 전기 도파관에 전압의 입력을 더 쉽게 이행할 수 있기 때문에 첫 번째 방법이 유리할 수 있다. 다른 한 편으로 두 번째 방법은 자기 장치에 비해 더 적은 자체 중량으로 인해 도체 장치가 지연이 적어 회전자가 가속도에서 더 적은 에너지를 소비하기 때문에 유리할 수 있다.
발명에 따른 전자기 기계는 예를 들어 전동기, 발전기, 전동 발전기 또는 플라이휠 회전자로 사용할 수 있고 그와 함께 브레이크 에너지 회수 장치와 전기 구동의 이륜차나 다륜차 차량, 증기 터빈, 가스 터빈, 풍력 발전소, 공작 기계, 펌프, 모형 비행기, 드론, 기타 전자 장치에서 사용할 수 있다. 특히 본 발명에 따른 전자기 기계는 예컨대 10　kHz부터 100　kHz까지 또는 그 이상의 높은 회전수의 용도에서 사용하기에 가장 적합하다. 주파수 상한은 사용되는 전기 또는 전자 스위칭 장치를 통해 기계적으로 제한된다. 용도에 따라 효율 저감 변속기를 무시할 수 있다.
발명에 따른 전기 도파관의 또다른 용도는 전자기 기계의 냉각 장치 일부인 증발관이다. 추가로 전기 전도율을 더 향상시키기 위해 초전도 재료를 전기 도파관의 관상 몸체에 장착할 수 있음을 언급할 수 있겠다. 이와 관련하여 초전도 재료의 굽힘 특성과 강도 특성을 충족하기 위해 예컨대 전기 절연층 아래에 해당 관 피복이 있다. 선호하는 실시예에서 전기 도파관의 몸체는 절연층으로 피복된 초전도 재료로 감싼 옵션 분리층으로 피복되어 있다. 초전도 재료는 예컨대 세라믹 초전도체, 특히 고온 초전도체일 수 있다.
본 발명은 도면을 기초로 예시를 설명한다. 이때 자세한 개별 사항들은 도면의 그림을 참조한다. 동일한 참조 기호는 본 발명의 그림 전반에 걸쳐 동일한 부분을 나타낸다.
그림은 다음과 같은 상세 사항을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 도파관의 투시도이다.
도2는 본 발명에 따른 전기 도파관 3개를 포함하는 가닥(strand)의 투시도이다.
도3은 본 발명의 첫 번째 실시예에 따른 커넥터의 투시도이다.
도4는 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 커넥터의 투시도이다.
도5는 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 커넥터의 옵션 부품의 투시도이다.
도6은 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 커넥터의 다른 옵션 부품의 투시도이다.
도7은 본 발명의 세 번째 실시예에 따른 커넥터의 단면도이다.
도8은 본 발명의 네 번째 실시예에 따른 커넥터의 단면도이다.
도9는 본 발명의 다섯 번째 실시예에 따른 커넥터의 단면도이다.
도10은 본 발명의 다섯 번째 실시예에 따른 커넥터의 투시도이다.
도11은 본 발명의 여섯 번째 실시예에 따른 커넥터의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일곱 번째 실시예에 따른 커넥터의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 여덟 번째 실시예에 따른 커넥터의 단면도이다.
도14는 본 발명에 따른 커넥터의 하우징 인서트의 단면도이다.
도15는 본 발명에 따른 커넥터의 하우징 인서트의 단면도이다.
도16은 본 발명에 따른 커넥터의 하우징 인서트의 단면도이다.
도17은 본 발명에 따른 커넥터의 하우징 인서트의 단면도이다.
도18은 본 발명의 첫 번째 실시예에 따른 전자기 기계의 도면이다.
도19는 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 전자기 기계 자기 장치의 투시도이다.
도20은 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 전자기 기계의 도체 장치의 투시도이다.
도21은 본 발명의 세 번째 실시예에 따른 전자기 기계의 자기 장치 일부의 투시도이다.
도22는 본 발명의 세 번째 실시예에 따른 전자기 기계의 도체 장치의 투시도이다.
도23은 본 발명에 따른 전자기 기계의 작동에 있어 시간 해상도로 측정한 기본 매개변수를 나타낸 다이어그램이다.
도1에서는 본 발명의 전기 도파관 1의 투시도를 나타내고 있다. 전기 도파관 1은 중공 내부 3을 갖는 관상 몸체 2의 형태이다. 몸체 2는 도전성 재료, 즉 구리 합금으로 이루어져 있다. 나아가 몸체 2에는 바깥지름과 안지름이 있다. 몸체 2는 몸체 2의 외부 외피면에 절연 도료로 된 전기 절연 코팅층 4로 코팅되어 있다. 내부 3은 몸체 2의 첫 번째 오픈 엔드와 몸체 2의 두 번째 오픈 엔드를 유압식, 공압식으로 연결한다. 바깥지름은 3mm이고 안지름은 2mm이다. 이에 바깥지름 대 안지름의 비는 1.5:1이다. 그 치수로 인하여 전기 도파관 1은 중소형 전자기 기계의 전자기 코일의 연속 권선에 적합하다는 장점이 크다.
도 2에서는 본 발명에 따른 세 개의 전기 도파관 1을 포함하는 가닥(strand)의 투시도를 나타내고 있다. 하나의 가닥은 일반적으로 3개부터 수백 개까지의 전기 도파관 1을 포함한다. 도2에서 제시된 전기 도파관 1은 절연 도료 코팅층 4를 이용해서 상호 전기 절연되어 있다. 또는 코팅층 4가 없을 수도 있다. 이 경우 전기 도파관 1은 몸체 2의 외부 외피면에서 전기 전도로 서로 통할 수 있다.
도3에서는 본 발명에 따른 커넥터 10의 투시도를 나타내고 있다. 커넥터 10은 발명에 따른 다수의 전기 도파관 1과 하나의 냉각수 라인을 연결하기 위한 것이다. 도3에서 제시하고 있는 커넥터 10은 다수의 전기 도파관 1에서 전기와 유압을 통합하거나 갈라놓기 위한 집합 연결부로 이루어져 있다. 커넥터 10은 중공 내부 12가 있는 유체 기밀한 하우징 11을 포함한다. 하우징 11은 두 부분으로 이루어져 있지만 일체형이나 여러 부분으로 구성할 수도 있다. 본 발명의 이해를 돕기 위해 하우징 11을 개방된 상태로 나타내고 있다. 나아가 커넥터 10은 하우징 11에 전기 도파관 1의 오픈 엔드를 수용하기 위해 다수의 도파관 개구부 13을 포함하며 알아보기 쉽게 여기에서는 개구부를 9개만 나타내고 있다. 그리고 냉각수 라인의 오픈 엔드를 수용하기 위해 하우징 11에 하나의 냉각수 라인 개구부 14가 있다. 내부 12는 도파관 개구부 13과 냉각수 라인 개구부 14를 유압식과 공압식으로 연결한다. 커넥터 ?10에는 전기 전도 접촉 요소 15와 전기 절연 분리 요소 16이 있다. 이때 접촉 요소 15는 도파관 개구부 13을 전기 연결하는 형태이고 이때 분리 요소 16은 한 편으로 접촉 요소 15와 도파관 개구부 13 사이에 그리고 다른 한 편으로는 냉각수 라인 개구부 14 사이에 전기 절연 배치되어 있다. 도3에서 제시된 커넥터 10에서 접촉 요소 15는 하우징 11이다. 특히 투피스형 하우징 11의 한 부분은 접촉 링으로 넘어가는 형태의 다수의 구멍이 있는 접촉판으로 이루어져 있다. 구멍 영역에서는 접촉판이 더 두껍게 되어 있다. 왜냐하면 구멍을 관통하는 전기 도파관 1이 접촉판과 납땜되어 있기 때문이다. 분리 요소 16은 하우징 11을 통과시키는 전기 절연 슬리브로 이루어져 있다. 이때 전기 절연 슬리브의 중공 내부는 냉각수 라인 개구부 14를 제공한다. 전기 절연 슬리브는 특히 세라믹 슬리브이다. 접촉 요소 15의 접촉 링은 다수의 전기 도파관 1에 전기를 공급하기 위한 유일한 전기 공급점이다. 냉각수 라인 개구부 14는 다수의 전기 도파관 1에 냉각수를 공급하기 위한 유일한 유압 공급점이다. 접촉 링에 전류를 연결하고 냉각수를 연결하는 데에도 이와 같이 적용된다. 접촉 링의 안지름은 약 10mm이다. 냉각수는 예를 들어 변압기 오일, Therminol®, Galden® 또는 이산화탄소 등 전기 절연 유체로 구성된다.
도4는 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 커넥터 10의 투시도이다. 커넥터 10은 전기 도파관 1이 전자기 코일을 형성하기 전 내지는 형성한 후에 냉각수 라인과 전기 도파관 1을 연결하는 시작 부분과 끝 부분으로 이루어져 있다. 커넥터 10은 모듈식 구조이며 원하는 모듈만큼 확대할 수 있다. 하우징 11은 두 부분으로 되어 있고 냉각수 라인 개구부 14와 도파관 개구부 13을 포함한다. 옵션으로 하우징 11의 두 부분은 전기 절연판을 통해 구분되어 있다. 이는 도4의 분해도에서 알 수 있다. 전기 절연판은 하우징 11의 두 부분의 전기 절연을 위한 분리 요소 16을 제공한다. 전기 절연판의 볼록한 가장자리 부분은 클램핑 장치로 하우징 11의 두 부분의 단락을 방지하기 위해 커넥터 10의 모듈을 연결하기 위한 클램핑 장치의 거리 유지 스페이서로 쓰이고 모듈의 균일한 방향 정렬을 위한 가이드로 쓰인다. 전기 절연판은 볼록한 가장자리를 갖거나 가지지 않을 수 있다. 내부 12는 도4에서 제시되지 않은 엔드 플레이트를 포함하여 전체 부품을 통과시키고 커넥터 10이 조립된 상태에서 겹쳐서 배치되어 있는 구멍으로 이루어져 있다. 하우징 11의 두 부분은 서로 독립적으로 전기 절연 재료나 전기 전도 재료로 이루어질 수 있다. 하우징 11의 두 부분은 충분한 내압 하우징 11을 제시하기 위해 하나의 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다. 냉각수 라인 개구부 14와 도파관 개구부 13은 하우징 11의 형태 요소이거나 또는 하우징 11을 분리하기 위한 분리 부품인 관상 섹션으로 제공된다.
도5에서는 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 커넥터 10의 옵션 부분의 투시도를 나타내고 있다. 커넥터 10은 모듈식 구조이며 전기 도파관 1의 수용을 위해 원하는 만큼 접촉 요소 15를 확장시킬 수 있고 전기 절연판은 분리 요소 16으로 확장시킬 수 있다. 전기 절연판은 볼록한 가장자리를 가질 수 있다. 개별 접촉 요소 15는 예컨대 전기 절연판의 생략으로 서로 단락되어 있을 수 있지만 각 접촉 요소 15와 냉각수 라인 개구부 14 사이에 적어도 하나의 전기 절연판을 배치해서 냉각수 라인 개구부 14를 전기적으로 중성으로 유지할 수 있다. 개별 모듈의 적층을 통해 내부 12가 생성된다.
일반적으로 커넥터 10의 개별 모듈을 결합하기 위해 모듈식 커넥터 10에 클램핑 장치가 갖춰져 있는 것이 바람직하다. 클램핑 장치는 중앙에 배치된 나사나 전산 볼트 혹은 하나 또는 다수의 외부에 배치된 클램프를 포함할 수 있다.
도6에서는 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 커넥터 10의 다른 옵션 부분의 투시도를 나타내고 있다. 커넥터 10의 이 접촉 요소 15는 방사형 형태이며 내부 12를 대칭으로 둘러싼 육각형 배열의 여섯 개 도파관 개구부 13을 포함한다. 여섯 개의 도파관 개구부 13 대신 커넥터 10은 2, 3, 4, 5, 7, 8, 10 등 원하는 수의 도파관 개구부 13을 가질 수 있다. 도파관 개구부 13을 불규칙하게 배열할 수도 있다.
도7은 본 발명의 세 번째 실시예에 따른 커넥터 10의 단면도를 나타내고 있다. 커넥터 10은 T 피스이고 금속 하우징 11을 두 도파관 개구부 13에서 전기 분리하는 두 개의 분리 요소 16을 갖추고 있다. 이에 두 전기 도파관 1과 냉각수 라인은 상호 전기 절연되어 있다. 분리 요소 16은 전기 절연 슬리브, 특히 내부와 외부를 금속화한 세라믹 슬리브이다. 전기 도파관 1의 연결을 위한 접촉 요소 15는 한 도파관 개구부 13에서 다른 도파관 개구부 13으로 뻗어 나가는, 하우징 11에 삽입된 도체 스트립일 수 있다. 전기 도파관 1의 연결을 위한 접촉 요소 15는 외부에 배열된 전기 전도 연결일 수도 있다. 이러한 옵션 버전들은 도7에서 나타내지 않았다. 하우징 11은 하나의 금속으로 구성되었지만 플라스틱으로 이루어져 있을 수도 있다. 내부 12에 제시된 화살표는 냉각수의 흐름 방향을 예로 나타낸 것이다. 냉각수는 냉각수 라인에서 냉각수 개구부 14를 통해 내부 12로 흐르고 그곳에서 도파관 개구부 13을 통해 전기 도파관 1로 흐른다. 이는 코일 앞 냉각 회로의 공급에 있는 T피스이다. 흐름 방향은 반대가 될 수도 있다. 이 경우, T 피스는 코일 이후 냉각 회로의 배출에 있다.
도8은 본 발명의 네 번째 실시예에 따른 커넥터 10의 단면도이다. 커넥터 10은 T 피스이고 이때 접촉 요소 15는 금속 하우징 11로 이루어져 있고 분리 요소 16은 하우징 11을 관통시키는 전기 절연 슬리브, 특히 세라믹 슬리브로 구성되어 있다. 냉각수 라인 개구부 14는 세라믹 슬리브의 중공 내부로 제공된다. 두 도파관 개구부 13은 금속 하우징 11로 서로 전기 전도 연결되어 있다. 내부 12에 제시된 화살표는 냉각수의 흐름 방향을 예로 나타내고 있다. 냉각수는 냉각수 라인에서 냉각수 개구부 14를 통해 내부 12로 흐르고 그곳에서 도파관 개구부 13을 통해 전기 도파관 1로 흐른다. 이는 코일 앞 냉각 회로의 공급에 있는 T피스이다. 흐름 방향은 반대가 될 수도 있다. 이 경우, T 피스는 코일 이후 냉각 회로의 배출에 있다.
도9는 본 발명의 다섯 번째 실시예에 따른 커넥터 10의 단면도이다. 커넥터 10은 세 개의 전기 도파관 1을 통합하거나 분리하기 위한 집합 연결부이다(도 10도 참조). 하우징 11은 두 부분으로 이루어져 있고 전기 전도 재료로 구성되어 있고 도파관 개구부 13 사이에 접촉 요소 15를 이루고 있는 수부분 17과 전기 절연 재료로 구성되어 있고 냉각수 라인 개구부 14 형태의 분리 요소 16을 이루고 있는 암부분 18을 포함한다. 수부분 17과 암부분 18은 결합 가능한 형태이며 이때 실링 링은 수부분 17과 암부분 18을 통해 만들어진 내부 12가 유체 기밀하도록 보장한다. 옵션으로 커넥터 10은 스크루 캡이나 바요네트 잠금을 갖추고 있다. 다른 형태에서는 접촉 요소 15는 암부분으로 되어 있고 분리 요소 16은 수부분으로 되어 있으며 모든 도파관 개구부 13과 냉각수 라인 개구부 14는 서로 전기 절연되어 있다. 접촉 요소 15가 암부분이고 금속화되어 있다면 그 가장자리가 수부분 분리 요소 16에 아주 기밀하게 말려 올라가 있거나 구부려져 있을 수 있다. 또다른 형태에서 수부분 17과 암부분 18은 전기 절연 재료, 예컨대 세라믹으로 이루어져 있다. 여기에서도 모든 도파관 개구부 13과 냉각수 라인 개구부 14가 서로 전기 절연되어 있다.
도10은 본 발명의 다섯 번째 실시예에 따른 커넥터 10의 투시도이다. 커넥터 10의 수부분 17과 암부분 18은 조립해서 유체 기밀한 하우징 11을 이룬다. 수부분 17에 있는 세 개의 도파관 개구부 13은 알아보기 좋게 그렸고 암부분 18에 있는 냉각수 라인 개구부 14는 가려져 있다.
도11은 커넥터 10의 본 발명의 여섯 번째 실시예에 따른 커넥터 10의 단면도이다. 커넥터 10은 Y 피스이다. 하우징 11은 둥근 형태이고 전기 절연 재료로 이루어져 있다. 특히 하우징 11은 세로 방향으로 원통형, 구형, 원환형 형태일 수 있다. Y 피스는 세 개의 도파관 개구부 13과 중앙에 배열된 냉각수 라인 개구부 14를 포함한다. 하우징 11은 분리 요소 16을 이룬다. 접촉 요소 15는 도파관 1의 접촉을 위한 세 개의 접촉판과 도11에서 나타내지 않은, 접촉판 연결용 연결 라인을 포함한다. 옵션으로 접촉판은 비전기 전도로 연결되어 있다. 도파관 개구부 13에서 하우징 11은 전기 도파관 1의 고정을 위한 충분한 접촉면을 제공하기 위해 두껍게 되어 있다. 추가로 전기 도파관 1은 내부 12로 들어가고 하우징 11을 따라 구부러져 있다. Y 피스는 코일 후 냉각 회로의 배출에 배치되는 것이 바람직하다. 이때 냉각수는 전기 도파관 1에서 내부 12로 흐른다. 전기 도파관 1의 구부러진 배열 때문에 내부 12에서 선회 형태의 흐름이 생기고 이로 인해 냉각수 라인으로 특히 효율적인 냉각수 배출이 가능해진다. 내부 12로 들어오는 전기 도파관 1은 적어도 부분적으로 플라스틱으로 주조되어 있을 수 있다. 이때 내부 12와 유압식 또는 공압식으로 연결되어 있을 수 있도록 전기 도파관 1의 빈 끝은 구부려져 있는 것이 바람직하다.
도11에서 제시된 커넥터 10의 실시예 외에 다른 모든 커넥터 10도 둥글게 마무리했거나 원형 형태여서 모서리나 각진 부분이 없는 내부 12를 포함할 수 있다. 둥근 형태의 경우 내부 12에서 높은 압력으로 인해 발생하는 노치 응력이 더 낮기 때문에 각지거나 모서리가 있는 형태보다 내압 강도가 뛰어나다.
도12는 본 발명의 일곱 번째 실시예에 따른 커넥터 10의 단면도이다. 커넥터 10은 두 부분으로 되어 있고 이때 커넥터 10의 덮개에는 그 안쪽에 테이퍼 형태의 돌출부가 있다. 이 돌출부는 하우징 11의 결합 시 덮개의 중심을 맞추기 위한 것이다. 냉각수 라인 개구부 14는 그림에 나타내지 않았다. 각 도파관 개구부 13은 하우징 인서트 19의 중공 내부로 제공된다. 하우징 인서트 19는 그림에는 제시되지 않은 전기 도파관 1의 깊이 조절 장치로 쓰이고 이 하우징 인서트가 전기 절연 재료로 구성된 경우 분리 요소 16일 수 있다. 일반적으로 하우징 인서트 19는 전기 전도성이고 하우징 11이 전기 절연으로 구성되어 있어서 하우징 11이 분리 요소 16을 이룬다. 두 도파관 개구부 13은 서로 전기 절연되어 있다. 두 도파관 개구부 13 사이에 전기 전도 연결은 도16에서 제시된 것처럼 예컨대 이중 하우징 인서트 19를 이용해서 가능하다.
도13은 본 발명의 여덟 번째 실시예에 따른 커넥터 10의 단면도이다. 커넥터 10은 원형 단면을 가지고, 이때 단면의 둘레를 따라 여섯 개의 도파관 개구부 13이 등거리로 배열되어 있다. 각 도파관 개구부 13은 하우징 인서트 19의 중공 내부를 통해 마련되고 이때 하우징 인서트 19는 깊이 조절 장치를 갖추고 있으며 전기 절연 재료로 구성되어 있을 수 있다. 일반적으로 하우징 인서트 19는 전기 전도로 되어 있고 하우징 11이 전기 절연으로 구성되어 있어서 하우징 11이 분리 요소 16을 이룬다. 여섯 개의 도파관 개구부 13은 서로 전기 절연되어 있다. 두 도파관 개구부 13 사이의 전기 전도 연결은 도16에서 제시된 것처럼 예컨대 이중 하우징 인서트 19를 이용해서 가능하다.
도 14는 본 발명에 따른 커넥터 10의 하우징 인서트 19의 단면도이다. 전기 절연 하우징 11과 도파관 개구부 13에 있는 전기 도파관 1 사이에는 슬리브 형태의 하우징 인서트 19가 배치되어 있다. 슬리브는 하우징 11에 압착되어 있거나 하우징 11과 결합되어 있고 전기 도파관 1의 깊이 조절 장치가 없어서 하우징 11에 깊게 설치할 수 있다. 전기 도파관 1은 슬리브와 납땜되어 있다(진하게 표시된 부분 참조). 납땜 이음은 전기 전도 연결부이다.
도15는 본 발명에 따른 커넥터 10의 하우징 인서트 19의 단면도이다. 커넥터 10의 도파관 개구부 13은 전기 절연 하우징 11을 통과시키는 하우징 인서트 19의 중공 내부로 만들어진다. 전기 도파관 1은 그림에서 진하게 표시된 납땜 위치로 알 수 있듯이 하우징 인서트 19와 납땜되어 있다. 하우징 인서트 19는 하우징 11에 원치 않는 열방산으로 인해 질적으로 나쁜 납땜 이음을 방지하기 위해 납땜 이음이 하우징 11에서 충분히 멀리 떨어져 있도록 하우징 11에서 확실히 튀어 나와 있다. 뿐만 아니라 하우징 인서트 19에는 질적으로 좋은 납땜을 위해 전기 도파관 1의 최적의 위치 선정이 가능하도록 깊이 조절 장치가 있다.
도16은 본 발명에 따른 커넥터 10의 하우징 인서트 13의 단면도이다. 하우징 인서트 19는 두 개의 도파관 개구부 13을 제공하고 전기 전도 재료로 이루어져 있어서 하우징 인서트 19가 두 전기 도파관 1 사이에서 접촉 요소 15로 작용하도록 한다. 이런 방식의 하우징 인서트 19는 큰 전기 전류를 사용하는 용도에 특히 적합하다. 하우징 인서트 19는 분리 요소 16을 이루는 전기 절연 하우징 11과 경화로 결합되어 있다. 전기 도파관 1은 하우징 인서트 19에서 지름이 좁아지는 부위까지 꽂아 넣고 하우징 인서트 19와 용접 이음되어 있지만(어둡게 표시한 부분) 납땜 이음도 가능하다. 지름이 좁아지는 부위는 깊이 조절 장치로 쓰인다.
도17은 본 발명에 따른 커넥터 10의 하우징 인서트 19의 단면도이다. 깊이 조절 기능을 제공하는 하우징 인서트 19는 분리 요소 16을 이루는 전기 절연 하우징 11에 경화되어 있다.
특별한 형태와 상관 없이 하우징 인서트 19는 다음 연결 기술을 이용해서 하우징 11과 결합할 수 있다. 연납땜, 경납땜, 초음파 용접, 압착, 암나사 체결, 프레스 링을 이용한 체결, 너트로 체결, 리벳, 접착, 주입, 유리 용융, 소결, 경화. 나사 연결은 파손 없이 풀 수 있고 전기 도파관 1의 교체를 가능하게 한다. 뿐만 아니라 나사 연결은 접착 이음이나 도장 이음과 조합해서 이음부가 오랫동안 내진동성과 유체 기밀성이 있게 할 수 있다. 옵션으로 실링 와셔를 사용할 수 있다.
특별한 형태와 상관 없이 하우징 인서트 19는 다음 재료로 구성될 수 있다. 황동, 철, 구리, 금, 은, 알루미늄 또는 상기 재료의 합금.
도18은 본 발명의 첫 번째 실시예에 따른 전자기 기계 20의 도면이다. 전자기 기계 20는 자기 장치 21 및 자기 장치 21과 전자기 상호작용을 하는 도체 장치 22를 포함하며, 이때 도체 장치 22는 세 개의 전도체, 즉 첫 번째 위상 24, 두 번째 위상 25, 세 번째 위상 26을 갖추고 있다. 세 위상 24, 25, 26은 성형 결선으로 연결되어 있다. 자기 장치 21은 편의상 도18에서 나타내지 않았다. 각 위상 24, 25, 26은 발명에 따른 전기 도파관 1이다. 이 전자기 기계 20은 3개의 상이 있는 삼상 동기기이다. 이때, 위상 24, 25, 26은 도체 장치 22를 이룬다. 위상 24, 25, 26은 전자기 기계 20의 회전자의 여섯 개 전기자 헤드 27에 분포되어 감겨 있다. 뿐만 아니라 전자기 기계 20은 냉각 장치를 포함하며 이때 냉각 장치는 펌프 28과 전기 도파관 1을 포함한다. 펌프 28은 전기 도파관 1을 통해 냉각수를 펌핑한다. 추가로 열교환기 29가 있어서 사이클 이후 가열된 냉각수를 전기 도파관 1에 다시 공급하기 전에 식히고 이렇게 해서 주변이나 후속 냉각 장치에 열을 방출한다. 펌프 28과 열교환기 29는 발명에 따른 커넥터 10을 이용해서 전기 도파관 1과 연결된다. 동기기 외에 비동기기도 발명에 포함된다. 이때, 각 기계 유형은 하나 또는 다수의 영구 자석이나 전자석으로 여기될 수 있다.
도 19는 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 전자기 기계 20의 자기 장치 21의 투시도이다. 자기 장치 21은 외부 중공 원통과 외부 중공 원통에 배치된 내부 중공 원통으로 이루어져 있다. 외부 중공 원통과 내부 중공 원통 사이에는 도체 장치 22를 수용하기 위한 틈새가 있다. 중성 존 30은 회전축에 평행으로 배치되어 있다. 도19에 따른 자기 장치21은 이중 회전자로 되어 있고 중공 원통당 12개의 자석이 있다.
도20은 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 전자기 기계 20의 도체 장치 22의 투시도이다. 도체 장치 22는 중공 원통으로 이루어져 있다. 중공 원통은 전기 도파관 1의 캐리어로 쓰인다. 유도 활성 세그먼트 31은 회전축에 평행하게 배치되어 있고 유도 비활성 세그먼트 32는 접선으로 배치되어 있다. 유도 활성 세그먼트 31 대 유도 비활성 세그먼트 32의 길이 비는 8:1이다.
도21은 본 발명의 세 번째 실시예에 따른 전자기 기계 20의 자기 장치 21의 투시도이다. 세 번째 실시예는 회전축에 가로 배열이다. 자기 장치 21은 첫 번째 디스크와 첫 번째 디스크 옆에 배치된 두 번째 디스크로 이루어져 있고, 이때 두 번째 디스크는 도 21에서 나타내고 있지 않다. 디스크는 동일한 구조이지만 회전축에서 서로 윗면이 반대로 놓여 있어서 첫 번째 디스크의 북극 N 맞은 편에 두 번째 디스크의 남극 S가 있거나 그 반대로 배치되어 있다. 첫 번째 디스크와 두 번째 디스크 사이에는 도체 장치 22를 수용하기 위한 틈이 배치되어 있다. 중성 존 30은 회전축에 방사상으로 배치되어 있다. 도21에 따른 자기 장치 21은 이중 회전자로 이루어져 있고 디스크당 12개의 자석이 있다.
도22는 본 발명의 세 번째 실시예에 따른 전자기 기계 20의 도체 장치 22의 투시도이다. 도체 장치 22는 디스크로 이루어져 있다. 디스크는 전기 도파관 1의 캐리어로 쓰인다. 유도 활성 세그먼트 31은 회전축에 방사상으로 배치되어 있고 유도 비활성 세그먼트 32는 접선으로 배치되어 있다. 유도 활성 세그먼트 31 대 유도 비활성 세그먼트 32의 길이 비는 3:1이다.
도23은 본 발명에 따른 전자기 기계 20의 작동을 위해 시간 해상도로 측정한 기본 매개변수를 나타낸 다이어그램이다. 다음 매개변수가 수평 시간축에 걸쳐 그려져 있다. 전자기 기계 20의 전기 도파관 1에서 전류 밀도 40, 전자기 도파관 1을 통한 냉각수의 펌핑을 위한 펌프 28의 압력 41, 전기 도파관 1의 관류 후 유출부에서 냉각수 온도 42, 전기 도파관 1의 표면에서 도체 온도 43. 1차 시점 44에 전자기 기계 20이 가동하기 시작하고 펌프 28은 아직 꺼져 있다. 흐르는 유량은 열제거가 불충분할 정도로 효과적으로 냉각되지 않는 전기 도파관 1의 온도를 높이기 때문에 첫 번째 시점 44와 2차 시점 45 사이에서 도체 온도 43이 급격히 상승한다. 2차 시점 45에서는 전자기 기계 20이 계속 가동되고 펌프 28이 켜진다. 이로 인해 압력 41이 비약적으로 상승하게 된다. 2차 시점 45와 3차 시점 46 사이에서 냉각수 온도 42가 상승한다. 반대로, 이제 냉각수를 통해 열제거가 효과적으로 충분히 이루어지기 때문에 도체 온도 43은 급격히 떨어진다. 3차 시점 46부터는 전자기 기계 20의 가동을 위해, 연속 작동에 적합한 평형 상태가 된다. 평형 상태에서 중요 매개변수는 다음과 같다. 전류 밀도 40은 36　A/mm2, 냉각수 온도　42는 53°C, 도체 온도　43은 36°C이다.
1 전기 도파관
2 몸체
3 내부
4 코팅층
10 커넥터
11 하우징
12 내부
13 도파관 개구부
14 냉각수 라인 개구부
15 접촉 요소
16 분리 요소
17 수부분
18 암부분
19 하우징 인서트
20 전자기 기계
21 자기 장치
22 도체 장치
24 첫 번째 위상
25 두 번째 위상
26 세 번째 위상
27 전기자 헤드
28 펌프
29 열교환기
30 중성 존
31 유도 활성 세그먼트
32 유도 비활성 세그먼트
40 전류 밀도
41 압력
42 냉각수 온도
43 도체 온도
44 1차 시점
45 2차 시점
46 3차 시점
N 북극
S 남극

Claims (17)

  1. 전자기 코일의 연속 권선을 위해 중공 내부(3)를 갖는 관상 몸체(2) 형태의 전기 도파관(1)으로 이때 몸체(2)는 도전성 재료를 포함하며 바깥지름과 안지름이 있고 몸체(2) 외부 외피면에 하나의 전기 절연층(4)으로 코팅이 있으며 이때 내부(3)는 몸체(2)의 첫 번째 오픈 엔드와 몸체(2)의 두 번째 오픈 엔드를 유압식 또는 공압식으로 연결하는 형태이며 바깥지름 대 안지름의 비가 1.25:1부터 4:1의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전기 도파관(1).
  2. 청구항 제1항에 있어서, 바깥지름이 1.0mm부터 3.2mm까지 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전기 도파관(1).
  3. 청구항 제1항이나 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 몸체(2)가 관상 형태로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전기 도파관(1).
  4. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 재료가 구리나 알루미늄 또는 언급된 재료의 합금인 것을 특징으로 하는 전기 도파관(1).
  5. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 도파관(1)의 인장 강도가 75　N/mm2부터 225　N/mm2인 것을 특징으로 하는 전기 도파관(1).
  6. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 전자기 코일의 적어도 한 번의 완전한 권선의 연속 권선용으로 전기 도파관(1)의 사용.
  7. 청구항 제6항에 있어서, 전자기 코일이 최대 출력 5MW 이하인 전자기 기계의 전자기 코일인 것을 특징으로 하는 사용.
  8. 청구항 제1항부터 제5항까지 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 전기 도파관(1)을 연결하기 위한 커넥터(10)로, 중공 내부(12)가 있는 유체 기밀 하우징(11)을 포함하며 전기 도파관(1)의 오픈 엔드 수용을 위해 하우징(11)에 적어도 하나의 도파관 개구부(13) 및 냉각수 라인의 오픈 엔드 수용을 위해 하우징(11)에 냉각수 라인 개구부(14) 하나를 포함하는 커넥터(10). 이때 내부(12)는 도파관 개구부(13)와 냉각수 라인 개구부(14)를 유압식 또는 공압식으로 연결하는 형태이며, 도파관 개구부(13)의 지름이 수용해야 하는 전기 도파관(1) 몸체(2)의 바깥지름에 맞게 조정된 것을 특징으로 하는 커넥터(10).
  9. 청구항 제8항에 있어서, 커넥터(10)에 하우징 인서트(19)가 있는 것을 특징으로 하는 커넥터(10). 이때 하우징 인서트(19)는 하우징(11)을 관통하는 형태이며 하우징 인서트(19)의 중공 내부는 도파관 개구부(13)를 제공하고 있는 커넥터(10).
  10. 청구항 제8항이나 제9항 중 어느 한 항에 있어서 내부(12)가 둥근 형태인 것을 특징으로 하는 커넥터(10).
  11. 청구항 제8항부터 제10항까지 중 어느 한 항에 있어서, 커넥터(10)가 청구항 제1항부터 제5항까지 중 어느 한 항에 따른, 두 개 이상의 전기 도파관(1)을 연결하기 위해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 커넥터(10). 이때 커넥터(10)는 전기 도파관(1)의 오픈 엔드를 수용하기 위해 하우징에 적어도 두 개의 도파관 개구부(13)를 포함하고 있으며 이때 내부(12)는 도파관 개구부(13)와 냉각수 라인 개구부(14)를 유압식 또는 공압식으로 연결하는 형태이고 이때 커넥터(10)에는 전기 전도 접촉 요소(15)와 전기 절연 분리 요소(16)가 있으며, 이때 접촉 요소(15)는 적어도 두 개의 도파관 개구부(13)를 전기 연결하는 형태이고, 분리 요소(16)가 한 편으로는 접촉 요소(15)와 도파관 개구부(13) 사이에 그리고 다른 한 편으로는 냉각수 라인 개구부(14) 사이에 전기 절연 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 커넥터(10).
  12. 청구항 제11항에 있어서, 접촉 요소(15)가 하우징(11)이고 분리 요소(16)가 하우징(11)을 관통시키는 전기 절연 슬리브로 이루어진 것을 특징으로 하는 커넥터(10)로, 이때 전기 절연 슬리브의 중공 내부가 냉각수 라인 개구부(14)를 제공하는 커넥터(10).
  13. 청구항 제11항이나 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 연결된 도파관 개구부(13)의 첫 번째 그룹이 분리 요소(16)나 다른 분리 요소 중 하나를 이용해서 전기 연결된 도파관 개구부(13)의 두 번째 그룹에서 절기 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 커넥터(10)
  14. 청구항 제11항부터 제13항까지 중 어느 한 항에 있어서 도파관 개구부(13)가 다양한 지름을 갖는 것을 특징으로 하는 커넥터(10).
  15. 자기 장치(21) 및 자기 장치(21)와 전자기 상호작용을 하는 도체 장치(22)를 포함하며, 이때 도체 장치(22)에 적어도 하나의 전도체가 있고 전도체가 청구항 제1항부터 제5항까지 중 어느 한 항에 따른 전기 도파관(1)인 것을 특징으로 하는 전자기 기계(20).
  16. 청구항 제15항에 있어서, 전자기 기계(20)에 청구항 제8항부터 제14항까지 중 어느 한 항에 따른 커넥터(10)가 적어도 한 개 이상 있는 것을 특징으로 하는 전자기 기계(20).
  17. 청구항 제15항이나 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 전자기 기계(20)에 냉각 장치가 있고, 이때 냉각 장치에는 펌프(28)와 전기 도파관(1)이 포함되어 있으며 펌프(28)는 전기 도파관(1)을 통해 냉각수를 펌핑하는 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 전자기 기계(20).
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