KR20210102190A - 동극 선형 동기화 장치 - Google Patents
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Abstract
이동 장치를 포함하는 동극 선형 동기화 장치들이 제공돈다. 이동 장치는 강자성 코어들이 코어 플레이트에 있는 슬롯들을 통해 연장되는 콜드 플레이트를 구비한다. 아마튜어 코일들의 층들은 콜드 플레이트의 대향하는 측들에서 강자성 코어들 둘레에 위치한다. 이동 장치는 적어도 하나의 필드 코일을 더 구비한다.
Description
본 발명은 2018 년 9 월 19 일에 제출된 미국 특허 출원 62/733551의 우선권을 주장하며, 상기 출원의 내용은 본원에 참고로서 포함된다.
직접 구동 모터는 트랜스미션 또는 기어 박스를 사용하기 보다, 부하(load)를 직접 구동하는 동기화 모터(synchronous motor)의 유형이다. 선형 모터들은 일반적으로 직접 구동 모터들인데, 일반적으로 그 어떤 중간 구성 요소들을 가질 수 없기 때문이다. 고속, 고 효율 및 높은 파워 밀도를 증진시키려는 이송 시스템에 대한 제한은 현재 기술에서 존재하지 않는 문제점들을 부과한다.
여기에 설명된 다양한 예들을 이해하고 이들이 어떻게 수행될 수 있는지를 보다 명확하게 나타내도록, 이제 오직 하나의 예로서만 첨부된 도면들을 참조하기로 한다.
도 1 은 비 제한적인 예에 따라서, 동극 선형 동기화 모터를 포함하는 고속 이송 시스템의 도면을 나타낸다.
도 2 는 비 제한적인 예에 따라서, 동극 선형 동기화 모터의 사시도를 도시한다.
도 3 은 비 제한적인 예를 따라서, 동극 선형 동기화 모터의 이동 장치(예를 들어, 회전자)의 사시도를 도시한다.
도 4 는 비 제한적인 예에 따라서, 동극 선형 동기화 모터의 채널 세그먼트(예를 들어, 고정자) 뿐만 아니라, 아마튜어 코일들 및 강자성 코어들을 나타내도록, 필드 코일들이 제거되어 있으면서 도시된 이동 장치의 일부에 대한 측면도를 나타낸다.
도 5a 및 도 5b 는 비 제한적인 예에 따라서, 모터의 작동중에 발생되는 자기 플럭스 경로들에 따라서, 동극 선형 동기화 모터의 일부에 대한 측면도 및 단면도를 각각 도시한다.
도 6 은 비 제한적인 예에 따라서, 동극 선형 동기화 모터의 일부의 자기 플럭스 밀도를 위치의 함수로서 나타낸다.
도 7 은 비 제한적인 예에 따라서, 동극 선형 동기화 모터의 이동 장치의 전기 구성 요소들에 대한 개략적인 블록 다이아그램이다.
도 8 은 비 제한적인 예에 따라서, 복수개의 콜드 플레이트 및 복수개의 아마튜어 코일들의 층을 구비하는, 이동 장치의 일부에 대한 측면도를 도시한다.
도 9 는 비 제한적인 예에 따라서, 콜드 플레이트의 세부를 도시한다.
도 10a, 10b 및 10c는 비 제한적인 예에 따라서 강자성 코어의 세부 내용을 도시한다.
도 11a, 11b, 11c 는 비 제한적인 예에 따라서 단계화된 아마튜어 코일의 세부 사항을 도시한다.
도 12a 및 12b 는 비 제한적인 예들에 따라서, 2/3 의 짧은 피치를 가지는 3 층 인테저 권선(3 layer integer winding)을 구비하는 이동 장치의 세부 내용을 도시한다.
도 13a 및 13b 는 비 제한적인 예에 따라서 부분 슬롯 집중 권선 아마튜어 코일(fractional slot concentrated winding armature coils)을 구비하는 이동 장치의 세부 내용을 도시한다.
도 14a 및 14b 는 비 제한적인 예에 따라서, 다이아몬드 아마튜어 코일들을 구비하는, 이동 장치의 세부 내용을 도시한다.
도 15 는 비 제한적인 예에 따라서, 이동 장치의 유지 장치 및 냉각 블록들에 대한 세부 내용을 도시한다.
도 16 은 비 제한적인 예에 따라서, 이동 장치를 조립된 상태로 도시한다.
도 17 은 자기적인 철극성을 가진 신장된 C 형상 채널을 도시하며, 이것은 비 제한적인 예에 따라서 이동 장치의 트랙으로서 사용될 수 있다.
도 1 은 비 제한적인 예에 따라서, 동극 선형 동기화 모터를 포함하는 고속 이송 시스템의 도면을 나타낸다.
도 2 는 비 제한적인 예에 따라서, 동극 선형 동기화 모터의 사시도를 도시한다.
도 3 은 비 제한적인 예를 따라서, 동극 선형 동기화 모터의 이동 장치(예를 들어, 회전자)의 사시도를 도시한다.
도 4 는 비 제한적인 예에 따라서, 동극 선형 동기화 모터의 채널 세그먼트(예를 들어, 고정자) 뿐만 아니라, 아마튜어 코일들 및 강자성 코어들을 나타내도록, 필드 코일들이 제거되어 있으면서 도시된 이동 장치의 일부에 대한 측면도를 나타낸다.
도 5a 및 도 5b 는 비 제한적인 예에 따라서, 모터의 작동중에 발생되는 자기 플럭스 경로들에 따라서, 동극 선형 동기화 모터의 일부에 대한 측면도 및 단면도를 각각 도시한다.
도 6 은 비 제한적인 예에 따라서, 동극 선형 동기화 모터의 일부의 자기 플럭스 밀도를 위치의 함수로서 나타낸다.
도 7 은 비 제한적인 예에 따라서, 동극 선형 동기화 모터의 이동 장치의 전기 구성 요소들에 대한 개략적인 블록 다이아그램이다.
도 8 은 비 제한적인 예에 따라서, 복수개의 콜드 플레이트 및 복수개의 아마튜어 코일들의 층을 구비하는, 이동 장치의 일부에 대한 측면도를 도시한다.
도 9 는 비 제한적인 예에 따라서, 콜드 플레이트의 세부를 도시한다.
도 10a, 10b 및 10c는 비 제한적인 예에 따라서 강자성 코어의 세부 내용을 도시한다.
도 11a, 11b, 11c 는 비 제한적인 예에 따라서 단계화된 아마튜어 코일의 세부 사항을 도시한다.
도 12a 및 12b 는 비 제한적인 예들에 따라서, 2/3 의 짧은 피치를 가지는 3 층 인테저 권선(3 layer integer winding)을 구비하는 이동 장치의 세부 내용을 도시한다.
도 13a 및 13b 는 비 제한적인 예에 따라서 부분 슬롯 집중 권선 아마튜어 코일(fractional slot concentrated winding armature coils)을 구비하는 이동 장치의 세부 내용을 도시한다.
도 14a 및 14b 는 비 제한적인 예에 따라서, 다이아몬드 아마튜어 코일들을 구비하는, 이동 장치의 세부 내용을 도시한다.
도 15 는 비 제한적인 예에 따라서, 이동 장치의 유지 장치 및 냉각 블록들에 대한 세부 내용을 도시한다.
도 16 은 비 제한적인 예에 따라서, 이동 장치를 조립된 상태로 도시한다.
도 17 은 자기적인 철극성을 가진 신장된 C 형상 채널을 도시하며, 이것은 비 제한적인 예에 따라서 이동 장치의 트랙으로서 사용될 수 있다.
본 발명을 통해서 “고정자(stator)”에 대한 참고는 여기에서 설명된 이송 시스템에서 사용되는 동극 선형 동기화 장치(homopolar linear synchronous machine)의 트랙 및/또는 채널을 지칭할 수 있고, “회전자(rotor)”에 대한 지칭은 동극 선형 동기화 장치의 이동 장치의 구성 요소들을 지칭할 수 있으며, 이것은 수송 시스템에서 트랙을 따라서 이동 장치를 추진시키도록 트랙과 상호 작용한다.
특히, 본 발명의 양상은 수송 시스템을 위한 동극 선형 동기화 장치를 제공한다. 동극 선형 동기화 장치는 고정자(예를 들어, 트랙) 및 회전자(예를 들어, 이동 장치)를 포함할 수 있다. 회전자는 적어도 하나의 아마튜어 권선을 포함할 수 있으며, 이것은 아마튜어 코일 및/또는 아마튜어 코일들의 형태일 수 있다. 실제로, 여기에서 사용되는 바와 같이, 권선은 코일, 하나보다 많은 코일 및/또는 복수개의 코일들을 포함할 수 있다. 아마튜어 코일(들)은 인접한 트랙 세그먼트를 가진 플럭스 경로(flux path)를 형성할 수 있다. 회전자는 라미네이션될 수 있는 강자성 코어를 가질 수 있다. 아마튜어 권선은 강자성 코어 둘레에 있을 수 있다. 회전자는 고정자와 쌍을 이룰 수 있으며, 이것은 적어도 하나의 채널을 구비하는 트랙을 구비할 수 있고, 채널 세그먼트들로부터 형성될 수 있다. 회전자는 필드 권선(field winding)을 가질 수 있고, 예를 들어 필드 코일(field coil) 및/또는 필드 코일들의 형태로, 코어의 둘레에 측방향으로 가질 수 있어서, 트랙의 존재시에, 경로 기하 형상(path geometry)을 통한 필드 플럭스 경로(field flux path)가 형성된다.
본 발명의 다른 양상은 움직일 수 있는 회전자 및 상대적으로 고정된 고정자를 시스템에 제공함으로써 이들 2 개가 동극 선형 동기화 장치(homopolar linear synchronous machine)를 함께 형성한다. 회전자는 적어도 하나의 코일, 적어도 하나의 코어 및, 적어도 하나의 콜드 플레이트를 포함할 수 있다. 코어는 강자성 재료로부터 구성될 수 있으며, 예를 들어 실리콘 스틸(silicon steel), 코발트 스틸 및 유사한 것으로부터 구성된다. 코어는 금속의 적어도 2 개 시트로부터 구성되도록 코어가 라미네이션될 수 있는데, 2 개 시트들은 예를 들어 표면 조도(surface roughness), 블루잉(blueing), 코팅중 하나 이상을 이용하여 서로로부터 전기적으로 절연되어 유지되면서, 함께 접합되었다. 코어의 라미네이션은 그레인 오리엔테이션(grain orientation)이 이루어지고, 그리고/또는 그레인 오리엔테이션이 이루어지지 않을 수 있다. 콜드 플레이트는 알루미늄의 사각형 시트 및/또는 스테인레스 스틸의 사각형 시트 및 유사한 것을 포함할 수 있다. 콜드 플레이트는 열을 제거하기 위한 냉각 채널들을 가질 수 있다. 콜드 플레이트는 회전자의 주 구조 유닛(main structural unit)으로서의 역할도 할 수 있다. 콜드 플레이트는 상기 콜드 플레이트를 통하여 실질적으로 평행한 슬롯들을 가질 수 있으며, 이것은 콜드 플레이트를 통한 윈도우 및/또는 통공들로서 교환 가능하게 지칭될 수 있다. 슬롯들은 형상이 사각형일 수 있고 그리고/또는 슬롯들은 코어의 형상에 상보적일 수 있다. 코어는 콜드 플레이트에 접합될 수 있어서, 코어는 콜드 플레이트의 슬롯 안에 실질적으로 맞춰지고, 코어는 장착 브래킷들과 같은 그 어떤 적절한 방식으로도 콜드 플레이트에 실질적으로 연결될 수 있다. 코어의 일부는 콜드 플레이트의 적어도 일 면을 지나서 연장될 수 있어서, 콜드 플레이트의 길이를 아래로 볼 때, 코어는 콜드 플레이트의 적어도 일측으로부터 밖으로 연장된 것으로 보일 수 있다. 본 발명의 다른 양상은 콜드 플레이트에 접합될 수 있는 복수개의 코어들을 제공한다. 본 발명의 다른 양상은 제 1 코어로부터 오프셋되어 있는 위치에서 콜드 플레이트에 부착될 수 있는 제 2 코어를 제공함으로써, 제 2 코어 및 제 1 코어는 실질적으로 평행하다. 적어도 하나의 권선은 아마튜어 권선 및/또는 아마튜어 코일(들)과, 필드 권선 및/또는 필드 코일(들)을 구비할 수 있다. 권선은 알루미늄, 구리 및 유사한 것과 같은 도전성 재료로 만들어질 수 있고, 권선의 코일과 그것의 회선(turns)들은 폴리아미드 에나멜, 폴리아미드 테이프 및 유사한 것과 같은 절연 재료로 코팅될 수 있다. 본 발명의 다른 양상은 필드 권선(field winding)을 구비할 수 있는 회전자를 제공하는데, 필드 권선이 콜드 플레이트의 면의 외측 주위(outer perimeter)를 실질적으로 전체적으로 따르도록 필드 코일은 방위가 이루어진다. 본 발명의 다른 양상은 적어도 하나의 아마튜어 권선을 구비할 수 있는 회전자를 제공하는데, 아마튜어 권선에 의해 형성된 루프 및/또는 코일은 콜드 플레이트의 면에 실질적으로 평행하게 방위가 정해진 면을 가진다. 아마튜어 권선은 코어의 외측면에 실질적으로 위치될 수 있다. 본 발명의 다른 양상은 적어도 하나의 아마튜어 코일을 구비할 수 있는 아마튜어 권선을 제공한다. 본 발명의 다른 양상은 회전자의 길이에 있는 아마튜어 코일들을 회전자에 제공하는데, 여기에서 아마튜어 코일들의 그룹들은 다중 상 전기 장치(multi phase electrical device) 및/또는 시스템의 전기 상(electrical phase)을 나타낼 수 있다. 본 발명의 다른 양상은 (예를 들어, 하나 이상의 아마튜어 권선들의) 실질적으로 제 1 아마튜어 코일과 제 2 아마튜어 코일 사이에 있도록 위치될 수 있는 코어를 제공한다. 아마튜어 권선은 실질적으로 필드 권선에 의해 에워싸일 수 있어서, 아마튜어 권선은 필드 권선의 경계 안에, 콜드 플레이트의 면에 인접한 면을 가진다. 필드 권선은 그 어떤 적절한 메커니즘을 이용하여 콜드 플레이트에 고정될 수 있는데, 예를 들어 스테인레스 스틸 스트랩(strap), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 브래킷 및 유사한 것을 이용하여 고정될 수 있다. 고정자는 강자성 재료로 만들어진 적어도 하나의 채널 세그먼트를 구비할 수 있는데, 강자성 재료는 예를 들어 실리콘 스틸, 코발트 스틸 및 유사한 것이다. 본 발명의 다른 양상은 채널 세그먼트가 금속의 적어도 2 개의 시트로부터 구성되도록 라미네이션될 수 있는 채널 세그먼트를 제공하며, 상기 2 개 시트는 예를 들어 표면 조도, 블루잉, 코팅 및 유사한 것중 하나 이상을 이용하여 서로 전기적으로 절연되어 유지되면서 함께 접합된다. 본 발명의 다른 양상은 실질적으로 “C”형상, 말발굽 형상 및 유사한 형상일 수 있는 채널 세그먼트를 제공함으로써, 회전자는 상기 채널 세그먼트의 중심 중공 부분을 통해 지나갈 수 있다. 고정자는 2 개 이상의 오프셋 채널 세그먼트들을 구비할 수 있어서, 각각의 채널 세그먼트 사이에 간극이 있고, 채널 세그먼트들은 실질적으로 각각의 채널 세그먼트의 중공 섹션과 배치되어 회전자가 그것을 통해 움직이는 실질적으로 연속적인 경로를 형성한다. 고정자는 실질적으로 회전자에 대하여 고정될 수 있다.
본 발명의 다른 양상은 적어도 하나의 리플 스프링(ripple spring) 및/또는 그 어떤 다른 적절한 유지 메커니즘(retainer mechanism)을 제공하는데, 이것은 콜드 플레이트에 대하여 아마튜어 권선을 가압하도록 사용될 수 있으며, 슬롯 쐐기부(slot wedge)를 포함하지만 그것에 제한되지 않는다. 그러한 예에서 리플 스프링 및 슬롯 쐐기부는 조합되어 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 양상은 콜드 플레이트에 노출된 아마튜어 코일들의 표면적이 최대화되어 있으면서 적어도 부분적으로 콜드 플레이트와 접촉될 수 있는 아마튜어 코일들을 제공한다.
본 발명의 다른 양상은 집중된 권선(concentrated windings) 및/또는 부분 슬롯 집중 권선(fractional slot concentrated windings)으로서 구성된 아마튜어 권선들을 제공하되, 교번하는 권선(alternating winding)들이 회전자의 길이를 따라서 위치된 강자성 코어를 통해 분포된다.
본 발명의 다른 양상은 단면으로 볼 때 층들(layers)로 배치될 수 있는 아마튜어 코일들을 제공함으로써, 동일한 상(phase)의 모든 아마튜어 코일들은 코어 표면으로부터 동일한 거리에 있을 수 있고, 상이한 상들의 아마튜어 코일들은 코어 표면으로부터 상이한 거리들에 있을 수 있다. 제 1 층에 있는 제 1 아마튜어 코일의 일부는 제 2 층에 있는 제 2 아마튜어 코일의 일부와 겹쳐질 수 있으며, 이것은 결과적으로 짧은 극 피치(pole pitch)를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 양상은 무선 충전(wireless charging)이 포함되는 고정자 트랙을 따라서 회전자의 추진을 제공한다. 전자기 장의 사용은 인덕터에 기초한 충전(inductor based charging)으로의 용이한 이행을 허용하여, 회전자가 고정자를 따라서 움직일 때 차량 또는 다른 배터리가 충전할 수 있게 한다. 본 발명의 다른 양상은 트랙상에 위치한 권선들을 가짐으로써 달성될 수 있는 충전을 제공한다.
본 발명의 다른 양상은, 전체 추진 시스템에 전력을 제공하는 통상적인 고 전력 구동 보다는, 저 전력 구동과 같이, 다수의 전력 소스(multiple power source)들에 의해 전력을 받을 수 있는 특유의 권선들 및/또는 코일들을 제공한다. 각각의 저 전력 구동은 하나 이상의 극 쌍(pole pairs)들에 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 양상은 “치형(toothed)”기하 형상을 포함할 수 있는 콜드 플레이트를 제공하며, 이것은 콜드 플레이트에서 와전류를 감소시키도록 도전성 경로들을 차단하는, 콜드 플레이트의 그 어떤 적절한 위치에도 있는 간극들 및/또는 슬릿들을 가진다. 콜드 플레이트는 알루미늄, 구리, 티타늄, 마그네슘, 스테인레스 스틸 및 유사한 것과 같은, 그 어떤 적절한 열적 특성 및 전기적인 특성을 가진 금속으로도 만들어질 수 있다. 아마튜어 코일 및 필드 코일은 실질적으로 콜드 플레이트와 접촉될 수 있어서, 열은 아마튜어 코일 및 필드 코일로부터 콜드 플레이트로 전달된다.
본 발명의 다른 양상은 적어도 하나의 냉각 채널을 가질 수 있는 콜드 플레이를 제공한다.
본 발명의 다른 양상은 동극 선형 동기화 장치를 구비하는 고속 수송 시스템을 제공한다. 회전자는 콜드 플레이트에 볼트 구멍, 브래킷 및 유사한 것을 구비함으로써 페이로드에 실질적으로 부착될 수 있으며, 콜드 플레이트는 개별의 볼트 구멍, 브래킷 및 유사한 것과, 볼트 및 유사품과 같은 그 어떤 적절한 패스너(fastener)를 통해서 페이로드에 연결될 수 있다. 페이로드는 차량일 수 있고, 예를 들어 화물 및 승객을 위한 차량일 수 있다. 본 발명의 다른 양상은 플라즈마 발생을 회피하도록 회전자에 도전성 차폐부를 제공한다. 회전자는 하나 이상의 그 어떤 방위로도 페이로드에 부착될 수 있는데, 예를 들어 페이로드의 상부, 저부 및 측부와 같은 방위로 부착될 수 있되, 회전자가 채널 세그먼트를 통해 움직임의 방향으로 지나갈 수 있는 방위에서, 대응 고정자 세그먼트가 실질적으로 표면에 연결되는 한 그러하다. 고정자는 튜브의 내부 및/또는 벽과 같은 고정 표면에 부착될 수 있다. 회전자가 채널 세그먼트를 통과할 수 있도록 회전자가 실질적으로 맞춰진 방위(matching orientation)를 가지는 한, 고정자는 실질적으로 그 어떤 방위로도 고정될 수 있다. 본 발명의 다른 양상은 이동 경로가 적어도 부분적으로 비워질 수 있도록 에워싸일 수 있는 고속 수송 시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 양상은 저압 환경에서 고속 이송 시스템을 위한 추진 시스템으로서 동극 선형 동기화 장치 (homopolar linear synchronous machine)를 사용하기 위한 프로세스를 제공한다. 회전자는 페이로드에 연결될 수 있는 콜드 플레이트에 볼트 구멍들을 포함하는 것에 의해서, 실질적으로 페이로드에 부착될 수 있다. 페이로드(payload)는 차량일 수 있으며, 차량은 예를 들어 화물 및 승객을 위한 것이다. 본 발명의 다른 양상은 플라즈마 발생을 회피하도록 회전자상에 도전성 차폐부(conductive shielding)를 제공한다. 회전자는 페이로드의 상부, 저부 및 측부와 같은 하나 이상의 방위들중 그 어느 것에서도 페이로드에 부착될 수 있는데, 회전자를 운동 방향에서 채널 세그먼트를 통해 지나갈 수 있게 하는 방위에서 대응하는 고정자 세그먼트가 실질적으로 표면에 연결되는 한 그러하다. 고정자는 벽 및/또는 튜브의 내측과 같은 고정 표면에 부착될 수 있다. 회전자가 실질적으로 정합되는 방위를 가짐으로써 회전자가 채널 세그먼트를 통과할 수 있는 한, 고정자는 실질적으로 그 어떤 방위로도 고정될 수 있다. 전력은 회전자의 권선들로 통과될 수 있어서, 자기력을 도입시킨다. 변화하는 자기 플럭스는 필드 권선 및/또는 필드 코일(들)에 대한 채널 세그먼트들의 철극성(saliency)으로부터 유래하여, 움직임의 방향에 실질적으로 직각으로 클로스(close)되는 필드 플럭스 경로(field flux path)를 도입시킨다. 아마튜어 권선 및/또는 아마튜어 코일들내의 전류와 필드 플럭스(field flux) 사이의 상호 작용에 의해 추력(thrust)가 발생될 수 있다.
본 발명의 다른 양상은 이동 장치를 제공하며, 상기 이동 장치는: 이동 축 및 상기 이동 축을 따라서 배치된 슬롯들을 포함하는 콜드 플레이트; 상기 슬롯들을 통해 연장되는 강자성 코어들; 콜드 플레이트의 제 1 측에서 강자성 코어들 둘레에 위치하는 제 1 아마튜어 코일들; 콜드 플레이트의 제 1 측에 대향하는 콜드 플레이트의 제 2 측에서 강자성 코어들의 둘레에 위치하는 제 2 아마튜어 코일들; 및, 제 1 아마튜어 코일들 및 제 2 아마튜어 코일들중 하나 이상의 둘레에 있는 적어도 하나의 필드 코일을 포함한다. 본 발명의 다른 양상은 이동 장치를 제공하는데, 이것은: 이동 축 및 상기 이동 축을 따라서 배치된 개별적인 슬롯들을 포함하는 하나 이상의 콜드 플레이트들; 하나 이상의 상기 콜드 플레이트들 중 콜드 플레이트의 제 1 측에서 강자성 코어들 둘레에 위치하는 제 1 아마튜어 코일들; 상기 콜드 플레이트의 제 1 측에 대향하는, 하나 이상의 콜드 플레이트들 중 콜드 플레이트의 제 2 측에서 강자성 코어들 둘레에 위치하는 제 2 아마튜어 코일들; 및, 제 1 아마튜어 코일들 및 제 2 아마튜어 코일들의 하나 이상의 둘레에 있는 적어도 하나의 필드 코일;을 포함한다.
본 발명의 다른 양상은 이동 장치를 제공하는데, 이것은: 이동 축 및 상기 이동 축을 따라서 배치된 개별적인 슬롯들을 포함하는 하나 이상의 콜드 플레이트들; 슬롯들을 통해 연장되는 강자성 코어들; 하나 이상의 콜드 플레이트들중 콜드 플레이트의 제 1 측에서 강자성 코어들 둘레에 위치하는 아마튜어 코일들의 적어도 제 1 세트 및/또는 제 1 층; 콜드 플레이트의 제 1 측에 대향하는, 하나 이상의 콜드 플레이트들중 콜드 플레이트의 제 2 측에서 강자성 코어들 둘레에 위치하는 제 2 아마튜어 코일들의 적어도 제 2 세트 및/또는 제 2 층; 및, 제 1 아마튜어 코일들의 제 1 세트 및/또는 제 1 층 및, 제 2 아마튜어 코일들의 제 2 세트 및/또는 제 2 층의 하나 이상의 둘레에 있는 적어도 하나의 필드 코일;을 포함한다.
본 발명의 다른 양상은 이동 장치를 제공하며, 이것은 하나 이상의 콜드 플레이트; 주어진 콜드 플레이트가 아마튜어 코일들의 한쌍의 층들 사이에 있도록 하나 이상의 콜드 플레이트 및 아마튜어 코일들의 복수개의 층들이 교번 및/또는 배치되는, 아마튜어 코일들의 복수개의 층들; 및 하나 이상의 콜드 플레이트들에 있는 개별적인 슬롯들을 통해 연장되는 복수개의 강자성 코어들로서, 아마튜어 코일들의 복수개의 층들은 복수개의 강자성 코어들 둘레에 위치하되, 예들 들어, 개별적인 상(phase)들의 아마튜어 코일들은 복수개의 강자성 코어들을 따라서 층으로부터 층으로 정렬된다.
본 발명의 다른 양상은 콜드 플레이트 및 아마튜어 코일의 그 어떤 적절한 구성 및/또는 배치를 가지는 이동 장치를 제공한다.이동 장치는 콜드 플레이트가 그 사이에 있는 아마튜어 코일들의 2 개 층 및, 제 2 콜드 플레이트 없이 아마튜어 코일들의 2 개 층들중 하나(또는 그 이상)에 인접한 아마튜어 코일들의 제 3 층(또는 더 많은 층)을 포함할 수 있되, 아마튜어 코일들의 모든 3 개 층들의 아마튜어 코일들은, 콜드 플레이트의 슬롯들을 통해 연장되는 공통의 강자성 코어들 둘레에 있다. 이동 장치는 콜드 플레이트가 그 사이에 있는 아마튜어 코일들의 2 개 층들을 포함하는 제 1 구조체 및, 다른 콜드 플레이트가 사이에 있는 아마튜어 코일들의 다른 2 개 층들을 포함하는 제 2 구조체를 포함할 수 있되, 콜드 플레이트들의 슬롯들은 그것을 통해 연장되는 공통 강자성 코어들과 정렬되고; 제 1 구조체 및 제 2 구조체의 아마튜어 코일들은 강자성 코어들 둘레에 있다. 이동 장치는 콜드 플레이트가 그 사이에 있는 아마튜어 코일들의 2 개 이상의 층들을 구비할 수 있고, 2 개 층들의 아마튜어 코일들은 콜드 플레이트의 슬롯들을 통해 연장되는 공통의 강자성 코어들 둘레에 있다; 이동 장치는 강자성 코어들 둘레에 아마튜어 코일들의 추가적인 층들 및/또는 강자성 코어들이 연장되는 개별의 슬롯들을 가진 추가적인 콜드 플레이트들을 구비할 수 있다.
도 1 을 참조하면, 이것은 고속 이송 시스템(100)의 도면을 개략적으로 도시한다. 도시된 바와 같이, 시스템(100)은 (단면으로 도시된) 벽(101)을 구비하며, 이것은 벽(101)을 따라서 주기적으로 이격된 채널 세그먼트(channel segment, 105)를 포함하는 트랙(103)을 지지한다. 일부 실시예들에서, 벽(101)은 진공 펌프(미도시) 및 유사한 것을 이용하여 비워지고 그리고/또는 적어도 부분적으로 비워질 수 있는 튜브의 벽 일 수 있어서, 저압 환경을 형성한다. 그러나, 다른 예에서, 튜브는 비워지지 않을 수 있고, 그리고/또는 벽(101), 트랙(103) 및 이동 장치(mover device, 11)는 저압 환경에 있지 않다. 더욱이, 벽(101)은 튜브의 벽이 아닐 수 있지만, 트랙(103)을 지지하는 그 어떤 적절한 구조체의 벽일 수 있다.
도시된 바와 같이, 시스템(100)은 페이로드(payload, 107)를 구비하며, 이것은 화물 및/또는 승객을 수송하기 위한 차량 및 유사한 것을 포함할 수 있다. 페이로드(107)는 공기 역학적으로 형상화될 수 있다. 시스템(100)은 페이로드(107)에 부착된 적어도 하나의 이동 장치(111)를 구비하고, 이것은 트랙(103)을 따라서 페이로드(107)를 움직이도록 채널 세그먼트(105)들과 상호 작용한다. 그 어떤 적절한 수의 이동 장치(111)들이라도 그 어떤 적절한 구성으로도 페이로드(107)에 부착될 수 있다. 유사하게, 트랙(103) 및 채널 세그먼트(105)는 벽(101)을 구비하는 튜브 및 유사한 것의 하나 이상의 측부들에 위치될 수 있으며, 이동 장치(111)의 그 어떤 기하 형상이라도 그에 따라 조절된 페이로드(107)에 부착된다.
일반적으로, 채널 세그먼트(105) 및 이동 장치(111)는 각각 동극 선형 동기화 장치(homopolar linear synchronous machine)의 고정자 및 회전자를 형성한다. 회전자(예를 들어, 이동 장치(111))는 페이로드(107)에 연결될 수 있는 이동 장치(111)에서 부착 유닛 및/또는 볼트 구멍들을 구비함으로써, 페이로드(107)에 실질적으로 부착될 수 있다. 회전자/이동 장치(111)는 페이로드(107)가 트랙(103)을 따라서 추진될 때 플라즈마 발생을 회피하도록 도전성 차폐(conductive shielding)를 구비할 수 있다. 회전자/이동 장치(111)가 채널 세그먼트(105)를 통하여 움직임의 방향으로 통과될 수 있는 방위로, 대응 고정자/채널 세그먼트(105)가 실질적으로 벽(101)에 연결되는 한, 회전자/이동 장치(111)는 페이로드(107)에, 상기 페이로드(107)의 측부, 상부 및, 저부와 같은 그 어떤 하나 이상의 방위로도 부착될 수 있다. 회전자/이동 장치(111)가 고정자/채널 세그먼트(105)를 통과할 수 있게 하는 실질적으로 맞춤 방위를 회전자/고정자 장치(111)가 구비하는 한, 고정자/채널 세그먼트(105)들은 벽(101)에 그 어떤 적절한 방위로도 부착될 수 있다.
도시되지 않았지만, 시스템(100)은 채널 세그먼트(105)에 대하여 이동 장치(111)를 매달고 그리고/또는 위치시키도록 서스펜션 및/또는 위치 시스템을 더 포함할 수 있다. 그러한 서스펜션 및/또는 위치 시스템은 기계적일 수 있고(예를 들어, 휘일 및 트랙), 그리고/또는 전자기적일 수 있고 (예를 들어, maglev system), 및/또는 그 어떤 적절한 구성일 수 있다. 도시되지 않았지만, 시스템(100)은 벽(101)에 연결된 다른 벽(예를 들어, 튜브들의 벽) 및/또는 채널 세그먼트(105) 및/또는 트랙(103)에 대하여 페이로드(107)를 안내 및/또는 조향(steer)하도록 안내 시스템을 더 포함할 수 있다.
도 2 를 참조하면, 이것은 본 발명의 실시예에 따른 동극 선형 동기화 장치(homopolar linear synchronous machine, HLSM, 200)를 도시한다. 특히 도 2 는 트랙(103)의 일부에 대한 사시도를 도시하며, 이것은 이동 장치(111) 및 채널 세그먼트(105)의 일부를 구비한다. 도시된 바와 같이, 채널 세그먼트(105)는 실질적으로 C 형상 및/또는 말발굽 형상 및 이들과 유사한 형상이어서, 이동 장치(111)는 채널 세그먼트(105)의 중심의 "중공형(hollow)" 부분(201)을 통과할 수 있다. 실제로 도시된 바와 같이, 이동 장치(111)는 복수개의 채널 세그먼트(105)를 통과한다. 실제로, 이후에 설명되는 바와 같이, 트랙(103) 및, 상세하게는 채널 세그먼트(105)는 HLSM(200)의 고정자로서 기능할 수 있고, 이동 장치(111)는 HLSM(200)의 회전자로서 기능할 수 있어서, 트랙(103)(예를 들어 채널 세그먼트(105)) 및 이동 장치(111)는 함께 HLSM(200)을 형성한다.
도시된 바와 같이, HLSM(200)의 고정자는 여기에 설명된 바로서 2 개 또는 그 이상의 측방향으로 오프셋되어 있는 채널 세그먼트(105)를 구비할 수 있어서, 인접한 채널 세그먼트(105) 사이에 간극(203)이 있다. 따라서, 채널 세그먼트(105)는 일반적으로 자기적으로 현저하여, 예를 들어 이동 장치(111)의 적어도 하나의 필드 코일에 의하여 채널 세그먼트(105)들과 간극(203)들에 걸쳐서 변화되는 자기 플럭스(varying magnetic flux)가 생성될 수 있다; 그러한 자기 플럭스는 채널 세그먼트(105)에서 대략 일정할 수 있고, 간극(203)내의 결과적인 자기 플럭스는 움직임의 방향에서(예를 들어 트랙(103)을 따라서) 채널 세그먼트(105)내의 플럭스에 대하여 변화된다. 일부 예에서, 간극(203)의 폭은 채널 세그먼트(105)의 폭과 유사할 수 있어서, 채널 세그먼트(105)의 피치(pitch)(예를 들어, 채널 세그먼트(105)들의 중심들 사이의 거리)는 채널 세그먼트(105)의 폭의 대략 2 배 및/또는 간극(203)의 폭의 2 배이다. 그러나, 채널 세그먼트(105)들의 피치는 그 어떤 적절한 값일 수도 있다.
채널 세그먼트(105)들의 중공형 부분(201)들이 회전자를 위한, 그리고 상세하게는 이동 장치(111)를 위한 실질적으로 연속적인 경로를 형성하여, 채널 세그먼트(105) 및/또는 트랙(103)에 대하여 움직이도록, 채널 세그먼트(105)들이 배치된다. 따라서, 고정자 및/또는 트랙(103) 및/또는 채널 세그먼트(105)는 HLSM(200)의 회전자/이동 장치(111)에 대하여 실질적으로 고정될 수 있다. 실제로, 아래에서 설명되는 바와 같이, 예를 들어 이동 장치(111)의 필드 코일 및/또는 아마튜어 코일들이 어떻게 제어되는지에 따라서, 트랙(103) 및 이동 장치(111)는 함께 트랙(103)을 따르는 양쪽 방향으로 벽(101)에 대하여 페이로드(107)를 움직이기 위한 추진 시스템을 포함한다.
채널 세그먼트(105)는 강자성 재료를 포함할 수 있으며, 강자성 금속, 실리콘 스틸, 코발트 스틸등을 포함하지만 그것에 제한되지 않는다. 더욱이, 채널 세그먼트(105)는 라미네이트될 수 있어서, 예를 들어 표면 조도(surface roughness), 블루잉(blueing), 코팅 및 유사한 것을 이용하여 강자성 재료의 적어도 2 개의 시트들이 서로 전기적으로 절연되어 유지되면서, 그 어떤 적절한 라미네이션 프로세스 및/또는 장치들(볼트 및/또는 패스너(fastener) 등을 포함하지만 그것에 제한되지 않음)을 이용하여 함께 접합되었던 강자성 재료의 적어도 2 개의 시트들을 채널 세그먼트(105)가 포함한다(그리고/또는 강자성 재료의 적어도 2 개의 시트들로부터 구성된다). 이후에 라미네이션에 대한 언급은 그 어떤 적절한 재료 및/또는 프로세스라도 사용하여 서로로부터 전기적으로 절연된 전기 도전성 재료의 시트들을 포함하는 것으로 이해된다. 그러한 라미네이션들은 채널 세그먼트(105)내의 와전류(eddy currents)를 감소시키도록 사용될 수 있다; 예를 들어, 이후에 설명되는 바로서, 채널 세그먼트(105)는 일반적으로 HLSM(200)의 작동 동안에 자기 플럭스의 경로(pathway)를 제공하는데, 이것은 일반적으로 자기 플럭스에 대향하는 와전류를 유도하며, 예를 들어 중공형 부분(201)의 방향에서 및/또는 이동 장치(111)의 움직임의 방향에서, 채널 세그먼트(105)를 라미네이트함으로써 감소될 수 있다.
이동 장치(111)의 예는 다음에 도 3 및 도 4 를 참조하여 설명되며, 이것은 각각 이동 장치(111)의 사시도 및, 2 개의 채널 세그먼트(105)의 중공 부분(201)에 위치된 이동 장치(111)의 일부의 측면도를 도시한다; 도 4 에서, 이동 장치(111)의 강자성 코어들 및 아마튜어 코일들의 세부를 도시하도록 필드 코일들은 제거되어 있다.
이동 장치(111)는 전체적으로: 콜드 플레이트(cold plate, 301)를 포함하며, 상기 콜드 플레이트는 콜드 플레이트(301)의 제 1 측(311)으로부터 제 2 측(312)으로 콜드 플레이트를 통하여 (도 4 의 윤곽에서 가장 잘 도시된 바와 같이) 슬롯(305) 및 이동 축(303)을 구비한다. 콜드 플레이트(301)의 제 2 측(312)은 제 1 측(311)을 대향한다; 제 1 측(311)은 도 3 에 가장 잘 도시되어 있고, 제 2 측(312)은 도 3 에 도시되어 있지 않은 반면에, 제 2 측(312)은 도 3 에서 제 1 측(311)의 "아래"에 있는 것으로 이해된다; 그에 의하여, 제 2 측(312)은 도 4 에서 측면도로 가장 잘 도시되어 있다. 콜드 플레이트(301)의 측(311, 312)은 대안으로서 콜드 플레이트(301)의 면을 지칭할 수 있다.
이동 축(303)은 이동 장치(111)의 움직임이 예를 들어 트랙(103)을 따라서 "전방" 또는 "후방"의 방향으로 발생될 수 있는 축을 포함한다. 이동 장치(111)가 사각형일 때, 그리고/또는 폭보다 긴 길이를 가질 때, 이동 축(303)은 이동 장치(111)의 길이 방향 축을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 이동 축(303)은 이동 장치(111)의 길이를 따를 수 있다. 달리 말하면, 이동 축(303)은 일반적으로 이동 장치(111)의 움직임의 하나 이상의 방향들에 대응하고, 예를 들어 트랙(103)을 따라서 이루어지며, 이것은 이동 장치(111)의 길이를 따르는 것일 수 있다.
콜드 플레이트(301)의 슬롯(305)들은 전체적으로 사각형일 수 있고, 서로 평행하고, 이동 축(303)을 따라서 배치된다. 슬롯(305)들은 대안으로서 윈도우(window)로서 지칭될 수 있다. 다르게 말하면, 콜드 플레이트(301)는 콜드 플레이트(301)로부터 제거된 실질적으로 평행한 슬롯(305)들을 가질 수 있으며, 이것은 전체적으로 콜드 플레이트(301)의 중량을 감소시킬 수 있다. 그러나, 이후에 설명되는 바와 같이, 슬롯(305) 및/또는 윈도우는 전체적으로 콜드 플레이트(301)에 장착될 강자성 코어(ferromagnetic core)를 위한 공간을 제공한다.
콜드 플레이트(301)는 전체적으로 이동 장치(111)의 다른 구성 요소들로부터 열을 제거하도록 구성되며, 따라서 예를 들어 냉각 채널들을 통해 펌핑된 냉각 액체를 통하여 열을 제거하기 위한 냉각 채널들을 구비할 수 있다.
콜드 플레이트(301)는 이동 장치(111)를 위한 메인 구조 유닛(main structural unit)을 제공하도록 더 구성된다. 즉, 콜드 플레이트(301)는 전체적으로 이동 장치(111)의 다른 구성 요소들을 지지하고, 그리고/또는 이동 장치(111)의 다른 구성 요소들은 장착 브래킷 및 다른 것을 이용하여, 그리고/또는 그 어떤 다른 적절한 패스너(fastener)를 이용하여, 콜드 플레이트(301)에 장착될 수 있고, 그리고/또는 콜드 플레이트에 의해 지지될 수 있다.
콜드 플레이트(301)는 일반적으로 비 강자성 재료(non-ferromagnetic material)를 포함하는데, 이것은 알루미늄, 구리, 티타늄, 마그네슘, 스테인레스 스틸 및 유사한 것들중 하나이상을 포함하지만, 그에 제한되는 것은 아니다. 더욱이, 콜드 플레이트(301)는 여기에서 비 강자성 재료(예를 들어, 알루미늄, 스테인레스 스틸 및 유사한 것)의 전체적으로 직사각형 시트로서 도시되지만, 콜드 플레이트(301)는 그 어떤 적절한 형상일 수도 있고 그 어떤 적절한 재료일 수도 있다. 콜드 플레이트(301)의 다른 세부 사항은 도 9를 참조하여 아래에 설명된다.
이동 장치(111)는 슬롯(305)을 통해 연장된 강자성 코어(307)를 더 포함하는데, 이것은 강자성 코어(307)들보다 더 많은 슬롯(305)들이 있을 수 있을지라도 1:1 의 관계로 있을 수 있다. 도 4 에 가장 잘 도시된 바와 같이, 강자성 코어(307)들은 전체적으로 간극(308)에 의해 분리된다. 간단하게 나타나도록 강자성 코어(307)는 오직 하나만이 도 3 에 도시되어 있고 강자성 코어(307-1, 307-2)들이 도 4 에 표시되어 있지만, 이동 장치(111)는 상기 이동 장치(111)의 이동 축(303)을 따라서 배치된, 임의의 적절한 수의 강자성 코어(307)들과 대응하는 수의 슬롯(305)들을 포함할 수 있다는 점이 이해된다. 마찬가지로, 간단하게 하도록 오직 하나의 간극(308)이 도 4 에 도시되어 있지만, 이동 장치(111)는 인접한 강자성 코어(307)들 사이에 개별의 간극(308)를 구비할 수 있다는 점이 이해된다.
강자성 코어(307)는 강자성 재료를 포함하고(그리고/또는 그로부터 구성될 수 있고), 상기 강자성 재료는 실리콘 스틸, 코발트 스틸 및 유사한 것을 포함하지만, 그에 제한되지 않는다. 강자성 코어(307)들은 전체적으로 서로 평행하고 이동 장치(111)의 이동 축(303)을 따라서 배치된다. 슬롯(305)들의 형상은 전체적으로 강자성 코어(307)의 형상에 상보적이고, 그리고 그 역도 성립하여, 강자성 코어(307)들은 슬롯(305)을 통해 맞춰진다. 따라서, 슬롯(305)들이 직사각형일 때, 강자성 코어(307)들의 단면 형상은 콜드 플레이트의 평면에서 직사각형이고, 그리고 그 역도 성립한다. 그러나, 슬롯(305) 및 강자성 코어(307)들은 그 어떤 적절한 개별적 및/또는 상보적 형상일 수 있다.
강자성 코어(307)는 강자성 코어(307)가 콜드 플레이트(301)의 슬롯(305) 내에 실질적으로 맞춰지도록 콜드 플레이트(301)에 접합될 수 있다. 강자성 코어(307)는 실질적으로 콜드 플레이트(301)에 그 어떤 적절한 방식으로도 연결될 수 있으며, 장착 브래킷 및 유사한 것에 의해 연결될 수 있다. 강자성 코어(307)의 일부는 콜드 플레이트(301)의 적어도 일 측(311, 312)을 지나서 연장될 수 있어서, (예를 들어 이동 축(303)을 따라서) 콜드 플레이트(301)의 길이를 아래로 볼 때, 강자성 코어(307)는 적어도 하나의 측(311, 312)으로부터 밖으로 연장되게 보일 수 있다. 도시된 바와 같이, 강자성 코어(307)는 콜드 플레이트(301)의 양 측(311, 312)으로부터 밖으로 연장된다.
다르게 이야기하면, 복수개의 강자성 코어(307)들은 콜드 플레이트(301)에 접합 및/또는 부착될 수 있다. 예를 들어, 제 1 강자성 코어(307)는 콜드 플레이트(301)에 접합 및/또는 부착될 수 있고, 제 2 강자성 코어(307)는 제 1 강자성 코어(307)로부터 오프셋되어 있는 위치에서 콜드 플레이트(301)에 접합 및/또는 부착됨으로써, 제 2 강자성 코어(307) 및 제 1 강자성 코어(307)는 실질적으로 평행하다.
특히, 도 4 에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 강자성 코어(307)들의 대략 동등한 부분들은 콜드 플레이트(301)의 제 1 측(311) 및 제 2 측(312)의 각각으로부터 연장된다. 다르게 이야기하면, 강자성 코어(307)는 개별의 슬롯(305)을 통하여 대략 절반으로 연장될 수 있고, 그리고/또는 강자성 코어(307)는 콜드 플레이트(301)의 제 1 측(311) 및 제 2 측(312)과 대략 대칭적이다.
그러나, 이하에 설명되는 바와 같이, 다른 예에서, 이동 장치(111)는 하나 보다 많은 콜드 플레이트(301)를 포함할 수 있고, 이러한 예에서 강자성 코어(307)들이 콜드 플레이트(301)들에 대하여 그 어떤 적절한 방식으로 배치되어 있으면서, 강자성 코어(307)들은 모든 콜드 플레이트(301)를 통하여 개별의 슬롯들을 통해 연장된다.
채널 세그먼트(105)와 유사하게, 강자성 코어(307)는 강자성 재료의 적어도 2 개의 시트들을 포함하도록(그리고/또는 그로부터 구성되도록) 강자성 코어(307)는 라미네이트될 수 있는데, 상기 2 개의 시트들은 위에서 설명된 바와 같이 서로로부터 전기적으로 절연되어 유지되면서, 그 어떤 적절한 라미네이션 프로세스 및/또는 장치들(볼트 및 /또는 패스너와 유사한 것을 포함하지만, 그것에 제한되지 않는다)이라도 사용하여 함께 접합된다. 그러한 라미네이션은 강자성 코어(307)에서의 와전류를 감소시키는데 사용될 수 있다; 예를 들어, 이하에 설명되는 바와 같이, 강자성 코어(307)들은 일반적으로 HLSM(200)의 작동 동안에 변화되는 자기 플럭스를 전도시키며, 이것은 예를 들어 이동 축(303)의 방향에서, 강자성 코어(307)를 라미네이트시킴으로써 감소될 수 있다. 더욱이, 강자성 코어(307)의 라미네이션들은 결정 방위(grain orientation)가 이루어질 수 있거나 또는 결정 방위가 이루어지지 않을 수 있다; 결정의 방위에 무관하게, 스탬핑 프로세스(및/또는 그 어떤 다른 적절한 프로세스) 및 그 어떤 적절한 스택킹(stacking) 프로세스 및/또는 장치에 의해서라도 라미네이션들이 생성될 수 있다 (예를 들어, 라미네이션들에 있는 통공을 통한 볼트들은 스택킹 및/또는 라미네이팅을 위하여 사용될 수 있다).
따라서 강자성 코어(307)는 개별의 슬롯(305)에서 콜드 플레이트(301)와 접촉한다; 따라서 콜드 플레이트(301)는 아래에서 상세하게 설명된 바와 같이 이동 장치(111)의 다른 구성 요소들 뿐만 아니라, 강자성 코어(307)로부터 열을 제거할 수 있다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 이동 장치(111)는 전체적으로 채널 세그먼트(105)(예를 들어 중공형 부분(201))에 위치됨으로써, 강자성 코어들(307) 및/또는 이동 장치(111)의 외측 표면들과 채널 세그먼트(105)들의 대응하는 섹션들(예를 들어, 중공형 부분(201)을 형성하는 채널 세그먼트(105)의 아암들) 사이에 간극(318)이 있다.
강자성 코어(307)들의 다른 세부 내용은 도 10a, 도 10b 및 도 10c 를 참조하여 설명된다.
이동 장치(111)는: 콜드 플레이트의 제 1 측(311)에서 강자성 코어(307)들 둘레에 위치된 제 1 아마튜어 코일(321-A, 321-B, 321- C); 및, 콜드 플레이트(301)의 제 2 측(312)에서 강자성 코어(307) 둘레에 위치된 제 2 아마튜어 코일(322-A, 322-B, 322-C)(도 4 에 가장 잘 도시됨)을 더 포함한다. 제 1 아마튜어 코일(321-A, 321-B, 321-C)들중 3 개 및, 제 2 아마튜어 코일(322-A, 322-B, 322-C)중 3 개만이 간략함을 위해 번호가 붙여졌지만, 명확성을 위하여 도 4 에서 아마튜어 코일(321-A, 322-A)들도 "A"로 표시되고, 아마튜어 코일(321-B, 322-B)들도 "B"로 표시되고, 아마튜어 코일(321-C, 322-C)들도 "C"로 표시된다. 아마튜어 코일(321, 322)들은 3 개 그룹으로(예를 들어, A, B, C 로) 조직화된 것으로 설명되지만, 아마튜어 코일(321, 322)들은 그 어떤 적절한 수의 그룹들로 조직화될 수 있으며, 예를 들어 아래에서 설명되는 바와 같이 각각의 그룹은 다중 상(multiphase)의 전기 장치 및/또는 시스템의 개별적인 상(phase)에 대응한다. 제 1 아마튜어 코일(321-A, 321-B, 321-C)들은 이후에 집합적으로 제 1 아마튜어 코일(321)로서 호환되게 지칭되고, 총칭하여 제 1 아마튜어 코일(321)로서 지칭된다; 마찬가지로, 제 2 아마튜어 코일(322-A, 322-B, 322-C)은 이후에 집합적으로 제 2 아마튜어 코일(322)로서 호환되게 지칭되고, 총체적으로 제 2 아마튜어 코일(322)로서 지칭된다.
더욱이, 제 1 아마튜어 코일(321) 및 제 2 아마튜어 코일(322)은 개별의 층들로 배치될 수 있다는 점이 이해된다; 그에 의하여 제 1 아마튜어 코일(321)은 대안으로서 그리고/또는 호환되게 아마튜어 코일(321)들의 제 1 층으로서 지칭될 수 있고, 제 2 아마튜어 코일(322)들은 대안으로서 아마튜어 코일(322)들의 제 2 층으로서 지칭될 수 있다. 대안으로서, 그리고/또는 추가적으로, 제 1 아마튜어 코일(321)은 아마튜어 코일(321)들의 제 1 세트로서 호환되게 지칭될 수 있고, 제 2 아마튜어 코일(322)들은 대안으로서 아마튜어 코일(322)들의 제 2 세트로서 지칭될 수 있다.
더욱이, 동일한 상(phase)의 아마튜어 코일(321, 322)들의 각각의 그룹은 상기 상의 개별의 아마튜어 권선(armature winding)을 형성할 수 있음이 이해된다. 따라서, 그러한 아마튜어 권선은 콜드 플레이트(301)의 하나 보다 많은 측(311, 312)에 분배될 수 있다.
아마튜어 코일(321, 322)은 일반적으로 그 어떤 적절한 도전성 재료, 유사한 것을 구비하며, 이것은 개별의 강자성 코어(307) 둘레에 그 어떤 적절한 수의 개별적인 폐쇄 전기 루프를 형성한다. 도시된 바와 같이, 각각의 아마튜어 코일(321, 322)들은 2 개의 강자성 코어(307)들의 둘레에 (예를 들어 개별의 간극(308)을 통해) 위치됨으로써, 강자성 코어(307)들 각각은 콜드 플레이트(301)의 양측(311, 312)에서 2 개의 제 1 아마튜어 코일(321) 들 및 2 개의 제 2 아마튜어 코일(322)들 내부에 있다. 그러한 구성은 2/3 의 짧은 피치(short pitch)로서 지칭될 수 있다. 예를 들어, 아마튜어 코일(321, 322)들은 인접한 갭(308)에서 실질적으로 강자성 코어(307)의 외측면에 위치될 수 있다; 예를 들어, 강자성 코어(307)는 이동축(303)의 방향에서 대향하는 면들을 포함하고, 짧은 측들은 대향하는 면들을 접합시키며, 아마튜어 코일(321, 322)들은 짧은 측들의 둘레에서, 인접한 간극(308)들을 통하여2 개의 인접한 강자성 코어(307)들의 면을 따라서 있을 수 있다.
아마튜어 코일(321, 322)에 의해 형성된 전기 루프는, 적어도 콜드 플레이트(301)에 직각인 방향으로부터 보았을 때, 콜드 플레이트(301)의 면 및/또는 측(311, 312)에 실질적으로 평행하게 지향된 면을 가질 수 있다. 도 3 및 도 4 의 예에서 도시된 바와 같이, 아마튜어 코일(321, 322)들은 단계 구성(stepped configuration)을 가질 수 있지만, 아마튜어 코일(321, 322)은 그 어떤 적절한 구성이라도 가질 수 있다; 아마튜어 코일(321, 322)들의 다른 구성들에 대한 예는 도 12a, 도 12b, 도 13a, 도 13b, 도 14a 및 도 14b 와 관련하여 아래에 보다 상세하게 설명된다.
아마튜어 코일(321, 322)들은 알루미늄, 양극 산화(anodized) 알루미늄 포일, 구리 및 이와 유사한 것과 같은 그 어떤 적절한 도전성 재료라도 포함할 수 있다. 더욱이, 도전성 재료는 그 어떤 적절한 전기 절연 재료라도 이용하여 절연될 수 있으며, 상기 전기 절연 재료는 양극 산화된 알루미늄 포일의 알루미늄 산화물 뿐만 아니라, 폴리아미드 에나멜, 폴리아미드 테이프, 운모 테이프 및 이와 유사한 것을 포함하고, 그러나 이들에 제한되지 않는다. 그 어떤 적절한 수의 폐쇄 전기 루프들이라도 사용될 수 있고 도전성 재료의 저항률에 의존할 수 있다.
도시된 바와 같이, 이동 장치(111)는 이동 장치(111)의 길이를 따라서, 예를 들어 이동 축(303)을 따라서 몇 개의 아마튜어 코일(321, 322)를 구비한다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 아마튜어 코일(321, 322)들은 다중 상 전기 장치(multi phase electrical device) 및/또는 시스템의 상이한 상들에 따라서 작동될 수 있다. 예를 들어, 강자성 코어(307)는 그것이 실질적으로 2 개의 제 1 아마튜어 코일(321)과 2 개의 제 2 아마튜어 코일(322) 사이에(예를 들어, 콜드 플레이트(301)의 양측(311, 312)에) 있을 수 있다 (그리고/또는 내부에 위치할 수 있다) . 예를 들어, 도 4 를 참조하면, 강자성 코어(307-1)는 콜드 플레이트(301)의 제 1측(311)에서, "A" 상의 제 1 아마튜어 코일(321)과 "C" 상의 제 1 아마튜어 코일(321) 사이에 있다 (그리고/또는 그 내부에 위치한다). 마찬가지로, 강자성 코어(307-1)은 콜드 플레이트(301)의 제 2 측(312)에서 "A" 상의 제 2 아마튜어 코일(322)과 "C" 상의 제 2 아마튜어 코일(322) 사이에 있다 (그리고/또는 그 내부에 위치한다). 실제에 있어서, 도시된 바와 같이, 강자성 코어(307)들 각각은 제 1 측(311)에서 2 개의 인접한 제 1 아마튜어 코일(321) 사이에 있고(그리고/또는 그 내부에 위치하고), 제 2 측(312)에서 2 개의 인접한 제 2 아마튜어 코일(322) 사이에 있다(그리고/또는 그 내부에 위치한다); 그러나, 일부 예에서, 이동 축(303)을 따라서 끝에 있는 강자성 코어(307)들은 제 1 측(311)에서 오직 하나의 제 1 아마튜어 코일(321) 내부에 있을 수 있고, 제 2 측(312)에서 하나의 제 2 아마튜어 코일(322) 내부에 있을 수 있다.
아마튜어 코일(321, 322)들은 일반적으로, 이후에 극 쌍(pole pair)으로서 지칭되는, 자극 쌍(magnetic pole pair)들을 발생시키는 다중 상 전기 장치(multi phase electrical device) 및/또는 시스템로서 작동되는데, 이것은 자기 플럭스를 강자성 코어(307)들과 하나 이상의 인접한 채널 세그먼트(105)에서 자기 플럭스를 유도함으로써 이루어지는데, 이는 아마튜어 코일(321, 322)에 열을 발생시킬 수 있다. 도시된 바와 같이, 아마튜어 코일(321, 322)들중 적어도 일부는 콜드 플레이트(301)와 접촉됨으로써 콜드 플레이트(301)는 아마튜어 코일(321, 322)로부터 열을 제거 및/또는 유인할 수 있다.
제 1 아마튜어 코일(321-B)은 일반적으로 제 1 아마튜어 코일(321-A)에 대하여 120 도로 벗어난 상(phase)에서 작동될 수 있고, 제 1 아마튜어 코일(321-C)은 제 1 아마튜어 코일(321-A)에 대하여 240 도로 벗어난 상(phase)에서 작동될 수 있다. 마찬가지로, 제 2 아마튜어 코일(322-B)은 제 2 아마튜어 코일(322-A)에 대하여 120 도로 벗어난 상에서 작동될 수 있고, 제 2 아마튜어 코일(322-C)은 제 2 아마튜어 코일(322-A)에 대하여 240 도로 벗어난 상에서 작동될 수 있다. 즉, 인접한 제 1 아마튜어 코일(321)들은 서로 120 도로 벗어난 상에서 작동될 수 있고, 인접한 제 2 아마튜어 코일(322)들은 서로 120 도로 벗어난 상에서 작동될 수 있다.
그러나, 아마튜어 코일(321-A, 321-B, 321-C)들은 그 어떤 적절한 상대적인 상(relative phase)에서도 작동될 수 있고, 마찬가지로 아마튜어 코일(322-A, 322-B, 322-C)들은 그 어떤 적절한 상대적인 상에서도 작동될 수 있어서, 자극 쌍(magnetic pole pair)들을 발생시킨다.
따라서, 제 1 아마튜어 코일(321)들은 3 개의 세트들로 작동될 수 있는데, 이동축(303)을 따라서 세번째 마다 제 1 아마튜어 코일(321)은 동일한 상(phase)으로 작동된다. 마찬가지로, 제 2 아마튜어 코일(322)은 3 개의 세트들로 작동될 수 있는데, 이동축(303)의 방향에서 세번째 마다 제 2 아마튜어 코일(322)은 동일한 상으로 작동된다. 예를 들어, 도 4 에 명확하게 도시된 바와 같이, 좌측으로부터 우측으로, 아마튜어 코일(321)은 "C" 상에 인접한 "B"상에 "A" 상이 인접한 순서이고, 다음에 상기 순서는 반복된다. 아마튜어 코일(322)들은 유사한 방식으로 배치된다.
그러나, 아마튜어 코일(321, 322)들은 그 어떤 적절한 수의 상들로도 작동될 수 있으며, 이것은 적어도 2 개 또는 3 개 보다 많은 상들일 수 있어서, 아래에 설명된 바와 같이 자극 쌍을 발생시킨다.
도 4 에 가장 잘 도시된 바와 같이, 아마튜어 코일(321, 322)들은 그 사이의 콜드 플레이트(301)에 대하여 서로 실질적으로 대칭적일 수 있다. 예를 들어, 제 1 아마튜어 코일(321)은 제 1 아마튜어 코일(321)에 거울 이미지로서 위치된 개별의 제 2 아마튜어 코일(322)에 대응할 수 있다. 즉, 아마튜어 코일(321, 322)들은 콜드 플레이트(301)를 따라서 쌍으로서 배치될 수 있는데, 아마튜어 코일(321, 322)들의 쌍들은 동일한 상으로 작동된다. 예를 들어, "A" 상 아마튜어 코일(321)은 "A" 상 아마튜어 코일(322)의 거울 이미지이다.
도 4 에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 제 1 아마튜어 코일(321) 및 제 2 아마튜어 코일(322)은 단계화된 아마튜어 코일(stepped armature coils)을 포함하는데, 단계화된 아마튜어 코일들은 2 개의 개별적인 강자성 코어(307)들의 둘레에 있고, 인접한 단계화된 아마튜어 코일(321, 322)들은 하나의 개별적인 강자성 코어(307)에 의해 오프셋되고, 인접한 단계화된 아마튜어 코일들의 단계들은 서로 쌓인다(stacking).
현재의 예에서, 아마튜어 코일(321, 322)들은 3 개의 단계들을 구비할 수 있다; 2 개의 인접한 강자성 코어(307-1, 307-2) 둘레에 있는 "A" 상 아마튜어 코일(321)을 참조하면, 3 개의 단계(325-1, 325-2, 325-3)들이 도시되어 있다.
제 1 단계(325-1)는 콜드 플레이트(301)에 인접하고, 강자성 코어(307-1)를 포함하는, 2 개의 인접한 강자성 코어(307) 들 사이에서 간극(308-1)을 통해 (예를 들어 도 4 의 페이지 "안으로") 연장된다. 따라서 콜드 플레이트(301)에 인접한 제 1 단계(325-1)는, 제 1 단계(325-1)와 접촉하는 이동 장치(111)의 그 어떤 구성 요소들 뿐만 아니라, 아마튜어 코일(321)로부터 열을 제거 및/또는 유인하는 경로로서 작용할 수 있다.
제 2 단계(325-2)는 아마튜어 코일(321)의 각도가 이루어진 부분에 의하여 이동 장치(111)의 외측을 향하여(예를 들어 채널 세그먼트(105)를 향하여) 제 1 단계(325-1)로부터 오프셋되는데, 상기 아마튜어 코일의 각도가 이루어진 부분은 강자성 코어(307-1)의 짧은 측에 인접하고, 단계(325-1, 325-2)들을 접합시킨다. 제 2 단계(325-2)는 아마튜어 코일(321)이 그 둘레에 위치하는 강자성 코어(307-1, 307-2)들 사이의 간극(308)에 있다; 제 1 단계(325-1)와는 같지 않게, 제 2 단계(325-2)는 인접한 간극(308)을 통해 연장되지 않으며 따라서 아래에 설명되는 바와 같이 도 11b 에 가장 잘 도시된 2 개의 부분들로부터 형성될 수 있다.
제 3 단계(325-3)는 아마튜어 코일(321)의 개별적인 각도가 이루어진 부분에 의하여, 이동 장치(111)의 외측을 향해 제 2 단계(325-2)로부터 오프셋되는데, 상기 개별적인 각도가 이루어진 부분은 강자성 코어(307-2)의 일 측에 인접하고 단계(325-2, 325-3)들을 접합시킨다. 제 1 단계(325-1)와 유사하게, 제 3 단계(325-3)는 2 개의 인접한 강자성 코어(307)들 사이의 간극(308-2)을 통하여 (예를 들어, 도 4 의 페이지 "안으로") 그리고 강자성 코어(307-2)의 면 둘레에서 연장된다.
도 4 에 도시되지 않을지라도, 단계(325-1, 325-2, 325-3)들을 구비하는 "A" 아마튜어 코일(321)은 도시된 측에 반대인 이동 장치(111)의 측에서 유사하게 형상화된다.
그러한 단계화된 구성은 아마튜어 코일(321, 322)들이 이동 장치(111)에 콤팩트한 방식으로 배치될 수 있게 한다. 예를 들어, 위에서 설명된 바와 같이, 주어진 강자성 코어(307)는 그것의 둘레에 위치된 2 개의 단계화된 아마튜어 코일(321)들을 가질 수 있다 (2 개의 개별적인 강자성 코어(307) 둘레에 단계화된 아마튜어 코일(321)이 위치되면서, 2 개의 단계화된 아마튜어 코일(321)들은 상이한 개별적인 상들에서 작동하도록 구성된다).
특히, 인접한 단계화된 아마튜어 코일(321)들은 서로로부터 오프셋될 수 있고 단계들을 통해 "쌓이게 (stack)"됨으로써, 콜드 플레이트(301)에 가장 가까운 인접한 단계화 아마튜어 코일(321)들의 단계들은 각각 콜드 플레이트(301)에 인접하고, 이동 장치(111)의 외측 표면에 가장 가까운 단계들은 이동 장치(111)의 외측 표면에 각각 인접한다. 즉, 단계화된 아마튜어 코일(231)들의 제 1 단계들, 제 2 단계들 및 제 3 단계들은 콜드 플레이트(301)에 대략 평행한 개별 평면들에 위치되고, 제 1 단계의 평면은 콜드 플레이트에 가장 인접하고, 제 3 단계의 평면은 이동 장치(111)의 외측 표면에 가장 인접하고, 제 2 단계의 평면은 제 1 단계들과 제 3 단계들의 평면들 사이의 대략 중간에 있다. 개별의 각(angle)이 이루어진 부분들은 전체적으로 제 1 단계를 제 2 단계에 접합시키고, 제 2 단계를 제 3 단계에 접합시킨다. 단계화된 아마튜어 코일(322)들은 유사하게 설명될 수 있다.
더욱이, 위에서 언급된 바와 같이, 콜드 플레이트(301)에 인접한 아마튜어 코일(321, 322)의 단계들(예를 들어, 단계 325-1)은 적어도 부분적으로 콜드 플레이트(301)에 접촉할 수 있어서 그로부터 열을 제거한다. 실제로, 콜드 플레이트(301)에 인접한 아마튜어 코일(321, 322) 및/또는 단계들의 표면적은 최대화될 수 있어서, 콜드 플레이트(301)에 노출 및/또는 접촉되는 아마튜어 코일(321, 322)들의 표면적을 최대화시킨다.
단계화된 아마튜어 코일(321, 322)의 다른 세부 사항은 도 11a, 11b, 11c 및 도 15 를 참조하여 아래에 설명된다.
아마튜어 코일(321, 322)들의 작동은 도 5a, 5b, 6 및 도 7 을 참조하여 아래에 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 3 및 도 4 를 참조하면, 이동 장치(111)는 제 1 아마튜어 코일(321) 및 제 2 아마튜어 코일(322)들중 하나 이상의 둘레에, 적어도 하나의 필드 코일(field coil, 330-1, 330-2)을 더 포함한다.
예를 들어, 도시된 바와 같이, 이동 장치(111)는 콜드 플레이트(301)의 제 1 측(311)에서 제 1 아마튜어 코일(321)들의 둘레에 있는 제 1 필드 코일(330-1) 및, 콜드 플레이트(301)의 제 2 측(312)에서 제 2 아마튜어 코일(322)들의 둘레에 있는 제 2 필드 코일(330-2)을 포함한다. 필드 코일(330-1, 330-2)들은 이후에 집합적으로 필드 코일(330)로서 교환 가능하게 지칭될 것이며, 전체적으로 필드 코일(330)로서 지칭될 것이다.
2 개의 필드 코일(330)들이 도시되었지만, 이동 장치(111)는 예를 들어 콜드 플레이트(301)의 일 측(311, 312)에 하나의 필드 코일(330) 만을 포함할 수 있다. 그러나, 이동 장치(111)는 그 어떤 적절한 수의 필드 코일(330)들을 포함할 수 있으며, 2 개 보다 많은 필드 코일(330)을 포함하지만 그것에 제한되지 않는다.
필드 코일(330)은 일반적으로 와이어 및/또는 다른 적절한 도전 재료(예를 들어, 금속 포일(metal foil))을 포함하며, 이것은 그 어떤 적절한 수의 폐쇄 전기 루프를 형성한다. 필드 코일(330)에 의해 형성된 전기 루프는 콜드 플레이트(301)의 면 및/또는 측(311, 312)에 실질적으로 평행하게 지향된 면을 가질 수 있다. 필드 코일(330)은 그 어떤 적절한 도전성 재료라도 포함할 수 있는데, 예를 들어 알루미늄, 양극산화 알루미늄 포일, 구리 및 이와 유사한 것을 포함할 수 있다. 또한, 도전성 재료는 그 어떤 적절한 전기 절연 재료를 이용하여 절연될 수 있으며, 이것은 양극 산화 알루미늄 포일의 알루미늄 산화물 뿐만 아니라, 폴리아미드 에나멜, 폴리아미드 테이프, 운모 테이프, 및 이와 유사한 것을 포함하지만 그에 제한되지 않는다. 그 어떤 적절한 수의 전기 루프라도 사용될 수 있고 도전성 재료의 저항성에 의존할 수 있다.
이후에 설명되는 바와 같이, 필드 코일(330)은 일반적으로 콜드 플레이트(301)에 대략 직각인 자기 플럭스의 루프를 형성하도록 작동되며, 이것은 필드 코일(330)에 열을 발생시킬 수 있다. 따라서, 도시된 바와 같이, 각각의 필드 코일(330)은 콜드 플레이트(301)에 대하여 적어도 부분적으로 위치될 수 있고, 이것은 필드 코일(330)로부터 열을 제거할 수 있다.
일부 예에서, 도시된 바와 같이, 필드 코일(330)이 콜드 플레이트(301)의 면 및/또는 측(311, 312)의 외측 주위를 실질적으로 전체적으로 따르도록 필드 코일(330)은 지향될 수 있다.
더욱이, 아마튜어 코일(321, 322)(및/또는 아마튜어 코일(321, 322)에 의해 형성된 아마튜어)은 필드 코일(330)에 의해 실질적으로 에워싸일 수 있어서, 아마튜어 코일(321, 322)은 필드 코일(330)의 경계 안에, 콜드 플레이트(301)의 그리고/또는 측(311, 312)에 인접한 적어도 하나의 부분을 가진다. 필드 코일(330)은 콜드 플레이트(301)에 그 어떤 적절한 방식으로라도 고정될 수 있으며, 예를 들어 스테인리스 스틸(예를 들어, 비 강자성) 스트랩(strap), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 브라킷 및 이와 유사한 것으로 고정될 수 있다.
따라서, 일반적으로, 여기에 제공된 HLSM(200)의 회전자/이동 장치(111)는 적어도 하나의 권선을 포함할 수 있고, 이것은 (예를 들어 아마튜어 권선(321,322)에 의해 형성된) 아마튜어 권선 및, (예를 들어 적어도 하나의 콜드 플레이트(301)에 의해 형성된) 필드 권선을 구비할 수 있다; (예를 들어 아마튜어 권선(321, 322)에 의해 형성된) 아마튜어 권선 및 (예를 들어 적어도 하나의 콜드 플레이트(301)에 의해 형성된) 필드 권선은 도 7 을 참조하여 아래에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 독립적으로 제어될 수 있다.
도 3 및 도 4 에 도시된 것은 예를 들어 개별적인 간극(308)에 있는 이동 장치(111)의 보유 장치(retention devices, 399)들이다. 보유 장치(399)들은 일반적으로 강자성 코어(307)들 사이에 제 1 아마튜어 코일(321)들 및 제 2 아마튜어 코일(322)들을 보유하도록 되며, 하나 이상의 쐐기부(wedge) 및/또는 슬롯 쐐기부(slot wedge), 리플 스프링(ripple spring) 및 이와 유사한 것을 포함할 수 있다. 보유 장치(399)들의 다른 세부 내용은 도 15 를 참조하여 아래에 설명된다.
이동 장치(111)는 그 어떤 다른 적절한 구성 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 15 를 참조하여 아래에 설명되는 바와 같이, 이동 장치(111)는 강자성 코어(307)들 둘레에 위치된 개별의 아마튜어 코일(321, 322) 사이와 강자성 코어(307)들 사이에 하나 이상의 스페이서 블록(spacer block)들을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 스페이서 블록들은 하나 이상의 강자성 코어(307)들 및 개별적인 아마튜어 코일(321, 322)로부터 콜드 플레이트(301)로 열을 전도시키도록 구성된다. 예를 들어, 스페이서 블록들은 인접한 아마튜어 코일(321)(및/또는 인접한 아마튜어 코일(322)) 의 제 1 단계와 제 3 단계 사이의 간극(308)에 위치될 수 있어서 그 사이의 공간을 채우며 그 사이의 열 전도를 제공한다. 그러나, 스페이서 블록들은 이동 장치(111)의 그 어떤 적절한 위치 및/또는 간극에 위치될 수 있다.
일부 예에서, 이동 장치(111)에서, 콜드 플레이트(301), 강자성 코어(307), 제 1 아마튜어 코일(321), 제 2 아마튜어 코일(322) 및 필드 코일(들)(330)의 하나 이상의 적어도 일부는 전기 절연 재료(이것은 일부 예에서, 진공과 양립될 수 있다)를 이용하여 엔캡슐레이션될 수 있어서, 예를 들어, 열적 성능을 증가시키고, 그 어떤 노출된 전기적인 부분에 대해서도 전기 절연을 제공하고(예를 들어, 도 11a, 11b, 11c 를 참조하여 아래에 보다 상세하게 설명될 아마튜어 코일(321, 322)의 버스바를 제공하고), 전기 절연을 제공하고, 기계적인 강성도(mechanical stiffness)를 증가시키고, 내구성을 증가시키고, 차폐(shielding)를 적용하는 표면을 제공한다. 이러한 예들중 일부에서, 이동 장치(111)는 강화 부재를 더 포함할 수 있고, 이것은 전기 절연 재료에 대하여 외부 및/또는 이동 장치(111)의 내부에 있을 수 있으며, 콜드 플레이트(301)의 그 어떤 적절한 가장자리를 따라서도 연장되는데, 상기 가장자리는 도 9 를 참조하여 아래에 보다 상세하게 설명되는 바로서 (예를 들어 콜드 플레이트에서의 와전류를 감소시키도록) 슬롯(305)들로부터 슬릿(slits)들이 연장되는 콜드 플레이트(301)의 가장자리를 포함하지만, 그에 제한되지 않는다. 강화 부재는 도 16 과 관련하여 보다 상세하게 설명된다.
다른 예에서, 이동 장치(111)가 벽(101)을 통해 움직여서 예를 들어 이동 장치(111) 안에 전기장을 포함할 때 플라즈마 발생을 회피하도록, 이동 장치(111)는 적어도 부분적으로 도전성 차폐부(conductive shielding)로 덮인다; 예를 들어 그러한 도전성 차폐부는 전기 절연 재료의 외측에 있을 수 있다.
다음에 도 5a 및 도 5b 를 참조하면, 이것은 HLSM(200)의 작동 동안에 발생하는 자기 플럭스 경로(magnetic flux paths)를 따라서, 2 개의 채널 세그먼트(105) 및 이동 장치(111)의 일부를 구비하는 HLSM(200)의 일부에 대한 측면도 및 단면도를 각각 도시한다. 도 5a 에서, 이동 장치(111)는 아마튜어 코일(321, 322)을 나타내도록 필드 코일(330) 없이 도시되어 있다.
도 5a 및 도 5b 는 필드 코일(330)을 통해 흐르는 전기 전류에 의해 발생된 자기 플럭스의 개별적인 루프(501)를 도시하는데, 예를 들어 채널 세그먼트(105)의 중공 부분(201)에 위치된 하나 이상의 개별 강자성 코어(307), 간극(318), 채널 세그먼트(105)들 각각을 통해 전기 전류가 흐른다. 특히, 도 5b 는 도 5a 의 이동 장치(111)의 일부의 단면을 통하여 도시된 것으로서 그것을 통해 자기 플럭스의 루프(501)가 도시되어 있다.
따라서, 도 5b 에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 채널 세그먼트(105)의 "C" 형상에 기인하여, 그리고 중공 부분(201)에 있는 하나 이상의 강자성 코어(307)들에 기인하여, 자기 플럭스의 루프(501)는 하나 이상의 강자성 코어(307)들을 통해서 채널 세그먼트(105) 둘레에 폐쇄 루프를 형성한다. 특히, 자기 플럭스의 루프(501)는 채널 세그먼트(105)의 대략 중심에서 d-축(예를 들어, "직접" 방향)을 따라서 흐른다. d 축은, 전기 장치 및/또는 로터리 장치의 필드 지향 제어(field oriented control)를 설명하도록 사용된 "dq" 개념들의 d 축과 유사하다.
자기 플럭스의 루프(501)는 전체적으로 이동 장치(111)의 이동 축(303)에 대하여 대략 직각이다. 즉, 필드 플럭스 경로(field flux path)(예를 들어, 필드 코일(330)에 의해 발생된 자기 플럭스의 루프(501) 및/또는 경로)는 이동 장치(111)의 움직임 방향에 실질적으로 직각으로 폐쇄된다. 자기 플럭스의 루프(501)들이 선으로 도시되었지만, 루프(501)를 형성하는 자기 플럭스는 3 차원 형상을 가진다는 점이 이해되며, 그것의 단면은 아래의 도 6 에 도시되어 있다.
도 5b 는 채널 세그먼트(105)의 단면 형상을 더 도시하며, 이것은 모따기(chamfered)될 수 있어서 그로부터 질량을 제거하고 전체적으로 채널 세그먼트(105)의 중량을 감소시킨다. 채널 세그먼트(105)의 적절한 형상 및/또는 적절한 모따기는 자기 플럭스의 루프(501)를 형상화하도록, 그리고/또는 자기 플럭스의 루프(501)의 형상이 모따기 및 유사한 것에 의해 부정적인 영향을 받지 않는 것을 보장하도록 더 선택될 수 있다.
도 5a 및 도 5b 는 아마튜어 코일(321, 322)을 통해서 흐르는 전류에 의해 생성된 자기 플럭스의 루프(503)들을 더 도시하며, 이것은 예를 들어 채널 세그먼트(105)의 중공 부분(201) 안에 위치하는 하나 이상의 개별 강자성 코어(307)들, 간극(318)들 및 채널 세그먼트(105)들을 통해서 흐른다. 예를 들어, 자기 플럭스의 루프(503)는 전체적으로 이동 장치(111)의 이동 축(303)에 대략 평행하다. 즉, 아마튜어 플럭스 경로(예를 들어, 아마튜어 코일(321, 322)에 의해 생성된 자기 플럭스의 경로 및/또는 루프(503))는 이동 장치(111)의 움직임 방향에 실질적으로 평행하게 폐쇄된다. 그러한 루프(503) 및 유사한 것은 극 쌍(pole pair)으로서 지칭될 수 있고 그리고/또는 루프(503)는 전체적으로 극 쌍을 나타낼 수 있다.
도 5a 는 아마튜어 코일(321, 322)을 통해 흐르는 전기 전류에 의해 생성된 자기 플럭스의 루프(504)를 더 도시하며, 이것은 예를 들어 하나 이상의 강자성 코어(307)들과, 인접한 채널 세그먼트(105)들 사이의 간극(203)을 통해 흐른다.
도 5a 에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 자기 플럭스의 루프(503, 504) 각각은 개별의 폐쇄 루프를 형성한다. 특히 자기 플럭스의 루프(503)들은 채널 세그먼트(105)의 측에서 q 축을 통해 유동하며, 예를 들어 채널 세그먼트(105)들 사이의 간극(203)의 가장자리에서 유동한다. q 축은 전체적으로 채널 세그먼트(105)들 사이의 개별의 간극(203)에 직각이다. q 축은 전기 기계 및/또는 로터리 기계의 필드 지향 제어(field oriented control)을 설명하도록 사용된 "dq" 개념들의 q 축과 유사하다.
도시된 바와 같이, 필드 코일(330)들에 기인한 자기 플럭스의 루프(501)들은 아마튜어 코일(321, 322)들에 기인한 자기 플럭스의 개별 루프(503)들과 상호 작용하여, (예를 들어 루프(501)들의) d 축에서의 자기 플럭스 및 (예를 들어 루프(503)들의) q 축에서의 자기 플럭스가 서로 "끌릴(attract) 때"(예를 들어 동일 방향일 때) 이동 장치(111)상에 힘(590)을 유도한다. 힘(590)들에 대향하는 방향으로 힘들이 발생되는 반면에, 그러한 힘은 힘(590)에 비교하여 매우 작은 경향이 있다.
다음에 도 6 을 참조하면, 이것은 이동축(303) 및/또는 이동 방향을 따른 거리의 함수로서의 필드 코일(330)들에 기인한 자기 플럭스 밀도의 곡선(601) 및, 예를 들어 아마튜어 코일(321, 322)을 이용하여 제어되는 바로서의 극 쌍(pole pair)에 기인한 자기 플럭스 밀도의 곡선(603)을 나타내는 그래프(600)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 곡선(603)의 "0" 자기 플럭스 밀도 축은 곡선(601)의 "0" 자기 플럭스 밀도 축으로부터 오프셋됨으로써 곡선(601)에 대한 곡선(603)의 상대적인 위치를 더 잘 도시한다. 도시된 바와 같이, 곡선(603)의 최대는 도 5a와 유사하게 "q" 축에 위치하며, 곡선(603)의 최소는 곡선(601)의 대향하는 측에서 유사한 위치에 위치한다. 필드 코일(330)에 기인한 자기 플럭스 밀도의 곡선(601)의 중심은 도 5a 와 유사하게 "d" 축에 위치한다. 일반적으로 d 및 q 축들은 평행한 것으로 지칭될 수 있지만 전기적인 각도(electrical angle)에서는 90 도로 떨어진다. 힘(590)에 대응하는 자기력(Fx)의 방향도 도시된다.
극 쌍 및/또는 채널 세그먼트(105)의 치수들은 도 6 에 도시되어 있지 않지만, 일부 예에서 극 쌍(pole pair)의 길이(예를 들어 곡선(603)에 의해 표시됨)는 예를 들어 이동 축(603) 및/또는 이동 장치(111)의 이동 방향을 따라서 대략 100 mm 내지 대략 1000 mm 의 범위일 수 있으며, 그러나 극 쌍의 더 긴 길이 및/또는 더 짧은 길이는 본 명세서의 범위내에 속한다. 따라서 트랙(103)을 따른(예를 들어, 채널 세그먼트의 폭을 따른) 채널 세그먼트(105)의 치수는 극 쌍의 길이의 대략 절반일 수 있다. 그러나, 극 쌍의 길이에 대한 트랙(103)을 따른 채널 세그먼트(105)의 치수(예를 들어, 폭)의 비율은 0 내지 1 사이의 그 어떤 적절한 값일 수 있으며, 실험적으로 결정될 수 있고, 경험적으로 결정될 수 있고, 이와 유사하게 결정될 수 있다. 즉, 도 6 에 도시된 바와 같이, 그러한 비율은 대략 "0.5"일 수 있지만, 상기 비율이 그 어떤 적절한 값일 수 있다. 마찬가지로, 채널 세그먼트(105)들 사이의 간극(203)의 대응 치수는 (예를 들어, 트랙(103)을 다른 채널 세그먼트(105) 사이의 간극(203)의 폭은) 트랙(103)을 따른 채널 세그먼트(105)의 치수(예를 들어 폭)보다 크거나 작을 수 있다.
따라서, 극 쌍의 피치(pitch)는 채널 세그먼트(105)의 피치와 유사할 수 있고, 그리고/또는 대략 같을 수 있다; 따라서, 이동 장치(111)의 강자성 코어(307) 및 아마튜어 코일(321, 322)들의 피치 및/또는 기하 형상, 및 전기 작동은 채널 세그먼트(105)들의 피치 및/또는 기하형상과 양립하도록 선택될 수 있고, 그리고/또는 그 역이 성립될 수 있다.
일반적으로 이해되는 바로서, 자기 극 쌍(magnetic pole pairs)들은 이동 장치(111)가 그 사이에서 움직일 때 채널 세그먼트(105) 및/또는 트랙(103)에 대하여 고정된 위치에 있도록 아마튜어 코일(321, 322)들이 제어될 수 있다. 즉, 이동 장치(111)의 속도에 의존할 수 있는 백 전동력(back electromotive force, EMF)을 감소시키도록 극 쌍들이 위치될 수 있을지라도, 이동 장치(111)의 극 쌍들은 채널 세그먼트(105)에 대하여 대략 같은 위치에 위치되도록 아마튜어 코일(321, 322)들이 제어된다. 예를 들어, "느린" 속도에서, 극 쌍의 정점(peak)은 q 축에 위치될 수 있다: 그러나, 이동 장치(111)의 속도가 증가되면, 백 EMF 가 전개될 수 있고, 극 쌍의 정점은, EMF 가 감소되고 그리고/또는 더 많은 플럭스(flux)가 생성되는 위치들로 이동 장치(111)의 자기 플럭스를 조절하기 위하여 극 쌍의 정점이 q 축의 "우측"으로 (즉, d 축으로부터 더 멀어지게) 움직이도록 아마튜어 코일(321, 322)들이 제어될 수 있다. 정점(peak)을 움직이는 전류 및/또는 전압 뿐만 아니라, 정점을 움직이는 속도는 실험적으로 그리고/또는 경험적으로, 그리고/또는 전기 모델을 이용하여 그리고 이와 유사하게 결정될 수 있다.
도 7 을 참조하면, 이것은 아마튜어 코일(321, 322) 및 필드 코일(330)에 의해 생성된 플럭스와 함께, HLSM(200)의 이동 장치(111)를 제어하도록 사용될 수 있는 전기 구성요소들의 개략적인 블록 다이아그램을 나타낸다. 도 7 은 이동 장치(111)의 극 쌍들에 대한 채널 세그먼트(105)들의 예시적인 위치를 나타낸다. 도 7 에서의 전기적인 연결은 구성 요소들 사이의 실선으로서 도시된 반면에, 그 사이의 데이터 연결들은 2 중 화살표로 표시되어 있다. 도 7 은 고속 이송 시스템(100)을 위한 추진 시스템으로서 HLSM(200)을 이용하는 프로세스를 나타내며, 이것은 이전에 설명된 바와 같이 저압 환경에서, 그리고/또는 저압이 아닌 환경에 있을 수 있다.
도 7 에서 (예를 들어, 도시되지 않았지만 존재하는 것으로 이해되는 강자성 코어(307) 둘레에 있는) 아마튜어 코일(321, 322)들은, 극 쌍 1(PP1), 극 쌍 2(PP2).....극 쌍 M(PPM)으로서 도시된 바와 같이, 극 쌍들의 "M" 넘버를 생성하도록 제어되어 (여기에서 "M"은 정수이다), 이동 축(303)을 따라서 개별의 자기 플럭스들을 초래한다. 도 7 의 이동 장치(111)는 3 개의 극 쌍들(예를 들어 M=3)에 대하여 설명되었지만, 이동 장치(111)는 하나 만큼의 극 쌍, 2 개의 극 쌍 또는 3 개 보다 많은 극 쌍을 포함할 수 있다.
극 쌍들의 각각의 개별적인 자기 플럭스들도 도시되고, 각각 PP1, PP2, ....PPM 으로서 표시되어 있다. 자기 플럭스(PP1, PP2,...PPM)은 곡선(603)과 유사하되, 자기 플럭스(PP1, PP2,...PPM)들의 정점들은 개별의 q 축에 그리고 이와 유사하게 위치된다. 극 쌍들에 대한 채널 세그먼트(105)의 위치들도 도시되는데, 필드 코일(330)들에 의해 생성된 각각의 채널 세그먼트(105)(예를 들어, d 축)에 대한 여기 플럭스(excitation flux, Φf)가 도시되어 있다. 도 7 에는 필드 코일(330)만이 도시되어 있지만, 도시된 예에서 양쪽의 필드 코일(330-1, 330-2)들이 존재하는 것으로 이해된다.
도시된 바와 같이, 제 1 아마튜어 코일(321)들 및 제 2 아마튜어 코일(322)들은 적어도 하나의 아마튜어 콘트롤러(701-1, 701-2,... 701-M)에 전기적으로 연결되고, 그리고/또는 통신된다. 아마튜어 콘트롤러(701-1, 702-2,...701-M)는 이후에 상호 교환되게 아마튜어 콘트롤러(701)로서 집합적으로 지칭되며, 전체적으로 아마튜어 콘트롤러(701)로서 지칭된다. 도시된 바와 같이, 아마튜어 콘트롤러(701)들은 극 쌍들과 같은 수 "M"를 가지지만, 그 어떤 적절한 수의 아마튜어 콘트롤러(701)들이 있을 수 있으며, 이것은 극 쌍들의 수와 같거나 또는 상이할 수 있다.
아마튜어 콘트롤러(701)들은 제 1 아마튜어 코일(321) 및 제 2 아마튜어 코일(322)들을 다중상 전기 장치(multiphase electrical device) 및/또는 시스템으로서 제어하도록 구성되고, 특히 3 상(phase) 전기 장치 및/또는 시스템으로서 제어하도록 구성됨으로써, 제 1 아마튜어 코일(321) 및 제 2 아마튜어 코일(322)과 강자성 코어(307)들은 예를 들어 인접한 채널 세그먼트(105)들과 관련하여 자기 극 쌍(및/또는 자기 극 쌍들)을 형성하도록 제어된다. 아마튜어 콘트롤러(701)는 이동 장치(111)와 일체화될 수 있고 그리고/또는 아마튜어 콘트롤러(701)들은 페이로드(payload, 107)에 위치될 수 있고 페이로드(107)와 이동 장치(111) 사이의 전기적인 연결을 통하여 제 1 아마튜어 코일(321) 및 제 2 아마튜어 코일(322)들에 전기적으로 연결된다.
현재의 예들은 3 상 전기 장치 및/또는 시스템을 참조하여 설명되지만, 아마튜어 콘트롤러(701)들은 제 1 아마튜어 코일(321) 및 제 2 아마튜어 코일(322)을 그 어떤 적절한 수의 상(phase)의 전기 장치로서도 제어하도록 구성될 수 있다.
더욱이, 아마튜어 콘트롤러(701)는 연산 장치(computing device), 하나 이상의 프로세서(그리고 그것과 유사한 것), 전력 공급부 및/또는 아마튜어 코일(321,322)들을 제어하기 위한 그 어떤 다른 적절한 구성 요소들이라도 포함할 수 있다. 더욱이, 도시되지 않았지만, 아마튜어 콘트롤러(701)들은 아마튜어 콘트롤러(701)를 제어 및/또는 조정(coordinate)하는 연상 장치 및/또는 다른 콘트롤러와 통신할 수 있으며, 이것은 페이로드(107)의 운전자 및/또는 작업자에 의해 작동되는 네비게이션 시스템의 연상 장치 및/또는 콘트롤러를 포함하지만 그에 제한되는 것은 아니고, 그러나 그러한 네비게이션 시스템은 대안으로서 자율적인(예를 들어 운전자가 없는) 네비게이션 시스템을 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이 극 쌍 마다 하나의 아마튜어 콘트롤러(701)가 제공된다. 더욱이, 도시된 바와 같이, 각각의 극 쌍은 12 개의 아마튜어 코일(321, 322)들을 구비하며, 예를 들어 "A" 상, "B" 상 및 "C" 상의 각각에 따라서 제어되는 4 개의 아마튜어 코일(321, 322)들을 구비한다(아마튜어 코일(321,322)들은 개별의 상에 따라서 표시된다). 예를 들어, 주어진 상(phase)의 4 개 아마튜어 코일들의 그룹은 2 개의 제 1 아마튜어 코일(321) 및 2 개의 제 2 아마튜어 코일(322)들을 포함할 수 있다. 그러나, 극 쌍은 아마튜어 코일(321, 322)들의 그 어떤 적절한 수도로 형성될 수 있고, 극 쌍 마다 12 개의 아마튜어 코일(321, 322)들이 하나의 예로서만 묘사된다는 점이 이해된다.
도시된 예에서, "A" 상 아마튜어 코일(321, 322)들은 직렬로 연결되고, "B" 상 아마튜어 코일(321, 322)들은 직렬로 연결되고, "C" 상 아마튜어 코일(321, 322)들은 직렬로 연결된다. 3 상이 설명되었지만, 위에서 설명된 바와 같이, 다른 수의 상들은 존재할 수 있으며 아마튜어 콘트롤러(701)들은 그에 따라서 적합화된다. 설명된 바와 같이, 다양한 여러가지 상들의 아마튜어 코일(321, 322)들은 공통적인 전기 복귀 경로 및/또는 공통적인 중립 지점을 공유한다 (예를 들어 극 쌍들의 우측에 개략적으로 도시되어 있다: 예를 들어, 상들은 별 형상(star configuration)으로 연결될 수 있다. 그러나, 상들을 연결하기 위한 그 어떤 적절한 구성이라도 본 발명의 범위내에 속하며, 이것은 공통의 전기 복귀 경로 및/또는 공통의 중립 지점을 가진 구성 및, 델타 구성(delta configuration)과 같이 공통의 전기적인 복귀 경로 및/또는 공통의 중립 지점이 없는 구성과, 이와 유사한 구성을 포함하고, 그러나 그에 제한되지 않는다.
아마튜어 콘트롤러(701)는 개별의 배터리 및 유사한 것과 같은 전원을 포함할 수 있으며, 이들은 이동 장치(111) 및/또는 페이로드(107)에 위치될 수 있다. 즉, 다양한 그룹의 아마튜어 코일(321, 322)(예를 들어, 극 쌍에 의해 그룹이 이루어짐)은 다중적인 전원들을 포함할 수 있다. 아마튜어 콘트롤러(701)는, 전체 추진 시스템에 전력을 공급하는 통상적인 고 전력 구동(예를 들어, 이것은 1 kV 보다 큰 전압에서 작동할 수 있다)보다, 상대적으로 낮은 전력 및/또는 낮은 전압 구동을 (예를 들어 대략 1 kV 보다 낮은 최대 전압을 가지면서) 포함할 수 있다. 각각의 아마튜어 콘트롤러(701) 및/또는 낮은 전력 구동은 하나 이상의 극 쌍들에 연결될 수 있다.
도시된 바와 같이, 적어도 하나의 필드 코일(330)은 위에 설명된 콜드 플레이트(301)에 대하여 대략 직각인 자기 플럭스의 루프를 형성하도록 구성된 적어도 하나의 필드 코일 콘트롤러(702)에 전기적으로 연결되고, 그리고/또는 적어도 하나의 필드 코일 콘트롤러와 통신한다. 특히, 필드 코일(330)들은 대안으로서 병렬로 연결될 수 있더라도, 필드 코일(330)들이 직렬로 연결될 수 있다. 필드 코일 콘트롤러(702)는 이동 장치(111)와 일체화될 수 있고 그리고/또는 필드 코일 콘트롤러(702)는 페이로드(107)에 위치될 수 있고 페이로드(107)와 이동 장치(111) 사이의 전기적인 연결을 통해 적어도 하나의 필드 코일(330)에 전기적으로 연결된다.
더욱이, 필드 코일 콘트롤러(702)는 연산 장치(computing device), 하나 이상의 프로세서(그리고 이와 유사한 것), 전력 공급부(예를 들어, 배터리 및 유사한 것) 및/또는 적어도 하나의 필드 코일(330)을 제어하기 위한 그 어떤 다른 적절한 구성 요소들이라도 포함할 수 있으며, 이들은 이동 장치(111) 및/또는 페이로드(107)에 위치될 수 있다. 더욱이, 도시되지 않았지만, 아마튜어 콘트롤러(701)(및/또는 필드 코일 콘트롤러(702))는 아마튜어 콘트롤러(701)(및/또는 필드 코일 콘트롤러(702))를 전체적으로 제어 및/또는 조정하는 다른 콘트롤러 및/또는 연산 장치와 통신할 수 있으며, 이들은 위에서 설명된 네비게이션 시스템의 콘트롤러 및/또는 연산 장치를 포함하지만, 그것에 제한되지 않는다.
도시된 바와 같이, 아마튜어 콘트롤러(701)들은 채널 세그먼트(105)들에 대한 이동 장치(111)의 위치를 판단하도록 구성되고, 채널 세그먼트(105)에 대한 이동 장치(111)의 "회전자" 위치를 포함할 수 있는 위치(704)를 아마튜어 콘트롤러(701)에 출력하도록 구성된다. 그러한 "회전자" 위치는, 예를 들어 q-축과 같은 이동 장치(111)에 대하여, 그리고/또는 그 어떤 다른 적절한 상대 위치(또는 절대 위치)에 대하여, 자기 플럭스(PP1, PP2,....PPM)의 정점들이 제어되는 위치를 포함할 수 있다. 즉, 적어도 하나의 아마튜어 콘트롤러(701)는 위치 센서(703)와 소통될 수 있고, 위치 센서(703)는 적어도 하나의 자기 극 쌍(magnetic pole pair)의 개별적인 위치를 제어하도록 사용된 위치(704)를 판단하도록 구성된다.
위치 센서(703)는 이동 장치(111)와 일체화될 수 있고, 그리고/또는 위치 센서(703)는 페이로드(107)에 위치될 수 있다.
위치 센서(703)는 레이저 베이스 위치 판단 장치, 레이다 베이스 위치 판단 장치, 비디오 베이스 위치 판단 장치, 필드 베이스(field based position determining device), 비디오 베이스 위치 판단 장치, 필드 베이스 위치 판단 장치(field based positioning determining device) (이것은 예를 들어, 위에서 설명된 루프(501, 503)들에 의해 표시된 바와 같이, 자기장 및/또는 플럭스에서의 동요(perturbation)로부터 위치를 판단하였다) 및 이들과 유사한 것의 하나 이상을 포함할 수 있다.
아마튜어 콘트롤러(701)들은 위치(704)를 수신하고, 그에 따라서 아마튜어 코일(321, 322)들의 전압, 전류 및/또는 상(phase)을 제어함으로써 극 쌍의 자기 플럭스(PP1, PP2,....PPM)를 제어하도록 구성된다. 일부 예에서, 이동 장치(111)의 속도와 함께 위치가 변화할 수 있을지라도 정점은 개별의 q 축에 있도록, 극 쌍들의 자기 플럭스(PP1, PP2,....PPM)들이 제어된다. 이동 장치(111)는 채널 세그먼트(105)에 대하여 움직이므로, 자기 플럭스(PP1, PP2,....PPM)의 정점들은 q 축에서 유지될 수 있다 (그리고/또는 속도에 따라서 변화될 수 있다). 이동 장치(111)의 전방 극 쌍이 예를 들어 위치(704)로부터 결정되는 바로서 다음의 채널 세그먼트(105)와 만나고, 필드 코일(330)들이 다음의 채널 세그먼트(105)에서 자기 플럭스를 생성할 때, 개별의 자기 플럭스(PP)의 정점이 다음의 채널 세그먼트(105)의 q 축 및 이와 유사한 것에 위치하도록, 아마튜어 콘트롤러(701)는 전방 극 쌍(front pole pair)을 제어한다. 즉, 자기 플럭스(PP1, PP2,??PPM)의 조합은 도 7 에 도시된 바와 같이 채널 세그먼트(105)에 대한 스탠딩 웨이브(standing wave)이도록 "나타날" 수 있으며, 따라서 이동 장치(111)에 대하여 전체적으로 "움직"일 수 있다.
더욱이, 이동 장치(111)는 "전방" 및/또는 "후방"과 이와 유사한 것에 대하여 설명되지만, 이동 장치(111)는 이동 축(303)을 따라서 양쪽 방향으로 움직이도록 제어될 수 있어서, 이동 장치(111)의 대향하는 단부들에 있는 극 쌍들은 이동 장치(111)상의 힘의 방향에 따라서 (예를 들어, 힘(590)의 방향에 따라서) 전방 극 쌍(front pole pair) 및/또는 제 1 극 쌍, 및/또는 후방 극 쌍(rear pole pair) 및/또는 마지막 극 쌍(last pole pair)일 수 있다는 점이 이해된다. 예를 들어, 아마튜어 콘트롤러(701)들은 이동 장치(111)의 힘의 방향을 역전시키도록 도 7 에 도시된 바에 대하여 자기 플럭스(PP1, PP2, ??PPM)를 도치(invert)시키도록 구성될 수 있으며, 이것은 이동 장치(111)의 하나 이상의 제동(braking) 및/또는 이동 장치(111)의 움직임 방향의 역전(reversal)을 초래할 수 있다.
이제까지의 실시예들은 하나의 콜드 플레이트(301)를 가진 이동 장치(111)와 관련하여 설명되었지만, 이동 장치(111)는 하나보다 많은 콜드 플레이트를 구비하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 8 을 참조하면, 이것은 대안의 HLSM(800)의 일부를 도시하는 것으로서, 대안의 이동 장치(811)를 구비하며, 상기 이동 장치는 채널 세그먼트(105)에 위치하고 채널 세그먼트(105)로부터 간극(318)에 의해 분리된다. 이동 장치(811)는 예를 들어 콜드 플레이트(301)와 유사한 복수개의 콜드 플레이트(301-1, 301-2), 강자성 코어(예를 들어, 강자성 코어(807-1, 807-2)) 및, 복수개의 아마튜어 코일(321, 322, 823) 및/또는 아마튜어 코일들의 층들(layers) (예를 들어, 위에서 설명된 제 1 아마튜어 코일(321) 및 제 2 아마튜어 코일(322)과, 추가적인 아마튜어 코일(823)들을 구비함)을 포함한다. 오직 2 개의 강자성 코어(807-1, 807-2)들만이 단순화를 위해서 번호가 붙여져 있지만, 강자성 코어(307) 및 슬롯(305)과 관련하여 위에서 설명된 것과 유사하게, 이동 장치(811)는 콜드 플레이트(301)에 있는 개별의 슬롯들을 통하여 연장되는 그 어떤 적절한 수의 강자성 코어(807-1, 807-2)라도 구비한다는 점이 이해된다. 즉, 이동 장치(811)의 콜드 플레이트(301)의 슬롯들은 도시되지 않았지만, 개별의 강자성 코어(807-1, 807-2)가 콜드 플레이트(301)의 전부를 통하여 연장되도록 정렬된 슬롯들을, 이동 장치(811)의 콜드 플레이트(301)들 각각이 구비한다는 점이 이해된다. 예를 들어, 도시된 바와 같이 2 개의 콜드 플레이트(301-1, 301-2)들은 강자성 코어(807-1, 807-2)들을 3 등분할 수 있다(예를 들어 807-1, 807-2 를 3 개의 대략 동등한 부분들로 분할한다).
주어진 콜드 플레이트(301)가 아마튜어 코일(321, 322, 823)들의 층들의 쌍 사이에 있도록 복수개의 콜드 플레이트(301) 및 복수개의 아마튜어 코일(321,322,823)들은 교번(alternating)한다. 예를 들어, 콜드 플레이트(301-1)는 아마튜어 코일(321, 322)들의 층들 사이에 있고, 콜드 플레이트(301-2)는 아마튜어 코일(322, 823)들의 층들 사이에 있다. 아마튜어 코일(321, 322, 823)들은 위에서 설명된 것과 유사하게 그들의 상(예를 들어, "A", "B", "C")에 대하여 표시되기도 한다. 도 8 로부터 이해되는 바로서, 아마튜어 코일(321, 322)들은 콜드 플레이트(301-1)에 대하여 거울 대칭성을 가지지만, 아마튜어 코일(823)들은 인접한 아마튜어 코일(321)과 대칭적이지 않다; 그러나, 주어진 상(phase)의 아마튜어 코일(823)은 콜드 플레이트(301)의 방향에서 강자성 코어(807)를 따라서 주어진 상의 아마튜어 코일(321, 322)과 정렬된다.
따라서, 일반적으로, 이동 장치(811)는 이동 장치(111)와 유사하지만 아마튜어 코일(823)들의 추가적인 층 및 추가적인 콜드 플레이트(301)를 구비한다 (예를 들어, 이것은 제 3 아마튜어 코일(823) 및/또는 아마튜어 코일(823)들의 제 3 층 및/또는 아마튜어 코일(823)들의 제 3 세트로서 지칭될 수 있다). 도 5a, 5b, 6 및 7 과 관련하여 설명된 바와 같이, 아마튜어 코일(823)들은 아마튜어 코일(321, 322)과 유사한 방식으로 제어될 수 있다.
도 8 에 도시되지 않았으나, 이동 장치(811)는 그 어떤 적절한 수의 필드 코일(330)이라도 더 구비한다는 점이 이해된다.
더욱이, 아마튜어 코일들의 층(및/또는 세트들)과 추가적인 콜드 플레이트들은, 예를 들어 아마튜어 코일들의 대응하는 층(및/또는 세트) 및 콜드 플레이트의 쌍으로서, 이동 장치(811) (및/또는 이동 장치(111))에 더해질 수 있다.
따라서, 여기에서 제공되는 이동 장치는: 하나 이상의 콜드 플레이트들; 주어진 콜드 플레이트가 아마튜어 코일들의 한쌍의 층들 사이에 있도록 하나 이상의 콜드 플레이트들 및 아마튜어 코일들의 복수개의 층들이 교번 및/또는 배치되는, 아마튜어 코일들의 복수개의 층들; 및, 하나 이상의 콜드 플레이트들에 있는 개별의 슬롯들을 통해 연장되는 복수개의 강자성 코어들로서, 아마튜어 코일들의 복수개의 층들은 복수개의 강자성 코어들 둘레에 위치하되, 예를 들어 개별의 상들의 아마튜어 코일들은 복수개의 강자성 코어들을 따라서 층으로부터 층으로 정렬되는, 복수개의 강자성 코어들;을 포함한다. 그러나, 콜드 플레이트들 및 아마튜어 코일들의 다른 구성 및/또는 배치들은 본 발명의 범위내에 있다; 예를 들어, 이동 장치는 콜드 플레이트가 사이에 있는 아마튜어 코일들의 2 개 층들 및, 제 2 콜드 플레이트 없이 아마튜어 코일들의 2 개 층들중 하나(또는 더 많은 층들)에 인접한 아마튜어 코일들의 제 3 층(또는 더 많은 층)을 구비할 수 있으되, 콜드 플레이트의 슬롯들을 통해 연장되는 공통 강자성 코어들 둘레에 아마튜어 코일들의 모든 3 개 층들의 아마튜어 코일들이 있다. 대안으로서, 이동 장치는 콜드 플레이트가 사이에 있는 아마튜어 코일들의 2 개 층들을 포함하는 제 1 구조 및, 다른 콜드 플레이트가 사이에 있는 아마튜어 코일들의 2 개의 다른 층들을 포함하는 제 2 구조를 구비할 수 있으되, 콜드 플레이트들의 슬롯들은 정렬되고, 공통적인 강자성 코어들은 그것을 통해 연장된다; 제 1 구조 및 제 2 구조의 아마튜어 코일들은 강자성 코어들의 둘레에 있다. 실제로, 콜드 플레이트가 그 사이에 있는 아마튜어 코일들의 2 개 층을 구비하는 임의의 이동 장치로서, 2 개 층들의 아마튜어 코일들은 콜드 플레이트의 슬롯들을 통해 연장되는 공통의 강자성 코어들 둘레에 있는 이동 장치는 본 발명의 범위 안에 있으며, 이것은 강자성 코어들 둘레에 아마튜어 코일들의 추가적인 층들 및/또는 강자성 코어들이 그것을 통해 연장되는 개별의 슬롯들을 가진 추가적인 콜드 플레이트들을 포함할 수 있다.
다음에 도 9 를 참조하면, 이것은 콜드 플레이트(301)의 세부 내용을 도시한다. 특히, 도 9 는 아마튜어 코일, 필드 코일 및 강자성 코어들이 결여된 콜드 플레이트(301)의 사시도를 도시한다. 도 9 로부터, 콜드 플레이트(301)는 사각형일 수 있고, 슬롯(305)들은 사각형일 수 있고, 그리고 또는 강자성 코어(307)들의 기하 형상 및/또는 형상 및/또는 단면 형상에 상보적(complementary)임이 이해된다. 또한 슬롯(305)들은 이동 축(303)을 따라서 서로 정렬되게 배치된다는 점이 이해된다.
도시되지 않았지만, 콜드 플레이트(301)는 적어도 하나의 냉각 채널을 그것의 면 및/또는 일 측에 구비할 수 있으며, 이것은 그 어떤 적절한 방식으로도 형성될 수 있다.
더욱이, 콜드 플레이트(301)는 알루미늄, 구리, 티타늄, 마그네슘, 스테인레스 스틸 및 이들과 유사한 것과 같은, 그 어떤 적절한 열적 특성 및 전기적인 특성이라도 가진 금속으로 만들어질 수 있다. 따라서, 아마튜어 코일(321, 322) 및 필드 코일(330)은 실질적으로 콜드 플레이트(301)와 접촉할 수 있고 그리고/또는 적어도 부분적으로 콜드 플레이트(301)와 접촉할 수 있어서, 아마튜어 코일(321, 322) 및 필드 코일(330)로부터 콜드 플레이트(301)로 열이 전달되고, 열은 콜드 플레이트(301)의 냉각 채널을 통하여 적어도 부분적으로 제거될 수 있다.
콜드 플레이트(301)는 슬롯(305)들로부터 콜드 플레이트(301)의 하나 이상의 가장자리들로 연장되는 간극 및/또는 슬릿(920)을 더 포함할 수 있다. 슬릿(920)들은 일반적으로 슬롯(305)들보다 실질적으로 협소하고, 콜드 플레이트(301)에서 그리고/또는 슬롯(305) 둘레에서 와전류(eddy currents)를 감소시키도록 슬롯(305)들로부터 연장된 "핑거(finger)" 및/또는 "치(teeth)"를 형성하도록 제공되는데, 이동 장치(111)의 작동 동안에 변화되는 자기 플럭스에 콜드 플레이트(301)가 노출될 때 와전류가 발생될 수 있다. 즉, 콜드 플레이트(301)는 상기 콜드 플레이트(301)를 가로질러서 간극 및/또는 슬릿(920)들을 가지는 "치형화(toothed)" 기하 형상을 구비할 수 있다.
더욱이, 슬릿(920)들의 특정 기하 형상이 도시되지만, 슬릿(920)들은 와전류를 감소시키도록 사용될 수 있는 그 어떤 적절한 기하 형상을 가질 수 있다.
다음에 도 10a, 10b, 10c 를 참조하면, 이것은 강자성 코어(307)의 세부 사항을 도시한다. 특히, 도 10a 는 강자성 코어(307)들이 그에 부착된 콜드 플레이트(301)의 사시도를 도시하는데, 이것은 예를 들어 슬롯(305)들의 단부들에서 강자성 코어(307) 및 (예를 들어) 통공들(미도시)에 모두 부착된 장착 브래킷(1007)을 이용하여 콜드 플레이트(301)에 부착되고 개별의 슬롯(305)들을 통해 삽입된다. 도시된 예에서, 25 개의 강자성 코어(307)들이 있으며 이것은 콜드 플레이트(301)에 있는 슬롯(305)들의 대응하는 수를 통해 삽입된다. 장착 브래킷(1007)들은 스테인레스 스틸, PTFE 브래킷 및 유사한 것과 같은 그 어떤 적절한 재료 및/또는 그 어떤 적절한 비 강자성 재료일 수 있다.
도 10b 는 예를 들어 (도 10b 에서 오직 하나만이 도시된) 대향하는 긴 면들(1009)을 접합시키는 강자성 코어(307)의 짧은 대향 측들(1008)상에서, 2 개의 장착 브래킷(1007)들이 장착된 강자성 코어(307)의 사시도를 도시한다. 다시 도 10a 를 참조하면, 면들(1008)은 콜드 플레이트(301)에 장착될 때 일반적으로 이동 축(303)의 방향으로 위치되고, 강자성 코어(307)들 사이에 간극(308)을 형성한다; 따라서 강자성 코어(307)들이 콜드 플레이트(301)에 장착될 때 강자성 코어(307)들의 면들(1009)은 전체적으로 대략 서로 평행하다. 아마튜어 코일(321, 322)들은 일반적으로 짧은 측들(1008) 및 면들(1009) 둘레에 위치된다.
도 10b 를 참조하면, 강자성 코어(307)들은 대향하는 외측 표면(1010)들을 더 구비하는데, 이것은 강자성 코어(307)의 "상부" 및 "저부"를 형성할 수 있고 대향하는 짧은 측들(1008) 및 대향하는 면들(1009)에 접합된다. 외측 표면(1010)들은 채널 세그먼트(105)를 가진 개별의 간극(318)들을 형성한다.
도 10b 를 더 참조하면, 강자성 코어(307)는 예를 들어 대향하는 짧은 측들(1008) 사이에서, 대향하는 면들(1009)을 따라서 연장되는 선택적인 홈들(1011)을 더 구비할 수 있어서, 도 15 를 참조하여 아래에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 예를 들어 유지 장치(retention device, 399)의 슬롯 웨지(slot wedge)를 유지하는 메커니즘을 제공한다.
강자성 코어(307)는 와전류를 감소시키도록 라미네이션(lamination)될 수 있다. 예를 들어, 도 10c 는 강자성 코어(307)의 라미네이션 부분(1017)의 예를 도시하며, 이것은 실리콘 스틸, 코발트 스틸 및 유사한 것을 포함할 수 있고, 전기 절연 코팅 및 유사한 것으로 코팅될 수 있다. 라미네이션 부분(1017)은 스탬핑(stamping) 및/또는 그 어떤 다른 적절한 프로세스를 이용하여 형성될 수 있다. 복수개의 라미네이션 부분(1017)들은 예를 들어 라미네이션 부분(1017)들에 있는 통공(1018)들을 통해 연장된, 볼트 및/또는 핀들(미도시)을 이용하여, 강자성 코어(307)를 형성하도록 적층체(stack)로 함께 접합 및/또는 본딩될 수 있다. 라미네이션 부분(1017)에 있는 홈(1021)들의 위치도 표시되어 있는데, 복수개의 라미네이션 부분(1017)들이 접합될 때, 홈들(1011)을 형성한다; 따라서 강자성 코어(307)는 이동축(303)에 직각인 방향으로 라미네이션 될 수 있음이 이해된다.
도 11a, 11b, 11c 를 참조하면, 이것은 단계화된 아마튜어 코일(321, 322)의 세부 내용을 도시한다. 특히, 도 11a 는 강자성 코어(307) 및 아마튜어 코일(321, 322)들이 부착된 콜드 플레이트(301)의 사시도를 도시한다. 도 11a 에서 오직 아마튜어 코일(321)들이 도시되지만, 예를 들어 도 11a 에 도시된 것에 대향하는 측에서 아마튜어 코일(322)들도 콜드 플레이트(301)에 부착된다는 점이 이해된다. 예를 들어, 도 11a 는 콜드 플레이트(301)의 제 1 측(311)을 도시할 수 있고, 콜드 플레이트(301)의 제 2 측(312)은 도 11a 의 방위에서 제 1 측(311)의 "아래"이다.
실제로, 함께 고려하면, 도 9, 10a, 11a 는 이동 장치(111)의 적어도 일부를 조립하는 방법을 도시하는데, 이것은 예를 들어 도 9 내지 도 10a 에서와 같이 강자성 코어(307)들을 슬롯(305)들을 통해 삽입하고 강자성 코어(307)들을 장착 브래킷(1007)들을 통해 콜드 플레이트(301)에 부착하고, 도 10a 내지 도 11a 에서와 같이 단계화된 아마튜어 코일(321, 322)들을 강자성 코어(307) 둘레에 배치함으로써 이루어진다.
도 11b 는 단계화된 아마튜어 코일(321)의 "상부" 사시도를 도시하고, 도 11c 는 도 11b 의 단계화된 아마튜어 코일(321)의 "저부" 사시도를 도시한다; 단계화된 아마튜어 코일(322)은 도시되지 않았지만, 단계화된 아마튜어 코일(322)은 도 11b 및 11c 의 단계화된 아마튜어 코일(321)에 유사한 것으로 이해된다. "상부" 및 "저부"라는 용어는 도 11a 에 도시된 이동 장치(111)의 방위와 관련하여 사용되며, 단계화된 아마튜어 코일(321)들은 그 어떤 적절한 방위로도 제공될 수 있다는 점이 이해된다. 더욱이, 도 11c 에서 단계화된 아마튜어 코일(321)의 방위는 아래에 설명된 각이 형성된 부분들(angled portions)과 같은 특정의 특징들을 강조하도록 선택되었다.
이전에 설명된 바와 같이, 도 11b 및 도 11c 를 참조하면, 단계화된 아마튜어 코일(321)은 제 1 축(1111) 및 상기 제 1 축(1111)에 대하여 대략 직각인 제 2 축(1112)을 따라서 배치된 3 개의 단계부(325-1, 325-2, 325-3)를 포함한다. 단계화된 아마튜어 코일(321)이 콜드 플레이트(301)에 부착되고, 예를 들어 2 개의 강자성 코어(307)들을 둘러쌀 때, 제 1 축(1111)은 콜드 플레이트(301)의 이동 축(303)에 대략 직각이고, 제 2 축(1112)은 콜드 플레이트(301)의 이동 축(303)에 대략 평행하다.
도 11b 및 도 11c 에서 명백한 바로서, 제 1 단계부(325-1) 및 제 3 단계부(325-3)는 각각 유사한 길이이고, 제 1 축(1111)에 평행하게 연장된다. 그러나, 제 2 단계부(325-2)는 개별의 부분들(325-2-1, 325-2-2)을 포함하며, 이들은 개별의 각이 형성된 부분(1150)들을 통하여(도 11c 에서 가장 잘 도시됨), 그리고 제 2 축(1112)을 따라서, 단계화된 아마튜어 코일(321)의 대향하는 측들상의 제 1 단계부(325-1) 및 제 3 단계부(325-3) 각각에 접합된다.
더욱이, 단계부(325-1, 325-2, 325-3)들은 제 1 축(1111) 및 제 2 축(1112)에 직각인 제 3 축(1113)을 따라서 (도 11c 에 가장 잘 도시된 바와 같이) 서로로부터 오프셋됨으로써, 인접한 단계화된 아마튜어 코일(321)은 측방향으로 쌓일 수 있으며, 여기에서 제 3 단계부(325-3)는 인접한 단계화된 아마튜어 코일의 개별적인 제 2 단계부에 인접하고, 제 2 단계부(325-2)는 인접한 단계화된 아마튜어 코일의 개별적인 제 1 단계부에 인접하다. 그러한 구성은 이동 장치(111)에 아마튜어 코일(321, 322)의 콤팩트한 배치를 허용한다. 더욱이, 제 3 축(1112)은 단계화된 아마튜어 코일(321)이 그에 장착될 때 콜드 플레이트(301)에 대략 직각이다.
단계화된 아마튜어 코일(321)이 3 개의 단계부들로써 도시되지만, 단계화된 아마튜어 코일은 그 어떤 적절한 수의 단계부들이라도 구비할 수 있다. 특히, 단계화된 아마튜어 코일의 단계부들의 수는, 단계화된 아마튜어가 그 둘레에 배치될 수 있는 강자성 코어(307)들의 수 "N"과 1 을 더한 것에 대응할 수 있다 (예를 들어, "N+1" 이며, 여기에서 "N" 은 정수이다). 예를 들어, 단계화된 아마튜어 코일(321)은 2 개의 강자성 코어(307) 둘레에 있도록 구성되며, 따라서 단계화된 아마튜어 코일(321)은 3 개의 단계부(325)들을 구비한다.
그러나, 단계화된 아마튜어 코일은 하나의 강자성 코어(307) 둘레에 있도록 구성될 수 있고 2 개의 단계부들을 구비할 수 있으며, 예를 들어, 콜드 플레이트(301)에서 하나의 강자성 코어(307)의 제 1 면(1009)을 가로지르는 제 1 단계부 및, 외측 표면(1010)에서 (예를 들어 제 1 면(1009)에 대향하는) 하나의 강자성 코어(307)의 제 2 면(1009)을 가로지르는 제 2 단계부를 포함할 수 있다; 각이 형성된 부분들은 짧은 측들(1008)을 따라서 제 1 단계부 및 제 2 단계부를 접합할 수 있다.
유사하게, 단계화된 아마튜어 코일은 3 개의 강자성 코어(307) 둘레에 있도록 구성될 수 있고 4 개의 단계부들을 구비할 수 있으며, 예를 들어: 콜드 플레이트(301)에서 제 1 강자성 코어(307)의, 면(1009)을 가로지르는 제 1 단계부; 제 1 과 제 2 강자성 코어(307)들 사이 및, 제 2 와 제 3 강자성 코어(307)들 사이의 개별적인 간극(308)들에 있는 제 2 및 제 3 단계부들(예를 들어, 제 2 단계부(325-1)와 유사하게, 제 2 및 제 3 단계부들은 제 4 단계부 아마튜어 코일의 대향하는 측들상에 부분들을 포함한다); 및, 제 3 강자성 코어(307)의 외측 표면(1010)에서 제 3 강자성 코어(307)의 개별적인 면(1009)(예를 들어, 제 1 강자성 코어의 면(1009)에 대향됨)에 있는 제 4 단계부;를 포함할 수 있다. 제 1 의 각도가 형성된 부분들은 제 1 강자성 코어(307)의 짧은 측들(1008)을 따라서 제 1 단계부를 제 2 단계부에 접합시킬 수 있다; 제 2 의 각도가 형성된 부분들은 제 2 강자성 코어(307)의 짧은 측들(1008)을 따라서 제 2 단계부를 제 3 단계부에 접합시킬 수 있다; 제 3 의 각도가 형성된 부분들은 제 2 강자성 코어(307)의 짧은 측들(1008)을 따라서 제 3 단계부를 제 4 단계부에 접합시킬 수 있다.
실제로, 2 단계의 아마튜어 코일은 "집중된" 권선(예를 들어, 하나의 강자성 코어 둘레의 아마튜어 코일들을 가지는 것)을 위한 것일 수 있고, 3 단계의 아마튜어 코일은 "짧은 피치"의 권선(예를 들어, 2 개의 강자성 코어들 둘레의 아마튜어 코일들을 가지는 것)을 위한 것일 수 있고, 4 단계 아마튜어 코일은 "전체 피치(full pitch)" 권선(예를 들어, 3 개의 강자성 코어 둘레에 아마튜어 코일들을 가지는 것)을 위한 것일 수 있다.
단계화된 아마튜어 코일들은 위에서 강자성 코어(307)들의 "N+1"에 대응하는 단계들의 수와 관련하여 설명되지만, 단계화된 아마튜어 코일은 강자성 코어(307)들의 단계부들의 다른 수를 가질 수 있으며, N+2, N+3,...등을 가질 수 있지만 그것에 제한되지 않는다.
도시돤 바와 같이, 단계화된 아마튜어 코일(321)은 그 안에 있는 전기 루프에 연결되는 전기 리이드(electrical leads, 1180-1, 1180-2)를 포함함으로써, 아마튜어 콘트롤러(701)는 그에 연결될 수 있으며, 예를 들어 전기 리이드(1180-1, 1180-2)들은 전기 루프들의 대향하는 전기적인 단부들에 연결될 수 있다. 전기적인 리이드(electrical leads, 1180-1, 1180-2)들은 그 어떤 적절한 전기적인 리이드들 및/또는 버스바(busbar) 및/또는 도전성 부재들을 포함할 수 있으며, 이들은 여기에 설명된 바와 같이 단계화된 아마튜어 코일(321)을 전기적으로 연결하는데 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 전기적인 리이드(1180-1)는 대략 제 1 단계부(325-1)의 레벨에서, 제 1 축(1111)의 방향으로 단계화된 아마튜어 코일(321)의 측으로 연장되고, 전기적인 리이드(1180-2)는 대략 제 3 단계부(325-3)의 레벨에서 단계화된 아마튜어 코일(321)의 동일 측으로 연장된다. 따라서, 단계화된 아마튜어 코일(321)들이 강자성 코어(307) 둘레에 있을 때, 예를 들어 그 어떤 적절한 배선 구성(wiring scheme), 전기 연결체 등이라도 이용하여, 동일한 상(phase)의 다른 단계화된 아마튜어 코일(321)들에 전기적으로 연결 및/또는 접합될 수 있다. 그러한 전기적인 접합은 콜드 플레이트(301)의 길이를 따라서 발생될 수 있으며, 예를 들어 이동 축(303)을 따라서 발생될 수 있다.
도시되지 않았지만, 단계화된 아마튜어 코일(321)은 버스바(busbar) 및 유사한 것을 더 포함할 수 있고, 이것은 이동 축(303)을 따라서 전기 리이드(1180)로부터 연장될 수 있다. 버스바는 (예를 들어 볼트 및 유사한 것과 같은 그 어떤 적절한 패스너(fastener)라도 이용하여) 다른 단계화된 아마튜어 코일(321)의 전기 리이드(1180)에 전기적으로 연결될 수 있어서 예를 들어 도 7 에 도시된 바와 같이 아마튜어 코일(321, 322)들 사이에 전기적인 연결들의 적어도 일부를 형성한다.
단계화된 아마튜어 코일(321)은 그 어떤 적절한 방식으로도 제조될 수 있으며, 예를 들어, 적절하게 형상화된 블록 및/또는 형태 및/또는 (그것의 형상을 형성하는) 공구, 어닐링(annealing) 수지 및 이와 유사한 것을 사용한다. 전기 리이드(1180) 및/또는 버스바, 그리고 이와 유사한 것은 전기 루프를 형성하는 단계화된 아마튜어 코일(321)의 와이어 및 유사한 것에 브레이징(brazing)될 수 있고, 그리고/또는 솔더링(soldering)될 수 있고, 그리고 유사하게 이루어질 수 있다. 단계화된 아마튜어 코일(321)의 도전성 재료는 양극 산화 처리된 알루미늄 포일의 알루미늄 산화물과 같은 절연 코팅을 가질 수 있을지라도, 단계화된 아마튜어 코일(321)은 위에서 설명된 바와 같이, 폴리아미드 에나멜, 폴리아미드 테이프, 운모 테이프 등과 같은 절연 재료내에 감싸일 수 있다.
이제까지 설명된 예들은 단계화된 아마튜어 코일(321, 322)과 관련하여 설명되었지만, 그 어떤 적절한 구성의 아마튜어 코일들이라도 본 발명의 범위내에 속한다. 실제로, 도 11a 를 참조하면, 이동축(303)을 따른 제 1 의 2 개의 강자성 코어 및 마지막의 2 개의 강자성 코어(307)는 그것의 둘레에 하나의 개별적인 단계화된 아마튜어 코일(321)을 구비하는 반면에, 그러한 단계화된 아마튜어 코일(321)들은 평탄한 아마튜어 코일들을 포함하는 다른 기하 형상의 아마튜어 코일들에 의해 대체될 수 있으며, 그러나 그에 제한되지 않는다. 그러한 평탄한 아마튜어 코일들은 여기에서 설명된 이동 장치에서 단계화된 아마튜어 코일들 대신에 더 사용될 수 있다.
예를 들어, 다음에 도 12a 및 12b 를 참조하면, 이것은 채널 세그먼트(105) 및 이동 장치(1211)를 포함하는 HLSM(1200)을 도시하고, 이동 장치는 단계화되지 않은 아마튜어 코일(1221, 1222), 콜드 플레이트(301), 강자성 코어(307) 및, 이동 장치(1211)의 기하 형상에 적합화될 수 있는 적어도 하나의 필드 코일(330)을 구비한다. 도 12a 는 강자성 코어(307)들에 대한 아마튜어 코일(1221)의 구성을 도시하는 이동 장치(1211)의 일부에 대한 단면을 도시하고, 도 12b 는 강자성 코어(307)들에 대한 아마튜어 코일(1221)들의 사시도를 도시한다. 아마튜어 코일(1222)들의 사시도가 도시되어 있지 않지만, 예를 들어 도 12b 에 가장 잘 도시된 바와 같이, 아마튜어 코일(1221, 1222)들은 그 사이의 콜드 플레이트(301)에 대하여 서로의 거울 이미지로서 배치된다.
단계화된 아마튜어 코일(321, 322)들과는 대조적으로, 아마튜어 코일(1221, 1222)들은 평탄하고, 아마튜어 코일(1221)들의 층은 (그리고/또는 아마튜어 코일(1222)들의 층은), 예를 들어 콜드 플레이트(301)에 대하여(예를 들어 그에 대하여 대략 평행하게) 그리고/또는 강자성 코어(307)들에 대하여, 아마튜어 코일(1221)들의 서브레이어(sublayer)들로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 12a 및 도 12b 는 각각 아마튜어 코일(1221)들의 3 개의 서브레이어들의 단면도 및 사시도를 각각 도시하며, 각각의 서브레이어는 위에서 설명된 바와 같이 대응하는 상(corresponding phase)에서 작동된다. 도 12a 의 단면도는 도 12b 의 사시도의 길이를 통한다.
예를 들어, 제 1 서브레이어에 있는 아마튜어 코일(1221) 은 "A"로서 표시되어 이들이 "A" 상으로 작동될 수 있음을 나타내고, 제 2 서브레이어에 있는 아마튜어 코일(1221)은 "C"로 표시되어 이들이 "C" 상(phase)"으로 작동될 수 있음을 나타내고, 제 3 서브레이어에 있는 아마튜어 코일(1221)은 "B"로 표시되어 이들이 "B" 상으로 작동될 수 있음을 나타낸다. 아마튜어 코일(1222)은 상에 따라서 유사하게 표시된다. 또한 동일한 상의 상이한 아마튜어 코일(1221, 1222)들은 비교를 위하여 도 12a 및 12b 의 각각에서 A1, A2, A3 등으로 표시되어 있다. 예를 들어, 도 12a 에 도시된 아마튜어 코일(1221)들은 A1, A2, A3, B1, B2, C1, C2 으로 표시되고, 도 12a 에 도시된 아마튜어 코일(1222)들은 A4, A5, A6, B3, B4, C3, C4 으로 표시된다 (예를 들어, 3 개의 "A" 상 아마튜어 코일(1221, 1222)로서 표시되고, "B" 상 및 "C" 상 아마튜어 코일(1221, 1222)의 각각의 2 개는 도 12a 에서 도시되어 있다). 더욱이, 모든 아마튜어 코일(1221,1222)들이 표시되지 않았지만, 동일한 개별의 서브레이어에 있는 아마튜어 코일(1221)들은 동일한 상에서 작동되고, 동일한 개별의 서브레이어에 있는 아마튜어 코일(1222)들은 동일한 상에서 작동된다. 또한, 도시된 바와 같이, 아마튜어 코일(1222)들은 콜드 플레이트(301)에 대하여 아마튜어 코일(1221)들의 거울 이미지로 배치될 수 있다.
즉, 단면도로 볼 때, 동일한 상(phase)의 모든 아마튜어 코일(1221, 1222)들은 강자성 코어 표면(이러한 예에서 이것은 콜드 플레이트(301)로부터 가장 멀리 있는 강자성 코어(307)의 측부를 지칭할 수 있다)으로부터 동일한 거리에 있을 수 있도록, 그리고 상이한 상의 아마튜어 코일(1221, 1222)들은 (예를 들어, 콜드 플레이트(301)에 대하여) 강자성 코어 외측 표면으로부터 상이한 거리에 있을 수 있도록, 아마튜어 코일(1221, 1222)들은 서브레이어(sublayer)들로 배치될 수 있다. 제 1 서브레이어에 있는 제 1 아마튜어 코일(1221, 1222)의 일부는 제 2 서브레이어에 있는 제 2 아마튜어 코일(1221, 1222)의 일부와 겹쳐질 수 있으며, 이것은 결과적으로 짧은 극 피치(pole pitch)를 제공할 수 있다.
각각의 아마튜어 코일(1221)은 2 개의 인접한 강자성 코어(307) 둘레에 있고, 인접한 서브레이어들에 있는 아마튜어 코일(1221)들은 하나의 강자성 코어(307)에 의해 측방향으로 오프셋되어, 이것은 결과적으로 상이한 상들을 가진 2 개의 아마튜어 코일(1221)들이 강자성 코어(307) 둘레에 있게 된다. 그러한 배치는 2/3 의 짧은 피치를 가진 3 층 인테저 권선(three-layer integer winding)으로서 지칭될 수 있다; 아마튜어 코일(1221)들은 단계화된 아마튜어 코일(321, 322)들보다 용이하게 만들어질 수 있지만, 아마튜어 코일(1221)들은 예를 들어 극 쌍(pole pairs)을 발생시키는 것과 같이 이동 장치에서 전기적으로 작동하기에 더 곤란(challenging)할 수 있으며, 왜냐하면 다양한 전기적인 상(phase)들이 상이한 레벨들로 있어서, 이것은 단계화된 아마튜어 코일(321, 322)들을 위한 구동 전압들에 비하여 복잡 및/또는 비대칭적인 구동 전압으로 이어질 수 있기 때문이다.
다른 예에서, 콜드 플레이트는 아마튜어 코일(1221)들의 층 및/또는 아마튜어 코일(1222)들의 층에 포함될 수 있다. 예를 들어 그러한 콜드 플레이트는 아마튜어 코일(1221)들의 인접한 서브레이어들 사이에 있을 수 있고, 그리고/또는 그러한 콜드 플레이트는 아마튜어 코일(1222)들의 인접한 서브레이어들 사이에 있을 수 있다. 그러한 콜드 플레이트가 콜드 플레이트(301)와 유사한 기하 형상을 가지고 따라서 강자성 코어(307)들이 연장되는 슬롯(305)을 구비하는지에 관계 없이; 그러한 콜드 플레이트는 콜드 플레이트(301)를 대체할 수 있고 그리고/또는 콜드 플레이트(301)에 더해질 수 있다.
아마튜어 코일들의 다른 구성은 본 발명의 범위에 속한다. 예를 들어, 도 13a 및 도 13b 를 참조하면, 이것은 이동 장치(1311)의 일부에 대한 단면도 및 평면도(또는 저면도)를 각각 도시하는데, 상기 이동 장치는 콜드 플레이트(301)(예를 들어, 이동 장치(1311)의 기하 형상 및/또는 작동에 적합화됨), 적어도 하나의 필드 코일(330), 강자성 코어(1307) 및, 집중 권선(concentrated winding, CW)) 및/또는 부분 슬롯 집중 권선(fractional slot concentrated windings, FSCW))을 구비하는 아마튜어 코일(1321)들을 구비한다. 강자성 코어(1307)들은 CW 아마튜어 코일(1321)에 대하여 적합화된 강자성 코어(307)들에 유사하여, 강자성 코어(1307)들은 대향하는 외측 표면들에서 더 넓고 CW 아마튜어 코일(1321)들이 위치하는 곳에서 협소하다. 도 13a 의 단면도는 도 13b 의 평면도의 길이를 통한 것이다.
도 13a 에 도시된 바와 같이, CW 아마튜어 코일(1321)은 하나의 강자성 코어(1307) 둘레에 위치될 수 있고, 인접한 CW 아마튜어 코일(1321)들은 이전에 사용된 표시에 유사하게, 예를 들어 CW 아마튜어 코일(1311)에서의 "A", "B" 또는 "C" 에 의해 지시된 바와 같이, 상이한 전기적인 상들에 따라서 구동된다.
즉, 본 발명의 일부 예에서, 아마튜어 권선 및/또는 아마튜어 코일들은 집중 권선 및/또는 부분 슬롯 집중 권선으로서 구성될 수 있으되, 집중 권선(concentrated winding)들은 회전자/이동 장치의 길이를 따라서 위치된 강자성 코어들 전체를 통해 분포된다.
그러한 CW 아마튜어 코일(1321)들은 (예를 들어 단계화된 아마튜어 코일(321, 322)들과 비교하여) 높은 전력 밀도 및/또는 높은 효율 및/또는 짧은 단부 권선들(short end windings) 및/또는 우수한 플럭스 약화 성능(flux weakening capability) 및/또는 용이한 제조 성능 및/또는 치밀한 패키지 능력(tight packaging) 및/또는 단부 권선들의 용이한 냉각 성능을 제공할 수 있다. 그러나, 그러한 CW 아마튜어 코일(1321)들은 단계화된 아마튜어 코일(321, 322)들에 비교하여 에어갭 플럭스 밀도(airgap flux density) 및 백 EMF(back EMF)에서의 높은 조화 함량(harmonic content) 및/또는 높은 트랙 손실(track losses)을 가질 수 있다. 더욱이, 그것의 구동 전압은 단계화된 아마튜어 코일(321, 322)에서 사용된 것보다 더욱 복잡할 수 있다.
다른 예에서 이동 장치(111)는 다이아몬드 형상 아마튜어 코일들을 구비하도록 적합화될 수 있다. 예를 들어, 도 14a 및 도 14b 를 참조하면, 이것은 이동 장치(1411), (예를 들어 이동 장치(1411)의 기하 형상에 적합화된) 적어도 하나의 필드 코일(330), 강자성 코어(1407) 및 다이아몬드 형상의 아마튜어 코일(1421)의 단면도 및 사시도를 도시한다. 강자성 코어(1407)들은 강자성 코어(307)들과 유사할 수 있지만 이동 장치(1411)의 기하 형상에 적합화된다. 도 14a 의 단면도는 도 14b 의 사시도의 길이를 통한다.
도 14a 에 가장 잘 도시된 바로서, 이것은 다이아몬드 아마튜어 코일(1421) 및 강자성 코어(1407)의 단면도를 도시하며, 다이아몬드 코일(1421)은 3 개의 강자성 코어(1407)들 둘레에 위치될 수 있고, 다이아몬드 아마튜어 코일(1421)은 이전에 사용된 표시와 유사한, 다이아몬드 아마튜어 코일(1411)에서의 "A", "B" 또는 "C"로 지시된 바와 같이, 상이한 전기 상(phase)들에 따라서 구동된다. 동일한 상의 상이한 다이아몬드 아마튜어 코일(1421)들은 도 12a 에 유사하게, "A1", "A2" 등의 표시를 사용하여 지시된다. 도시된 바와 같이 다이아몬드 아마튜어 코일(1421)은 3 개의 강자성 코어(1407) 둘레에 위치(예를 들어, "전체 피치(full pitch)")되는 반면에, 다이아몬드 아마튜어 코일은 2 개의 강자성 코어(1407) 둘레에 위치되도록 (예를 들어, "짧은 피치") 적합화될 수 있다.
도 14a 에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 다이아몬드 아마튜어 코일(1421)들은 강자성 코어(1407)들의 외측 표면(1410)들에서 이들이 서로로부터 오프셋되고 부분적으로 쌓일 수 있는 기하 형상을 가진다. 예를 들어, "C" 상(phase)의 다이아몬드 아마튜어 코일(1421) "C2" 는 하나의 외측 표면(1410)에서 3 개의 강자성 코어(1407) 둘레에 있을 수 있으되, 다음의 다이아몬드 아마튜어 코일(1421) "B2" (예를 들어, 도 14a 에서 "C2" 의 우측)는 동일한 외측 표면(1410)에서 다이아몬드 아마튜어 코일(1421) "C2" 상에 쌓이고, 하나의 강자성 코어(1407)에 의해 오프셋된다. 다이아몬드 아마튜어 코일(1421)들은 또한 도 14b 에서 가장 잘 도시된 바와 같이 단계 구조를 가짐으로써, 강자성 코어(1407)들 사이의 개별 간극들에 위치하는 아마튜어 코일(1421)의 대향하는 측들(예를 들어, 단계부들)은 각도가 이루어진 굽힘 부분(1450)에 의해 접합되며, 각도가 이루어진 굽힘 부분은 아마튜어 코일(1421)의 측부들로부터 실질적으로 외측으로 연장된다. 더욱이, 인접한 강자성 코어(1407)들 사이에 주어진 간극은 2 개 다이아몬드 아마튜어 코일(1421)들의 쌓여진 단계부(stacked steps)들을 포함할 수 있는데, 이것은 동일한 상에서 작동될 수 있다 (예를 들어, "C2" 및 "C3" 로 표시된 다이아몬드 아마튜어 코일(1421)들의 부분들은 동일한 간극에 있다). 다이아몬드 아마튜어 코일(1421)들의 유사한 세트가 대향하는 외측 표면(1410)에 있으되, 다이아몬드 아마튜어 코일(1421)들은 상(phase)에 따라서 강자성 코어(1407)들을 따라 정렬된다. 필드 코일(330)은 대향하는 표면(1410)들에서 다이아몬드 아마튜어 코일(1421)들의 각도가 형성된 굽힘 부분들(1450) 사이에 위치될 수 있다. 그러한 다이아몬드 아마튜어 코일(1421)들은 우수한 전기 특성을 제공할 수 있는 반면에, 이들은 지금까지 설명된 아마튜어 코일들(예를 들어, 단계화된 아마튜어 코일들(321, 322))과 같이 콤팩트하지 않으며 (예를 들어 도 14a 또는 14b 에 도시되지 않은) 콜드 플레이트와 통합되기에 곤란하다.
다음에 도 15 를 참조하면, 이것은 이동 장치의 일부에 대한 측부 사시도를 도시하며, 상기 이동 장치(111)는 콜드 플레이트(301), 강자성 코어(307), 아마튜어 코일(321) 및, 유지 장치(retention device,399)를 구비한다. 도 15 에서 필드 코일(330)들은 필드 코일들 안의 구성 요소들을 나타내도록 제거되었다. 도 15 는 강자성 코어(307), 아마튜어 코일(321) 및 유지 장치(399)를 구비하는 영역(1501)의 단면(1503)을 더 도시한다.
상세하게는, 단면(1503)은, 유지 장치(399)가 예를 들어 인접한 강자성 코어(307)들의 개별적인 홈(1011)을 통하여 인접한 강자성 코어(307)들 사이의 간극(308)에 유지된, 슬롯 쐐기부(399-1)를 포함할 수 있음을 나타낸다. 일부 예에서, 슬롯 쐐기부(399-1)는 자기적으로 충만된 유리 섬유 물질(magnetically impregnated fiberglass material)을 포함하는 강자성 재료를 포함할 수 있되, 그것에 제한되는 것은 아니며, 이는 HLSM(200)에서의 힘 리플(force ripple)을 감소시키는데 도움이 될 수 있다. 슬롯 쐐기부(399-1)는 예를 들어 리플 스프링(ripple spring, 159-2)을 더 사용하여 간극(308) 안의 아마튜어 코일(321)들에 대하여 압력을 가할 수 있는데, 리플 스프링은 아마튜어 코일(321)들에 대하여 슬롯 쐐기부(399-1)에 의해 압축될 수 있고, 다시 콜드 플레이트(301)를 향하여 압축되고, 위에서 설명된 바와 같이 아마튜어 코일(321)로부터 열을 제거 및/또는 유인할 수 있다 (즉, 아마튜어 코일(321)을 냉각시킨다).
아마튜어 코일(321)들 사이의 영역들은 적어도 부분적으로 적어도 하나의 스페이서 블록(1599)으로써 채워질 수 있다. 스페이서 블록(1599)은 열적으로 전도성이 있는 플라스틱 및 유사한 것을 포함할 수 있으며, 인젝션 몰딩 및/또는 그 어떤 다른 적절한 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 그러한 스페이서 블록(1599)은 콜드 플레이트(301)에 인접하지 않은 간극(308)에 있는 아마튜어 코일(321)의 단부와, 콜드 플레이트(301)에 인접한 간극(308)에 있는 개별적인 아마튜어 코일(321)의 개별적인 단부 사이의 열 전도를 향상시킬 수 있다. 즉, 이동 장치(111)는 강자성 코어(307)들 사이 및 강자성 코어(307)들 둘레에 위치된 개별의 아마튜어 코일(321)들 사이에 하나 이상의 스페이서 블록(1599)을 더 포함할 수 있다; 하나 이상의 스페이서 블록(1599)들은 하나 이상의 강자성 코어(307)들 및 개별적인 아마튜어 코일(321)들로부터의 열을 콜드 플레이트(301)로 전도시키도록 구성될 수 있다.
유지 장치(399) 및 스페이서 블록(1599)의 기능성은 아마튜어 코일(321)들과 관련하여 설명되지만, 그러한 유지 장치(399)들 및 스페이서 블록(1599)들은 유사하게 아마튜어 코일(322)들과 통합될 수 있고 그리고/또는 그 어떤 다른 적절한 아마튜어 코일들 및/또는 여기에 설명된 이동 장치들과 통합될 수 있다.
다음에 도 16 을 참조하면, 이것은 이동 장치(111)를 조립된 상태로 도시한다. 도 9,10a, 11a, 3 및 16 을 함께 고려하면, 이들은 이동 장치(111)의 조립 방법을 도시한다 (예를 들어, 도 3 은 도 11a 와 유사하지만 도 16 에 도시된 이동 장치(111)의 최종 조립 이전에 이동 장치(111)에 부착된 필드 코일(330)을 도시한다).
특히, 이동 장치(111)는 콜드 플레이트(301), 강자성 코어(307), 제 1 아마튜어 코일(321), 제 2 아마튜어 코일(322) 및 적어도 하나의 필드 코일(330)중 하나 이상의 적어도 일 부분을 엔캡슐레이션(encapsulationi)하는 전기 절연 재료(1601)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 16 에서, 콜드 플레이트(301), 강자성 코어(307), 제 1 아마튜어 코일(321), 제 2 아마튜어 코일(322) 및 적어도 하나의 필드 코일(330)의 적어도 일 부분은 전기적으로 절연 재료(1601)를 이용하여 엔캡슐레이션되었다. 전기 절연 재료(1601)는 진공 양립(vacuum-compatible)적일 수 있는 전기 절연 재료 및/또는 재료들의 조합을 포함할 수 있다; 전기 절연 재료(1601)는 에폭시, 수지 및 유사한 것을 포함할 수 있지만 그에 제한되지 않으며, 연성 재료 및/또는 경성 재료를 포함할 수 있다. 이동 장치(111)는 그 어떤 적절한 기술을 이용하여 엔캡슐레이션될 수 있으며, 이것은 글로벌 진공 압력 충만(global vacuum pressure impregnation (VPI)), 진공 캐스팅(vacuum casting), 자동 압력 젤라이션(auto pressure gelation (APG)) 및 유사한 것을 포함하지만 그에 제한되지 않는다.
이동 장치(111)는 도전성 코팅 및/또는 차폐(shielding) 및/또는 물질 및/또는 반 도전성 코팅 및/또는 차폐 및/또는 물질(1602)로 적어도 부분적으로 코팅 및/또는 페인팅될 수 있어서 이동 장치(111)의 전기장을 포함하는데 도움이 되며, 예를 들어 이동 장치(111)에서 플라즈마의 발생 및/또는 전기 방전을 감소시킨다.
도시된 바와 같이,이동 장치(111)는 콜드 플레이트(301)의 가장자리를 따라서 연장되는 강화 부재(1603)를 구비할 수 있다. 도시된 바와 같이 강화 부재(1603)는 (예를 들어 단면에서) C 형상이지만, 강화 부재(1603)는 그 어떤 적절한 형상일 수 있으며, I 형상, L 형상 및 유사한 형상을 포함하지만 그에 제한되지 않는다. 강화 부재(1603)는 단단한 재료를 포함할 수 있으며, 상기 단단한 재료는 스테인레스 스틸과 유사한 것을 포함하지만 그에 제한되지 않는다.
더욱이, 도시된 바와 같이 강화 부재(1603)는 전기 절연 재료(1601)의 외부에 있지만, 강화 부재(1603)는 전기 절연 재료(1601)의 내부에 있을 수 있고 그리고/또는 이동 장치(111)의 내부에 있을 수 있다; 실제로, 강화 부재(1603)는 그 어떤 적절한 위치에 있을 수 있다. 강화 부재(1603)는 전기 절연 재료(1601)에 의해 엔캡슐레이션될 수 있고, 전기 절연 재료(1601)에 의해 부분적으로 엔캡슐레이션될 수 있고 그리고/또는 전기 절연 재료(1601)의 외부에 있을 수 있다. 강화 부재(1603)는 일부 예에서 자기 플럭스 및/또는 전기 전류를 도전시키는 이동 장치(111)의 구성 요소들로부터 전기 절연될 수 있다.
더욱이, 도시된 바와 같이 슬롯(305)들로부터의 슬릿(920)들이 연장되는 콜드 플레이트(301)의 가장자리를 따라서 강화 부재(1603)가 있지만, 강화 부재(1603)는 콜드 플레이트(301)의 그 어떤 적절한 가장자리를 따를 수 있다. 즉, 강화 부재(1603)가 그것을 따라서 연장되는 콜드 플레이트(301)의 가장자리는 위에서 설명된 바와 같이 와전류를 감소시키도록 구성된 슬릿(920)들을 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 16 을 도 9 와 비교하면, 강화 부재(1603)는 슬릿(920)들을 구비하는 콜드 플레이트(301)의 가장자리를 따라서 연장된다는 점은 명백하다. 예를 들어, 그러한 슬릿(920)들은 와전류를 감소시키는데 유용할 수 있지만, 상기 슬릿(920)들은 이동 장치(111)의 구조적인 지지를 감소시킬 수도 있다. 따라서 강화 부재(1603)는 스테인레스 스틸, 알루미늄, 복합재 및 이와 유사한 것과 같은 그 어떤 적절한 단단한 재료 및/또는 강인성 있는 재료(stiff material)라도 포함할 수 있으며, 이들은 이동 장치(111)를 위하여 추가적인 구조적 지지 및/또는 강화 및/또는 강인성(stiffness)을 제공하도록 사용될 수 있다. 그러한 강화 부재(1603)는 대안으로서 강인성 부재(stiffening member) 및 이와 유사한 것으로서 지칭될 수 있다. 강화 부재(1603)의 재료는 또한 비 자성(non-magnetic)이다. 강화 부재(1603)의 재료는 또한 도전성일 수 있거나 또는 비 도전성일 수 있다. 강화 부재(1603)는 콜드 플레이트(301) 및/또는 콜드 플레이트(301)의 "치(teeth)"로부터 전기 절연될 수 있으며, 상기 치는 강화 부재(1603)가 그것을 따라서 연장될 수 있는 콜드 플레이트(301)의 가장자리에서 슬릿(920)들에 의해 형성된다.
도시된 바와 같이, 조립된 이동 장치(111)는 하나 이상의 부착 유닛(1605)을 구비하는데, 이것은 브라켓 및 벽과 유사한 것을 포함하지만 그에 제한되지 않으며, 이것은 조립된 이동 장치(111)를 페이로드(107)에 (예를 들어 볼트, 핀 및 유사한 것을 이용하여) 부착하도록 이루어질 수 있다. 도시된 바와 같이, 부착 유닛(1605)들은 브라켓(미도시)으로부터 연장될 수 있는 벽들을 구비하며, 이것은 이동 장치(111)를 위한 추가적인 구조적 완전성을 제공할 수 있다. 부착 유닛(1605)들은 이동 장치를 페이로드에 연결하고, 추가적인 강인성(stiffness) 및/또는 강화를 위하여 강화 부재(1603)에 부착될 수 있다. 도시되지 않았지만, 부착 유닛(1605)들의 부착 브라킷들은 강화 부재(1603)에 대향하는 이동 장치(111)의 가장자리에 위치될 수 있다; 따라서, 슬릿(920)들은 페이로드(107)에 대향하는 가장자리에 있을 수 있으며, 이동 장치(111)가 HLSM(200)과 작동중일 때 채널 세그먼트(105)에 위치될 수 있다.
여기에 설명된 바와 같이 트랙(track,103)은 일반적으로 이격된 채널 세그먼트(105)들을 통해서 자기적인 철극성(magnetic saliency)을 위하여 구성된다. 그러나, 그러한 철극성(saliency)은 트랙(103)의 다른 구성들에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 다음에 도 17 을 참조하면, 이것은 신장된 C 형상 채널(1705)의 예를 도시하며, 상기 채널은 교번하는 높이의 공기 간극(airgap, 1706, 1707)들을 구비하여 자기적인 철극성을 C 형상 채널(1705)에 제공한다. 따라서 이동 장치(111)는 채널 세그먼트(105)와 관련하여 설명된 것과 유사하게 C 형상 채널(1705)과 상호 작용할 수 있다.
다른 대안들은 본 발명의 범위내에 있다. 예를 들어, 시스템(100)은 무선 충전 시스템 및/또는 무선 충전 장치들을 구비하도록 적합화될 수 있으며, 이것은 예를 들어 인덕션(induction)을 이용하여 이동 장치(111)의 배터리를 충전시키도록 이용될 수 있다. 그러한 무선 충전 장치들은 그 어떤 적절한 위치에서도 트랙(103)을 따라서 장착될 수 있고 그리고/또는 채널 세그먼트(105)에 포함될 수 있다. 그러한 무선 충전 장치들은 충전을 제공하도록 트랙(103)에 권선 및/또는 코일을 구비할 수 있다. 이러한 예에서, 이동 장치(111) 및/또는 페이로드(107)는 필드 코일(330) 및 아마튜어 코일(321,322)에 전력을 제공하도록 사용된 배터리를 충전시키는 무선 충전 장치들과 상호 작용하는 무선 충전 시스템을 구비하도록 적합화될 수 있다. 즉, 상기 무선 충전이 포함되는, 고정자/트랙(103)을 따른 회전자/이동 장치(111)의 추진이 제공될 수 있다. 실제로, 이동 장치(111)를 추진하도록 전자기 필드를 사용하는 것은 인덕터에 기초한 충전(inductor based charging)으로 용이하게 이행할 수 있게 하여, 회전자가 고정자를 따라서 움직일 때 배터리를 구비하는 페이로드(107)와 같은 차량이 충전될 수 있게 한다.
여기에 제공된 것은 수송 시스템과 사용될 수 있는 동극 선형 동기화 장치(homopolar linear synchronous machines)이다. 여기에 설명된 이동 장치들은 일반적으로 요크(yoke)를 포함하지 않고 아이언 백플레인(iron backplanes) 등을 구비하지 않으며, 이것은 요크 및/또는 아이언 백플레인을 구비하는 이동 장치들과 비교하여 중량을 감소시킬 수 있다. 더욱이, 강자성 코어들의 삽입을 위해서 콜드 플레이트로부터 재료를 제거하는 것은 이동 장치의 중량을 더욱 감소시킬 수 있다. 실제로, 동극 선형 동기화 장치에 의해 추진되는 페이로드(payloads)를 부양시킬 때 동극 선형 동기화 장치들에 있는 이동 장치들의 중량을 감소시키는 것은, 그러한 프로세스에서 동력의 사용을 감소시키도록, 중요할 수 있다. 더욱이, 짧은 피치의 아마튜어 코일 및/또는 단계화된 아마튜어 코일들의 사용과, 콜드 플레이트를 통한 강자성 코어들의 삽입은 동극 선형 동기화 장치의 콤팩트한 이동 장치를 제공할 수 있다.
본 명세서에서, 요소들은 하나 이상의 기능들을 수행하도록 "구성되는" 것으로 설명될 수 있거나 또는 그러한 기능들을 위해 "구성된" 것으로 설명될 수 있다. 일반적으로, 기능의 수행을 위하여 구성되거나 또는 기능을 수행하도록 구성된 요소는 기능을 수행할 수 있거나 또는 기능을 수행하기에 적절하거나,또는 기능을 수행하도록 적합화되거나, 또는 기능을 수행하도록 작동될 수 있거나, 또는 기능을 수행할 수 있다.
본 명세서의 목적을 위해서, "X, Y, Z 중 적어도 하나" 및 X, Y, Z 중 하나 이상"은 오직 X, 오직 Y, 오직 Z 로서 해석되거나 또는 2 개 이상의 X, Y, Z 의 그 어떤 조합(예를 들어, XYZ, XY, YZ, XZ 및 유사한 조합)으로서 해석된다는 점이 이해된다. 유사한 논리가 "적어도 하나..." 및 "하나 이상의..."의 기재에서 2 개의 상의 품목들에 대하여 적용될 수 있다.
"대략", "실질적으로", "필수적으로", "거의" 및 유사한 용어는 예를 들어 당업자가 이해하는 바로서 "인접한"으로서 정의된다. 일부 예에서, 용어들은 "10 % 이내" 인 것으로 이해되고, 다른 예에서 "5 % 이내" 인 것으로 이해되고, 다른 예에서 "1 % 이내" 인 것으로 이해되며, 다른 예에서 "0.5 % 이내" 인 것으로 이해된다.
당업자가 이해하는 바로서, 일부 예에서, 여기에 설명된 장치 및/또는 방법 및/또는 프로세스의 기능은 미리 프로그램된 하드웨어 또는 펌웨어 요소들(예를 들어, application specific integrated circuits (ASICs)), 전기적으로 소거 가능한 프로그래머블 리이드 온리 메모리(EEPROMs, 등) 또는 다른 관련 구성 요소들을 이용하여 수행될 수 있다. 다른 예에서, 여기에 설명된 장치 및/또는 방법 및/또는 프로세스의 기능은 전산 장치의 작동을 위한 컴퓨터 리더블 프로그램 코드(computer-readable program code)를 저장하는 코드 메모리(미도시)에 접근하는 전산 장치(computing apparatus)를 사용하여 달성될 수 있다. 컴퓨터 리더블 프로그램 코드는 구성 요소들(예를 들어, 제거 가능한 디스켓, CD-ROM, ROM, 고정 디스크, USB 드라이브)에 의해 직접적으로 읽을 수 있고, 감지할 수 있고, 고정된 컴퓨터 리더블 저장 매체(computer readable storage medium)에 저장될 수 있다. 더욱이, 컴퓨터 리더블 프로그램은 컴퓨터 사용 가능 매체(computer usable medium)를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 저장될 수 있음이 이해된다. 또한, 퍼시스턴트 저장 장치(persistent storage device)는 컴퓨터 리더블 프로그램 코드를 포함할 수 있다. 또한 컴퓨터 리더블 프로그램 코드 및/또는 컴퓨터 사용 가능 매체는 일시적이지 않은 컴퓨터 리더블 프로그램 코드(non-transitory computer-readable program code) 및/또는 일시적이지 않은 컴퓨터 사용 가능 매체를 포함할 수 있다. 대안으로서, 컴퓨터 리더블 프로그램 코드는 원격으로 저장될 수 있지만 송신 매체에 걸쳐서 네크워크(제한 없이, Internet 을 포함한다)에 연결된 다른 인터페이스 장치 또는 모뎀을 통하여 상기 구성 요소들에 송신될 수 있다. 송신 매체는 비 이동 매체(예를 들어 광학적 및/또는 디지털 및/또는 아날로그 통신 라인) 또는 이동 매체(예를 들어,마이크로웨이브, 적외선, 프리 스페이스(free-space) 광학 또는 다른 송신 스킴(transmission scheme)) 또는 이들의 조합일 수 있다.
당업자는 더 이상의 대안의 예와 가능한 개량이 있다는 점을 이해할 것이며, 상기 예들은 오직 하나 이상의 예들에 대한 예시일 뿐이라는 점을 이해할 것이다. 따라서 첨부된 청구항들에 의해서만 청구 범위가 제한된다.
100. 시스템 101. 벽
111. 이동 장치 107. 페이로드
200. HLSM 201. 중공 부분
111. 이동 장치 107. 페이로드
200. HLSM 201. 중공 부분
Claims (20)
- 이동 축 (movement axis); 및 상기 이동 축을 따라서 배치된 슬롯들;을 포함하는 콜드 플레이트(cold plate);
상기 슬롯들을 통해 연장되는 강자성 코어들;
상기 콜드 플레이트의 제 1 측에서 상기 강자성 코어들 둘레에 위치하는 제 1 아마튜어 코일들;
상기 콜드 플레이트의 제 1 측에 대향하는 콜드 플레이트의 제 2 측에서 강자성 코어들의 둘레에 위치하는 제 2 아마튜어 코일들; 및,
제 1 아마튜어 코일들 및 제 2 아마튜어 코일들중 하나 이상의 둘레에 있는 적어도 하나의 필드 코일(filed coil);을 포함하는, 이동 장치. - 제 1 항에 있어서, 제 1 아마튜어 코일들 및 제 2 아마튜어 코일들은 그 사이에 있는 콜드 플레이트에 대하여 서로 실질적으로 대칭적인, 이동 장치.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 아마튜어 코일들 및 제 2 아마튜어 코일들은 단계화된 아마튜어 코일들(stepped armature coils)을 포함하고, 상기 단계화된 아마튜어 코일들은 2 개의 개별적인 강자성 코어들 둘레에 위치하되, 인접한 단계화된 아마튜어 코일들은 하나의 개별적인 강자성 코어에 의해 오프셋(offset)되고, 인접한 단계화된 아마튜어 코일들의 단계부들은 서로 쌓이는(stacking), 이동 장치.
- 제 3 항에 있어서, 주어진 강자성 코어는 2 개의 단계화된 아마튜어 코일들이 둘레에 위치되고, 2 개의 단계화된 아마튜어 코일들 각각은 서로로부터 오프셋되고 2 개의 개별적인 강자성 코어들 둘레에 위치하고, 2 개의 단계화된 아마튜어 코일들은 상이한 개별적인 상(phase)에서 작동하도록 구성되는, 이동 장치.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 아마튜어 코일들 및 제 2 아마튜어 코일들은 상기 제 1 아마튜어 코일들 및 상기 제 2 아마튜어 코일들을 다중-상 전기 장치(multi-phase electrical device)로서 제어하도록 구성된 적어도 하나의 아마튜어 콘트롤러(armature controller)와 통신함으로써, 제 1 아마튜어 코일들, 제 2 아마튜어 코일들 및 강자성 코어들은 적어도 하나의 자기 극 쌍(magnetic pole pair)을 형성하도록 제어되는, 이동 장치.
- 제 5 항에 있어서, 적어도 하나의 아마튜어 콘트롤러는 위치 센서와 통신하되, 상기 위치 센서는 적어도 하나의 자기 극 쌍의 개별적인 위치를 제어하도록 사용된 위치를 판단하게끔 구성되는, 이동 장치.
- 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 필드 코일은 적어도 하나의 필드 코일 콘트롤러(field coil controller)와 소통하되, 상기 필드 코일 콘트롤러는 콜드 플레이트의 이동 축에 대략 직각인 자기 플럭스의 루프(loop of magnetic flux)를 형성하도록 적어도 하나의 필드 코일을 제어하게끔 구성되는, 이동 장치.
- 제 1 항에 있어서, 강자성 코어들 사이에 제 1 아마튜어 코일들 및 제 2 아마튜어 코일들을 유지하도록 구성된 적어도 하나의 유지 장치(retention device)를 더 포함하는, 이동 장치.
- 제 8 항에 있어서, 적어도 하나의 유지 장치는 슬롯 쐐기부(slot wedge) 및 리플 스프링(ripple spring) 중 하나 이상을 구비하는, 이동 장치.
- 제 1 항에 있어서, 콜드 플레이트를 구비하는, 복수개의 콜드 플레이트들과, 제 1 아마튜어 코일들 및 제 2 아마튜어 코일들을 구비하는, 복수개의 아마튜어 코일들을 더 포함하고, 상기 복수개의 콜드 플레이트들 및 상기 복수개의 아마튜어 코일들은, 주어진 콜드 플레이트가 한쌍의 아마튜어 코일들 사이에 있도록 구성되는, 이동 장치.
- 제 1 항에 있어서, 강자성 코어들 사이 및 상기 강자성 코어들 둘레에 위치하는 개별의 아마튜어 코일들 사이에 하나 이상의 스페이서 블록들을 더 포함하고, 하나 이상의 스페이서 블록들은 강자성 코어들 및 개별의 아마튜어 코일들중 하나 이상으로부터 콜드 플레이트로 열을 전도시키도록 구성되는, 이동 장치.
- 제 1 항에 있어서, 강자성 코어들의 대략 동등한 부분들은 콜드 플레이트의 제 1 측 및 제 2 측 각각에 위치하는, 이동 장치.
- 제 1 항에 있어서, 콜드 플레이트는 비 강자성 재료(non-ferromagnetic material)를 더 포함하는, 이동 장치.
- 제 1 항에 있어서, 콜드 플레이트는, 콜드 플레이트에 있는 도전성 경로들의 차단; 및 콜드 플레이트에서 와전류의 감소중 하나 이상을 수행하도록 구성된 슬릿(slits)들을 더 포함하는, 이동 장치.
- 제 1 항에 있어서, 콜드 플레이트는 냉각 채널들을 구비하는, 이동 장치.
- 제 1 항에 있어서, 콜드 플레이트, 강자성 코어들, 제 1 아마튜어 코일들, 제 2 아마튜어 코일들 및 적어도 하나의 필드 코일중 하나 이상의 적어도 일 부분을 엔캡슐레이션(encapsulation)하는 전기 절연 재료를 더 포함하는, 이동 장치.
- 제 16 항에 있어서, 전기 절연 재료의 적어도 일 부분은 도전성 재료 및 반 도전성 재료(semi-conductive material)중 하나 이상에 의해 코팅되는, 이동 장치.
- 제 1 항에 있어서, 콜드 플레이트의 가장자리를 따라서 연장되는 강화 부재를 더 포함하는, 이동 장치.
- 제 18 항에 있어서, 강화 부재가 연장되는 콜드 플레이트의 가장자리는 와전류를 감소시키도록 구성된 슬릿(slit)들을 구비하는, 이동 장치.
- 제 1 항에 있어서, 이동 장치를 페이로드(payload)에 부착시키도록 구성된 하나 이상의 부착 유닛(attachment unit)들을 더 포함하는, 이동 장치.
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