KR20220061860A - 전기 기계의 자석 - Google Patents

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훌리오 세자르 우레스티
미카일 아파네조프
라벤토스 네우스 갈레스
로스 할
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제너럴 일렉트릭 레노바블레스 에스빠냐 에스.엘.유.
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Abstract

본 발명은 제 1 유형의 영구 자석 및 제 2 유형의 영구 자석을 포함하는 전기 기계용 회전자에 관한 것으로, 제 1 유형의 영구 자석과 제 2 유형의 영구 자석이 동일한 자기 강도를 가지며, 제 1 유형의 영구 자석이 제 1 온도 등급을 가지며 제 2 유형의 영구 자석이 제 1 온도 등급과는 상이한 제 2 온도 등급을 갖는다. 본 개시는 발전기, 특히, 이러한 발전기를 포함하는 풍력 터빈 및 영구 자석 회전자용 자석을 선택하거나 제공하는 방법에 관한 것이다

Description

전기 기계의 자석{MAGNETS IN ELECTRICAL MACHINES}
본 개시는 전기 기계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 영구 자석을 포함하는 전기 기계에 관한 것이다. 본 개시는 또한, 이러한 전기 기계를 포함하는 풍력 터빈, 특히, 냉각 장치를 갖는 영구 자석 발전기를 포함하는 풍력 터빈에 관한 것이다.
모터 및 발전기와 같은 전기 기계는 일반적으로, 회전자 구조체와 고정자 구조체를 포함한다. 대형 발전기가, 예를 들어, 영구 자석 여기 발전기(PMG)일 수도 있다.
이러한 발전기가, 예를 들어, 풍력 터빈에 사용될 수도 있다. 풍력 터빈은 일반적으로, 회전자 허브 및 복수의 블레이드를 갖는 회전자를 포함한다. 회전자는 블레이드에 대한 바람의 영향 하에 회전하도록 설정된다. 회전자 샤프트의 회전이 발전기 회전자를 직접 구동시키거나("직접 구동식"), 기어박스의 사용을 통해 구동시킨다. 이러한 직접 구동 풍력 터빈 발전기는, 예를 들어 6~10 미터(236~328 인치)의 직경, 예를 들어 2~3 미터(79~118 인치)의 길이를 가질 수도 있으며, 예를 들어 2~20 rpm(분당 회전수) 범위의 저속으로 회전할 수도 있다. 대안으로서, 영구 자석 발전기가 또한, 발전기의 회전 속도를, 예를 들어, 50~500 rpm 또는 심지어 그 이상으로 증가시키는 기어박스에 결합될 수도 있다.
전기 기계는 고정자에 대해 회전하는 회전자를 포함한다. 회전자가 내부 구조체일 수도 있으며, 고정자가 외부 구조체일 수도 있다. 따라서, 이 경우, 고정자가 회전자를 둘러싼다. 대안으로서, 구성이 이와 반대일 수도 있으며, 즉, 회전자가 고정자를 둘러싼다.
영구 자석 여기 발전기(PMG)의 경우, 영구 자석(PM)이 일반적으로 회전자에 포함되지만(영구 자석이 또한 대안으로서 고정자 구조체에 배치될 수 있다), 권선 요소(예를 들어, 코일)는 보통 고정자에 포함된다(권선 요소가 대안으로서 회전자 구조체에 배치될 수 있다). 영구 자석 발전기는 일반적으로, 신뢰할 수 있는 것으로 간주되며 다른 발전기 유형보다 유지 관리를 덜 필요로 한다. 이것이 영구 자석 발전기가 해상 풍력 터빈, 특히, 직접 구동 해상 풍력 터빈에 채용되는 중요한 이유이다.
다수의 영구 자석이 영구 자석 모듈에 제공될 수도 있으며, 모듈이 단일 물품으로서 회전자에 부착될 수도 있다. 영구 자석 모듈이 복수의 영구 자석을 구비한 일 유닛으로서 정의될 수도 있어, 복수의 영구 자석이 함께 장착 및 탈착될 수 있다. 이러한 모듈은 기부에 고정될 수도 있는 복수의 영구 자석을 수용하거나 운반하기에 적합한 형상을 갖는 모듈 기부를 구비할 수도 있다. 복수의 자석이 모듈 기부를 통해 회전자 테두리에 함께 고정되는 방식으로 기부가 회전자 테두리에 고정되도록 구성될 수도 있다. 영구 자석 모듈을 사용하면 회전자의 제조가 용이해질 수도 있다.
능동 요소(자석 또는 코일)가 사용 중에 가열되기 때문에, 전기 기계에서는 일반적으로 냉각이 중요하다. 온도가 너무 높으면 이러한 요소가 고장이 날 수 있으며 작동 효율이 떨어질 수 있다.
전기 기계에 대한 다양한 구성, 예를 들어, 반경 방향 기계 및 축 방향 기계가 알려져 있다. 축 방향 기계에서는, 회전자와 고정자가 축 방향으로 서로 마주한다. 공기 간극이 회전자와 고정자의 사이에 축 방향으로 배치된다. 반경 방향 기계에서는, 실질적으로 환형의 공기 간극이 회전자와 고정자의 사이에 형성될 수도 있다. 그리고 회전자와 고정자 중 하나가 다른 하나를 반경 방향으로 둘러싸도록 배치된다. 회전자의 움직임으로 인해 공기 간극 내의 공기가 주위로 이동된다. 이에 의해 공기가, 특히, 고속 회전의 경우 냉각 효과를 제공할 수 있다.
내부 고정자 구조체를 통해 저온의 기류를 제공하는 능동형 공기 냉각 또는 공기 조화 시스템의 제공이 알려져 있다. 냉각 기류는 이후 고정자의 둘레를 따라 분배된다. 그런 다음 기류가 일측에서 타측으로 공기 간극을 축 방향으로 가로질러, 이에 의해 회전자와 고정자의 능동 요소를 냉각시킨다. 그런 다음 뜨거운 공기가 축 방향 반대측에서 수집된다. 그런 다음 뜨거운 공기가 열 교환기에서 배기되거나 냉각되어 다시 사용될 수도 있다. 냉각 공기가 반경 방향 공기 간극을 축 방향으로 가로지르는 이러한 유형의 냉각을 일반적으로, 축 방향 냉각이라 한다.
반경 방향 공기 간극 내의 보통 회전자의 축 방향 길이를 따라 다양한 지점에서 반경 방향으로 냉각 공기가 송풍되는 반경 방향 냉각이 또한 알려져 있다. 축 방향 냉각은 일반적으로 축 방향으로 짧은 전기 기계에서 선호되는 반면, 반경 방향 냉각은 축 방향으로 긴 전기 기계에서 선호되는 경우가 많다.
냉각 공기가 일측에서 타측으로 축 방향으로 공기 간극을 가로지르기 때문에, 공기가 공기 간극을 통과함에 따라 가열된다. 따라서 냉각 공기가 반대측보다 일측에서 더 저온이며, 따라서 타측에서보다 일측에서 더 효과적인 냉각을 제공한다. 그 결과, 능동 요소의 냉각이 균일하지 않으며, 즉, 회전자의 일측 상의 자석이 타측의 자석보다 더 높은 온도에 있을 수도 있다.
자석 사이의 불균일한 온도 분포가 전기 기계의 작동에 영향을 줄 수 있다. 자기 소거(demagnetization)는 영구 자석이 자기 특성을 잃는 과정이다. 자기 소거는 강한 자기장, 예를 들어, 고정자 전류, 특히, 전기 기계의 고장 전류에 의해 야기되는 자기장이 존재할 때 발생한다. 따라서 영구 자석의 자기 소거가 사용 동안 그리고 전기 기계의 수명에 걸쳐 발생할 수도 있으며, 자기 소거는 고온에서 더 빠르게 더 큰 범위로 발생한다.
앞서 설명한 바와 같이 온도 분포가 축 방향으로 불균일하면, 회전자의 일측에 배열된 자석이 더 많은 자기 소거를 경험할 수 있으며, 회전자의 타측에 배열된 자석보다 더 빠르게 자기 소거를 경험할 수 있다.
본 명세서에 설명된 전기 기계의 크기와 유형 및 잠재적인 문제가 직접 구동 용례의 발전기로 국한되지 않으며, 풍력 터빈 분야로만 국한되지 않는다. 동일한 문제를 겪으며 및/또는 동일한 복잡성을 가질 수도 있는 상당한 치수의 전기 기계가 또한, 예를 들어, 증기 터빈 및 수력 터빈에서 발견될 수도 있다.
본 개시는 전술한 단점 중 일부를 적어도 부분적으로 해결하는 시스템 및 방법의 예를 제공한다.
제 1 양태에서, 제 1 유형의 영구 자석 및 제 2 유형의 영구 자석을 포함하는 전기 기계용 회전자가 제공된다. 제 1 및 제 2 유형의 영구 자석이 동일한 자기 강도를 가지며, 제 1 유형의 영구 자석이 제 1 온도 등급을 가지며, 제 2 유형의 영구 자석이 제 1 온도 등급과는 상이한 제 2 온도 등급을 갖는다.
이 양태에 따르면, 회전자를 따라 불균일한 온도 분포를 설명할 수 있는 영구 자석 회전자가 제공된다. 영구 자석의 자기 소거가, 예를 들어, 고장 전류가 발생할 때 발생할 수 있다. 자기 소거를 방지하기 위해, 최고 온도의 자석에 대해서도 자기 소거를 피할 수 있을 만큼 충분히 높은 "등급(grade)"(강도와 온도 등급의 조합)을 갖는 영구 자석이 보통 선택된다. 그러나, 높은 등급의 자석은 낮은 등급의 자석보다 비싸다. 영구 자석 회전자의 냉각을 증대시켜 이에 의해 자석의 등급을 낮추는 해결 방안이 알려져 있다. 그러나, 전술한 양태에 따르면, 상이한 등급의 자석이 상이한 온도를 갖는 상이한 영역에 사용될 수도 있어, 이에 의해 비용 효율적인 해결 방안을 제공할 수도 있다.
본 개시 전반에 걸쳐, 상이한 온도 등급은 상이한 고유 보자력(coercivity)을 의미한다. 보자력 또는 자기 보자력은 자기가 소거되지 않고 외부 자기장을 견딜 수 있는 강자성 재료의 능력을 측정한 것이다. 보자력은 보통, 에르스텟(oersted) 또는 암페어(ampere)/미터(meter) 단위로 측정되며, HC로 표시된다. 더 큰 값은 자기장(B)에 대한 음의 진공 유전율 기여를 고려하지 않고 자화만 고려한 고유 보자력 HCi이다.
본 개시 전반에 걸쳐, 영구 자석의 강도가 자기 잔류도(magnetic remanence)로 간주될 수도 있다. 잔류도 또는 잔류 자화도 또는 잔류 자기는 외부 자기장이 제거될 때 강자성 재료에 남아 있는 자화도이다. 본 개시 전반에 걸쳐 사용되는 바와 같은 동일한 자기 잔류도 또는 동일한 자기 강도는 하나의 자석과 다른 자석 사이의 자기 잔류도 차이가 10% 미만, 구체적으로 5% 미만인 것을 의미한다.
추가 양태에서, 전기 기계의 영구 자석 회전자의 영구 자석에 대한 자기 잔류도를 결정하는 단계 및 작동 중인 영구 자석 회전자의 온도 분포를 결정하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 방법은 더 높은 평균 온도를 갖는 영구 자석 회전자의 제 1 구역을 결정하는 단계 및 더 낮은 평균 온도를 갖는 영구 자석 회전자의 제 2 구역을 결정하는 단계를 추가로 포함한다. 그리고, 제 1 구역용의 제 1 유형의 자석 및 제 2 구역용의 제 2 유형의 자석이 선택되며, 제 2 유형은 제 1 유형과는 상이하다.
본 개시의 비제한적인 예가 첨부 도면을 참조하여 아래에 설명될 것이다.
도 1에는 일 예에 따른 풍력 터빈의 사시도가 도시되어 있으며;
도 2에는 일 예에 따른 풍력 터빈의 나셀의 상세한 내부도가 도시되어 있으며;
도 3은 전기 기계의 일 예의 단면도를 개략적으로 나타내며;
도 4a 및 도 4b에는 자기 소거 곡선이 개략적으로 도시되어 있으며;
도 5a 및 도 5b에는 영구 자석 모듈의 2 개의 예가 개략적으로 도시되어 있으며; 및
도 6에는 전기 기계의 회전자에 적합한 영구 자석을 선택하는 방법의 일 예가 개략적으로 도시되어 있다.
이들 도면에서 동일한 도면 부호가 일치하는 요소를 지정하는 데 사용되었다.
도 1에는 풍력 터빈(160)의 일 예의 사시도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 풍력 터빈(160)은 지지면(150)으로부터 연장되는 타워(170), 타워(170)에 장착된 나셀(161), 및 나셀(161)에 결합된 회전자(115)를 포함한다. 회전자(115)는 회전 가능한 허브(110) 및 허브(110)에 결합되어 허브(110)로부터 외측으로 연장되는 적어도 하나의 회전자 블레이드(120)를 포함한다. 예를 들어, 도시된 실시예에서, 회전자(115)는 3 개의 회전자 블레이드(120)를 포함한다. 그러나, 대안의 실시예에서는, 회전자(115)가 3 개보다 많거나 적은 회전자 블레이드(120)를 포함할 수도 있다. 각각의 회전자 블레이드(120)는 회전자(115)의 회전을 용이하게 하여 운동 에너지가 바람으로부터 사용 가능한 기계적 에너지 및 후속적으로 전기 에너지로 전달될 수 있도록 허브(110)의 주위에 이격 배치될 수도 있다. 예를 들어, 허브(110)가 전기 에너지가 생성될 수 있도록 나셀(161) 내부에 위치된 발전기(162)(도 2)에 회전 가능하게 결합될 수도 있다.
도 2에는 도 1의 풍력 터빈(160)의 나셀(161)의 일 예의 단순화된 내부도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 발전기(162)가 나셀(161)의 내부에 배치될 수도 있다. 일반적으로, 발전기(162)가 회전자(115)에 의해 생성된 회전 에너지로부터 전력을 생성하기 위해 풍력 터빈(160)의 회전자(115)에 결합될 수도 있다. 예를 들어, 회전자(115)가 함께 회전하도록 허브(110)에 결합된 메인 회전자 샤프트(163)를 포함할 수도 있다. 그런 다음, 회전자 샤프트(163)의 회전이 발전기(162)를 구동시키도록 발전기(162)가 회전자 샤프트(163)에 결합될 수도 있다. 예를 들어, 도시된 실시예에서, 발전기(162)는 기어박스(164)를 통해 회전자 샤프트(163)에 회전 가능하게 결합된 발전기 샤프트(166)를 포함한다.
회전자 샤프트(163), 기어박스(164) 및 발전기(162)가 일반적으로, 풍력 터빈 타워(170)의 상부에 위치된 지지 프레임 또는 받침판(165)에 의해 나셀(161) 내부에서 지지될 수도 있다는 것을 이해하여야 한다.
나셀(161)이 요(yaw) 축선(YA)을 중심으로 회전할 수 있도록 하는 방식으로 요 시스템(20)을 통해 타워(170)에 회전 가능하게 결합된다. 요 시스템(20)은 서로에 대해 회전하도록 구성된 2 개의 베어링 구성 요소를 구비한 요 베어링을 포함한다. 타워(170)가 베어링 구성 요소 중 하나에 결합되며, 나셀(161)의 받침판 또는 지지 프레임(165)이 다른 베어링 구성 요소에 결합된다. 요 시스템(20)은 환형 기어(21) 및 모터(23), 기어박스(24) 및 베어링 구성 요소 중 하나를 다른 베어링 구성 요소에 대해 회전시키기 위해 환형 기어(21)와 맞물리기 위한 피니언(25)을 갖는 복수의 요 구동부(22)를 포함한다.
블레이드(120)가 블레이드(120)와 허브(110)의 사이에 피치 베어링(100)을 갖는 상태로 허브(110)에 결합된다. 피치 베어링(100)은 내륜과 외륜을 포함한다. 풍력 터빈 블레이드가 베어링 내륜 또는 베어링 외륜에 부착될 수도 있는 반면, 허브가 다른 하나에 연결된다. 피치 시스템(107)이 작동될 때 블레이드(120)가 허브(110)에 대해 상대 회전 이동을 수행할 수도 있다. 따라서, 베어링 내륜이 베어링 외륜에 대해 회전 이동을 수행할 수도 있다. 도 2의 피치 시스템(107)은 풍력 터빈 블레이드가 피치 축선(PA)을 중심으로 회전하도록 설정하기 위해 베어링 내륜에 제공된 환형 기어(109)와 맞물리는 피니언(108)을 포함한다.
발전기에 의해 생성된 에너지가 발전기의 출력 전력을 전력망의 요구 사항에 맞게 조정하는 변환기로 전달될 수도 있다. 전기 기계가 전기 위상, 예를 들어, 3 개의 전기 위상을 포함할 수도 있다. 변환기가 나셀 내부나 타워 내부에 또는 외부에 배치될 수도 있다.
도 3에는 전기 기계가 개략적으로 도시되어 있다. 전기 기계는 전기 발전기, 구체적으로, 직접 구동 풍력 터빈 발전기일 수도 있다.
도 3의 발전기(10)는 제 1 측면(101)으로부터 제 2 측면(102)으로 연장되며 회전 축선(33)을 중심으로 회전하도록 구성된 회전자(20), 고정자(30), 회전자(20)와 고정자(30) 사이의 공기 간극(40)를 포함한다.
이 도면의 고정자(30)는 복수의 전기 코일(90) 및 복수의 전기 코일(90)을 지지하는 원주 방향 지지부(60)를 포함하는 고정자 구조체(50)를 포함한다. 고정자 구조체(50)가 발전기의 회전 축선(33)을 따라 제 1 측면(31)으로부터 제 2 측면(32)으로 연장된다.
도 3의 발전기(10)는 복수의 전기 코일(90)을 냉각하기 위한 공기 냉각 시스템(110)을 추가로 포함한다. 이 예에서, 공기 냉각 시스템(110)은 전기 기계 공기 유입구(111), 원주 방향 지지부(60)의 일부를 통해 연장되는 공기 분배 채널 및 공기 간극(40)과 유체 연통하는 전기 기계 공기 유출구(112)를 포함한다. 전기 기계 공기 유입구를 통해 기류가 전기 기계로 들어가는 것이 허용될 수도 있다.
공기 냉각 시스템(110)에 의해 전달된 냉각 공기가 공기 간극(40)에 저온의 공기를 제공할 수도 있다. 이에 의해, 이 공기가 공기 간극을 따라 배열된 전자기 요소, 예를 들어, 회전자(20)와 배열된 자석(21) 및 또한 고정자 상에 배열된 전기 코일(90)을 냉각시킬 수 있다.
이 예의 공기 분배 채널은 전기 기계 공기 유입구(111)와 유체 연통하며 원주 방향 지지부(60)의 제 1 측면(31)에 배치된 공기 입구(71)를 포함한다. 공기 분배 채널은 공기 간극(40)을 따라 전기 기계 공기 유입구(111)로부터의 기류를 분배하기 위해 공기 간극(40)과 유체 연통하는 원주 방향 지지부(60)의 제 2 측면(32)에 배열된 복수의 축 방향 공기 개구(73)를 추가로 포함한다.
이 특정 예의 발전기(10)에서는, 회전자(20)가 고정자(30)를 둘러싼다. 회전자는 발전기 베어링(11)을 통해 풍력 터빈의 지지 프레임(9)에 회전 가능하게 장착된다. 회전자(20)가 풍력 터빈이 회전하도록 하는 풍력 터빈의 회전자 허브(이 도면에는 도시되지 않음)에 연결될 수도 있다. 고정자(30)가 풍력 터빈의 지지 프레임(9)에 견고하게 연결될 수도 있다. 전기 권선(90)이 원주 방향 지지부의 외부 테두리의 외부 측면에 배열되며, 자석 또는 자석 모듈(21)이 외부 회전자 테두리(22)의 내부 측면에 배열될 수도 있다.
이 도면의 예에서, 발전기가 제 1 측면(101)에 배치된 커버 플레이트(12)를 포함한다. 커버 플레이트(12)가 발전기를 폐쇄할 수도 있으며 풍력 터빈의 지지 프레임(9)에 고정적으로 부착될 수도 있다. 제 1 측면(101)에 가까운 회전자 테두리(22)의 부분과 커버 플레이트(12)의 사이에 밀봉 부재가 배치될 수도 있다.
다른 예에서는, 커버 플레이트(12)가 회전자(20)의 일부를 형성할 수도 있다. 이러한 예 중 일부에서, 추가 발전기 베어링이 커버 플레이트를 풍력 터빈의 지지 프레임과 회전 가능하게 연결할 수도 있다. 다른 예에서는, 회전자(20)가 고정자의 반경 방향 내부에 있을 수도 있으며, 즉, 고정자(30)가 회전자(20)를 반경 방향으로 둘러쌀 수도 있다. 회전자(20)가 풍력 터빈 회전자(예를 들어, 회전자 샤프트 또는 회전자 허브에)에 직접 결합될 수도 있으며, 또는 풍력 터빈 회전자와 발전기의 사이에 기어박스가 배치될 수도 있다.
저온의 기류가 전기 기계 공기 유입구(111)를 통해 발전기(10)로 들어갈 수도 있다. 이 저온의 기류가 고정자 구조체(50) 및 복수의 축 방향 공기 개구(73)를 통해 발전기(10)의 공기 간극(40)을 향해 안내될 수도 있다. 따라서, 기류가 공기 간극(40)의 원주를 따라 실질적으로 균일하게 분배될 수도 있다. 따라서, 이 저온의 기류가 공기 간극(40)에 배열된 회전자 및 고정자의 전자기 구성 요소를 냉각시킬 수도 있다. 기류가 공기 간극을 통해 제 2 측면(102)으로부터 제 1 측면(101)으로 축 방향으로 통과하여 공기 간극에 배열된 전자기 구성 요소를 냉각시킬 수도 있다. 전자기 구성 요소로부터의 열이 기류로 전달되며, 제 1 측면(101)에서의 기류의 온도가 제 2 측면(102)에서보다 높을 수도 있다. 이 고온의 기류는 이후 열 교환기에서 냉각되도록 전기 기계 공기 유출구(112)를 통해 발전기를 빠져나갈 수도 있다. 전기 기계 공기 유출구를 통해 기류가 전기 기계를 빠져나갈 수도 있다.
따라서, 공기 간극에 배열된 전자기 구성 요소, 예를 들어, 자석이 미리 결정된 적합한 범위 이내의 온도에서 작동할 수도 있으며, 따라서 전기 기계가 효율적으로 작동할 수도 있다.
이 도면에 따른 공기 냉각 시스템은 원주 방향 지지부(60)의 제 2 측면(32)과 회전자(20)의 제 2 측면(102) 사이에서 반경 방향으로 연장되는 제 2 측면 반경 방향 공기 채널(114)을 포함한다. 제 2 측면 반경 방향 공기 채널(114)이 복수의 축 방향 공기 개구(73)를 공기 간극(40)과 연통시킬 수도 있다.
공기 냉각 시스템이 원주 방향 지지부(60)의 제 1 측면(31)과 회전자(20)의 제 1 측면(101) 사이에서 반경 방향으로 연장되는 제 1 측면 반경 방향 공기 채널(113)을 포함할 수도 있다. 제 1 측면 반경 방향 공기 채널(113)이 공기 간극(40)을 전기 기계 공기 유출구(112)와 연통시킬 수도 있다.
일부 예에서, 냉각 시스템이 열교환기를 포함할 수도 있다. 열교환기가 제 1 유체 회로 및 제 2 유체 회로를 포함할 수도 있다. 제 1 유체 회로가 전기 기계를 냉각시키기 위해 냉각 시스템에 연결될 수도 있다. 제 2 유체 회로가 제 1 유체 회로를 따라 흐르는 유체를 냉각시킬 수도 있다. 제 2 유체 회로의 유체가, 예를 들어, 공기 또는 물일 수도 있다. 제 1 유체 회로가 공기 간극으로부터 고온의 기류를 수용하기 위해 전기 기계 공기 유출구에 연결된 열교환기 공기 유입구를 포함할 수도 있다. 또한, 제 1 유체 회로가 공기 간극으로 기류를 전달하기 위해 전기 기계 공기 유입구에 연결된 열교환기 공기 유출구를 포함할 수도 있다. 도관이 열교환기를 향해 기류를 안내하기 위해 전기 기계 공기 유출구와 열교환기 공기 유입구 사이에 배치될 수도 있다. 도관이 열교환기 공기 유출구를 전기 기계 공기 유입구에 연결할 수도 있다.
공기 간극으로부터의 기류가 제 2 유체 회로에 의해 냉각될 수도 있으며, 이 냉각된 기류가 전기 기계 공기 유입구를 통해 전기 기계로 유입되어 공기 간극 상에 배치된 전자기 구성 요소를 냉각시킬 수도 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 저온의 기류가 공기 간극(40)에 배열된 회전자 및 고정자의 전자기 구성 요소를 냉각시킬 수도 있다. 기류는 공기 간극을 통해 제 2 측면(102)으로부터 제 1 측면(101)으로 축 방향으로 통과하여 공기 간극에 배열된 전자기 구성 요소를 냉각시킬 수도 있다. 전자기 구성 요소로부터의 열이 기류로 전달되며, 제 1 측면(101)에서의 기류의 온도가 제 2 측면(102)에서보다 높을 수도 있다. (냉각) 기류의 온도가 제 1 측면(101)에서 더 높을 수도 있기 때문에, 전기 기계의 이 측면에서의 자석의 냉각이 더 고온의 공기로 수행된다. 따라서, 냉각이 국부적으로 덜 효과적일 수도 있다.
따라서, 고온측에 있는 자석(21)이 회전자의 더 저온측에 있는 자석보다 더 높은 온도에서 작동할 수도 있다.
도 4a에는 영구 자석, 구체적으로, 네오디뮴 철 붕소 자석의 자기 소거 곡선(205)이 도시되어 있다. 자기 소거 곡선(205)은 "정상" 자기 소거 곡선인 반면, 동일한 자석에 대한 "고유" 자기 소거 곡선(200)이 도시되어 있다.
자기 소거 곡선은 주어진 온도에 대한 자석의 거동을 나타내며 특정 자기장이 존재할 때 자기 소거가 어떻게 발생할 수도 있는지를 나타낸다. 정상 자기 소거 곡선(205)은 굴곡점(knee point)(208)을 보여준다. 자기장이 곡선의 선형 구역(207)에 있는 한, 자석의 특성이 원래 강도로 돌아갈 것이다. 그러나, 자기장이 굴곡점(208) 위에 있으면, 이후, 자기장이 없을 때, 자석이 그 원래 강도, 즉, 원래 자기 잔류도로 돌아가지 않을 것이다. 오히려, 선(209)은 자석이 더 낮은 자기 잔류도로 어떻게 되돌아갈 것인지, 즉, 자석이 부분적으로 자기 소거되었음을 나타낸다.
부분적으로 또는 완전히 자기를 제거할 수 있는 높은 자기장이, 예를 들어, 발전기의 전기적 결함으로 인해 발생할 수도 있다.
서로 다른 온도에 대해 주어진 자석에 대해 서로 다른 자기 소거 곡선이 존재한다. 더 높은 온도에서는, 더 낮은 자기장에서 굴곡점에 도달하며, 즉, 자기 소거가 더 쉽게 발생할 것이다.
도 4b에는 동일한 강도, 즉 동일한 자기 잔류도를 갖는 2 가지 유형의 영구 네오디뮴 자석에 대한 자기 소거 곡선(205, 207)이 개략적으로 도시되어 있다.
그러나, 자석이 상이한 온도 등급, 즉, 상이한 고유 보자력을 갖는다. 곡선(207)(및 곡선(202))은 더 높은 온도 등급 N48SH를 갖는 영구 자석에 대한 자기 소거 곡선이며, 곡선(205)(및 곡선(200))은 더 낮은 온도 등급 N48H를 갖는 영구 자석에 대한 자기 소거 곡선이다.
자기 소거 곡선(205, 207)은 80℃의 온도에 대한 자기 소거를 보여주며, 영구 자석 N48SH의 비가역적인 자기 소거는 더 높은 자기장에서 발생하는 것으로 도시되어 있다.
본 개시의 양태(도 3 참조)에서, 제 1 유형의 영구 자석 및 제 2 유형의 영구 자석을 포함하는 전기 기계(10)용 회전자(20)가 제공된다. 제 1 및 제 2 유형의 영구 자석이 동일한 자기 강도를 가지며, 제 1 유형의 영구 자석이 제 1 온도 등급을 가지며, 제 2 유형의 영구 자석이 제 1 온도 등급과는 상이한 제 2 온도 등급을 갖는다.
도 3의 예에서, 전기 기계는 제 1 세트의 (제 1 유형의) 영구 자석 및 제 2 세트의 (제 2 유형의) 영구 자석을 포함할 수도 있다. 즉, 별개의 개별 자석이 사용될 수도 있다. 다른 예에서는, 자성 재료가 적층 제조에 의해 제공될 수도 있다. 이러한 예에서, 자석 등급(특히 온도 등급)의 변화가 보다 연속적일 수도 있다.
영구 자석이 희토류 재료로 형성될 수도 있으며, 구체적으로, 네오디뮴 철 붕소 자석일 수도 있다. 대안의 예에서는, 영구 자석이, 예를 들어, 세라믹 재료, 사마륨 코발트 또는 알니코(알니코(Alnico)는 철 외에 주로 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 코발트(Co)로 구성된 철 합금 계열이다)로 형성될 수도 있다.
예에서, 회전자(20)가 반경 방향 회전자 테두리를 구비할 수도 있으며 제 1 단부(102)로부터 제 2 단부(101)까지 축 방향으로 연장될 수도 있으며, 제 1 세트의 영구 자석이 회전자의 제 1 구역에 배열되며, 제 2 세트의 영구 자석이 회전자의 제 2 구역에 배열되며, 제 2 구역보다는 제 1 구역이 제 1 단부(102)에 더 가깝다.
이 예에서, 회전자는 제 2 단부(101)보다는 제 1 단부(102)가 냉각 공기 공급부(73)에 더 가까운 방식으로 전기 기계(10)에 배열되도록 구성된다.
일부 예에서, 회전자가 제 3 세트의 영구 자석을 추가로 포함할 수도 있으며, 제 3 세트의 영구 자석이 동일한 자기 강도를 가지며 제 1 및 제 2 온도 등급과는 상이한 제 3 온도 등급을 갖는다. 이들 예에서, 3 개의 상이한 온도 구역이 정의될 수도 있으며, 이들 구역 각각에 대해 적합한 영구 자석이 선택될 수도 있다. 다른 예에서, 4 개, 5 개 또는 그 이상의 상이한 세트의 영구 자석이 제공될 수도 있다.
3D 인쇄 또는 적층 제조에 의해 자성 재료가 제공되는 예에서, 구체적인 개수의 자석 유형(온도 등급)이 제공될 수도 있으며, 또는 온도 등급이 연속적으로 변할 수도 있다.
다른 양태에서, 이러한 회전자를 포함하는 전기 기계(10)가 제공된다. 전기 기계(10)가 발전기일 수도 있다. 또 다른 양태에서, 풍력 터빈(160)이 타워(170), 타워(170)에 회전 가능하게 장착된 나셀(161), 및 복수의 블레이드(120)를 포함하는 풍력 터빈 회전자(115)를 포함하며, 풍력 터빈 회전자(115)가 발전기의 회전자에 작동 가능하게 연결되며, 회전자가 본 명세서에 설명된 바와 같은 회전자이다.
도 5a 및 도 5b에는 전기 기계의 회전자용 영구 자석 모듈의 2 가지 예가 개략적으로 도시되어 있다. 도 5a에는 기부(225)를 구비한 영구 자석 모듈(220)의 일 예가 도시되어 있다. 기부가 회전자 테두리에 부착될 수도 있다. 기부가, 예를 들어, 기부(225)의 양측면 상의 오목부 내부에 끼워지는 T-자형 앵커로 부착될 수도 있다. 기부(225)의 상부에 복수의 영구 자석(230)이 배열될 수도 있다.
이 예에서, 영구 자석 모듈(220)이 동일한 길이의 회전자를 구비할 수도 있으며, 즉, 영구 자석 모듈이 회전자의 제 1 (전방) 측면으로부터 회전자의 제 2 (후방) 측면으로 연장된다. 회전자(및 영구 자석 모듈(220))의 제 1 측면(232)이 저온측일 수도 있으며, 제 2 측면(234)이 고온측일 수도 있다. 작동 시에, 저온측(232) 상의 자석의 평균 온도가 고온측의 평균 온도보다 낮을 수도 있다.
더 낮은 평균 온도를 갖는 제 1 구역(240)이 정의될 수도 있으며, 더 높은 평균 온도를 갖는 제 2 구역(242)이 정의될 수도 있다. 제 1 구역(240)의 자석(230)이 제 2 구역(242)의 자석(230)과는 상이할 수도 있다.
복수의 영구 자석을 포함하는 회전자, 복수의 전기 코일을 포함하는 고정자, 및 회전자와 고정자 사이의 반경 방향 공기 간극을 포함하는 전기 기계가 제공된다. 복수의 영구 자석이 제 1 그룹의 자석 및 제 2 그룹의 자석을 포함하며, 제 1 그룹의 자석이 제 1 고유 보자력을 가지며 제 2 그룹의 자석이 상이한 제 2 고유 보자력을 갖는다. 제 1 그룹의 자석이 제 1 구역(240)에 배열될 수도 있으며, 제 2 그룹의 자석이 제 2 구역(242)에 배열될 수도 있다.
예에서, 제 1 및 제 2 그룹의 자석이 동일한 자기 잔류도를 갖는다.
일부 예에서, 전기 기계가 반경 방향 공기 간극에 냉각 공기를 공급하기 위한 냉각 공급부를 추가로 포함할 수도 있으며, 제 2 그룹의 자석보다는 제 1 그룹의 자석이 냉각 공급부에 더 가깝다. 제 1 고유 보자력이 제 2 고유 보자력보다 낮을 수도 있다.
일부 예에서, 회전자가 회전자 테두리 및 회전자 테두리에 부착된 복수의 영구 자석 모듈을 포함한다.
일부 예에서, 복수의 영구 자석 모듈이 제 1 그룹의 영구 자석 모듈 및 제 2 그룹의 영구 자석 모듈을 포함하며, 제 1 그룹의 영구 자석 모듈이 제 1 그룹의 자석을 포함하며, 제 2 그룹의 영구 자석 모듈이 제 2 그룹의 자석을 포함한다. 자석 모듈이 반드시 회전자와 동일한 축 방향 길이를 가질 필요는 없다. 예에서, 2 개의 자석 모듈이 서로 축 방향으로 배열될 수도 있다. 자석 모듈 중 하나가 제 1 그룹의 자석을 구비할 수도 있으며, 다른 자석 모듈이 제 2 그룹의 자석을 구비할 수도 있다.
도 5b에는 영구 자석 모듈(250)의 다른 예가 개략적으로 도시되어 있다. 영구 자석 모듈(250)이 축 방향 단면에서 실질적으로 V-자 형상의 자석 부분을 갖는다. 전기 기계용 영구 자석 모듈(250)이 축 방향을 따라 연장된다. 이전과 같이, 온도 분포가 축 방향으로 불균일할 수도 있다. 저온측(282)과 고온측(284)이 있을 수도 있다.
모듈(250)이 적어도 하나의 영구 자석을 포함하는 영구 자석 조립체 및 영구 자석 조립체의 적어도 일부를 지지하는 기부(255)를 포함한다. 기부가 반경 방향을 따라(선 A-A를 따라) 전기 기계(도시하지 않음)의 회전자 상에 위치되도록 구성된 바닥으로부터 상부까지 연장된다. 영구 자석 조립체는 반경 방향을 따라(선 A-A를 따라) 외측으로 경사지게 배열된 제 1 경사진 영구 자석 부분(261)(V-자형의 "제 1 레그") 및 제 경사진 2 영구 자석 부분(262)(V-자형의 "제 2 레그") 및 접선 방향에 대해(선 B-B를 따라) 평행하게 배치된 접선 방향 영구 자석 부분(263)을 포함하며, 접선 방향이 반경 방향에 실질적으로 수직이다.
도 5b의 예에서, 영구 자석 조립체가 제 1 영구 자석을 포함하는 제 1 경사진 영구 자석 부분(261), 제 2 영구 자석을 포함하는 제 2 경사진 영구 자석 부분(262) 및 제 3 영구 자석을 포함하는 접선 방향 영구 자석 부분(263)을 포함한다. 또한, 영구 자석 모듈이 축 방향을 따라 일렬로 배열된 여러 개의 제 1 영구 자석(261) 또는 축 방향을 따라 일렬로 배열된 제 2 영구 자석(262) 또는 축 방향을 따라 일렬로 배열된 제 3 영구 자석(263)을 포함할 수도 있다. 구체적으로, 이들 자석의 축 방향 길이가 유사할 수도 있다.
여러 개의 영구 자석 모듈이 서로 축 방향으로 배열되어 전기 기계의 축 방향 길이를 덮을 수도 있다.
도 5b의 예에서, 영구 자석 모듈(250)이 영구 자석을 적어도 부분적으로 지지하며 반경 방향을 따라 전기 기계의 회전자 상에 위치하도록 되어 있는 바닥으로부터 상부까지 연장되는 기부를 추가로 포함하며, 제 1 영구 자석(261)과 제 2 영구 자석(262)이 반경 방향을 따라 외측으로 경사지게 배열되며, 제 3 영구 자석(263)이 접선 방향에 실질적으로 평행하게 배열되며, 접선 방향은 반경 방향에 실질적으로 수직이다.
제 1 및 제 2 영구 자석의 축 방향 단면이 실질적으로 직사각형일 수도 있다. 대안으로서 또는 추가적으로, 제 1 영구 자석(261) 및 제 2 영구 자석(262)이 실질적으로 사다리꼴 단면을 가질 수도 있다. 이러한 방식으로, 기부에 대한 자석의 고정이 개선되며, 따라서 이러한 자석이 우발적으로 분리될 위험이 감소될 수도 있다.
추가적으로, 제 3 영구 자석(263)이 직사각형 단면을 가질 수도 있다. 다른 예에서는, 제 3 영구 자석(263)이 모서리가 비스듬한 직사각형 단면을 가질 수도 있다.
도 5b의 예는 상부 지주편(273), 제 1 측방향 날개(270) 및 제 2 측방향 날개(272)를 포함하는 기부(255)를 보여준다. 영구 자석 조립체가 상부 지주편(273)과 제 1 측방향 날개(270) 및 제 2 측방향 날개(272)의 사이에 배치될 수도 있다. 이 예에서, 상부 지주편(273)이 짧은 측면에 평행한 긴 측면 및 긴 측면과 짧은 측면을 연결하는 제 1 측방향 측면 및 제 2 측방형 측면을 포함하는 실질적으로 사다리꼴 축 방향 단면을 갖는다. 이 예에서, 제 3 영구 자석(263)이 상부 지주편의 짧은 측면에 부착되며, 제 1 영구 자석(261)이 상부 지주편의 제 1 측방향 측면에 부착되며, 제 2 영구 자석 부분(262)이 상부 지주편의 제 2 측방향 측면에 부착된다.
이 예에서, 제 1 측방향 날개(261) 및 제 2 측방향 날개(262)가 실질적으로 직각 삼각형의 단면을 갖는다.
도 5a의 예에서와 같이, 기부가 축 방향을 따라 연장되는 측방향 오목부를 추가로 포함할 수도 있다. 적절한 형상의 앵커가 이러한 형상의 측방향 오목부와 맞물릴 수도 있으며, 그런 다음 영구 자석 모듈을 회전자 테두리에 고정하는 데 사용될 수도 있다.
일부 예에서, 기부가 전기 기계의 효율을 감소시키는 자석의 과열을 피하기 위해 자석을 냉각시키기 위한 냉각 채널(279)을 포함할 수도 있다.
저온측(282)과 고온측(284)이 있을 수도 있다. 자석(261, 262, 263)이 축 방향을 따라 변할 수도 있다. 영구 자석 모듈의 더 저온인 구역(290)이 더 낮은 "등급"의 자석을 가질 수도 있으며, 고온인 구역(292)이 더 높은 "등급"의 자석을 가질 수도 있다. 구체적으로, 자석의 강도가 동일할 수도 있지만, 온도 등급이 더 고온인 구역(292)의 자석에 대해 더 높을 수도 있다.
일부 예에서, 영구 자석 모듈 중 하나 이상이 제 1 유형의 자석 및 제 2 유형의 자석을 포함한다. 영구 자석 모듈 내부의 자석 유형이 이전 설명에 따라 축 방향으로 변경될 수도 있다.
특히, 도 5b의 예를 참조하면, 영구 자석 모듈이 반경 방향에 대해 경사지게 배열된 하나 이상의 경사진 자석(261, 262) 및 반경 방향에 수직으로 배열된 하나 이상의 접선 방향 자석(263)을 포함하며, 경사진 자석(261, 262)이 제 1 유형의 자석일 수도 있으며, 접선 방향 자석(263)이 제 2 유형의 자석일 수도 있다.
이 예에서, 경사진 자석이 수평 방향 자석보다 낮은 온도 등급을 가질 수도 있다. 작동 시에, 축 방향 평면에 있는 다양한 자석의 온도가 실제로 매우 균일할 수도 있으며, 즉, 동일한 축 방향 평면에 있는 자석 내부의 온도 차이가 거의 없을 수도 있다. 그러나, 도 5b에 도시된 장치에서, 자기장이 경사진 자석에 대해서보다 접선 방향 자석(263)에 대해 더 강할 수도 있다. 예를 들어, 전기 결함의 경우 자기를 소거할 수 있는 자기장이 경사진 자석(261, 262)보다 접선 방향 자석(263)을 보다 쉽게 자기 소거시킬 수도 있다. 이러한 이유로, 접선 방향 자석(263)의 온도 등급 또는 고유 보자력이 경사진 자석보다 높게 선택될 수도 있다.
제 1 유형의 자석이 N48H와 같은 더 낮은 온도 등급을 가질 수도 있으며, 이러한 예에서 제 2 유형의 자석이, 예를 들어, N48SH일 수도 있다.
축 방향을 따른 자석 유형의 변화와 영구 자석 모듈 이내의 차별화가 또한 조합될 수도 있다.
도 6에는 전기 기계의 영구 자석 회전자용 자석을 선택하기 위한 방법(300)의 일 예가 개략적으로 도시되어 있다. 방법은 영구 자석에 대한 자기 잔류도를 결정하는 단계(310)를 포함한다. 발전기의 공칭 전력, 자석의 개수 및 크기 등에 따라 영구 자석의 적절한 강도가 결정될 수도 있다. 영구 자석 회전자의 모든 자석이 동일한 강도를 가질 수도 있다.
방법은 작동 중인 영구 자석 회전자의 온도 분포를 결정하는 단계(330)를 추가로 포함한다. 온도 분포를 결정하는 단계가 전기 기계의 동작을 시뮬레이션하는 단계(320)를 포함할 수도 있다.
방법은 더 낮은 평균 온도를 갖는 영구 자석 회전자의 제 1 구역을 결정하는 단계(340) 및 더 높은 평균 온도를 갖는 영구 자석 회전자의 제 2 구역을 결정하는 단계(340)를 추가로 포함한다. 온도 분포에 기초하여 영구 자석 회전자의 2 개 이상의 구역이 정의될 수도 있다. 일부 예에서, 제 1 구역이 제 2 구역보다 10℃ 내지 40℃ 더 높은 평균 온도를 갖는다.
이 예의 방법은 제 1 구역용의 제 1 유형의 자석을 선택하는 단계 및 제 2 구역용의 제 2 유형의 자석을 선택하는 단계를 추가로 포함하며, 제 2 유형은 제 1 유형과는 상이하다.
일부 예에서, 제 1 유형의 자석이 제 2 유형의 자석보다 더 낮은 온도 등급을 가질 수도 있는데, 그 이유는 제 1 구역이 작동 시에 더 낮은 평균 온도를 갖기 때문이다. 이것은, 예를 들어, 제 1 구역이 냉각 공기 공급부에 더 가깝게 배열된 경우 발생할 수도 있다.
일부 예에서, 제 1 유형 또는 제 2 유형의 자석만이 선택된다. 즉, 정의된 온도 구역이 단지 2 개이다. 많은 구현에서, 2 개의 온도 구역이 비용을 최적화하고 자기 소거를 피하기에 충분한 것으로 밝혀졌다.
이와 같이 기재된 설명은 예를 사용하여 바람직한 실시예를 포함한 본 발명을 개시하며 또한 임의의 장치 또는 시스템의 제조 및 사용과 임의의 통합 방법의 수행을 포함하여 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 한다. 본 발명의 특허 가능한 범위가 청구범위에 의해 정의되며, 당업자에게 발생하는 다른 예를 포함할 수도 있다. 이러한 다른 예는, 청구범위의 문자 그대로의 언어와 다르지 않은 구조적 요소를 가지고 있거나 청구범위의 문자적 언어와 실질적으로 차이가 없는 등가의 구조적 요소를 포함하는 경우, 청구범위의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 설명된 다양한 실시예로부터의 양태뿐만 아니라 이러한 각각의 양태에 대한 다른 공지된 등가물이 본 출원의 원리에 따라 추가의 실시예 및 기술을 구성하기 위해 당업자에 의해 혼합 및 매칭될 수 있다. 도면과 관련된 도면 부호가 청구범위에서 괄호 안에 있는 경우, 이것은 단지 청구범위의 명료성을 높이기 위한 것이며 청구범위의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (15)

  1. 제 1 유형의 영구 자석 및 제 2 유형의 영구 자석을 포함하는 전기 기계용 회전자로서,
    제 1 유형의 영구 자석과 제 2 유형의 영구 자석은 동일한 자기 강도를 가지며,
    제 1 유형의 영구 자석은 제 1 온도 등급을 갖고, 제 2 유형의 영구 자석은 제 1 온도 등급과는 상이한 제 2 온도 등급을 갖는 것인 회전자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 영구 자석은 희토류 재료로 형성되며, 구체적으로, 상기 영구 자석은 네오디뮴 철 붕소 자석인 것인 회전자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 회전자는 제 1 단부로부터 제 2 단부로 축 방향으로 연장되며,
    제 1 세트의 영구 자석이 회전자의 제 1 구역에 배열되며,
    제 2 세트의 영구 자석이 회전자의 제 2 구역에 배열되며,
    제 2 구역보다는 제 1 구역이 제 1 단부에 더 가까운 것인 회전자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    제 2 단부보다는 제 1 단부가 냉각 공기 공급부에 더 가까운 방식으로 회전자가 전기 기계에 배열되도록 구성되는 것인 회전자.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 3 세트의 영구 자석
    을 추가로 포함하며,
    제 3 세트의 영구 자석은 상기 동일한 자기 강도를 가지며 상기 제 1 온도 등급 및 상기 제 2 온도 등급과는 상이한 제 3 온도 등급을 갖는 것인 회전자.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    회전자 테두리 및 이 회전자 테두리에 부착된 복수의 영구 자석 모듈
    을 포함하는 회전자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 영구 자석 모듈은 제 1 그룹의 영구 자석 모듈 및 제 2 그룹의 영구 자석 모듈을 포함하며,
    제 1 그룹의 영구 자석 모듈은 상기 제 1 유형의 자석을 포함하며, 제 2 그룹의 영구 자석 모듈은 상기 제 2 유형의 자석을 포함하는 것인 회전자.
  8. 제 6 항에 있어서,
    하나 이상의 영구 자석 모듈은 상기 제 1 유형의 자석, 및 상기 제 2 유형의 자석 또는 자석 부분을 포함하는 것인 회전자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 영구 자석 모듈은 반경 방향에 대해 경사지게 배열되는 하나 이상의 경사진 자석 및 반경 방향에 수직으로 배열되는 하나 이상의 접선 방향 자석을 포함하며,
    경사진 자석은 상기 제 1 유형의 자석이며 접선 방향 자석은 상기 제 2 유형의 자석인 것인 회전자.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 회전자
    를 포함하는 전기 기계로서, 선택적으로 상기 전기 기계는 발전기인 것인 전기 기계.
  11. 타워, 이 타워 상에 회전 가능하게 장착된 나셀, 복수의 블레이드를 포함하는 풍력 터빈 회전자, 및 제 10 항에 따른 발전기를 포함하는 풍력 터빈으로서, 선택적으로 발전기는 직접 구동식인 것인 풍력 터빈.
  12. 전기 기계의 영구 자석 회전자의 영구 자석에 대한 자기 잔류도(magnetic remanence)를 결정하는 단계;
    작동 중인 영구 자석 회전자의 온도 분포를 결정하는 단계;
    더 낮은 평균 온도를 갖는, 영구 자석 회전자의 제 1 구역을 결정하는 단계 및 더 높은 평균 온도를 갖는, 영구 자석 회전자의 제 2 구역을 결정하는 단계;
    제 1 구역용의 제 1 유형의 자석을 선택하고 제 2 구역용의, 제 1 유형과는 상이한 제 2 유형의 자석을 선택하는 단계
    를 포함하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 유형의 자석은 상기 제 2 유형의 자석보다는 낮은 온도 등급을 갖는 것인 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    작동 중인 영구 자석 회전자의 온도 분포를 결정하는 상기 단계는 전기 기계의 작동을 시뮬레이션하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 유형의 자석 및 상기 제 2 유형의 자석은 적층 제조에 의해 제공되는 것인 방법.
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