KR20230059833A - 구조적 지원을 갖는 전기 자속 전환 기기 - Google Patents

Abstract

자속의 전환에 의해 작동하는 회전 전기 기기로서: 로터(10); 스테이터(20); 및 권선; 을 포함하며, 상기 권선은 적어도 두 개의 페이즈 권선을 포함한다. 상기 전기 기기는 적어도 5개의 디스크를 포함하며, 상기 5개의 디스크는, 로터 디스크(12) 또는 (축방향으로 자속을 갖는) 스테이터 디스크(22)이다. 상기 스테이터 디스크(22) 및 상기 로터 디스크(12)는 상기 축방향을 따라 에어 갭(airgaps)을 통해 서로 끼워 넣어진다. 상기 권선 루프는 n>2 자극으로부터 자속을 에워싸며, 상기 권선 루프 원주는 2*n*d보다 짧고, d는 에어갭 너비 거리이다. 상기 2개의 상기 단부 캡 디스크는 상기 두 단부 캡 디스크의 하나에서 상기 두 단부 캡 디스크의 다른 하나로 작용하는 축 자기인력의 한 부분을 기계적으로 전달하는 강성(stiff) 기계적 구조(80B)에 의해 기계적으로 연결된다.

Description

구조적 지원을 갖는 전기 자속 전환 기기

본 발명은 일반적으로 전기 기기에 관한 것이며 특히 변조된 극 기기에 관한 것이다.

전기 기기의 개념은 잘 알려져 있고 19세기 후반에 발명된 유도 기기와 동기 기기와 같은 전기 기기의 제1 유형은 여전히 오늘날 산업에서 매우 중요하다. 전기 기기는 일반적으로 하나의 이동가능부를 포함하며, 이 부분은 전형적으로 로터 또는 트랜슬레이터이지만 그에 제한되지 않으며, 제2 부분을 포함하며, 상기 제2 부분은 전형적으로 스테이터이지만 그에 제한되지 않는다. 이들 부분은 에어갭에 의해 분리되며, 상기 에어갭은 상기 이동가능부와 상기 제2 부분을 분리한다. 상기 부분들 중 적어도 하나는, 전형적으로 상기 스테이터는, 또한 전류를 전달할 수 있는 전기 권선을 갖는다.

전기 기기의 특징은 기어 박스, 유압 시스템 및 공압 시스템과 같은 기계적 시스템에 비하여 낮은 포스 또는 토크 밀도를 갖지만, 높은 속력에 작동할 수 있기 때문에 높은 전력 밀도를 갖는다는 것이다. 1kW/kg의 전력 밀도는 전기 모터에 대한 대표적 수치이다.

대부분의 전기 기기의 특징은 또한, 상기 전기 기기에서 흔히 손실의 대부분을 구성하는 저항성 전력 손실이 상기 권선에서 와상 전류가 방치될 경우 상기 에어갭 속력 v에 대해 독립적이라는 것이다. 그러나, 총 전력의 백분율로 계산하면, 상기 총 전력이 v에 비례하므로 상기 저항성 전력 손실은 1/v에 비례한다. 그로 인해, 일반 전기 기기는 전형적으로 범위 10-100m/s의 고속에서 고효율을 갖고, 이 경우 90-98%의 범위의 효율이 흔하다. 저속에서, 예를 들면 5m/s에서, 전기 기기는 전형적으로 저효율을 갖는다.

또한, 저항성 손실은 전형적으로 상기 전기 기기에서 열적 문제를 야기하며, 몇 초보다 긴 동작 중 상기 전력 밀도는 물론 토크 및 포스 밀도 역시 제한한다.

낮은 포스 또는 토크 밀도 그리고 열악한 저속 효율로 인해, 전기 기기는 높은 토크 또는 포스 및 저속을 요구하는 제품에서 흔히 기어 박스, 유압 시스템 또는 공압 시스템과 결합하여 사용된다. 이는 상기 전기 기기가 고속으로 그리고 낮은 토크로 작동할 수 있도록 한다. 이들 기계적 시스템은 그러나, 특정한 결점이 있다. 이 기계적 전환은 이 시스템에서 추가적인 손실을 발생시키고, 이는 전형적으로 시스템에 따라 3-20%이며 부분 부하에서는 더 높기까지 하다. 이 기계적 전환 시스템은 또한 전기 기기 자체 보다 큰 범위로 유지를 요구하며, 이는 전체적인 비용을 증가시킬 수 있다. 예시로서, 풍력의 경우, 지난 20년간 기어 박스의 유지 문제는 계속적인 큰 문제였다.

저속 효율 문제 및 낮은 포스 밀도 문제를 우회하기 위해, 변조된 극 기기(MPM) 또는 가변 릴럭턴스 기기(VRM), 그리고 더 특화된 것으로 가변 릴럭턴스 영구 자석 기기(VRPM)라고 알려진 기기의 계통에 속하는 많은 다양한 기기 유형이 제안되고 개발되었다. 이들 기기 유형은, 예를 들면 버니어 기기(Vernier machine, VM), 버니어 하이브리드 기기 (Vernier hybrid machine, VHM) 및 횡자속형 전동기(TFM)는 자기 기어링이라고 알려진 기하학적 영향을 구현하며, 이는 상기 권선을 짧고 굵게 만들어서 상기 권선 저항을 극도로 낮춘다. 이는 여러 인접 극으로부터의 자속이 같은 방향으로 실질적인 순자속을 내도록 기하학적 구조를 배치함으로써 성취되며 그로 인해 이들 극으로부터의 자속은 상기 이동가능부, 즉 트랜슬레이터 또는 로터가 하나의 극 길이만큼 움직일 때 방향을 전환하도록 한다.

이들 기기는 또한 다른 기기보다 높은 전단 변형력을 발생시키며, 여기서 전단 변형력은 유닛 에어갭 영역 당 유용한 전단력으로서 정의된다. 이들은 그러나, 일반적으로 표준 기기와 비교하여 많이 유닛 부피당 패킹된 에어갭 영역의 양을 증가시키지 않고, 그래서 비록 이들 기기의 포스 밀도가 증가는 되지만, 이는 단지 적당히 증가될 뿐이다. 이들 기기 유형의 잘 알려진 문제는 누설 자속이 커진다는 것이며, 전부하에서 파워 팩터가 낮아진다는 것이다. 그로 인해, 이들은 높은 파워 팩터와 매우 높은 전단 변형력을 모두 가질 수 없다. 비록 이들은 풍력을 위해 제안되긴 했지만, 이들은 이들 결점으로 인해 널리 퍼져서 시장침투하지는 못했다.

TFM 기기의 한 유형은 참조문헌 [1-4]에서 제안되었다. 이 기기는 유닛 부피당 상당한 에어갭 영역에서 패킹한다는 이점을 갖고 있다. 그러나, 상기 기기는 둘로 나뉜 변압기처럼 보이며 페이즈당 두 개까지의 거대한 코일로 에어갭으로부터 멀리 떨어진 코일을 갖고 있다. 유감스럽게도, 이 설계도 일부 작은 결점이 있다. 상기 제안된 설계는 큰 누설 자속을 내며, 이는 그 결과로서 낮은 파워 팩터를 초래한다. 또한, 이는 코어를 홀드하도록 강력한 기계적 구조를 요구하는 큰 클램핑 자기 법선력을 갖는다. 이는 코일이 두 구조에만 감겨 있다는 사실과, 이들 두 구조는 상기 에어갭의 일부로부터 멀리 위치해 있다는 사실로 인한 것이다.

선행 기술의 전기 기기의 문제는 저속 제품 및 높은 포스 또는 토크 밀도가 요구되는 제품에서, 전기 용액이 매우 높은 토크 또는 포스 밀도에 도달할 수 없고, 가장 토크 밀도가 높은 기기는 전부하에서 낮은 파워 팩터를 갖는다는 것이다. 이는 그 결과로서 흔히 상당한 손실을 내는 크고 비싼 직접 구동 기기를 초래한다.

본 발명의 일반적인 목적은 따라서 개선된 일반적 토크 또는 포스 밀도 및 증가된 저속 효율을 갖는 전기 기기를 제공하는 것이다.

상기 목적은 독립항에 따른 기기에 의해 달성된다. 바람직한 실시예는 종속항에 의해 정의된다.

일반적으로, 제1 태양에서, 자속의 전환에 의해 작동하는 회전 전기 기기로서: 로터; 스테이터; 및 권선; 을 포함한다. 상기 권선은 적어도 두 개의 페이즈 권선을 포함한다. 상기 회전 전기 기기는 적어도 5개의 디스크를 포함하며, 상기 5개의 디스크는, 상기 로터의 부분인 로터 디스크 또는 상기 스테이터 (상기 스테이터는 지배적으로 축방향으로 자속을 가짐) 의 부분인 스테이터 디스크이다. 상기 스테이터 디스크 및 상기 로터 디스크는 상기 축방향을 따라 에어 갭(airgaps)을 통해 서로 끼워 넣어지며, 상기 축방향은 상기 로터의 회전축의 방향이다. 상기 디스크의 적어도 2개는 단부 캡 디스크이며, 상기 단부 캡 디스크는 로터 디스크 또는 스테이터 디스크이며 상기 축방향으로 상기 회전 전기 기기의 두 가장 바깥쪽의 디스크이고, 상기 가장 바깥쪽의 두 개의 디스크의 사이에는 모든 다른 로터 디스크와 스테이터 디스크가 위치한다. 상기 스테이터 디스크의 적어도 둘은 각각 같은 페이즈 권선으로부터 권선 루프를 포함한다. 상기 권선 루프는 같은 극성의 n개의 자극 (N, S)으로부터 자속을 에워싸며, n은 2보다 크고, 바람직하게는 n은 4보다 크고 더욱 바람직하게는 n은 6보다 크고, 상기 적어도 하나의 권선 루프는 하나의 개별 자극으로부터의 자속을 초과하는, 바람직하게는 하나의 개별 자극으로부터의 상기 자속의 두 배를 초과하는, 총 자속을 에워싸고, 상기 권선 루프 원주는 2*n*d보다 짧고, 바람직하게는 n*d보다 짧고, d는 에어갭 너비 거리이며, 이는 상기 로터의 상기 회전축에 대한 방사 방향으로 취득된 상기 에어갭의 자기 활성 부분의 평균 너비이다. 상기 자극은 상기 로터와 상기 스테이터 중 적어도 하나에 제공된다. 적어도 2개의 상기 단부 캡 디스크는 상기 두 단부 캡 디스크의 하나에서 상기 두 단부 캡 디스크의 다른 하나로 작용하는 축 자기인력의 15%를 초과하여, 바람직하게는 30%를 초과하여, 더욱 바람직하게는 50%를 초과하여, 더욱 더 바람직하게는 70%를 초과하여 가장 바람직하게는 90%를 초과하여 기계적으로 전달하는 강성(stiff) 기계적 구조에 의해 기계적으로 연결된다.

제2 태양에서, 시스템은 제1 태양의 전기 기기를 포함한다. 상기 시스템은 재생가능 에너지 전환 시스템, 풍력 발전소, 조력 발전소, 파력 발전소, 전기 선박 추진 시스템, 기어리스 모터, 전기 차량, 직접 구동 시스템, 또는 포스 덴스 액츄에이터이다.

상기 제안된 기술의 하나의 이점은 상기 기기의 포스 또는 토크 밀도를 증가 시키고 그 효율을 증가시키고, 특히 저속에서 효율을 증가시킨다는 것이다. 다른 이점은 상세한 설명을 읽을 때 나타날 것이다.

본 발명은 그 목적과 이점과 함께, 첨부된 도면과 다음의 설명을 참조하여 가장 잘 이해될 것이다.
도 1a는 자속의 전환에 의해 작동되는 회전 전기 기기의 실시예를 도시한다.
도 1b는 도 1a의 실시예의 단면도를 도시한다.
도 1c-d는 스테이터의 실시예의 개략도를 도시한다.
도 1e-f는 로터의 실시예의 개략도를 도시한다.
도 1g-h는 상기 로터와 스테이터에서 자성 구조간의 기하학적 및 자기학적 관계의 실시예의 개략도를 도시한다.
도 2a-d는 상기 로터와 상기 스테이터간의 기하학적 관계의 실시예의 개략도를 도시한다.
도 3은 에어갭에서 자속의 개략도를 도시한다.
도 4는 다양한 에어갭 자속의 예시를 도시하는 다이아그램이다.
도 5는 스테이터 자기 구조와 관련 권선 루프의 실시예의 단면의 개략도를 도시한다.
도 6는 표면실장 영구 자석을 이용하는 제1 및 제2 자기 구조 간 기하학적 관계의 실시예의 개략도를 도시한다.
도 7은 스위치드 릴럭턴스 기기에서 제1 및 제2 자기 구조간 기하학적 관계의 실시예의 개략도를 도시한다.
도 8은 폴로이달 흐름을 갖는 변조된 극 기기의 실시예의 부분의 개략도를 도시한다.
도 9는 부분적으로 컷어웨이된 폴로이달 흐름(poloidal flux)을 갖는 변조된 극 기기의 권선과 로터 및 스테이터 구조의 실시예의 부분의 개략도를 도시한다.
도 10은 부분적으로 컷어웨이된 폴로이달 흐름(poloidal flux)과 토로이덜 권선(toroidal winding)을 갖는 변조된 극 기기의 다른 실시예의 부분의 개략도를 도시한다.
도 11은 자체적인 자성 복귀 경로를 갖는 다른 페이즈에 각 페이즈는 스테이터 디스크에서 독립적인 실시예를 도시한다.
도 12는 도 1a에 나타난 것과 유사한 실시예를 도시하지만, 상기 로터와 상기 스테이터간에 자성 위상배치가 스위치되었던 것을 도시한다.
도 13a-d는 단부 캡 서포트의 다양한 실시예를 도시한다.

도면 전반에 걸쳐, 같은 도면부호는 유사하거나 대응하는 요소에 사용된다.

여기에 나타난 기술은 극도로 높은 토크 또는 포스 밀도, 매우 높은 효율을 저속에서도 가짐으로써 그리고 적절한 파워 팩터를 유지함으로써 전기 기기의 일반적인 토크 또는 포스 밀도 문제 그리고 저속 효율 문제 모두에 대해 명쾌한 해결책을 제공한다. 이는 바람직하게는 세가지 다른 태양을 고려함으로써 성취된다. 이들 개념은 결과적으로 디자인과 기하학적 특징이 따라야 하는 프레임을 제공한다.

상기 권선 저항은 흔히 주요 결점이다. 몇 배 더 낮은 권선 저항을 갖기 위해, 여기에 나타난 기술은 소위 자기 기어링(magnetic gearing)을 구현한다. 이 개념은 상기 권선이 각 개별 극간에 감기지 않지만 대신 많은 극에 감긴다는 것을 의미한다. 전형적으로, 전체 페이즈는 간단한 루프로 둘러싸여 있다. 그로써, 상기 권선은 표준 기기보다 몇 배 더 짧아질 수 있다. 동시에, 상기 권선은 몇 배 더 두껍게 만들어질 수도 있다. 이는 결과적으로 상기 권선 저항을 표준 기기보다 몇 배 더 작게 만든다. 상기 권선 저항은 그와 같은 조치에 의해 기하학적 구조 및 크기에 따라서 약 1/100 내지 1/5의 인수에 의해 감소될 수 있다. 이는 또한 열적 문제를 극도로 감소시킨다.

고려해야 할 다른 개념은 가능한 적은 부피만큼 에어갭의 수량을 증가시키도록 하는 것이다. 달리 말하면, 특정 기기 부피 내에서 총 에어갭 넓이를 증가시키려는 노력이 있는데, 이는 상기 기기의 포스가 에어갭에서 발생되기 때문이다. 여기서 나타나는 기술은 많은 에어갭을 자기적으로 직렬로 연결하는, 자기적으로 폐쇄된 루프와 매우 닮은 기하학적 구조에서 촘촘히 패킹된 기하학적 구조를 구현한다. 이는 바람직하게는 철과 같은 자기적 재질의 블록에서 불필요한 긴 자기장 라인 경로를 갖지 않고 성취된다. 여기에 나타난 상기 기하학적 배치는 상기 자속에 대한 자기 재질의 어떤 수동적 복귀 경로든지 감소시킴으로써 이를 성취한다. 그로써, 표준 전기 기기에 비교하여 여기에 나타난 기기에서 여러 배 더 많은 에어갭 영역이 유닛 부피당 패킹될 수 있다. 이는 추가적으로 초과량의 영구 자석을 사용하지 않고 달성된다.

본 발명의 많은 실시예는 영구 자석을 포함한다. 주로, 그 우수한 성능 때문에 네오디뮴-철-보론 자석이 사용된다. 네오디뮴을 함유하는 자석은, 흔히 그냥 네오디뮴 자석이라고 불리는 것으로, 매우 높은 잔류자속 밀도와 큰 항자기력을 갖고, 이는 매우 포스 밀도가 높고 효율적인 전기 기기를 만든다. 그러나, 이들 자석은 희토류 원소를 함유하며, 이는 부족하고 비싸다. 대안은 그 대신 페라이트 자석을 사용하는 것이다. 이들 자석의 성능은 네오디뮴-철-보론 자석에 비하여 거의 모든 면에서 상당히 더 나쁘지만, 희소물자를 포함하지 않고, 매우 저비용이며, 전류를 전도하지 않고 이는 와상 전류 문제를 제거하고 이들은 열에 민감하지 않다. 그로써, 일부 제품에서, 네오디뮴-철-보론 자석 대신에 페라이트 자석을 사용하는 것이 이익인데, 이는 특히 자속 집중 구조에서 그렇다.

많은 수량의 에어갭이 상기 권선에서의 감소된 저항과 결합하여 전기 기기에서 상당히 더 높은 전류 부하를 허용한다. 이는 전단 변형력, 즉 상기 에어갭에서 발생된 유닛 영역당 유용한 포스가 표준 기기에서 2-4배만큼 높아진다는 것을 의미한다. 최대 100kN/m²의 단위 면적당 포스조차도 실현가능하다. 자기 기어링으로 인해 많은 에어갭이 촘촘히 함께 패킹될 때 표준 기기에 비하여 전단 변형력에서의 이득은 훨씬 더 커지는데, 이는 축방향 자속 기기와 같은 표준 기기는 이 점에 있어서 불리한 스케일링을 갖기 때문이다. 이는 유닛 부피 또는 무게 당 에어갭 면적에서 상당한 증가와 결합하여 여기에 나타난 기술에 표준 기기에 대한 것보다 몇 배 더 큰, 전형적으로 5-25배 더 큰 포스 또는 토크 밀도를 낸다.

이 기하학적 구조의 다른 효과는 바람직하게는 대부분의 에어갭에서 자성 재료에 대한 법선력이 국소적으로, 적어도 이상적으로, 제거될 수 있도록 배치될 수 있고, 이는 무겁고 부피가 큰 구조 재료의 필요성을 상당히 줄인다. 상기 자성 재료상의 법선력의 제거는 보통 선행 기술의 전기 기기에서 수행되지만, 전형적으로는 전역적인 의미에서 수행된다. 이는 따라서 상기 기기의 한 쪽에서 다른 쪽으로 상기 법선력을 전달하는 내부 구조를 요구한다. 그러나, 여기에 나타난 법선력 제거는 국소적인 의미에서 강력하게 유리하다. 견고한 내부 구조에 대한 필요는 여기에 나타난 기술에 의해 대폭 감소된다.

일부 바람직한 실시예의 추가적인 이익은 누설 자속의 제거다. 적어도 둘 그러나 바람직하게는 그 이상의 스테이터 디스크에 분산된 방식으로 페이즈 권선을 배치함으로써, 하나의 페이즈에 대한 전체 권선은 폐쇄형 또는 거의 폐쇄형 코일 기하학적 구조와 유사하다. 이 기하학적 구조는 레이스 트랙 코일 또는 유사한 모양일 수 있다. 이와 같은 기하학적 구조를 가짐으로써, 상기 누설 자속은 상당히 감소되거나 거의 제거될 수 있다. 상기 기기의 이들 실시예에서 상기 권선은 상기 전역 누설 자속을 거의 제거하는 방식으로 배치된다. 그로써, 상기 기기의 파워 팩터는 전단 변형력을 감소시키지 않고 합리적인 수준으로 유지될 수 있으며, 0.8의 파워 팩터가 바람직한 실시예에서 도달될 수 있다. 또한, 이와 같은 기하학적 관계는 전기 강판에서 평면 와상 전류는 물론, 상기 권선에서 그리고 상기 기계적 구조에서 와상 전류와의 문제를 감소시킨다.

본 발명은 바람직하게는 기기의 포스 또는 토크 밀도를 극도로 증가시키고 그 효율을 증가시키는, 특히 저속에서, 그리고 바람직한 사례에서는 파워 팩터를 손상시키지 않고 증가시키는 기하학적 효과를 이용하는 전기 기기의 유형에 관한 것이다. 여기에 나타난 기술은 직접 구동과 같은 저속 제품에서의 그리고 높은 포스 또는 토크 밀도가 요구되는 제품에서, 그러나 그에 국한되지 않는 제품에서의 유례없는 성능을 갖는다. 적합한 제품은 풍력, 조력 및 파력, 즉 재생가능 에너지 전환 시스템, 전기 선박 추진, 전기 차량, 기어 모터의 교체, 직접 구동 제품 및 포스 덴스 액츄에이터이지만, 본 발명은 이에 제한되지 않고 다른 많은 제품에도 사용될 수 있다.

본 발명에 사용된 일부 용어는 명확한 정의가 필요할 수 있다.

"전기 기기"는 전류가 적용될 때 이동가능체에 힘을 가할 수 있는 기기로서 해석되거나, 그 역으로도 해석된다. 전형적으로, 전기 기기는 발전기, 모터 또는 액츄에이터로서 사용된다.

상기 "에어갭" 또는 "에어 갭"은 전형적으로 공기로 채워지지만 그에 제한되지 않으며, 기체, 액체, 플라스틱, 복합 재료, 테플론 등과 같은 일반 베어링 재료와 같은 비자기적인 어느 재질이든지 포함할 수 있다.

"비자기적인"이라는 것은 여기서 0.2 테슬라의 자속 밀도 B에서 < 50의 상대투수율을 갖고 <0.2 테슬라의 잔류자속 밀도를 갖는 재질로서 해석된다. 더욱이, "자기적인"이란 여기서 0.2 테슬라의 자속 밀도 B에서 >=50의 상대투수율을 갖고 >=0.2 테슬라의 잔류자속 밀도를 갖는 재질로서 해석된다.

기계 동력은 P = Fv 로 표현될 수 있으며, 여기서 F는 힘이고 v는 속력이다.

"속력"은 여기서 상기 로터와 상기 스테이터간의 상대적 속력으로서 정의된다. 상기 속력은 상기 두 부분을 분리하는 상기 에어갭에서 이들 두 부분의 각 표면에서 정의된다.

"전기적으로 비전도성"은 여기서 섭씨 20도의 온도에서 10^-5 옴*m보다 큰 전기적 저항을 갖는 재질로서 해석된다.

"전기적으로 전도성"은 여기서 섭씨 20도의 온도에서 10^-5 옴*m 이하의 전기적 저항을 갖는 재질로서 해석된다.

"구조 재질"은 상기 전기 기기의 자기 회로에서 주요 활성 역할을 하지 않거나 상기 권선의 전기적 전도성 부분인 기기의 어떤 부분이거나 재질로서 정의된다.

"포스"는 여기서 상기 로터와 상기 스테이터간 전류에 의해 가해지는 상대적 힘으로서 정의된다. 상기 포스는 상기 두 부분을 분리하는 상기 에어갭에서 이들 두 부분의 각 표면에서 그리고 그 움직임을 따라 그로 인해 상기 표면에서 전단력이 되도록 취득된다.

"법선력"은 여기서 상기 로터와 상기 스테이터간 상기 에어갭에서 상기 법선인력으로서 정의된다.

"고자기 투과성 재료"란 본 발명에서 0.2 테슬라보다 많은 자속 밀도에서 50보다 많은 상대자기투과력을 갖는 재료로서 정의된다.

여기에 나타난 기술의 기하학적 구조는 자기 기어링을 구현하도록 배치되어 그로 인해 상기 자속이 간단한 권선 루프 내부에서 단향성 또는 거의 단향성이다. 이 권선 루프는 전형적으로 하기에 추가적으로 논의되는 바와 같이 같은 극성의 적어도 3개의 자극에 걸쳐 자속을 에워싸는 직사각형 같은 권선 루프이다. 이는 자속이 단향성이 아닌, 동기 전기 기기에서 분산 권선과 같지 않다는 것에 유의한다.

그로써, 본 발명은 버니어 기기(Vernier machine, VM), 버니어 하이브리드 기기 (Vernier hybrid machine, VHM) 및 횡자속형 전동기(TFM) 및 스위치드 릴럭턴스 기기(SRM)와 같은 자기 기어링을 구현하는 전기 기기의 계통에 속한다. 이들 기기의 특징은 이들이 작동 중 전후로 스위칭하도록 자기장을 변조하는 자성 재질의 톱니 구조를 갖는다는 것이다. 따라서 전기 기기의 이러한 계통은 참조문헌 [5, 6]에서 흔히 변조된 극 기기(MPM)라고 호칭되며, 이 용어는 본문에서 후속적으로 사용될 것이다. 이들은 또한 가끔 영구 자석 기기를 위한 가변 릴럭턴스(VR) 또는 가변 릴럭턴스 영구 자석 기기(VRPM)라고 지칭되며, 이는 원칙적으로 더 넓은 의미의 용어다. 이들 기기는 일반적으로 낮은 저항을 성취하지만, 높은 포스 또는 토크 밀도에 도달하지 않는데 이는 이들이 많은 에어갭을 자기적으로 직렬로 연결하지 않고, 그로써 본 발명이 유닛 부피당 큰 에어갭 면적을 패킹하지 않지만 여러 배까지 더 적게 패킹하기 때문이다. 또한, 이들 기기는 본 발명과 같은 범위로 누설 자속을 피하지 않고, 따라서 와상 전류 및 더 낮은 파워 팩터와 더 많은 문제를 갖는다. 이들 기기는 또한 여기 나타난 기술로서 같은 범위로 국소적인 의미에서 상기 자기 법선력을 상쇄시키지 않는다. 그로써 이들은 더 많은 구조 재료를 같은 양의 토크에 대해 요구하며, 이는 이들을 더 무겁고 더 비싸게 만든다.

상기 축방향 자속 동기 전기 기기(AFM)는 상기 자속이 상기 축방향으로 배치된 잘 알려진 동기 기기이다. 몇 가지 사례에서, 축방향 자속 기기는 그 토크 밀도를 증가시킬 수 있도록 자기적으로 직렬로 연결된 많은 에어갭을 갖고 작동할 수 있다고 제안되었다. 그러나, 상기 AFM은, 본 발명이 자기 기어링을 구현하지 않기 때문에, 권선 저항이 거의 낮고, 상기 에어갭에서 같은 전단 변형력을 생산할 수 없기 때문에, 따라서 고효율 및 높은 토크 밀도에 모두 도달할 수 없다. 더욱이, 상기 AFM에 대한 상기 권선 저항이 상기 자극이 짧게 이루어질 때 본 발명에 비해 불리한 스케일링을 갖기 때문에, 상기 AFM은 유닛 부피당 에어갭 면적을 많이 패킹할 수 없다. 이들 기재된 특징은 결합된 효율 및 포스 또는 토크 밀도 관점에서 자기 기어링을 구현하지 않는 어떤 전기 기기보다도 본 발명에 상당히 더 좋은 성능을 부여하며, 이는 영구 자석이 있거나 없는 철심 및 공심 동기 전기 기계, 유도 기계 및 동기 자기저항 기계 또는 이들의 조합을 포함한다.

축방향 자속 기기는 일반적으로 각 권선이 한 극으로부터만 자속 주위에 감겨지는 집중 권선으로 구현된다. 그 이유는 부분적으로는 손실을 약간 낮추기 위한 것이지만, 구조적인 단순함도 있다. 분산된 권선을 갖는 동기 기기에서, 합리적으로 기능하는 기계를 생산하기 위해 서로 다른 페이즈의 권선이 겹치며, 이는 큰 단부 권선을 야기하고 권선끼리 서로 교차하도록 하며, 이는 결과적으로 축방향 자속 기기에서 구현될 때 권선 과정에서 어려움을 일으키고 상기 에어갭에서 상기 스테이터 지지대와 상기 자성 재료 사이의 좁은 공간 안으로 상기 권선을 맞추는데 어려움을 일으킨다. 분산 권선의 루프가 비록 여러 자극으로부터의 자속을 둘러싸더라도, 이는 절대 하나의 개별 극으로부터의 자속보다 큰 총 자속을 에워싸지 않는다. 이는 하나의 극성의 에워싸인 극의 수의 잉여는 다른 극성의 극의 수에 비하여 절대 하나보다 크지 않기 때문이다. 여기에 나타난 기술의 특징은 상기 권선은 단순한 권선 루프로 다수의 자극으로부터의 자속을 전달하는 둘러싸인 자기 구조를 둘러싸고 있으며, 바람직하게는 5개 이상의 인접 극으로부터의 자속을 둘러싸고 있다. 상기 자기 기어링으로 인해, 상기 권선을 통한 순자속은 하나의 개별 극으로부터의 자속보다 크거나 바람직하게는 하나의 개별 극으로부터의 자속의 두 배보다 크다. 달리 말하면, 총자속은 같은 극성의 두 개별 자극으로부터의 자속보다 크다. 이는 자기 기어링을 주는 상기 변조된 극 기하학적 구조가 한 극성의 극으로부터의 자속을 약화시키고 다른 극성의 극으로부터의 자속을 증가시키며, 이는 큰 순자속을 내기 때문이다. 상기 권선 루프를 통한 순자속이 하나의 개별 극으로부터의 자속보다 작은 기하학적 구조가 선택된다면, 자기 기어링을 구현하는 것에는 가치가 적다.

여기서 나타난 기술의 다른 특징은, 권선이 표준 기기보다 특정 유도 전압에 대해 상당히 짧다는 것이다. 자기 기어링을 구현하지 않고 분산 권선이 없는 일반 전기 기기에서, 권선 루프에서의 상기 권선은 상기 권선이 둘러싸는 같은 극성 n의 극의 수의 두 배에 해당하는 반경 방향으로 상기 에어갭 영역을 가로지른다. 이는 상기 권선이 인접한 극에서 반대 극성의 자속을 잡지 않도록 각 극을 개별적으로 휘감아야 하기 때문이다. 단부 권선 또한 있으므로, 상기 권선 루프의 길이는 항상 2*n*d보다 길고 d는 축방향 자속 기기에서 상기 에어갭의 자기 활성 부분의 반경 폭이다. 자기 기어링을 사용하는 것에서 어떤 합리적인 이득이라도 가지려면, 상기 권선은 이보다 짧아야 하며, 즉 2*n*d보다 짧아야 하고, 바람직하게는 n*d보다 상당히 짧아야 한다. 그로써, 자기 기어링의 특징은 상기 권선 루프는 n이 2보다 큰, 바람직하게는 n이 4보다 크고 더 바람직하게는 n이 6보다 큰 같은 극성의 n 자극으로부터의 자속을 에워싸고 상기 권선 루프는 하나의 개별 자극으로부터의 자속을 초과하는, 바람직하게는 하나의 개별 자극으로부터의 상기 자속의 두 배를 초과하는, 총 자속을 에워싸고, 상기 권선 루프 원주는 2*n*d보다 짧고, 바람직하게는 n*d보다 짧고, d는 에어갭 너비 거리이며, 방사 방향으로 취득된 상기 에어갭의 자기 활성 부분의 평균 너비이다.

본 발명 같은 지배적으로 축방향 자속을 갖는 멀티디스크 전기 기기에서, 상기 로터와 스테이터에 속하는 끼워진 디스크 사이에는 큰 자기 법선인력이 있다. 이들 포스는 상기 작은 에어갭을 유지하도록 상기 디스크를 또한 포지셔닝하는 상기 에어갭에서 베어링에 의해 핸들링될 수 있고 핸들링되어야만 한다. 상기 전기 기기의 상기 축방향 단부에 위치한 두 단부 캡 디스크를 제외한 모든 디스크에 대해, 이들 포스는 단지 특정 디스크만 고려되는 경우 대칭으로 인해 크게 상쇄되는데, 이는 비록 일부 포스가 흔히 대칭을 약간 깨뜨리는 제작 공차 등으로 인해 약간의 포스가 종종 남아 있음에도 불구하고 일어난다. 그러나, 단부 캡 디스크만은 한쪽에 에어갭을 갖고 상기 기기의 중심을 향해 큰 인력을 겪을 것이다. 이들 포스는 상기 디스크 사이의 베어링에 의해 지지될 경우, 상기 포스는 모든 디스크 사이의 베어링에 의해 다른 단부 캡까지 전달되어야 한다. 따라서, 상기 디스크 사이의 베어링은 포지셔닝에 필요한 훨씬 더 작은 포스 등급 대신 이 큰 클램핑 포스에 대해 치수가 측정되어야 한다. 이는 또한 마찰 손실을 증가시킨다.

본 발명에서, 강성 기계적 구조가 대신 사용되어 하나의 단부 캡이 겪는 자기 법선인력을 다른 단부 캡으로 전달하도록 한다. 그로써, 이 포스는 상기 스테이터와 로터 디스크와 더 낮은 마찰 손실 사이의 베어링에 대한 더 낮은 정격 하중을 허용하는 베어링에 의해 전달되지 않는다. 상기 기계적 구조에 의해 전달되는 이 클램핑 포스의 부분이 더 클수록, 상기 디스크 사이의 베어링에 대한 상황이 더 유익할 것이다. 그로써, 적어도 2개의 상기 단부 캡 디스크는 상기 두 단부 캡 디스크의 하나에서 상기 두 단부 캡 디스크의 다른 하나로 작용하는 축 자기인력의 15%를 초과하여, 바람직하게는 30%를 초과하여, 더욱 바람직하게는 50%를 초과하여, 더욱 더 바람직하게는 70%를 초과하여 가장 바람직하게는 90%를 초과하여 기계적으로 전달하는 강성(stiff) 기계적 구조에 의해 기계적으로 연결된다. 이 지지 구조의 다양한 실시예가 하기에 추가적으로 논의된다.

페이즈 권선은 상기 권선이 병렬로 연결된 여러 권선으로 분리되거나 또는 다양한 컨버터에 연결된 여러 권선으로 분리되더라도 상관없이 같은 페이즈에 속한 전체 권선으로서 해석되어야 한다. 또한, 다른 스테이터 디스크에서 권선이 같은 페이즈에 속하는지 결정할 때, 권선의 전압이 서로에 대해 약간의 전기적 각도로 변위되더라도 동일한 페이즈에 속하는 것으로 간주해야 하는데, 이는 상기 자기장이 그 후 어떻게든 적어도 두 스테이터 디스크에 대해 직렬로 연결될 수 있기 때문이다. 비록 0 또는 0에 가까운 전기 각도 차이를 갖는 구성이 선호되지만 여기서 실용적인 한계는 30 전기 각도의 차이로 설정할 수 있다.

도 1a는 자속의 스위칭에 의해 작동하는 전기 기기(1)의 실시예를 도시하며, 여기서 상기 자속은 지배적으로 축방향이다. 이 실시예는 쓰리-페이즈 기기이며, 여기서 다른 페이즈 2a, 2b 및 2c가 회전 방향(4)을 따라 서로의 다음에 위치된다. 그로써 이 실시예에서, 상기 권선(30)은 적어도 두 개의 페이즈 권선(31)을 포함한다. 비록 이 실시예에서 하나의 페이즈로부터의 자속은 두 다른 페이즈에서의 복귀 경로를 갖지만, 각 페이즈는 원칙적으로 서로 독립적으로 작동한다. 상기 페이즈 구조는 기계적으로 서로 연결되어, 합리적인 코깅으로 상당히 부드러운 총 포스를 제공한다. 상기 전기 기기(1)는 로터(10)를 포함하며, 이 실시예에서는 4개의 로터 디스크(12)로 나뉘고, 2개의 내부 로터 디스크(12A) 및 두 단부 캡 디스크(12b)로 나뉜다. 상기 전기 기기(1)는 복수의 루프(32)를 갖는 권선(30)을 더 포함한다. 이 실시예에서 상기 루프(32) 내부에는, 상기 권선에 단단히 고정된 원형 자석 구조가 있다. 상기 권선 루프(32)는 적어도 5개의 인접 자극을 에워싸며, 이 특정 실시예에서는 26개의 인접 자극을 에워싸고, 자기 기어링 효과로 인해 1개 또는 2개의 개별 극에서 나오는 자속보다 상당히 더 많은 자속을 에워싼다. 상기 스테이터(20)는 이 실시예에서 3개의 스테이트 디스크(22)로 나뉘며, 각각 같은 페이즈 권선으로부터의 권선 루프를 갖는다. 달리 말하면, 같은 페이즈로부터의 권선이 모든 스테이터 디스크(22)에서 존재한다. 상기 로터 및 스테이터(10, 20) 및 상기 권선(30)을 볼 수 있게 하기 위해 기계적 구조 부분은 제거되었다.

"디스크"란 본 발명에서 각 부분에서 제1 방향 및 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장부를 갖는 기계적 부품을 지칭하며, 상기 연장부는 전형적으로 최소 열 배만큼 상기 제1 및 제2 방향에 수직인 제3 방향의 연장부보다 상당히 크다. 이 제3 방향은 또한 축방향(15)으로서 지칭되며, 상기 디스크와 관련된다. 상기 디스크는 따라서 대부분의 경우 반드시 평평하며, 전체적으로 볼 때, 비록 굴곡이 있을 수 있지만, 전형적으로 원의 일부 모양으로 굴곡이 있을 수 있거나, 일부 실시예에서는 약간 쐐기 모양이다. 그러나, 상기 디스크의 상기 표면은 돌출부분 또는 리세스와 같은 평평하지 않은 부품을 포함할 수 있다. 하기에 추가적으로 기재된 바와 같이, 상기 디스크는 다른 부분 및/또는 재료로 구성될 수도 있다.

상기 로터(10) 및 상기 스테이터(20)의 상기 로터 및 스테이터 디스크(12, 22)는 에어갭(40)을 통해 서로를 마주 향해 배치된다. 상기 에어갭(40)은 회전의 방향(4)에 평행, 즉 상기 에어갭을 통과하는 자속은 반드시 상기 회전의 방향(4)에 수직이다. 상기 로터(10) 및 스테이터(20)는 축방향(15)을 따라서, 상기 에어갭(40)을 통해 서로 끼워진 각 로터 및 스테이터 디스크(12, 22)를 갖는다. 달리 말하면, 상기 축방향을 따라 통과할 때, 상기 스테이터(20)의 스테이터 디스크(22)가 상기 로터(10)의 로터 디스크(12)를 뒤따르며, 상기 단부 캡 디스크(12b)의 한 측을 제외하고 에어갭(40)에 의해 분리된다. 마찬가지로, 상기 축방향을 따라 통과할 때, 상기 로터(10)의 로터 디스크(12)가 상기 스테이터(20)의 스테이터 디스크(22)를 뒤따르며, 에어갭(40)에 의해 분리된다. 따라서 상기 스테이터의 인접한 스테이터 디스크(22)의 각 쌍 사이의 상기 로터(10)의 내부 로터 디스크(12A), 그리고 유사하게 상기 로터(10)의 인접한 로터 디스크(12)의 각 쌍 사이의 상기 스테이터(20)의 스테이터 디스크(22)가 있다. 상기 외부 로터 디스크, 즉 단부 캡(12b)는 상기 기기의 축단부에 배치되며, 상기 자기 회로를 폐쇄한다.

따라서 각 내부 로터 디스크(12A) 및 각 스테이터 디스크(22)는 상기 축방향을 따라서 상기 에어갭(40)의 두 연속적인 에어갭을 마주한 로터와 스테이터 디스크 표면 사이에 놓인 로터(10) 및 스테이터(20)의 상기 부분으로서 정의될 수 있다. 상기 외부 로터 디스크(12B)는, 하나의 가장 바깥쪽 에어갭을 향하면서 그 가장 바깥쪽 에어갭의 같은 쪽에 다른 로터 디스크를 갖지 않는 축방향 가장 바깥쪽 로터 디스크로서 정의될 수 있다.

도 1b에서, 도 1a의 상기 전기 기기(1)의 단면이 도시되었다. 여기서, 상기 로터 디스크(12)와 상기 스테이터 디스크(22)가 더 명확히 나타난다. 여기서 상기 스테이터(20)의 상기 스테이터 디스크(22)는 상기 축방향을 따라서 상기 에어갭(40)의 두 연속적인 에어갭을 마주한 스테이터 디스크 표면(24, 26) 사이에 놓인 것으로 보일 수 있다. 또한, 상기 로터(10)의 내부 로터 디스크(12A)는 상기 축방향을 따라서 상기 에어갭(40)의 두 연속적인 에어갭을 마주한 로터 디스크 표면(14, 16) 사이에 놓인다. 외부 로터 디스크, 즉 단부 캡(12b)는 에어갭의 한 측에 상기 기기의 축 단부에 위치하며 상기 에어갭에서 모든 다른 로터와 스테이터 디스크는 그 에어갭의 다른 측에 위치한다.

더욱이, 상기 로터와 스테이터(10, 20)의 각 내부 로터와 스테이터 디스크(12A, 22)에 대해, 상기 로터 디스크 표면(14, 16)과 상기 스테이터 디스크 표면(24, 26) 사이의 자성 재질을 자기장 라인이 통과한다. 이는 이 실시예(6)에서 많은 에어갭(40)이 자기적으로 직렬로 연결되어 있다는 것을 의미한다. 상기 자기 루프는 상기 외부 로터 디스크, 즉 상기 단부 캡(12b)에 의해 폐쇄된다. 상기 에어갭(40)은 상대적으로 촘촘하게 함께 패킹되며, 자성 재료의 블록에서 매우 긴 자기장 라인 경로는 없다.

이들 특성은 끼워진 로터와 스테이터 디스크의 수를 더 증가시킴으로써 더 향상될 수 있다. 현재는, 눈에 띄는 이점을 얻으려면 적어도 5개의 디스크가 있어야 한다고 간주되며, 적어도 2개는 스테이터 디스크이고 적어도 2개는 로터 디스크이다. 더 뚜렷한 이점이 적어도 7개의 디스크를 사용하여 달성된다. 더 바람직하게는 9개보다 많은 디스크가 제공되며 진짜 포스 덴스 또는 토크 덴스 기기를 얻으려면 11개보다 많은 디스크가 바람직하게 제공된다. 이들 디스크 중 둘은 단부 캡 디스크이며, 이는 그 사이에 위치한 모든 다른 로터 디스크 및 스테이터 디스크를 갖는 로터 디스크 또는 스테이터 디스크이며 축방향으로의 상기 회전 전기 기기의 상기 두 가장 바깥쪽 디스크이다.

이 실시예에서, 영구 자석이 존재한다. 그로써, 이는 자속의 전환에 의해 작동하는 영구자석을 포함하는 변조 극 기기이다.

이 실시예에서, 각 스테이터 디스크(22)에서 3개의 페이즈가 있으며, 그로써 3개의 페이즈로부터의 권선 루프가 있다. 스테이터와 로터 디스크에서 위치에 따라 약간만 변화하는 포스를 갖는 것이 기계적 이유로 바람직한데, 이와 같이 하지 않을 경우 진동 및 피로 문제가 발생할 수 있기 때문이다. 이를 달성하기 위해 상기 디스크에서는 하나보다 많은 페이즈가 요구된다. 디스크에서 2개보다 많은 페이즈를 갖는 것이 강력히 추천되는데, 이는 부드러운 포스를 유지하면서 이 때 모든 페이즈에서의 자속의 합이 이상적으로 0이 될 수 있기 때문이다. 그러나, 디스크 안에 존재하는 페이즈가 많을수록, 포스가 더 부드러워질 것이고, 추가적인 페이즈를 통해 발생하는 공간 요구 및 추가 비용이 이득을 상쇄하지 않는 경우 3개 이상의 페이즈가 유리할 수 있다. 더 큰 기기의 경우, 6개를 초과하는 페이즈가 유익할 수 있으며, 아주 큰 기기의 경우 9개를 초과하는 페이즈가 최선의 선택일 수 있고 대형 풍력 발전기와 같은 거대한 기계의 경우 12개를 초과하는 페이즈가 더 좋은 포스 프로파일을 낼 것이다.

하나의 스테이터 디스크에서 포스 변동의 감소는 또한 기기에 전체적으로 적용된다. 그로써, 상기 전기 기기가 3개를 초과하는 페이즈를 갖는 경우 더 부드러운 총 포스가 달성될 수 있고, 6개를 초과하는 페이즈가 적용되면 더 많이 부드러운 총 포스가 달성될 수 있다. 큰 기기의 경우, 9개를 초과하는 페이즈가 이와 관련하여 유익할 수 있고, 더 큰 기기의 경우 12개를 초과하는 또는 15개를 초과하는 페이즈가 사용되어 매우 낮은 코깅 포스를 내도록 할 수 있다. 여러 페이즈를 갖는 것은 또한 오류가 발생할 때 개별 페이즈들을 종료하고 다른 페이즈들을 계속 사용할 가능성을 열어둔다. 많은 수의 페이즈는 따라서 기기에 오류 저항 특성을 제공할 수 있다.

도 1a 및 1b에 보이는 바와 같이, 또한 회전 방향(4)을 따라 상기 로터와 스테이터 디스크(12, 22)의 다양한 구조가 있다. 이는 도 1c-f와 연결하여 더 상세하게 논의될 것이다.

도 1c에서, 에어갭으로부터 보이는 바와 같이 하나의 실시예의 상기 스테이터 디스크 표면(24) 중 하나의 부분이 도시된다. 상기 스테이터(20)의 상기 스테이터 디스크(22)는 이 실시예에서 전기 강판(25)의 블록 또는 자기적 고도 투과성 재질(23)의 스테이터 부분으로 지칭되는 다른 어떤 자기적 고도 투과성 재질로 끼워지는 영구 자석(27A, 27B)의 스택을 포함한다. 명칭 "스테이터"가 사용되는 것은 상기 스테이터(20) 내에서 상기 부분이 제공되기 때문이다. 상기 전기 강판(25)은 전형적으로 와상 전류를 금지한다. 상기 자기적 고도 투과성 재질(23)의 스테이터 부분은 자기장 또한 전도하는데, 상기 영구 자석은 회전 방향(4)에서 교번 극성으로 위치될 것이므로, 상기 자기적 고도 투과성 재질(23)의 스테이터 부분의 두번째마다 자석의 북극 N을 나타내고 다른 것은 자석의 남극 S를 나타낼 것이다. 자기적 고도 투과성 재질(23)의 상기 스테이터 부분은 자속 집중 구조로서의 역할을 할 것이다. 따라서, 이 실시예에서, 각 에어갭에서 회전 방향(4)에서, 상기 스테이터(20)는 영구 자석 극(N, S)를 나타낸다.

이 실시예에서 상기 영구 자석은 따라서 자속 집중 셋업에 배치된다. 자속 집중 셋업에서, 상기 영구 자석으로부터의 자속은 예를 들면 자기적 고도 투과성 재질에 의해 좁은, 상기 영구 자석 자체의 극들보다도 더 좁은 기하학적 구조 안으로 전도된다. 이는 따라서 이와 같은 좁은 구조에서의 자속이 상기 영구 자석의 극에서의 직접적인 자속보다 높아지는 결과를 초래한다. 이와 같은 구조의 정확한 형태는 바람직하게는 통상의 기술자가 알고 있듯이 각 설계에 따라 결정될 것이다.

전기 강판은 보통은 비접착 코팅을 갖고 생산되고, 상기 개별 시트는 서로 다른 고정 방법으로 쌓이고 고정된다. 그러나, 본 사상이 많은 작은 부분을 담고 있으므로, 여기서 접착 코팅을 갖는 전기 강판을 사용하는 것이 유익할 수 있다. 그러면, 자동 스탬핑 기기는 조립을 단순화하고 상기 전기 기기를 더 단단하게 만드는 원하는 모양의 사전 접착된 블록을 생산할 수 있다.

하기에 추가적으로 논의되는 바와 같이 상기 영구 자석이 삽입된 블록으로서 사용될 수 있는 또 다른 자기적 고도 투과성 재질, 또는 전기 강판을 사용하는 기재된 다른 설계는 예를 들면 연자성 복합재료(SMC)다. 이들 재질은 최종 형상으로 소결된 전기 절연 코팅을 갖는 철 입자를 포함한다. 이는 보통은 다이나 레이저 커팅으로 스탬핑한 후 스태킹하는 전기 강판과는 다르다. SMC는 어떤 중요한 와상 전류도 나타내지 않고 모든 방향으로 자속을 전도할 수 있지만 전기 강판보다 높은 히스테리시스 손실(hysteresis loss)을 갖는다.

상기 스테이터(20)의 같은 극성의 연속 자극 사이의 평균 거리(21)는 이중화살표에 의해 도시된다. 이 특정 실시예에서, 같은 극성의 연속 자극 사이의 모든 거리는 같고 이 때 그 평균과도 같다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 상기 영구 자석은 다소 변위되어 제공될 수 있으며, 이는 같은 극성의 연속 자극 사이의 거리가 다소 다를 수 있지만 항상 평균이 있음을 의미한다.

도 1d에서, 도 1c에서와 같이 상기 스테이터 디스크(22)의 같은 부분이 방사 방향으로 도시된다. 여기서, 상기 스테이터 디스크 표면(24 및 26)은 쉽게 보일 수 있다. 상기 표시된 경로(42)는 자기장 라인이 어떻게 자성 재료를 통과할 수 있는지의 하나의 예시를 도시하며, 상기 자성 재료는 상기 영구 자석(27A, 27B)와 자기적 고도 투과성 재질(23)의 상기 스테이터 부분을 상기 스테이터 디스크 표면(24, 26) 사이에 포함하는 것이다. 상기 스테이터 디스크 표면(24 및 26)은 달리 말하면 서로 자성적으로 연결된다.

따라서, 일 실시예에서, 적어도 하나의 상기 스테이터(20)의 상기 스테이터 디스크(22)는 상기 에어갭을 향하는 상기 표면(24, 26)을 따라 교번 극을 나타내도록 배치된 영구 자석(27A, 27B)를 포함한다.

추가적인 실시예에서, 영구 자석(27A, 27B)를 포함하는 상기 스테이터(20)의 각 스테이터 디스크(22)는 회전 방향(4)으로 스택을 포함한다. 상기 스택은 회전 방향(4)에 평행한 교번 자화 방향을 갖는 영구 자석(27A, 27B)을 포함하며, 이는 자기적 고도 투과성 재질(23)의 스테이터 부분에 의해 분리되며, 즉 여기서는 전기 강판(25)의 블록에 의해 분리된다. 그로써, 상기 스테이터 주기성, 즉 평균 거리(21)는 모든 두번째 영구 자석 사이의 거리와 같다.

도 1e에서, 상기 로터 디스크 표면(14)의 부분은 에어갭으로부터 보이는 바와 같이 도시된다. 상기 로터(10)의 상기 로터 디스크(12)는 거리 블록(17)이 끼워진 전기 강판(15) 또는 다른 자기적으로 높은 투과성 재료의 블록의 스택을 포함한다. 상기 전기 강판(15)의 블록은 자기장을 잘 전도하며, 따라서 단면(14)에서 높은 투자율을 나타낸다. 그러나, 상기 거리 블록(17)은 이 실시예에서와 같이, 상기 에어갭으로부터 떨어져 제공되거나 비자성 재질로 이루어진다. 따라서, 상기 거리 블록(17)은 즉 에어갭을 향하는 상기 로터 디스크 표면(14)에서 낮은 투자율을 나타낸다. 따라서, 각 에어갭에서 회전 방향(4)에서, 상기 로터(10)는 가변 자기 투자율을 나타낸다.

이 실시예에서, 상기 로터(10)의 각 로터 디스크(12)는 자기적 고도 투과성 재질(13)의 로터 부분을 포함하는 스택, 이 경우 전기 강판(15)의 블록을 포함한다. 자기 고도 투과성 재질(13)의 상기 로터 부분은 회전 방향(4)에 직각인 주요 연장부를 갖는다. 자기적 고도 투과성 재질(13)의 상기 로터 부분은 비자기적인 재질 또는 슬릿, 즉 상기 거리 블록(17) 또는 재료의 부재에 의해 분리된다. 그로써, 상기 로터 주기성은 자기적 고도 투과성 재질(13)의 두 연속적인 로터 부분 사이의 거리와 같다.

상기 로터(10)의 가변 투자율의 연속 최대값 사이의 평균 거리는 이중화살표에 의해 도시된다. 이 특정 실시예에서, 상기 로터(10)의 상기 가변 투자율의 연속 최대값 사이의 모든 거리는 같고 이 때 그 평균과도 같다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 자기적 고도 투과성 재질(13)의 상기 로터 부분은 다소 변위되어 제공될 수 있으며, 이는 상기 로터(10)의 상기 가변 투자율의 최대값 사이의 거리가 다소 다를 수 있지만 항상 평균이 있음을 의미한다.

도 1f에서, 도 1e에서와 같이 상기 로터 디스크(12)와 같은 부분이 회전 방향(4)에 수직이고 상기 에어갭에 평행인 방향으로 도시된다. 여기서, 상기 로터 디스크 표면(14 및 16)은 쉽게 보일 수 있다. 상기 표시된 경로(42)는 자기장 라인이 어떻게 자성 재료를 통과할 수 있는지의 하나의 예시를 도시하며, 상기 자성 재료는 자기적 고도 투과성 재질(13)의 상기 로터 부분을 상기 로터 디스크 표면(14, 16) 사이에 포함하는 것이다. 상기 로터 디스크 표면(14 및 16)은 달리 말하면 서로 자성적으로 연결된다.

상기 로터와 상기 스테이터 사이의 관계 또한 중요하다. 도 1g는 회전 방향(4)에 수직인 경로의 일부를 따라 상기 로터(10)와 상기 스테이터(20)의 일부 로터와 스테이터 디스크(12, 22)를 개략적으로 도시한다. 여기서 로터(10)의 로터 디스크(12)와 스테이터(20)의 스테이터 디스크(22)의 교번하는 모습이 쉽게 보인다. 상기 에어갭(40)은 상기 로터 디스크(12) 및 상기 스테이터 디스크(22)를 서로로부터 분리한다. 여기서, 상기 로터(10)의 상기 로터 디스크(12)의 자성 부품은 상기 스테이터(20)의 상기 스테이터 디스크(22)의 상기 자극으로부터의 자기장을 전도할 수 있는 것을 확인할 수 있다. 자속은 따라서 점선 화살표(44)를 주로 따라서 전도될 수 있다. 여기서 상기 도시된 자속은 각 에어갭(40)을 같은 방향으로 통과, 즉 도면에서 좌향으로 통과한다는 것에 유의한다.

도 1h는 평균 거리(11)의 절반과 같은 거리에 의해 회전 방향(4)으로 서로에 대해 상기 로터(10)와 상기 스테이터(20)가 변위된 상태에서 도 1g의 상기 로터(10)와 상기 스테이터(20)의 상기 로터 디스크(12)와 상기 스테이터 디스크(22)를 개략적으로 도시한다. 상기 자속의 상황은 이제 완전히 변했다. 이제, 상기 자속에 대한 경로는 점선 화살표(45)에 의해 도시되는 바와 같이 상기 도면의 우향으로 향한다. 각 에어갭(40)에서, 상기 자속은 이제 그 방향을 바꿨다.

도 1g 및 1h에서 상기 스테이터(20)의 거리(21)와 같은 상기 로터(10)의 상기 거리(11)에 적응시킴으로써 각 순간에 모든 에어갭에 걸쳐 같은 방향으로 자속을 갖는 효과가 달성되는 것을 알 수 있다. 자속에서 최대의 변화를 달성하기 위해 이들 평균 거리는 같아야 한다. 그러나, 이 요구사항에서 벗어나, 전단 변형력 및 효율의 일부를 희생시키고 여전히 작동하는 기기를 가질 수 있다. 예를 들면 포스 변동 및 소위 코깅 효과를 줄이고, 진동을 줄이고 모터의 시동을 돕도록 평균 거리에서 약간의 편차를 제공할 가능성이 있다. 이는 또한 상기 로터(10) 또는 상기 스테이터(20)에서 상기 자성 재료가 회전 방향(4)에서 서로에 대해 각도를 나타내도록 스큐잉(skewing)되는 소위 스큐잉(skewing)을 사용하는 것도 가능하다.

도 2a-d에서, 회전 방향(4)에서 다른 주기성을 갖는 로터(10)와 스테이터(20)의 일부 실시예가 개략적으로 도시된다. 도 2a에서, 상기 로터(10)의 주기성은, 상기 평균 거리(11)에 의해 나타나며, 상기 평균 거리(21)에 의해 나타나는, 상기 스테이터(20)의 주기성과는 약간 다르다. 그러나, 상기 차이는 여전히 총 건설 작업을 달성하기에 충분히 작다. 도 2b에서, 상기 평균 주기성은 상기 로터와 상기 스테이터 모두에 대해 같지만, 상기 로터(10)는 연속적 구조 반복 사이에서 개별 거리(11' 및 11'')가 다르다. 도 2c에서는 다른 개별 거리(21' 및 21'')를 갖는 상기 스테이터(20)가 대신 도시된다. 도 2d에서, 상기 로터 및 상기 스테이터(10, 20) 모두는 그 각 구조적 반복 사이에 다른 개별적 거리를 갖고, 평균 거리(11, 21)에서 약간의 차이를 갖는다. 다른 구성도 물론 가능하다.

곡률로 인해, 바깥쪽의 자기 구조는, 곡률에 대해, 하기에 추가적으로 논의되는 바와 같이 다른 평균 거리(11, 21)를 가질 수 있다. 그러나, 상기 로터의 각 섹션에 대해, 항상 상기 스테이터의 이웃 섹션이 있으며 상기 논의된 한계 내에 속하는 평균 거리를 나타낸다.

현재 평균 거리에서의 이러한 편차는 35%를 초과해서는 안될 것으로 생각된다. 달리 말하면, 상기 로터(10)의 로터 디스크(12)의 상기 가변 투자율의 연속 최대값 사이의 평균 거리로서 결정되는 상기 로터 평균 거리는 35% 이내에서, 이웃 스테이터 디스크의 같은 극성의 연속 자극 사이의 평균 거리로서 결정되는 상기 스테이터 평균 거리와 같다. 바람직하게는, 평균 거리는 가능한 서로 가깝게 유지되어야 한다. 따라서, 바람직한 실시예에서, 상기 로터와 스테이터의 상기 평균 거리 사이의 편차는 30%를 초과하면 안되며, 더 바람직하게는 20%, 그리고 가장 바람직하게는 10%를 초과하면 안된다.

상기 가변 투자율의 최대값을 정의할 때, 고려하고자 하는 것은 상기 반복 구조의 전체적인 변동이다. 작은 국부 최대값이 생기게 할 수 있는 가벼운 미세한 변동은, 외부 에어갭의 일반적인 에너지 전환에 영향을 주지 않고 이와 관련하여 최대값으로 간주되지 않는다. 마찬가지로, 작은 연장부의 자기 투자율 변동을 제공하고 외부 에어갭에서 에너지 전환에 기여하지 않는 다른 작은 구조는 무시되어야 한다. 가장 넓은 주요 최대값의 너비의 20%보다 작은 너비를 갖는 국부 최대값은 상기 기기의 작동을 위해 중요하지 않고 최대값 사이의 평균 거리를 정의할 때 무시되어야 할 것으로 생각된다.

마찬가지로, 주요 최대값이 누락됨으로써 상기 주기성이 중단되고, 이 때 연속적인 주요 최대값 사이의 거리가 이중 거리가 되면, 상기 작동 속성은 다소 저하되지만, 대부분의 경우 여전히 유용할 것이다. 다른 경우 반복적인 구조에서 이와 같은 생략된 최대값은 최대값 사이의 상기 평균 거리를 정의할 때 또한 무시되어야 한다.

현재 개시된 기술은 따라서 상기 로터와 상기 스테이터라는 두 자기 구조 사이의 상대적 위치에 따라 크기와 방향이 변하는 에어갭 상의 자속의 기본 원리에 기반한다. 이상적인 경우, 원치 않는 누설 자속을 무시하면, 에어갭을 거치는 모든 자속은 직접 위치에서 같은 방향으로 향한다. 상기 기기는 따라서 자속 전환을 활용하는 기기다. 본 발명에서, 자속 전환을 활용하는 기기는 자속의 전환에 의해 작동하는 그리고 그로써 소위 자기 기어링을 구현하는 전기 기기로서 정의된다.

이상적인 세계에서는, 상기 로터(10)의 자기적 고도 투과성 재질(13)의 상기 로터 부분이 상기 스테이터(20)의 자기적 고도 투과성 재질(23)의 상기 스테이터 부분과 정렬될 때, 모든 자속은 상기 에어갭(40)을 통과하여 반대쪽 디스크 안으로 들어간다. 그러나, 현실 세계에서는, 누설 자속이 항상 존재한다. 일부 자속은 따라서 항상 반대 방향으로 다시 상기 에어갭(40) 위로 다시 누출될 것이다. 그러나, 신중한 설계에 의해, 상기 자속의 대부분은 적어도 상기 자기 구조가 정렬될 때 같은 방향을 향할 것이다. 여기 나타난 기술의 상기 효율, 전단 변형력 및 파워 팩터는 이 대부분이 증가할 경우 일반적으로 증가할 것이다.

도 3은 이들 정의를 개략적으로 도시한다. 스테이터는 에어갭(40)을 향하는 표면(24)을 따라 교번하는 자극을 제공한다. 북극에서 남극으로 통과하는 자속은 화살표(43)에 의해 도시된다. 일부, 바람직하게는 대부분의 자속이 로터 디스크를 통해 통과하여 다음 스테이터 디스크로 가거나, 상기 로터 디스크가 외부 로터 디스크일 경우 상기 스테이터 디스크의 다른 부분을 통해 통과하여 되돌아간다. 이는 기기의 작동을 달성하기 위해 여기 제시될 기술에서 활용되는 자속, 즉 유용한 자속이다. 이 도면에서 상기 에어갭(40)은 도면의 가독성을 높이기 위해 극도로 과장되어 있음에 주의해야 한다. 그러나, 일부 자속은 어떤 로터 디스크도 통과하지 않고 같은 스테이터 디스크로 다시 누출된다. 점선(49)으로 표시된, 상기 표면(24)에서 또는 그 근처의 상황을 고려할 경우, 자속은 바깥쪽으로, 즉 도면에서 우측으로 통과한다. 현재 상황에서, 5개의 화살표(43)는 상기 스테이터 디스크의 각 북극을 떠나며, 상기 라인(49)을 가로지른다. 동시에, 자속도 안쪽으로, 즉 도면에서 좌측으로 통과한다. 현재 상황에서, 2개의 화살표(43)는 상기 스테이터 디스크의 각 남극에 도달하며, 상기 라인(49)을 가로지른다.

상기 간단히 언급된 바와 같이, 상기 단부 캡을 제외하고 상기 에어갭에서 상기 자성 재료에 대한 상기 법선력은 국소적으로 제거될 수 있다. 한쪽으로부터의 상기 로터 디스크로부터의 상기 스테이터 디스크에 가해지는 힘은 반대쪽 로터 디스크로부터의 같은 힘에 의해 이상적으로 보상된다. 유사하게는, 한쪽으로부터의 상기 스테이터 디스크로부터의 상기 내부 로터 디스크에 가해지는 힘은 반대쪽 상기 스테이터 디스크로부터의 같은 힘에 의해 보상된다. 이 힘은 따라서 무겁고 부피가 큰 구조 재료의 필요성을 상당히 줄인다. 현실 세계에서는, 완벽한 기하학으로부터의 편차는 항상 존재하며, 이들 편차는 언쇼 정리(Earnshaw's theorem)에 따라 상쇄하지 않는 법선력을 생성할 것이다. 이들 힘은 그러나 크기가 훨씬 작고 전형적으로 상기 스테이터와 로터 디스크를 포지셔닝하는 베어링 시스템에 의해 처리된다. 여기 나타난 법선력 제거는 국소적인 의미에서, 이 유형의 기기에 대해 이 방법으로 이전에는 사용되지 않았었다.

따라서 에어갭을 가로지르는 상기 자속은 회전 방향(4)을 따라 상기 스테이터(20)와 상기 로터(10)의 상대 변위를 변경할 때 변할 것이다. 이는 도 4에 개략적으로 도시된다. 이 가변 자속을 에워싸도록 상기 권선(30)을 배치함으로써, 전기 기기의 작동이 달성될 수 있다.

도 5는 권선이 상기 둘러싸인 자기 구조(70)를 주위에 하나 이상의 권취를 하도록 상기 스테이터(20)의 스테이터 디스크(22) 안에 둘러싸인 자기 구조(70) 주위에 제공된 루프(32) 즉 권취의 수를 갖는 상기 권선(30)의 실시예를 도시한다. 도 4의 변화하는 자속은 또한 상기 스테이터(20)의 상기 스테이터 디스크(22)에서 상기 둘러싸인 자기 구조(70)상에 존재할 것이다. 상기 루프(32)는 일반적으로 회전 방향(4)에 평행으로 연장된다. 달리 말하면 상기 루프(32)는 회전 방향(4)으로 그 주요 연장부를 갖는다. 달리 말하면, 변환되는 전력의 양과 관련하여 권선 저항을 줄이도록 상기 자속의 균일한 방향으로부터 실질적으로 이익을 얻기 위해, 상기 루프가 상기 회전 방향(4)을 따라 복수의 자극 거리, 즉 같은 극성의 연속 자극 사이의 거리를 둘러싸도록 하는 것이 유리하다. 현저한 이점을 달성하기 위해, 적어도 2.5개의 자극 거리가 5개의 자극에 대응하는 적어도 하나의 단일 루프(32)에 의해 둘러싸여야 하는 것으로 현재 여겨진다. 그러나, 단일 루프에 의해 둘러싸이는 극이 많을수록, 요구되는 총 권선 재료는 더 적고 전환되는 전력에 대한 저항 손실은 더 낮아질 수 있다. 도 5에서, 9개의 자극이 둘러싸인다.

일 실시예에서, 상기 권선은 상기 스테이터의 둘 이상의 스테이터 디스크(22)에서 둘러싸인 자기 구조(70) 주변의 회전 방향에 비수직(non-perpendicular)으로 감긴다.

추가적인 실시예에서, 상기 권선의 상기 루프는 자기적 투과성 재질의 스테이터 부분의 복수의 연속적인 것을 둘러싸는 회전 방향에 평행으로 감긴다.

자기 기어링의 개념은 상기 권선이 각 개별 극 사이에 감기지 않지만 대신 다수의 극에 감긴다는 것에 의해 사용된다. 이는 상기 극이 짧아질 때 상기 권선이 길어지고 가늘어지고 표준 기기의 저속 성능을 제한하는 문제를 해결한다. 전형적으로, 전체 페이즈는 간단한 루프로 둘러싸여 있으며, 이는 상기 권선이 매우 짧게 유지될 수 있다는 것을 의미한다. 전형적으로, 상기 루프는 직사각형 또는 유사한 모양이다. 또한, 상기 권선은 사용가능한 공간이 충분하고 짧은 권선을 위한 비용이 많이 들지 않으므로 몇 배 더 두껍게 만들어질 수 있다. 전체적으로, 이는 상기 권선 저항을 표준 기기에 대해 몇 배 더 작게 만든다.

더욱이, 상기 구조로부터 상기 자속이 누출되는 것을 방지하기 위해, 스테이터 디스크가 자기적으로 직렬로 연결되도록 배치되는, 여러 스테이터 디스크에서 자기 구조를 둘러싸는 같은 페이즈로부터의 권선 루프를 제공하는 것이 유익하다. 이는 하기에 더 상세하게 논의될 것이다. 효과는 상기 스테이터 디스크 중 적어도 둘에서 자기 구조를 둘러싸는 같은 페이즈로부터 권선을 갖는 것에 의해 달성될 수 있는 것으로 여겨진다. 이와 같은 스테이터 디스크가 더 많이 제공될수록, 더 많은 전력이 유닛 무게당 이용될 수 있고 누설 자속은 더 낮아질 것이다. 바람직하게는, 적어도 3개의 이와 같은 스테이터 디스크가 제공되며, 더 바람직하게는 적어도 4개의 이와 같은 스테이터 디스크가 제공되고 가장 바람직하게는 적어도 6개의 이와 같은 스테이터 디스크가 제공된다. 도 1a의 실시예에서, 모든 3개의 스테이터 디스크에서 자기 구조를 둘러싸는 같은 페이즈로부터의 권선 루프가 있다.

상기 전기 기기가 발전기로서 작동되는 경우, 상기 로터(10) 및 상기 스테이터(20)는 서로에 대해 이동하도록 강제되며, 상기 권선(30)의 상기 루프(32)에서 전압을 유도한다. 마찬가지로, 상기 전기 기기가 모터로서 작동할 경우, 상기 권선(30)의 상기 루프(32)를 통한 가변 전류는 그 결과로서 상기 로터(10)와 상기 스테이터(20) 사이의 포스를 초래하며, 상대적인 운동을 유도한다.

따라서, 일 실시예에서, 상기 전기 기기는 발전기이다. 상기 스테이터에 대한 상기 로터의 운동은 상기 권선에서 유도 교류 전압을 발생시킨다.

다른 일 실시예에서, 상기 전기 기기는 모터이다. 상기 권선을 통해 전도되는 교류(alternating current)는 상기 로터와 상기 스테이터 사이의 상대적 운동을 야기한다.

여기에 주어진 기하학적 구조는 많은 에어갭을 자기적으로 직렬 연결한다. 이는 사이에 많은 에어갭을 가진 디스크의 배열을 생성한다. 상기 자속 밀도는 무발산이며, 상기 자속은 사라질 수 없지만 폐쇄 루프로 어느 정도 지속되어야 한다. 그로써, 상기 디스크의 배열 자체는 루프를 형성하지 않으며, 상기 루프는 상기 디스크들이 예를 들면 평평할 경우 형성하지 않는 것으로, 자성적 재료의 다른 블록이 이 기능을 제공하도록 추가되어야 한다. 이들 자성적 재료의 블록은 상기 기기의 상기 단부 캡 또는 외부 디스크에 위치한다. 상기 자속이 크기 때문에, 자성적 재료의 이들 블록에서 상기 자기장 경로는 길어질 것이다. 상기 에어갭 사이에 철과 같은 자성 재료의 블록에서 불필요한 긴 자기장 라인 경로를 피하는 것이 바람직한데, 이들 블록은 포스 또는 전력을 제공하지 않지만 단지 추가 질량, 추가 손실 및 추가 비용만을 제공하기 때문이다. 상기 단부 캡의 크기는 제공되는 스테이터 디스크가 자기적으로 직렬 연결될 경우 그 수량에 독립적이다. 그로써, 상기 단부 캡 질량의 비율은 많은 스테이터 디스크가 자기적으로 직렬 연결될 경우 상기 기기의 총 질량에 비해 작아진다. 이는 또한 축방향 자속 기기에 대해서도 사실이지만, 본 발명의 스케일링은 이 관점에서 훨씬 더 유익한데, 이는 상기 스테이터 디스크가 제공되는 자기 위상 배치에서 훨씬 더 얇게 만들어질 수 있기 때문이다. 그로써, 축방향 자속 기기에 비해 본 발명에서 자기적으로 직렬연결된 여러 스테이터 디스크를 갖는 것에 더 많은 이익이 있다.

상기 권선 위상 배치가 보이는 도 1a에서, 각 페이즈는 자기적으로 직렬연결된 3개의 페이즈 권선 루프를 포함하는 것이 보인다. 이 구체적인 실시예에서, 상기 자속은 폐쇄된 루프를 형성하도록 다른 페이즈를 통해 반환된다. 각 페이즈는 그로써 혼합된 재료가 함유된 내부가 있는 스파스 솔레노이드 코일과 유사하다. 이와 같은 코일에서 상기 누설 자속은 매우 낮은데, 상기 권선 루프와 상기 자기 회로에서 주요 자기 저항은 같은 평면에 있기 때문이다. 상기 단부 캡은 그 크기가 적절하면 어느 정도 자기 단락을 형성하여, 그로 인해 상기 자기 회로의 거의 모든 자기 저항이 상기 권선 루프 내부에 위치된다. 존재하는 상기 주요 누설 자속은 상기 권선과 상기 둘러싸인 자기 구조 사이에 들어가고 상기 권선 자체를 통과하는 누설 자속이다. 이 누설 자속은 많은 기하학적 구조에 대해 지배적으로 축방향이며, 전형적으로 상기 둘러싸인 자기 구조를 통해 가는 상기 자속에 비해 작다. 그로써, 이와 같은 기기는 다른 변조된 극 기기에 비하여 예외적으로 높은 파워 팩터를 가질 수 있고, 바람직한 실시예에서는 0.8에 도달할 수 있다. 또한, 이와 같은 기하학적 관계는 상기 권선에서와 상기 기계적 구조에서의 와상 전류의 문제를 감소시키며, 또한 전기 강판에서의 평면 와상 전류의 문제도 감소시킨다.

본 기술은 따라서 상기 기기의 상기 포스 또는 토크 밀도를 증가시키고 그 효율을 증가시키도록 기하학적 효과를 이용한다. 이는 특히 저속에서 현저해진다. 바람직한 실시예에서, 이는 상기 파워 팩터를 손상시키지 않고도 달성될 수 있다. 여기서 제공된 상기 기술은 따라서 직접 구동과 같은 저속 제품과 높은 포스 또는 토크 밀도가 요구되는 제품에서 전례없는 성능을 갖는다. 그러나, 상기 기술은 그에 제한되지 않는다. 적합한 제품은 풍력, 조력 및 파력, 즉 재생가능 에너지 전환 시스템, 전기 선박 추진, 전기 차량, 기어 모터의 교체, 직접 구동 제품 및 포스 덴스 액츄에이터이다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 다른 많은 제품에도 사용될 수 있다.

상기 실시예에서, 자속 집중 구조로서 작용하는 자기적 고도 투과성 재질(23)의 스테이터 부분이 끼워진 영구 자석(27A, 27B)의 스택이 도시되었다. 달리 말하면, 각 스테이터 디스크는 상기 에어갭(40)을 대향하는 상기 표면(24, 26)을 따라 교번 극을 제공하도록 배치된 영구 자석(27A, 27B)를 포함하고, 그로써 상기 스테이터 주기성은 같은 극성의 두 연속 극 사이의 거리와 같다. 바람직하게는, 상기 권선의 상기 루프는 자성 재료의 복수의 연속 스테이터 시트를 둘러싸는 회전 방향에 평행하게 감겨진다. 그러나, 자기장의 제공은 또한 다른 구성에 의해 제공될 수도 있다.

도 6는 표면실장 자석이 있는 변조된 극 기기의 측면도를 개략적으로 도시한다. 이는 회전 방향(4)에서 상기 스테이터(4)상 상기 에어갭(40)을 따라 영구 자석 극을 제공하는 대안적 방법을 제공한다. 상기 스테이터(20)는 여기서 자성 재료의 중심 본체(29)를 갖는 스테이터 디스크(22)를 포함한다. 상기 중심 본체(29)의 표면에는 표면에 장착된 영구 자석(27C)이 제공된다. 이와 같은 설계로, 상기 스테이터 디스크(22)의 반대쪽 극성은 다를 수 있으며, 이는 상기 로터(10)의 상기 로터 디스크(12)는 상기 회전 방향(4)의 변위 없이 장착될 수 있음을 의미한다. 그러나, 회전 방향(4)에 수직인 상기 표면실장 영구 자석(27C)에 자기력이 있으므로, 상기 표면실장 영구 자석(27C)의 안전한 장착을 보장하기 위한 수단이 있어야 한다.

대부분의 변조된 극 기기는 영구 자석을 포함한다. 그러나, 다른 일 실시예에서는, 스위치드 릴럭턴스 기기 설계가 채택될 수 있다. 도 7은 이와 같은 접근에서의 상기 로터(10)와 상기 스테이터(20) 사이의 관계의 사이드 뷰를 도시한다. 상기 스테이터(20)는 여기서 자기적 고도 투과성 재질(23), 예를 들면 전기 강판(25)의 블록의 스테이터 부분을 포함한다. 이들은 상기 로터(10)의 자기적 고도 투과성 재질(13)의 상기 로터 부분으로서 반드시 같은 주기성이 제공된다. 여기서 또한, 상기 추가적으로 논의된 바와 같이 주기성 간의 정확한 일치로부터의 편차가 적용될 수 있다. 상기 스테이터(20)는 따라서 각 에어갭에서 미리 결정된 이동 경로에 평행한 방향으로 가변 투자율을 나타낸다. 여기에서 주의할만한 부분은 상기 로터의 주기성은 두 개의 극, 즉 하나의 전기 주기로서 계산된다는 것이다.

달리 말하면, 일 실시예에서, 상기 스테이터(20)와 상기 로터(10)는 모두 각 에어갭에서 미리 결정된 이동 경로에 평행한 방향으로 가변 투자율을 나타내며, 각 주기성의 비율은 1보다 큰 정수와 같다.

상기 스위치드 릴럭턴스 실시예에서의 상기 포스는, 상기 권선에서의 전류에 의해 상기 스테이터(20)의 자성 재료와 상기 로터(10)의 자성 재료가 정렬되지 않고 자화될 때 상기 자성 재료들 사이의 단순 인력에 의해 생성된다. 이 포스는 상기 로터(10)와 상기 스테이터(20)간 상기 상대적 위치에 따라 어느 방향이든 될 수 있다. 그로써, 상기 스위치드 릴럭턴스 실시예의 한 페이즈는 상기 전기 주기의 절반(4개 중 2개 사분면)동안에만 원하는 방향으로 포스를 생성할 수 있고 다른 2개 사분면 동안 수동 상태로 유지될 수 있다. 이는 상기 기기 유형에 대한 결점이며, 이는 상기 평균 포스 밀도를 직접 절반으로 줄이고 요구되는 페이즈의 수를 두 배로 늘린다. 또한, 포스는 일반적으로 영구 자석 실시예의 경우보다 낮고, 이는 추가적인 단점이며, 파워 팩터와 효율은 더 낮다. 그러나, 상기 스위치드 릴럭턴스 실시예의 이점은 상기 실시예에서 비싼 영구 자석이 없고 이는 재료 비용을 낮추고 이러한 장치의 제조를 위해 네오디뮴 및 디프로슘과 같은 영구 자석 재료의 가용성에 의존도를 생성하지 않는다. 더욱이, 상기 권선에서 전류가 없을 때 상기 로터(10)와 상기 스테이터(20) 사이에는 인력이 없다. 그로써, 제조와 조립은 상당히 덜 복잡해진다.

따라서, 일 실시예에서, 상기 로터 디스크 중 적어도 하나는 자기적 투과성 재질의 스테이터 부분의 스택을 포함하며, 상기 자기적 투과성 재질은 바람직하게는 회전 방향에 대해 수직인 주요 연장부를 갖고, 비자성 재질 또는 슬릿에 의해 분리되고, 그로써 상기 스테이터 평균 거리는 자기적 투과성 재질의 연속적 스테이터 부분 간 평균 거리로서 결정된다.

추가적인 실시예에서, 상기 권선의 루프는 자기적 투과성 재질의 상기 스테이터 부분의 복수의 연속적인 것을 둘러싸는 회전 방향에 평행으로 감긴다.

일부 실시예에서 상기 스위치드 릴럭턴스 접근은 자화 자기 구조와 결합될 수 있다는 것에 주목할 수 있다. 이를 위해, 전술한 바와 같이 상기 스테이터의 일부 부분은 릴럭턴스 스위치드 유형일 수 있으며, 상기 스테이터의 다른 부분 섹션은 예를 들면 도 1a-6와 연동하여 기재된 실시예 중 어느 것에든지 따라서 자석에 기반한 구조를 가질 수 있다.

도 8은 상기 스테이터 디스크에서 방사 방향으로 두 개의 분리된 코일 층이 있는 회전 기기의 일 실시예를 도시한다. 상기 내부 코일 및 대응하는 각 자기 구조는 같은 기계적 각도 위치에 있는 상기 외부 코일 및 그 각 자기 구조에 비해 180도 전기적으로 페이즈가 다르다. 상기 로터(10)는 주요 토로이달 모양을 갖는 것으로, 상기 회전 방향(4)으로 제공되는 자기적 고도 투과성 재질(13)의 다수의 로터 부분을 갖는 로터 디스크(12)를 제공한다. 상기 회전 전기 기기(1)는 이 실시예에서 6개의 페이즈(2a-f)를 갖고, 상기 다른 페이즈의 상기 로터(10)간의 세부적인 변위에 따라서, 상기 기기는 원, 투, 쓰리 또는 식스-페이즈 기기가 될 수 있다. 이와 같은 기기는 물론 1보다 큰 어떤 수치든지의 페이즈를 가질 수 있다. 권선의 다수의 루프(32)는 상기 주요 토로이달 모양의 외부와 내부에서 보인다. 상기 스테이터의 나머지는 이 뷰에서 보기 어렵다.

상기 간단히 언급된 바와 같이, 상기 곡률, 즉 상기 회전 기기의 중심을 대향하는, 곡률의 상기 내측에 있는 상기 로터 및 스테이터 디스크(12, 22)는, 외측 섹션보다 회전 방향을 따라 상기 로터와 스테이터(10, 20)의 자기 거동의 반복 사이의 약간 더 작은 평균 거리를 갖는다. 그러나, 전형적으로, 이웃 섹션은 여전히 위에서 논의된 20% 불일치 범위 내에 속한다.

도 9는 도 8의 실시예의 컷어웨이의 일부를 도시한다. 여기서, "레이스 트랙 모양" 단면이 있음을 알 수 있다. 긴 측면은 각각 상기 로터(10) 및 스테이터(20)의 교번하는 내부 로터와 스테이터 디스크(12A, 22)를 포함한다. 상기 "레이스-트랙"의 끝에서, 상기 로터(10)의 반경 방향 자속 전달을 제공하는 외부 로터 디스크(12D)는 자기 경로를 폐쇄 경로로 닫는다. 상기 권선의 루프(32)는 상기 "레이스-트랙"의 외부와 내부에서 제공되며, 즉 상기 폐쇄된 자기 부분의 내부와 외부에 제공되며, 지원 거리 블록에 의해 분리된다. 상기 루프(32)는 상기 기기의 페이즈에 속하는 상기 스테이터(20)의 부분을 둘러싸도록 연장된다.

도 8 내지 9의 특정 실시예를 연구할 때, 에어갭(40)을 가로지르는 상기 자속은 폴로이달 방향을 주로 향한다는 것을 알 수 있다. 상기 기기는 폴로이달 방향을 따라 상기 자속의 변화로 인해 작동하므로, 이 유형의 기기는 따라서 폴로이달 자속 기기로서 표시될 수 있다.

따라서, 일 실시예에서, 상기 전기 기기는 폴로이드 자속 기기이다.

각 스테이터 디스크에서 단 하나의 페이즈를 갖는 회전 기기에서, 상기 권선은 다소 특별한 방식으로 제공될 수 있다. 이는 도 10에 도시된다. 이 실시예에서, 상기 권선(30)은 자기 경로의 내부인 전체 회전 기기를 둘러싸는 하나의 단일 루프로서 제공된다. 하나의 스테이터 섹션 내에서, 상기 루프는 여러 권선으로 나뉠 수 있지만 이러한 권선은 인접한 루프이다.

이 실시예는 도 1a에 도시된 실시예와 같이 각 스테이터 디스크에서 여러 페이즈 권선을 포함하는 실시예에 비해 상기 둘러싸인 자속과 관련하여 더 짧은 권선이라는 이점을 갖는데, 이는 반환 권선이 필요하지 않기 때문이며 이는 이 때 하나의 특정 실시예에 대한 전도성 손실을 감소시키기 때문이다. 결점은 적어도 2개의 스테이터 디스크를 포함하고 2개의 단부 캡을 포함하는 폐쇄형 자기 루프가 각 페이즈에 필요하며, 보통 필요한 일정한 토크를 생성하기 위해 요구되는 별도의 자기 회로가 있는 적어도 2개 또는 바람직하게는 3개의 페이즈가 필요하다는 것이다. 그로써, 각 도체 링은 더 적은 재료를 자화하고 더 적은 힘을 생성하는데 이는 각 스테이터 디스크 에어갭 영역이 상기 기기의 동일한 총 토크에 대해 더 작아야 하기 때문으로, 이는 저항 손실의 감소를 덜 두드러지게 만든다. 또한, 각 페이즈에 대해 여러 스테이터 디스크가 있기 때문에 더 많은 베어링이 요구되고, 상기 에어갭 외부의 상기 링 권선 내부에 누설 자속이 있을 것이기 때문에 상기 파워 팩터가 낮아질 것이다. 최종적으로, 더 많은 단부 캡이 요구된다.

본 발명에서는, 권선 루프가 흔히 논의된다. 명확히 하기 위해, 이 루프의 길이가 논의될 때, 이것은 상기 루프를 형성하는 상기 도체의 길이를 지칭한다는 점에 유의해야 한다. 더욱이, 상기 같은 루프의 여러 회전이 이루어질 경우, 상기 길이는 한 회전에 대해서만 측정되어야 한다.

도 11에서는 도 1a에 나타난 실시예와 유사한 실시예가 나타나 있다. 이 실시예는 각 스테이터 디스크에 6개의 분리된 원형 자석 구조를 갖고, 각각은 권선 루프(32)에 의해 둘러싸여 있다. 이 6개의 둘러싸인 자석 구조는 서로 180도 전기적으로 페이즈가 다른 3쌍의 인접한 둘러싸인 자석 구조로 구성된다. 그로써, 상기 같은 페이즈 권선이 이 두 개의 둘러싸인 자석 구조 주위에 그러나 반대 방향으로 감는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 2A와 2A'에 대한 상기 권선은 같은 페이즈로부터의 것이다. 그로써, 이 실시예는 상기 페이즈 권선(2A+2A', 2B+2B' 및 2C+2C')를 갖는 쓰리-페이즈 기기를 형성한다. 각 페이즈는 그 후 다른 페이즈로부터 자기적으로 분리되는데, 이는 프라이밍되지 않은 권선 루프를 통과하는 상기 자속이 프라이밍된 권선 루프를 통과하는 복귀 경로를 갖기 때문이다. 이는 컨트롤러 관점에서 유익하다.

여기에 나타난 모든 실시예에서는 상기 로터에서의 한 유형의 자기 토폴로지가 있고, 상기 스테이터 다른 유형의 자기 토폴로지가 페이즈 권선 루프에 의해 둘러싸이는 상기 둘러싸인 자기 구조에서 있다. 이는 그러나, 이러한 모든 실시예에서 이들 자기 토폴로지를 교환하여 그로 인해 상기 로터의 자기 토폴로지가 대신 권선에 의해 둘러싸인 상기 둘러싸인 자기 구조의 상기 스테이터에 배치되고, 그로 인해 상기 스테이터의 상기 둘러싸인 자기 구조의 상기 자기 토폴로지는 대신 상기 로터에서 구현된다. 도 12는 이와 같은 실시예를 도시한다. 이러한 변경으로 이루어지는 새로운 실시예는 원래 실시예와 매우 유사한 성능을 가진 변조된 극 기기를 제공한다. 이와 같은 실시예를 갖는 영구 자석 기기의 단점은 모든 상기 로터 표면 영역이 동시에 사용되지 않기 때문에 상기 로터에 배치되는 경우 더 많은 자석이 필요하다는 것이다. 다른 한편으로는, 장점은 더 많은 권선 재료에 맞도록 이와 같은 스테이터의 축방향 두께를 증가시키는 것이 더 저렴하다는 것인데, 이는 상기 스테이터가 영구 자석을 포함하지 않기 때문이다.

유사하게, 여기에 나타난 실시예는 상기 로터에 속하는 외부 로터 디스크, 즉 단부 캡(12B)을 갖는다. 대신에, 여기서 모든 실시예는 대신에 도 12에 도시된 바와 같이 권선을 포함하는 상기 스테이터에 속하는 단부 캡을 가질 수 있다. 이러한 변경으로 이루어지는 새로운 실시예는 원래 실시예와 매우 유사한 성능을 가진 자속의 전환에 의해 작동하는 전기 기기를 제공한다.

강성 기계적 구조(80)를 구현하는 여러 가지 방법이 있다. 도 13a에서, 상기 강성 기계적 구조(80)가 U자형 단면을 갖는 내부 U 지지부(80A)인 실시예가 도시되어 있으며, 여기서 상기 단부 캡 디스크 사이의 기계적 연결은 상기 에어갭보다 회전축에 방사적으로 더 가깝게 위치한다. 이 실시예는 예를 들면 상기 단부 캡이 도 13a에서와 같이 상기 로터 상에 있고 상기 전기 기기는 내부 로터를 갖는 제품에 가장 적합한 경우에 유용하다.

도 13b 및 13c는 상기 강성 기계적 구조(80)가 U자형 단면을 갖는 외부 U 지지부(80B)인 실시예를 나타내며, 여기서 상기 단부 캡 디스크 사이의 기계적 연결은 대신에 상기 에어갭 외부에 방사적으로 위치한다. 이 실시예는 예를 들면 상기 단부 캡이 도 13b에서와 같이 상기 스테이터 상에 있고 가벼운 로터가 바람직한 경우, 또는 상기 단부 캡이 도 13c에서처럼 상기 로터 상에 있고 상기 전기 기기는 외부 로터를 갖는 제품에 가장 적합한 경우에 유용하다.

도 13d는 상기 강성 기계적 구조(80)가 H자형 단면을 포함하는 내부 H 지지부(80C)인 실시예를 나타내며, 여기서 상기 단부 캡디스크 사이의 기계적 연결은 상기 에어갭보다 회전축에 방사적으로 더 가깝게 위치하고, 상기 H의 레그(leg)는 상기 기기의 축방향 단부에서 두 평평한 디스크를 형성하며 이는 상기 기기의 한 측으로부터 힘을 방사적으로 다른 측으로 전달하고 그로써 상기 구조를 더 강성으로 만든다. 이 실시예는 직경이 작은, 더 작은 전기 기기에 유리하다. 더 큰 링이 형성된 기기의 경우, 상기 축방향 단부에서의 상기 두 평평한 디스크는 경쟁력이 있기에는 너무 무거워진다.

도 13a-d에서, 베어링(82)에 의해 지지된 샤프트(81)가 도시된다.

상기 강성 기계적 구조(80)는 상기 단부 캡 디스크 사이에 축방향 클램핑 포스를 전달할 뿐만 아니라 매우 강성이며 상기 단부 캡 디스크가 축방향으로 안쪽으로 기울지 않도록 안정화한다. 그로써, 상기 스테이터와 로터 디스크(22, 12) 사이의 상기 에어갭(40)이 유지될 수 있고 자기 기어링을 구현하는 일부 실시예에서 발생하는 변동하는 법선력은 상기 에어갭을 손상시키지 않고 처리될 수 있다.

여기서 나타난 기술은 저속 제품에서 매우 우수한 성능을 발휘하므로, 저속 제품에서 이전 설명에 따른 기기의 사용이 유리하다. 가장 중요한 제품은 아마도 직접 구동 발전기와 모터겠지만 5m/s 미만의 특성 속도에서 작동하는 시스템도 특히 적합한 것으로 여겨진다. 특성 속도란 상기 에어갭에서 상기 로터와 상기 스테이터 사이에 전형적인 상대 동작 속도로서 정의된다. 적합한 제품은 전형적으로 재생가능 에너지 전환 시스템, 풍력, 조력, 파력, 전기 선박 추진, 기어 모터의 교체, 즉 기어리스 모터, 트랙션 모터, 일반적인 직접 구동 시스템 및 포스 덴스 액츄에이터이다.

상기 기재된 실시예는 본 발명의 몇 가지 도시된 예시로서 이해된다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 실시예에 대해 다양한 수정, 조합 및 변경이 이루어질 수 있다는 것을 통상의 기술자는 이해할 것이다. 특히, 상이한 실시예의 상이한 부품 솔루션은 기술적으로 가능한 경우 다른 구성으로 결합될 수 있다. 그러나 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된다.

참고문헌:

[1] EP3325800A1

[2] 하그네스탈, 앤더스 및 얼링 굴드브란젠(Hagnest

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[5] EP2982028A2.

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Claims (14)

1. 자속의 전환에 의해 작동하는 회전 전기 기기(1)로서:
   로터(10);
   스테이터(20); 및
   권선(30);
   을 포함하며, 상기 회전 전기 기기(1)는 적어도 5개의 디스크를 포함하며, 상기 5개의 디스크는, 상기 로터(10)의 부분인 로터 디스크(12) 또는 상기 스테이터(20) - 상기 스테이터는 지배적으로 축방향(15)으로 자속을 가짐 - 의 부분인 스테이터 디스크(22)이며, 상기 축방향(15)은 상기 로터(10)의 회전축의 방향이며;
   상기 스테이터 디스크(22) 및 상기 로터 디스크(12)는 상기 축방향을 따라 에어 갭(airgaps)을 통해 서로 끼워 넣어지며,
   상기 디스크의 적어도 2개는 단부 캡 디스크이며, 상기 단부 캡 디스크는 로터 디스크(12, 12B) 또는 스테이터 디스크(22, 22B)이며 상기 축방향(15)으로 상기 회전 전기 기기(1)의 두 가장 바깥쪽의 디스크이고, 상기 가장 바깥쪽의 두 개의 디스크의 사이에는 모든 다른 로터 디스크(12, 12B)와 스테이터 디스크(22, 22B)가 위치하며;
   상기 권선(30)은 적어도 두 개의 페이즈 권선(31)을 포함하며; 상기 스테이터 디스크(22)의 적어도 둘은 각각 같은 페이즈 권선으로부터 권선 루프(32)를 포함하며;
   상기 권선 루프(32)는 같은 극성의 n개의 자극 (N, S)으로부터 자속을 에워싸며, n은 2보다 크고, 바람직하게는 n은 4보다 크고 더욱 바람직하게는 n은 6보다 크고, 상기 적어도 하나의 권선 루프는 하나의 개별 자극으로부터의 자속을 초과하는, 바람직하게는 하나의 개별 자극으로부터의 상기 자속의 두 배를 초과하는, 총 자속을 에워싸고, 상기 권선 루프 원주는 2*n*d보다 짧고, 바람직하게는 n*d보다 짧고, d는 에어갭 너비 거리이며, 이는 상기 로터(10)의 상기 회전축에 대한 방사 방향으로 취득된 상기 에어갭(40)의 자기 활성 부분의 평균 너비이며;
   상기 자극은 상기 로터(10)와 상기 스테이터(20) 중 적어도 하나에 제공되며;
   적어도 2개의 상기 단부 캡 디스크는 상기 두 단부 캡 디스크의 하나에서 상기 두 단부 캡 디스크의 다른 하나로 작용하는 축 자기인력의 15%를 초과하여, 바람직하게는 30%를 초과하여, 더욱 바람직하게는 50%를 초과하여, 더욱 더 바람직하게는 70%를 초과하여 가장 바람직하게는 90%를 초과하여 기계적으로 전달하는 강성(stiff) 기계적 구조(80, 80A, 80B, 80C)에 의해 기계적으로 연결되는,
   전기 기기(1).
2. 제1항에 있어서,
   상기 전기 기기(1)는 자속의 전환에 의해 작동하는 영구자석을 포함하는 변조 극 기기인, 전기 기기(1).
3. 제1항에 있어서,
   상기 전기 기기(1)는 자속의 전환에 의해 작동하는 가변 릴럭턴스 영구자석 기기인, 전기 기기(1).
4. 제1항 내지 제3항에 있어서,
   상기 전기 기기(1)는 자속 집중 셋업에 배치된 영구자석을 포함하는, 전기 기기(1).
5. 제1항 내지 제4항에 있어서,
   상기 전기 기기(1)는 페라이트 자석을 포함하는, 전기 기기(1).
6. 제1항에 있어서,
   상기 전기 기기는 스위치드 릴럭턴스 기기이며, 상기 스테이터(20) 및 상기 로터(10)는 모두 각 에어갭에서 상기 기정의된 운동 경로에 평행한 방향으로 가변 투자율을 나타내는, 전기 기기(1).
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 권선(32)은 적어도 5개의 인접 자극(N, S)로부터의 자속을 에워싸는, 전기 기기(1).
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 단부 캡 디스크는 상기 스테이터(20)에 속하는, 전기 기기(1).
9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 단부 캡 디스크는 상기 로터(10)에 속하는, 전기 기기(1).
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 기기(1)는 3개를 초과하는, 바람직하게는 6개를 초과하는, 더 바람직하게는 9개를 초과하는, 더욱 더 바람직하게는 12개를 초과하는, 그리고 가장 바람직하게는 15개를 초과하는 페이즈를 갖는, 전기 기기(1).
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 스테이터 디스크(12, 22)는 하나의 페이즈에 속하는 권선 루프를 포함하지만, 다른 페이즈에 속하는 권선 루프는 포함하지 않는, 전기 기기(1).
12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 섹션(12, 22)은 권선 루프를 포함하며, 상기 권선 루프는 페이즈 중 2개를 초과하는 다른 페이즈, 바람직하게는 3개를 초과하는 다른 페이즈, 더 바람직하게는 4개를 초과하는 다른 페이즈, 더욱 더 바람직하게는 5개를 초과하는 다른 페이즈, 더욱 더 바람직하게는 6개를 초과하는 다른 페이즈, 더욱 더 바람직하게는 9개를 초과하는 다른 페이즈, 가장 바람직하게는 12개를 초과하는 다른 페이즈의 부분인, 전기 기기(1).
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 기기(1)는 접착 코팅을 갖는 전기 강판을 포함하는, 전기 기기.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 전기 기기(1)를 포함하는 시스템으로서, 상기 시스템은:
    재생가능 에너지 전환 시스템,
    풍력 발전소,
    조력 발전소,
    파력 발전소,
    전기 선박 추진 시스템,
    기어리스 모터,
    전기 차량,
    직접 구동 시스템,
    포스 덴스 액츄에이터
    중에서 선택되는, 시스템.
    

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