KR20230072486A - 방사상 플럭스 전기 기계 - Google Patents
방사상 플럭스 전기 기계 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230072486A KR20230072486A KR1020237013334A KR20237013334A KR20230072486A KR 20230072486 A KR20230072486 A KR 20230072486A KR 1020237013334 A KR1020237013334 A KR 1020237013334A KR 20237013334 A KR20237013334 A KR 20237013334A KR 20230072486 A KR20230072486 A KR 20230072486A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- tooth
- core
- coil
- stator
- teeth
- Prior art date
Links
- 230000004907 flux Effects 0.000 title claims description 56
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 236
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 122
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 109
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 93
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 61
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 61
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 61
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 35
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 34
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 33
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 31
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 26
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 20
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 19
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 18
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 11
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 claims description 9
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 7
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 7
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims description 5
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004760 aramid Substances 0.000 claims description 4
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 4
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 58
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 22
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 22
- 229910000576 Laminated steel Inorganic materials 0.000 description 15
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 7
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 6
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KPLQYGBQNPPQGA-UHFFFAOYSA-N cobalt samarium Chemical compound [Co].[Sm] KPLQYGBQNPPQGA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 229910000938 samarium–cobalt magnet Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 4
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920000271 Kevlar® Polymers 0.000 description 3
- 239000011231 conductive filler Substances 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 239000004761 kevlar Substances 0.000 description 3
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 3
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 3
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000583 Nd alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- QJVKUMXDEUEQLH-UHFFFAOYSA-N [B].[Fe].[Nd] Chemical compound [B].[Fe].[Nd] QJVKUMXDEUEQLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 229910000828 alnico Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940090961 chromium dioxide Drugs 0.000 description 1
- IAQWMWUKBQPOIY-UHFFFAOYSA-N chromium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Cr+4] IAQWMWUKBQPOIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AYTAKQFHWFYBMA-UHFFFAOYSA-N chromium(IV) oxide Inorganic materials O=[Cr]=O AYTAKQFHWFYBMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000003467 diminishing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- -1 etc.) Inorganic materials 0.000 description 1
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 210000000329 smooth muscle myocyte Anatomy 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
- H02K1/14—Stator cores with salient poles
- H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
- H02K1/18—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
- H02K1/187—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures to inner stators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/02—Details of the magnetic circuit characterised by the magnetic material
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/04—Details of the magnetic circuit characterised by the material used for insulating the magnetic circuit or parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
- H02K1/14—Stator cores with salient poles
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
- H02K1/14—Stator cores with salient poles
- H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
- H02K1/148—Sectional cores
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
- H02K1/2786—Outer rotors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
- H02K1/2786—Outer rotors
- H02K1/2787—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
- H02K1/2789—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
- H02K1/279—Magnets embedded in the magnetic core
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
- H02K1/2786—Outer rotors
- H02K1/2787—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
- H02K1/2789—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
- H02K1/2791—Surface mounted magnets; Inset magnets
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
- H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
- H02K15/022—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies with salient poles or claw-shaped poles
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
- H02K15/04—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings, prior to mounting into machines
- H02K15/0435—Wound windings
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
- H02K15/06—Embedding prefabricated windings in machines
- H02K15/062—Windings in slots; salient pole windings
- H02K15/065—Windings consisting of complete sections, e.g. coils, waves
- H02K15/066—Windings consisting of complete sections, e.g. coils, waves inserted perpendicularly to the axis of the slots or inter-polar channels
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/22—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
- H02K1/16—Stator cores with slots for windings
- H02K1/165—Shape, form or location of the slots
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
- H02K1/18—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
- H02K1/185—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures to outer stators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
- H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
- H02K1/2793—Rotors axially facing stators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
- H02K16/04—Machines with one rotor and two stators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
- H02K2201/03—Machines characterised by aspects of the air-gap between rotor and stator
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
- H02K2201/12—Transversal flux machines
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
- H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
- H02K2213/12—Machines characterised by the modularity of some components
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
- H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
- H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
- H02K3/14—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots with transposed conductors, e.g. twisted conductors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
- H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
- H02K3/48—Fastening of windings on the stator or rotor structure in slots
- H02K3/487—Slot-closing devices
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
- H02K3/48—Fastening of windings on the stator or rotor structure in slots
- H02K3/487—Slot-closing devices
- H02K3/493—Slot-closing devices magnetic
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
- H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
- H02K3/52—Fastening salient pole windings or connections thereto
- H02K3/521—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only
- H02K3/525—Annular coils, e.g. for cores of the claw-pole type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
- H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
- H02K5/18—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with ribs or fins for improving heat transfer
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
- H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
- H02K9/22—Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
- H02K9/22—Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
- H02K9/227—Heat sinks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Motor Or Generator Frames (AREA)
- Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
Abstract
전기 기계는 복수의 사다리꼴 톱니들을 가질 수 있다. 각각의 톱니의 단면의 둘레는 방사상 방향으로 실질적으로 일정할 수 있고 단면의 면적은 방사상 방향으로 변화할 수 있다. 각각의 톱니는 또한, 함께 조립될 때 사다리꼴 톱니를 형성하는 다수의 피스들로 형성될 수 있다.
Description
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 09월 21일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/081,043호에 대한 우선권을 주장하며, 이러한 출원은 그 전체가 참조에 의해 본원에 포함된다.
기술분야
본 개시는 방사상 플럭스 전기 기계에 관한 것이다.
본 개시는 전기 기계들에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 방사상 플럭스 전기 기계들에 관한 것이다. 전기 기계(또는 전기적 기계)는 그 동작을 위해 전자기력에 의존하는 기계들에 대한 일반적인 용어이다. 전기 기계의 2개의 메인 부품들은 기계적 또는 전기적 용어들로 설명될 수 있다. 기계적인 용어들에서, 회전자는 회전 부품이며, 고정자는 전기 기계의 고정 부품이다. 전기적 용어들에서, 전기자(armature)는 전력 생성 구성요소이며, 필드는 전기 기계의 구성요소를 생성하는 자기장이다. 전기자는 회전자 또는 고정자 상에 있을 수 있으며, 자기장은 회전자 또는 고정자 상에 장착된 전자석들 또는 영구 자석들에 의해 제공될 수 있다. 전기 기계들은 전기기계적 에너지 컨버터들이며, 다른 것들 중에서도, 전기 모터들, 및 발전기들을 포함한다. 전기 모터는 전기를 기계적 파워로 변환하며, 반면 발전기는 기계적 파워를 전기로 변환한다. 전기 기계의 움직이는 부품은 회전하거나(회전 전기 기계들) 또는 선형적(선형 전기 기계들)일 수 있다. 전기 기계들은, 전류가 전자기 플럭스를 생성하며 그 반대도 마찬가지라는 원리로 동작한다. 일부 전기 기계에서, 영구 자석들을 포함하는 회전자는, 전기가 통과하는 복수의 전자석들에 의해 생성된 전자기장에서 회전하도록 구성된다.
전기 기계들은 축방향 플럭스 전자 기계들 및 방사상 플럭스 전기 기계들로 분류될 수 있다. 이러한 유형들의 기계들 사이의 근본적인 차이는 이러한 기계들에서의 자기장의 배향에 있다. 방사상 플럭스 전기 기계들에서, 작동 자기 플럭스는 방사상 평면에서 고정자와 회전자 사이의 공기 갭을 가로지르며, 반면 축방향 플럭스 전기 기계들에서, 자기 플럭스는 회전 축에 평행한 공기 갭을 가로지른다. 전기 기계의 권선들 및 영구 자석들의 표유 필드(stray field)를 감소시킬 뿐만 아니라 고정자 및 회전자 코어들에서 자기 플럭스 밀도의 집중을 증가시키고 코어의 모든 부품들에서 자기 플럭스 밀도의 동일한 값을 보장하기 위해 노력하는 것을 목적으로 하는 많은 해법들이 알려져 있다. 영구 자석 전기 기계들에 대해 높은 충전율(fill factor)을 제공하는 것을 목적으로 하는 많은 해법들이 또한 존재한다. 이러한 해법들 중 일부는 전기 기계 성능을 개선하기 위해 복잡한 톱니(tooth) 형상들을 사용한다. 이러한 해법들 중 일부가 톱니의 체적을 효율적으로 사용하지만, 이들은 전기 기계의 누설 플럭스들을 충분히 감소시키지 않는다. 또한, 일부 경우들에서, 복잡한 톱니 형상들은 전기 기계들에 대한 높은 권선 충전율을 제공하는 것을 어렵게 만든다. 본 개시의 방사상 플럭스 전기 기계들은 이상에서 언급된 이슈들 중 일부 또는 전부를 완화한다. 본 개시의 전기 기계들의 실시예들에서 누설 플럭스들의 감소 및 충전율의 증가는 전기 기계들의 증가된 파워 및 효율을 가능하게 할 수 있다. 그러나, 본 개시의 범위는 청구항들에 의해 정의되며 임의의 문제를 해결하기 위한 능력에 의해 정의되지 않는다.
전기 기계 및 전기 기계를 제조하고 사용하는 방법들의 몇몇 실시예들이 개시된다. 전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 오로지 예시적이고 설명적이라는 것이 이해될 것이다. 이와 같이, 본 개시의 범위는 개시된 실시예들에 한정되지 않는다. 그 대신, 개시된 실시예들의 범위 내에 있는 이러한 대안예들, 수정예들 및 등가물들을 포함하도록 의도된다. 당업자는 본 개시의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 개시된 실시예들에 대한 다양한 변화들, 대체들 및 변경들이 이루어지는 방법을 이해할 것이다.
일 실시예에서, 복수의 사다리꼴 톱니들을 갖는 전기 기계가 개시된다. 전기 기계는 복수의 전자기 코일들을 포함할 수 있다. 각각의 코일은 이것을 관통하는 비-균일한 사다리꼴 캐비티를 포함할 수 있으며, 복수의 톱니들 중 하나의 톱니를 내부에 포함하도록 구성될 수 있다. 각각의 톱니는, 함께 조립될 때 사다리꼴 톱니를 형성하는 다수의 피스들로 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 단면적이 회전자를 향한 방사상 방향으로 증가하며 권선 코일들이 공기 갭에 가능한 한 가깝게 시프트되는 멀티피스 톱니의 사다리꼴 형상은 전기 기계의 누설 필드들을 상당히 감소시킬 수 있다. 방사상 방향으로 일정한 단면 둘레(perimeter)를 갖는 톱니를 사전-형성하는 것은 전기 기계의 충전율의 증가를 가져오고 전기 기계의 성능, 효율 토크 및 파워를 개선한다.
일 실시예에서, 방사상 플럭스 전기 기계가 개시된다. 전기 기계는 회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 회전자 및 고정자를 포함할 수 있다. 회전자 또는 고정자 중 적어도 하나는 회전축 주위에 환형으로 배열된 복수의 톱니들을 포함할 수 있다. 전기 기계는 또한 복수의 전자기 코일들을 포함할 수 있다. 복수의 전자기 코일들의 각각은 이것을 관통하는 비-균일한 사다리꼴 캐비티를 가질 수 있다. 각각의 캐비티는 복수의 톱니들 중 하나의 톱니를 내부에 포함하도록 구성될 수 있다. 복수의 톱니들의 각각의 톱니는, 함께 조립될 때 비-균일한 사다리꼴 캐비티의 형상에 대응하는 다수의 피스들로 형성될 수 있다.
전기 기계의 다양한 실시예들은 대안적으로 또는 추가적으로 다음의 측면들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 각각의 톱니의 다수의 피스들이 함께 조립될 때, 각각의 톱니의 외부 둘레는 대응하는 코일의 캐비티의 내부 둘레에 대응한다; 각각의 톱니는 코어 톱니-부분 및 적어도 하나의 웨지-형(wedge-shaped) 부분을 포함한다; 각각의 톱니는 코어 톱니-부분 및 코어 부분의 대향되는 측면들 상에 배치된 적어도 2개의 웨지-형 부분들을 포함한다; 회전축에 수직하는 평면에서, 코어 톱니-부분은 실질적으로 직사각형 단면 형상을 가지며, 적어도 하나의 웨지-형 부분은 실질적으로 삼각형 단면 형상을 갖는다; 방사상 방향에 수직하는 평면에서, 코어 톱니-부분 및 적어도 하나의 웨지-향 부분은 실질적으로 직사각형 단면 형상을 갖는다; 각각의 톱니의 코어 톱니-부분 및 적어도 하나의 웨지-형 부분은 접착 재료를 사용하여 함께 결합된다; 각각의 톱니의 코어 톱니-부분은 회전축 주위로 연장되는 환형 링과 일체로 형성된다; 각각의 톱니의 다수의 피스들이 함께 조립될 때, 각각의 톱니는 대향되는 면들의 2개의 세트들을 갖는 외부 표면들을 정의하며, 2개의 세트들의 각각의 세트의 대향되는 면들은 서로 비-평행하다; 인접한 톱니들의 대향되는 면들은 서로 평행하다; 대향되는 면들의 2개의 세트들의 각각의 면은 방사상 방향으로 경사진다; 대향되는 면들의 하나의 세트의 대향되는 면들은 방사상 외측 방향으로 서로를 향해 수렴하며, 대향되는 면들의 다른 세트의 대향되는 면들은 방사상 외측 방향으로 서로로부터 발산한다; 회전축에 수직하는 평면에서 각각의 톱니의 단면은 사다리꼴 형상을 가지며, 방사상 방향에 수직하는 평면에서 각각의 톱니의 단면은 직사각형 형상을 갖는다; 방사상 방향에 수직하는 단면들의 둘레는 방사상 방향으로 실질적으로 일정하다; 방사상 방향에 수직하는 단면들의 면적은 방사상 방향으로 변화한다; 고정자는 복수의 톱니들을 포함하며, 방사상 방향에 수직하는 단면의 면적은 회전자를 향해 방사상 방향으로 증가한다; 축방향 평면에서 각각의 톱니의 단면은 이등변 사다리꼴 형상을 갖는다; 각각의 톱니의 다수의 피스들 중 적어도 하나의 피스는 소프트 자성 복합체(soft magnetic composite; SMC)로 형성된다; 고정자는 복수의 톱니들을 포함하며, 각각의 톱니의 다수의 피스들 중 제1 피스는 회전축 주위로 연장되는 환형 고정자 링과 일체이고 이로부터 방사상으로 연장되며, 각각의 톱니의 상기 다수의 피스들 중 제2 피스는 제1 피스와 비-일체로 형성된다; 전기 기계는 전기 모터 또는 발전기 중 하나이다.
다른 실시예에서, 방사상 플럭스 전기 기계가 개시된다. 전기 기계는 회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 회전자 및 회전자에 근접하여 고정적으로 위치되는 고정자를 포함할 수 있다. 회전자 또는 고정자 중 적어도 하나는 회전축 주위에 환형으로 배열된 복수의 톱니들을 포함할 수 있다. 전기 기계의 복수의 톱니들의 각각의 톱니는, 방사상 방향에 수직하는 복수의 평면들에서 각각의 톱니의 복수의 단면적들이 변화하도록 방사상 방향으로 연장될 수 있다. 그리고 복수의 단면들의 둘레들은 복수의 수직 평면들에 걸쳐 실질적으로 동일할 수 있다.
전기 기계의 다양한 실시예들은 대안적으로 또는 추가적으로 다음의 측면들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 전기 기계의 축방향 평면 또는 방사상 평면 중 적어도 하나에서 각각의 톱니의 형상은 사다리꼴이다; 전기 기계의 축방향 평면 또는 방사상 평면 중 적어도 하나에서 각각의 톱니의 형상은 이등변 사다리꼴이다; 복수의 톱니들은 고정자 상에 환형으로 배열된다; 회전자는 고정자의 방사상 외측에 배치되고, 방사상 평면에서 각각의 톱니의 폭은 회전자를 향해 방사상 방향으로 증가하며, 축방향 평면에서 각각의 톱니의 길이는 회전자를 향해 방사상 방향으로 감소한다; 각각의 톱니는, 방사상 방향에 수직하는 평면에서 각각의 톱니의 단면 면적이 회전자를 향해 방사상 방향으로 증가하도록 방사상 방향으로 연장된다; 회전자는 고정자의 방사상 내측에 배치되며, 방사상 방향에 수직하는 평면에서 복수의 톱니들의 각각의 톱니의 단면 면적은 회전자를 향해 방사상 방향으로 증가한다; 복수의 톱니들은 회전자 상에 환형으로 배열된다; 전기 기계는 복수의 전자기 코일들을 더 포함하며, 복수의 전자기 코일들의 각각의 코일은 복수의 톱니들의 별개의 톱니 주위로 연장된다; 각각의 코일은 정사각형, 직사각형, 또는 원형 단면 형상 중 하나를 갖는 구리 와이어를 포함한다; 와이어는 다중-가닥이며, 각각의 코일은 톱니를 따라 방사상 방향으로 나선 형태로 감긴다; 각각의 코일은, 호일의 평평한 측면이 방사상 방향으로 톱니의 전체 길이에 걸쳐 연장되도록 톱니 주위에 감기는 구리 호일을 포함한다; 각각의 코일은 톱니를 따라 방사상 방향으로 나선 형태로 감긴 구리 호일의 립(rib)을 포함한다; 각각의 톱니는 소프트 자성 복합체(soft magnetic composite; SMC) 재료를 포함한다; 각각의 톱니는 함께 결합된 다수의 피스들을 포함한다; 다수의 피스들은, 회전축 주위로 연장되는 환형 링과 일체로 형성된 코어 부분 및 코어 부분에 결합된 하나 이상의 웨지 부분들을 포함한다; 하나 이상의 웨지 부분들은 상기 코어 부분의 대향되는 측면들 상에 배치된 적어도 2개의 웨지 부분들을 포함한다; 전기 기계는 전기 모터 또는 발전기이다; 고정자 또는 회전자 중 하나는 외부 부품 및 내부 부품을 포함하며, 고정자 및 회전자는 이중 공기 갭에 의해 분리된다; 외부 부품 및 내부 부품은 자기 전도성 재료로 만들어진 연결 부분에 의해 함께 연결된다.
다른 실시예에서, 방사상 플럭스 전기 기계가 개시된다. 전기 기계는 회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 회전자, 복수의 전자기 코일들, 및 고정자를 포함할 수 있다. 고정자는 회전축 주위로 연장되는 환형 고정자 링 및 고정자 링 상에 원주 방향으로 배열되는 복수의 다중-부품 톱니들을 포함할 수 있다. 복수의 다중-부품 톱니들의 각각의 다중-부품 톱니는 고정자 링과 일체로 형성된 코어 톱니-부분 및 고정자 링과 별개인 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분을 포함할 수 있다. 복수의 전자기 코일들의 각각의 코일은, 각각의 코일이 코일과 코어 톱니-부분 사이에 갭을 갖는 상태로 다중-부품 톱니의 대응하는 코어 톱니-부분을 둘러싸도록 복수의 다중-부품 톱니들의 상이한 다중-부품 톱니 상에 장착된다. 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분은 갭에 배치될 수 있다.
전기 기계의 다양한 실시예들은 대안적으로 또는 추가적으로 다음의 측면들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 각각의 다중-부품 톱니들의 상기 코어 톱니-부분은 소프트 자성 복합체(soft magnetic composite; SMC)로 형성된다; 환형 고정자 링은 소프트 자성 복합체(soft magnetic composite; SMC)로 형성된다; 환형 고정자 링은 회전축에 수직인 대칭 평면을 따라 함께 결합된 2개의 거울-대칭 절반부들을 포함한다; 2개의 거울-대칭 절반부들은 접착 재료를 사용하여 대칭 평면을 따라 함께 부착된다; 환형 고정자 링은 다수의 축방향으로 스택된 환형 링들을 포함하며, 스택된 환형 링들 중 적어도 2개는 소프트 자성 복합체(soft magnetic composite; SMC)로 만들어진다; 각각의 다중-부품 톱니의 코어 톱니-부분은 환형 고정자 링으로부터 방사상 방향으로 외측으로 연장된다; 방사상 방향에 수직인 평면을 따른 코어 톱니-부분 및 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분의 각각의 단면은 실질적으로 직사각형 형상을 갖는다; 회전축에 수직하는 평면을 따른 코어 톱니-부분의 단면은 실질적으로 직사각형 형상을 갖는다; 회전축에 수직인 평면을 따른 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분의 단면은 실질적으로 삼각형 형상을 갖는다; 회전축에 수직하는 평면을 따른 복수의 다중-부품 톱니들의 각각의 톱니의 단면은 실질적으로 사다리꼴 형상을 갖는다; 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분은 코어 톱니-부분의 대향되는 측면들 상에 대칭적으로 배열된 추가적인 톱니-부분들의 쌍을 포함한다; 복수의 다중-부품 톱니들의 각각의 톱니의 코어 톱니-부분 및 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분은 접착 재료를 사용하여 함께 결합된다; 코어 톱니-부분, 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분, 및 접착 재료의 재료들의 열 팽창 계수들 사이의 차이는 약 20%보다 더 적다; 각각의 다중-부품 톱니의 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분은 복수의 전자기 코일들의 코일의 내부 표면과 코어 톱니-부분의 외부 표면 사이에 끼워진다; 복수의 전자기 코일들의 코일은 코일의 내부 표면과 코어 톱니-부분의 대향되는 측면들 사이에 적어도 2개의 갭들이 형성되도록 각각의 톱니의 코어 톱니-부분을 둘러싸며, 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분은 적어도 2개의 갭들의 상이한 갭에 배치되는 적어도 2개의 추가적인 톱니-부분들을 포함한다; 방사상 방향에 수직하는 평면에서 복수의 다중-부품의 각각의 다중-부품 톱니의 단면은 직사각형 형상을 갖는다; 단면의 둘레는 방사상 방향으로 실질적으로 일정하다; 단면의 면적은 방사상 방향으로 변화한다; 전기 기계는 전기 모터 또는 발전기이다.
다른 실시예에서, 방사상 플럭스 전기 기계가 개시된다. 전기 기계는 회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 회전자, 복수의 전자기 코일들, 및 고정자를 포함할 수 있다. 고정자는 환형 고정자 링 및 방사상 방향으로 연장되는 복수의 코어 톱니-부분들을 가질 수 있다. 환형 고정자 링 및 복수의 코어 톱니-부분들은 소프트 자성 복합체(Soft Magnetic Composite; SMC)로 일체로 형성될 수 있다. SMC는 하나 이상의 등방성 강자성 재료들, 약 1.6 테슬라(Tesla) 이상의 자기 포화 유도, 및 10 마이크로-옴/m보다 더 큰 전기 저항률을 포함할 수 있다.
전기 기계의 다양한 실시예들은 대안적으로 또는 추가적으로 다음의 측면들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 고정자는 환형 고정자 링 상에 대칭적으로 배열된 복수의 다중-부품 톱니들을 포함하며, 복수의 다중-부품 톱니들의 각각의 톱니는 복수의 코어-톱니 부분들 중 하나 및 복수의 코어 톱니-부분들 중 하나와 비-일체로 형성된 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분을 포함한다; 추가적인 톱니-부분들의 쌍은 연관된 코어 톱니-부분의 대향되는 측면들 상에 배열된다; 회전축에 수직인 평면을 따른 각각의 톱니의 코어 톱니-부분의 단면은 실질적으로 직사각형 형상을 가지며, 회전축에 수직인 평면을 따른 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분들의 각각의 추가적인 톱니 부분의 단면은 실질적으로 삼각형 형상을 갖는다; 방사상 방향에 수직인 평면을 따른 코어 톱니-부분들 및 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분들의 각각의 단면은 실질적으로 직사각형 형상을 갖는다; 회전축에 수직하는 평면에서 복수의 다중-부품 톱니들의 각각의 톱니의 단면은 사다리꼴 형상을 갖는다; 방사상 방향에 수직하는 평면에서 복수의 다중-부품 톱니들의 각각의 톱니의 단면은 실질적으로 직사각형 형상을 가지며, 단면의 둘레는 방사상 방향으로 실질적으로 일정하고, 단면의 면적은 방사상 방향으로 변화한다; 회전자는 회전자와 고정자 사이에 공기 갭을 형성하기 위해 고정자의 방사상 외측에 배치되며, 단면의 면적은 공기 갭을 향해 방사상 방향으로 증가한다; 복수의 다중-부품 톱니들의 각각의 톱니는 대향되는 면들의 2개의 세트들을 갖는 외부 표면들을 정의하며, 2개의 세트들의 각각의 세트의 대향되는 면들은 서로 비-평행하고, 인접한 톱니들의 인접한 측면 면들은 서로 평행하다; 대향되는 면들의 2개의 세트들의 각각의 면은 방사상 방향으로 경사진다; 대향되는 면들의 하나의 세트의 대향되는 면들은 방사상 외측 방향으로 서로를 향해 수렴하며, 대향되는 면들의 다른 세트의 대향되는 면들은 방사상 외측 방향으로 서로로부터 발산한다; 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분들은 SMC로 형성된다; 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분은 SMC가 아닌 등방성 재료로 형성된다; 환형 고정자 링은 회전축에 수직인 대칭 평면을 따라 함께 결합된 2개의 거울-대칭 몸체들을 포함한다; 2개의 거울-대칭 몸체들은 접착 재료를 사용하여 대칭 평면을 따라 함께 부착되며, SMC와 접착 재료의 열 팽창 계수들 사이의 차이는 약 20%보다 더 적다; SMC의 상기 자기 포화 유도는 약 2.4 테슬라 이상이다; SMC의 상기 자기 포화 유도는 약 2.5 테슬라 이상이다; SMC의 저항률은 약 100 마이크로-옴/m보다 더 크다; 전기 기계는 전기 모터이다; 전기 기계는 발전기이다.
다른 실시예에서, 방사상 플럭스 전기 기계가 개시된다. 전기 기계는 내부 고정자 및 고정자를 중심으로 회전하도록 구성된 외부 회전자를 포함할 수 있다. 외부 회전자는, 회전자 베이스 및 회전자의 회전축에 평행하게 회전자 베이스로부터 축방향으로 연장되는 복수의 환형으로 배열된 영구 자석들을 포함할 수 있다. 원통형 코어는 회전자 베이스로부터 연장되어 복수의 영구 자석들을 둘러쌀 수 있다. 코어는 소프트 자성 복합체(Soft Magnetic Composite; SMC)로 형성될 수 있다. 슬리브는 회전자를 둘러쌀 수 있다. 슬리브는 원통형 코어를 지지할 수 있으며, 원통형 코어는 복수의 영구 자석들을 지지할 수 있다. 원통형 코어는 슬리브와 복수의 영구 자석들 사이에 방사상으로 위치될 수 있다.
전기 기계의 다양한 실시예들은 대안적으로 또는 추가적으로 다음의 측면들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 슬리브 또는 회전자 베이스 중 적어도 하나는 비-자성 재료로 만들어진다; 비-자성 재료는 탄소 섬유, 유리 섬유, 또는 아라미드 섬유 중 적어도 하나를 포함하는 복합 재료이다; 비-자성 재료는 스테인리스 스틸 또는 알루미늄 중 적어도 하나를 포함한다; 슬리브는 자성 재료로 만들어진다; 자성 재료는 라미네이트된 전기 스틸 시트들을 포함하는 소프트 자성 재료를 포함한다; 자성 재료는 스틸로 만들어진 속이 찬 몸체이다; 슬리브는 원통형 코어의 외부 표면 상에 형성된 리세스들 상에 배치된 보강 립들을 포함한다; 원통형 코어는 회전자 베이스에 결합된 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되며, 슬리브는 원통형 코어의 제2 단부에 위치된 밸런싱 링을 포함하고, 밸런싱 링은 회전자의 동적 밸런싱을 제공하도록 구성된다; 슬리브는 밸런싱 링에 걸쳐 연장된다; 밸런싱 링은 비-자성 재료로 형성된다; 복수의 영구 자석들은 회전축 주위에 실질적으로 원형 패턴으로 회전자 베이스 상에 배열된다; 복수의 영구 자석들은, 복수의 영구 자석들의 각각의 영구 자석의 자축이 회전축에서 교차하도록 회전자 베이스 상에 배열된다; 회전자 베이스는 알루미늄 또는 스틸로 형성된다; 회전자 베이스는, 회전자 베이스가 회전할 때 회전축을 따라 공기흐름을 보내도록 구성된 공기 통풍구들을 포함한다; 회전자 베이스는 슬리브 및 밸런싱 링과 일체이다; 복수의 영구 자석들은 접착제를 사용하여 원통형 코어에 부착되며, 복수의 영구 자석들, 원통형 코어, 및 접착제의 재료들의 열 팽창 계수들 사이의 차이는 약 20%보다 더 작다; 슬리브는 단일 피스를 형성하기 위해 회전자 베이스와 일체이다; 원통형 코어 및 슬리브 둘 모두는 회전축에 대해 비-균일한 방사상 두께를 가지며, 슬리브의 더 두꺼운 영역들은 각각의 영구 자석의 중심에 인접하여 위치된다; 전기 기계는 전기 모터 또는 발전기 중 하나이다.
일부 실시예들에서, 전기 기계의 불규칙적인-형상의 다중-부품 톱니 상에 코일을 조립하는 방법이 개시된다. 방법은, 적어도 하나의 웨지-부분의 더 넓은 단부가 코일 내의 개구부 밖으로 연장되도록 다중-부품 톱니의 적어도 하나의 웨지-부분을 코일의 상기 개구부 내로 삽입하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한, 적어도 하나의 웨지-부분의 더 넓은 단부가 코일 내의 개구부 밖으로 연장된 채로 남아 있도록, 삽입된 적어도 하나의 웨지-부분을 갖는 코일을 다중-부품 톱니의 코어 톱니 부분 상에 장착하는 단계, 다중-부품 톱니 상에 코일을 조이기 위해 적어도 하나의 웨지-부분의 더 넓은 단부에 힘을 가하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 방법의 다양한 실시예들은 대안적으로 또는 추가적으로 다음의 측면들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 적어도 하나의 웨지-부분의 더 넓은 단부에 힘을 가하는 단계는, 코일 내의 개구부 내로 적어도 하나의 웨지-부분의 더 넓은 단부를 미는(push) 단계를 포함한다; 코일 내의 개구부는 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되며, 적어도 하나의 웨지-부분을 삽입하는 단계는, 더 넓은 단부가 개구부의 제2 단부 밖으로 연장되도록 적어도 하나의 웨지-부분을 개구부 내로 삽입하는 단계를 포함하며, 힘을 가하는 단계는, 더 넓은 단부를 개구부의 제1 단부를 향해 미는 단계를 포함한다; 코일 내의 개구부는 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되며, 제1 단부에서의 개구부의 폭은 제2 단부에서의 개구부의 폭과는 상이하고, 제1 단부에서의 개구부의 길이는 제2 단부에서의 개구부의 높이와는 상이하다; 제1 단부 및 제2 단부에서의 개구부의 형상은 직사각형이다; 제1 단부에서의 개구부의 둘레는 제2 단부에서의 개구부의 둘레와 실질적으로 동일하다; 제1 단부에서의 개구부의 면적은 제2 개구부에서의 개구부의 면적과는 다르다; 개구부의 면적은 제1 단부로부터 제 2 단부까지 증가한다; 적어도 하나의 웨지-부분을 코일의 개구부 내로 삽입하는 단계는 적어도 2개의 웨지-부분들을 개구부 내로 삽입하는 단계를 포함한다; 코일을 장착하는 단계는, 코어 톱니-부분이 적어도 2개의 웨지-부분들 사이에 배치되도록 코일을 코어 톱니-부분 상에 장착하는 단계를 포함한다; 다중-부품 톱니의 코어 톱니-부분 및 적어도 2개의 웨지 부분들을 함께 부착하기 위해 접착 재료를 사용하는 단계; 다중-부품 톱니는 전기 기계의 고정자의 부품이다; 다중-부품 톱니의 코어 톱니-부분은 중심 축 주위로 연장되는 환형 고정자 링 상에 대칭적으로 배열된 복수의 코어 톱니 부분들 중 하나이며, 코어 톱니-부분은 환형 고정자 링으로부터 방사상 방향으로 외측으로 연장된다; 복수의 코어 톱니-부분들은 환형 고정자 링과 일체로 형성된다; 중심 축에 수직하는 평면에서, 코어 톱니-부분은 실질적으로 직사각형 단면 형상을 가지며, 적어도 하나의 웨지-부분은 실질적으로 삼각형 단면 형상을 갖는다; 방사상 방향에 수직하는 평면에서, 코어 톱니 부분 및 적어도 하나의 웨지-부분은 실질적으로 직사각형 단면 형상을 갖는다; 코일은 개구부 주위에 구리 와이어의 권선을 포함하며, 와이어는 정사각형, 직사각형, 또는 원형 단면 형상 중 하나를 갖는다; 코일은 개구부 주위에 나선형의 구리 연선(stranded wire)의 권선을 포함한다; 전기 기계는 전기 모터이다; 전기 기계는 발전기이다.
일부 실시예들에서, 전기 기계의 고정자 또는 회전자의 톱니 상에 장착하기 위한 코일을 제조하는 방법이 개시된다. 방법은, 맨드릴(mandrel)의 형상에 대응하는 첫 번째 형상을 갖는 코일을 형성하기 위해 맨드릴 주위에 코일을 감는 단계, 첫 번째 형상을 갖는 코일을 맨드릴로부터 제거하는 단계, 및 코일의 형상을 첫 번째 형상으로부터 두 번째 형상으로 변경하기 위해 코일에 기계적 힘을 가하는 단계를 포함할 수 있다. 두 번째 형상은 톱니의 형상에 대응할 수 있다. 방법은 또한, 두 번째 형상의 코일을 톱니 상에 장착하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 방법의 다양한 실시예들은 대안적으로 또는 추가적으로 다음의 측면들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 와이어는 전기 전도체의 복수의 가닥들로 형성된다; 와이어는 전기 전도체를 함께 꼬아서 형성되거나 또는 리츠(Litz) 와이어의 형태로 만들어진다; 와이어는 원형 단면 형상을 갖는다; 와이어는 정사각형 또는 직사각형 단면 형상 중 하나를 갖는다; 첫 번째 형상은 원통형 형상 또는 실질적으로 일정한 둘레를 갖는 임의의 형상이다; 두 번째 형상은 사다리꼴 형상이다; 맨드릴 주위에 와이어를 감는 단계는, 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되는 내부 캐비티를 갖는 코일을 형성하기 위해 나선형 패턴으로 맨드릴 주위에 와이어를 감는 단계를 포함한다; 코일 상에 기계적 힘을 인가하는 단계는, 제1 단부 또는 제2 단부 중 하나에서 캐비티의 크기를 선택적으로 증가시키는 단계를 포함한다; 코일 상에 기계적 힘을 인가하는 단계는, 내부 캐비티의 형상을 변경하는 단계를 포함한다; 내부 캐비티의 형상을 변경하는 단계는, 내부 캐비티의 중심 축에 수직하는 평면을 따른 내부 캐비티의 단면 형상을 원형 형상으로부터 직사각형 형상으로 변경하는 단계를 포함한다; 직사각형 형상의 폭 및 길이 둘 모두는 제1 단부로부터 제2 단부까지 변화한다; 직사각형 형상의 둘레는 제1 단부로부터 제2 단부까지 실질적으로 일정하며, 직사각형 형상의 면적은 제1 단부로부터 제2 단부까지 변화한다; 직사각형 형상의 면적은 제1 단부로부터 제2 단부까지 증가한다; 내부 캐비티의 형상을 변경하는 단계는 내부 캐비티의 3차원 형상을 원통형 형상으로부터 사다리꼴 형상으로 변경하는 단계를 포함한다; 코일 상에 기계적 힘을 인가하는 단계는, 내부 캐비티의 제2 단부의 형상에 비해 내부 캐비티의 제1 단부의 형상을 변경하기 위해 제2 맨드릴을 코일의 내부 캐비티 내로 삽입하는 단계를 포함한다; 코일 상에 기계적 힘을 인가하는 단계는, 제1 단부 또는 제2 단부 중 하나에서 내부 캐비티의 치수를 증가시키기 위한 제1 기계적 힘 및 제1 단부 또는 제2 단부 중 다른 것에서 내부 캐비티의 치수를 감소시키기 위한 제2 기계적 힘을 인가하는 단계를 포함한다; 제1 기계적 힘은 내부 캐비티의 중심 축을 향해 작용하며, 제2 기계적 힘은 중심 축으로부터 멀어지도록 작용한다; 코일 상에 기계적 힘을 인가하는 단계는, 내부 캐비티의 제1 단부 또는 제2 단부 중 적어도 하나를 정의하는 코일의 와이어를 스트레칭하는 단계를 포함한다; 와이어는 구리로 만들어진다.
일 실시예에서, 전기 기계가 개시된다. 전기 기계는 회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 회전자, 회전축을 중심으로 고정자 코어 상에 환형으로 배열된 복수의 톱니들을 갖는 고정자, 복수의 전자기 코일들, 및 베이스 플레이트를 포함할 수 있다. 복수의 전자기 코일들의 각각의 코일은 복수의 톱니들의 별개의 톱니 상에 장착될 수 있으며, 베이스 플레이트는 복수의 전자기 코일들 및 고정자 코어에 인접하게 위치될 수 있다. 베이스 플레이트는, 복수의 전자기 코일들 및 고정자 코어가 동작 동안 가열됨에 따라 베이스 플레이트가 복수의 전자기 코일들 및 고정자 코어에 대한 공통 히트 싱크(heat sink)로서 역할하게 구성되도록 복수의 전자기 코일들 및 고정자 코어와 열적으로 접촉할 수 있다.
개시된 전기 기계의 다양한 실시예들은 대안적으로 또는 추가적으로 다음의 측면들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 복수의 전자기 코일들의 각각의 코일은 베이스 플레이트와 직접적으로 접촉하거나 또는 그 사이에 배치된 열-전도성 재료를 통해 접촉한다; 고정자 코어는 베이스 플레이트와 직접적으로 접촉하거나 또는 그 사이에 배치된 열-전도성 재료를 통해 접촉한다; 전기 기계는, 복수의 전자기 코일들 및 고정자 코어에 의해 생성된 열이 베이스 플레이트 및 모터 하우징을 통해 소산되는 것을 가능하게 하기 위해 베이스 플레이트에 열적으로 연결된 모터 하우징을 더 포함한다; 베이스 플레이트는 제1 측면 및 제1 측면에 대향되는 제2 측면을 포함하며, 복수의 전자기 코일들 및 고정자 코어는 베이스 플레이트의 제1 측면과 열적으로 접촉하고, 모터 하우징은 베이스 플레이트의 제2 측면과 열적으로 접촉한다; 베이스 플레이트의 제2 측면은 제2 측면으로부터 연장되는 냉각 핀(fin)들을 포함한다; 베이스 플레이트는 회전축 주위로 연장되는 원통형 허브 부분을 포함한다; 고정자 코어는, 베이스 플레이트의 원통형 허브 부분 주위로 연장되는 환형 고정자 링을 포함한다; 환형 고정자 링의 내부 환형 표면은 베이스 플레이트의 원통형 허브 부분의 외부 환형 표면과 직접적으로 접촉하거나 또는 그 사이에 배치된 열-전도성 재료를 통해 접촉한다; 고정자 코어는 회전축 주위로 연장되는 환형 고정자 링을 포함하며, 복수의 톱니들의 각각의 톱니는 환형 고정자 링과 일체인 코어 톱니-부분을 포함한다; 복수의 톱니들의 각각의 톱니는 코어 톱니 부분과 비-일체로 형성된 하나 이상의 추가적인 톱니-부분들을 더 포함한다; 추가적인 톱니-부분들의 쌍은 코어 톱니 부분의 대향되는 측면들 상에 정렬된 톱니-부분들을 포함한다; 톱니 부품들 모두가 함께 조립될 때, 각각의 톱니는 대향되는 면들의 2개의 세트들을 갖는 외부 표면들을 정의하며, 2개의 세트들의 각각의 세트의 대향되는 면들은 서로 비-평행하고, 대향되는 면들의 2개의 세트들의 각각의 면은 방사상 방향으로 경사진다; 인접한 톱니들의 대향되는 면들은 서로 실질적으로 평행하다; 방사상 방향에 수직하는 평면에서 각각의 톱니의 단면은 직사각형 형상을 가지며, 단면의 둘레는 방사상 방향으로 실질적으로 일정하고, 단면의 면적은 방사상 방향으로 변화한다; 베이스 플레이트는 알루미늄으로 형성된다; 베이스 플레이트는, 회전자가 회전할 때 복수의 전자기 코일들로 공기를 보내도록 구성된 공기 통풍구(vent)들을 포함한다; 전기 기계는 전기 모터이다; 전기 기계는 발전기이다.
또 다른 실시예에서, 전기 기계가 개시된다. 전기 기계는 회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 회전자, 고정자 코어 및 회전축을 중심으로 고정자 코어 상에 환형으로 배열된 복수의 톱니들을 갖는 고정자, 복수의 전자기 코일들, 및 베이스 플레이트를 포함할 수 있다. 복수의 전자기 코일들의 각각의 코일은 복수의 톱니들의 별개의 톱니 상에 장착될 수 있다. 베이스 플레이트는 복수의 전자기 코일들 및 고정자 코어에 인접하여 위치될 수 있다. 베이스 플레이트는 제1 측면 및 대향되는 제2 측면을 가질 수 있다. 제1 측면은 복수의 전자기 코일들 및 고정자 코어와 열적으로 접촉할 수 있다. 액체-냉각제 채널은, 코일들 및 고정자 코어가 동작 동안 가열됨에 따라, 베이스 플레이트가 복수의 전자기 코일들 및 고정자 코어로부터 열을 소산시키기 위해 액체-냉각제 채널 내의 액체 냉각제로 열을 전달하게 구성되도록 베이스 플레이트의 제2 측면 상에 정의될 수 있다.
개시된 전기 기계의 다양한 실시예들은 대안적으로 또는 추가적으로 다음의 측면들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 복수의 전자기 코일들의 각각의 코일은 베이스 플레이트와 직접적으로 접촉하거나 또는 그 사이에 배치된 열-전도성 재료를 통해 접촉한다; 고정자 코어는 베이스 플레이트와 직접적으로 접촉하거나 또는 그 사이에 배치된 열-전도성 재료를 통해 접촉한다; 전기 기계는, 복수의 전자기 코일들 및 고정자 코어에 의해 생성된 열이 베이스 플레이트 및 모터 하우징을 통해 소산되는 것을 가능하게 하기 위해 베이스 플레이트에 열적으로 연결된 모터 하우징을 더 포함한다; 베이스 플레이트는 제1 측면 및 제1 측면에 대향되는 제2 측면을 포함하며, 복수의 전자기 코일들 및 고정자 코어는 베이스 플레이트의 제1 측면과 열적으로 접촉하고, 모터 하우징은 베이스 플레이트의 제2 측면과 열적으로 접촉한다; 액체-냉각제 채널의 벽은, 복수의 전자기 코일들과 열적으로 접촉하는 베이스 플레이트의 제1 측면의 일 부분에 직접적으로 대향되는 베이스 플레이트의 제2 측면의 일 부분이다; 액체-냉각제 채널은 회전축 주위로 연장되며, 베이스 플레이트의 제2 측면 상의 환형 영역은 액체-냉각제 채널의 벽으로서 역할한다; 베이스 플레이트의 제2 측면 상의 환형 영역은, 액체-냉각제 채널 내로 연장되는 복수의 핀(fin)들을 포함한다; 복수의 핀들은 회전축 주위에 배열된다; 전기 기계는, 액체-냉각제 채널 내로 냉각제를 보내도록 구성된 냉각제 입구 및 액체-냉각제 채널 밖으로 냉각제를 보내도록 구성된 냉각제 출구를 더 포함한다; 베이스 플레이트는 회전축 주위로 연장되는 원통형 허브 부분을 포함하며, 고정자 코어는 베이스 플레이트의 원통형 허브 부분 주위로 연장되는 환형 고정자를 포함하고, 액체-냉각제 채널은 회전축을 따라 원통형 허브 부분을 통과한다; 환형 고정자 링의 내부 환형 표면은 베이스 플레이트의 원통형 허브 부분의 외부 환형 표면과 직접적으로 접촉하거나 또는 그 사이에 배치된 열-전도성 재료를 통해 접촉한다; 복수의 톱니들의 각각의 톱니는 환형 고정자 링과 일체로 형성된 코어 톱니-부분 및 코어 톱니-부분과 비-일체로 형성된 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분을 포함한다; 환형 고정자 링 및 코어 톱니-부분은 소프트 자성 복합체(Soft Magnetic Composite; SMC)로 형성된다; 코어 톱니-부분 및 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분이 함께 조립될 때, 각각의 톱니는 대향되는 면들의 2개의 세트들을 갖는 외부 표면들을 정의하며, 2개의 세트들의 각각의 세트의 대향되는 면들은 서로 비-평행하고, 대향되는 면들의 2개의 세트들의 각각의 면은 방사상 방향으로 경사진다; 인접한 톱니들의 대향되는 면들은 서로 평행하다; 방사상 방향에 수직하는 평면에서 각각의 톱니의 단면은 사다리꼴 형상을 가지며, 단면의 둘레는 방사상 방향으로 실질적으로 일정하고, 단면의 면적은 방사상 방향으로 변화한다; 베이스 플레이트는 알루미늄으로 형성된다; 전기 기계는 전기 모터이다; 전기 기계는 발전기이다.
본 개시에 포함되고 본 개시의 일부를 구성하는 첨부된 도면들은 예시적인 실시예들을 예시하고, 상세한 설명과 함께 개시된 원리들을 설명하기 위해 사용된다. 이러한 도면들에서, 적절한 경우, 상이한 도면들에서 유사한 구조체들, 구성요소들, 재료들, 및/또는 요소들을 예시하는 참조 번호들을 유사하게 라벨링된다. 구체적으로 도시된 것들 이외의 구조체들, 구성요소들, 및/또는 요소들의 다양한 조합들이 고려되며 본 개시의 범위 내에 있다는 것이 이해되어야 한다.
예시의 단순성 및 명료성을 위해, 도면들은 다양한 설명되는 실시예들의 일반적인 구조를 도시한다. 잘 알려진 구성요소들 또는 특징부들의 세부사항들은 다른 특징부들을 모호하게 하는 것을 피하기 위해 생략될 수 있으며, 이는 이러한 생략된 특징부들이 당업자들에게 잘 알려져 있기 때문이다. 또한, 도면들 내의 요소들이 반드시 축적이 맞춰져야 하는 것은 아니다. 일부 특징부들의 치수들은 예시적인 실시예의 이해를 개선하기 위해 다른 특징부들에 비해 과장될 수 있다. 당업자는, 도면들 내의 특징부들이 반드시 축적이 맞춰져야 할 필요는 없으며, 달리 표시되지 않는 한, 도면 내의 상이한 특징부들 사이의 비례적인 관계들을 나타내는 것으로 보지 않아야 한다는 것을 이해할 것이다. 추가적으로, 구체적으로 언급되지 않더라도, 일 실시예 또는 도면을 참조하여 설명되는 측면들은 또한 다른 실시예들 또는 도면들에 적용될 수 있고, 이와 함께 사용될 수 있다.
도 1은 본 개시에 부합되는 예시적인 전기 기계의 일 실시예의 사시도를 예시한다.
도 2는 축방향 평면에서의 도 1의 전기 기계의 단면도이다.
도 3은 방사상 평면에서의 도 1의 전기 기계의 단면도를 예시한다.
도 4a 내지 도 4c는 도 1의 전기 기계의 예시적인 고정자의 상이한 사시도들을 예시한다.
도 5는 도 1의 전기 기계의 고정자의 예시적이고 개략적인 전기적 표현이다.
도 6a 내지 도 6d는 호일들로 형성된 도 1의 전기 기계의 예시적인 코일들을 예시한다.
도 7a 내지 도 7e는 와이어로 형성된 도 1의 전기 기계의 예시적인 코일들을 예시한다.
도 8a 내지 도 8e는 본 개시에 부합되는 예시적인 전기 기계들의 개략적인 예시들이다.
도 9 내지 도 10은 본 개시에 부합되는 다른 예시적인 전기 기계를 예시한다.
도 11 내지 도 22는 본 개시의 추가적인 예시적인 전기 기계들의 개략적인 예시들이다.
도 23a 내지 도 23n은 본 개시에 부합되는 전기 기계들의 예시적인 톱니들의 상이한 측면들을 예시한다.
도 24a 내지 도 24d는 본 개시에 부합되는 전기 기계의 예시적인 고정자의 어셈블리를 예시한다.
도 25a 내지 도 25b는 본 개시에 부합되는 전기 기계의 예시적인 고정자의 상이한 측면들을 예시한다.
도 26a 내지 도 26d는 상이한 평면들에서의 예시적인 톱니들의 단면도들을 예시한다.
도 27a 내지 도 27d는 상이한 평면들에서의 예시적인 톱니의 단면도들을 예시한다.
도 28a 내지 도 31b는 예시적인 톱니의 기하학적 특징부들을 예시한다.
도 32a 내지 도 32e는 본 개시의 고정자 코어의 예시적인 실시예들을 예시한다.
도 33a 내지 도 33c는 예시적인 고정자의 상이한 부분들을 예시한다.
도 34a 내지 도 34b는 예시적인 외부 회전자를 예시한다.
도 35는 예시적인 샤프트를 예시한다.
도 36 내지 도 37은 예시적인 외부 회전자를 예시한다.
도 38a 내지 도 38d는 예시적인 외부 회전자의 예시적인 부분들을 예시한다.
도 39는 예시적인 외부 회전자 어셈블리를 예시한다.
도 40은 예시적인 외부 회전자를 예시한다.
도 41은 예시적인 외부 회전자의 부분들을 예시한다.
도 42a 내지 도 42b는 예시적인 외부 회전자의 단면도를 예시한다.
도 43은 다른 예시적인 외부 회전자를 예시한다.
도 44는 예시적인 회전자 코어를 예시한다.
도 45a 내지 도 45f는 본 개시의 전기 기계 내의 다중-부품(multi-part) 톱니 상에 코일을 설치하는 예시적인 방법의 개략적인 예시들이다.
도 46a 내지 도 46c는 본 개시의 전기 기계 내의 다중-부품 톱니 상에 코일을 설치하는 예시적인 방법의 간략화된 개략적인 예시들이다.
도 47은 본 개시의 전기 기계 내의 다중-부품 톱니 상에 코일을 설치하는 예시적인 방법의 순서도이다.
도 48a 내지 도 48d는 본 개시의 전기 기계의 코일을 형성하는 예시적인 방법의 개략적인 예시들이다.
도 49a 내지 도 49d는 본 개시의 전기 기계의 코일을 형성하는 예시적인 방법의 간략화된 개략적인 예시들이다.
도 50a 내지 도 50d는 본 개시의 전기 기계의 코일을 형성하는 예시적인 방법의 간략화된 개략적인 예시들이다.
도 51a 내지 도 51b는 본 개시의 전기 기계의 코일을 형성하는 예시적인 방법의 간략화된 개략적인 예시들이다.
도 52는 본 개시의 전기 기계의 코일을 형성하는 예시적인 방법의 순서도이다.
도 53은 개시된 실시예들에 부합되는 축방향 평면에서의 전기 기계의 단면도를 예시한다.
도 54는 개시된 실시예들에 부합되는 도 53의 전기 기계의 고정자의 사시도를 예시한다.
도 55는, 개시된 실시예들에 부합되는, 축방향 평면에서의 도 53의 전기 기계의 고정자의 단면도를 예시한다.
도 56은, 개시된 실시예들에 부합되는, 도 53의 전기 기계의 고정자의 베이스 플레이트(56) 및 이것의 원통형 허브 부분(132)의 사시도를 예시한다.
도 57은, 개시된 실시예들에 부합되는 축방향 평면에서의 액체-냉각제에 의해 냉각되는 전기 기계의 단면도를 예시한다.
도 58 내지 도 60은 개시된 실시예들에 부합되는 도 57의 전기 기계의 상이한 도면들을 예시한다.
예시의 단순성 및 명료성을 위해, 도면들은 다양한 설명되는 실시예들의 일반적인 구조를 도시한다. 잘 알려진 구성요소들 또는 특징부들의 세부사항들은 다른 특징부들을 모호하게 하는 것을 피하기 위해 생략될 수 있으며, 이는 이러한 생략된 특징부들이 당업자들에게 잘 알려져 있기 때문이다. 또한, 도면들 내의 요소들이 반드시 축적이 맞춰져야 하는 것은 아니다. 일부 특징부들의 치수들은 예시적인 실시예의 이해를 개선하기 위해 다른 특징부들에 비해 과장될 수 있다. 당업자는, 도면들 내의 특징부들이 반드시 축적이 맞춰져야 할 필요는 없으며, 달리 표시되지 않는 한, 도면 내의 상이한 특징부들 사이의 비례적인 관계들을 나타내는 것으로 보지 않아야 한다는 것을 이해할 것이다. 추가적으로, 구체적으로 언급되지 않더라도, 일 실시예 또는 도면을 참조하여 설명되는 측면들은 또한 다른 실시예들 또는 도면들에 적용될 수 있고, 이와 함께 사용될 수 있다.
도 1은 본 개시에 부합되는 예시적인 전기 기계의 일 실시예의 사시도를 예시한다.
도 2는 축방향 평면에서의 도 1의 전기 기계의 단면도이다.
도 3은 방사상 평면에서의 도 1의 전기 기계의 단면도를 예시한다.
도 4a 내지 도 4c는 도 1의 전기 기계의 예시적인 고정자의 상이한 사시도들을 예시한다.
도 5는 도 1의 전기 기계의 고정자의 예시적이고 개략적인 전기적 표현이다.
도 6a 내지 도 6d는 호일들로 형성된 도 1의 전기 기계의 예시적인 코일들을 예시한다.
도 7a 내지 도 7e는 와이어로 형성된 도 1의 전기 기계의 예시적인 코일들을 예시한다.
도 8a 내지 도 8e는 본 개시에 부합되는 예시적인 전기 기계들의 개략적인 예시들이다.
도 9 내지 도 10은 본 개시에 부합되는 다른 예시적인 전기 기계를 예시한다.
도 11 내지 도 22는 본 개시의 추가적인 예시적인 전기 기계들의 개략적인 예시들이다.
도 23a 내지 도 23n은 본 개시에 부합되는 전기 기계들의 예시적인 톱니들의 상이한 측면들을 예시한다.
도 24a 내지 도 24d는 본 개시에 부합되는 전기 기계의 예시적인 고정자의 어셈블리를 예시한다.
도 25a 내지 도 25b는 본 개시에 부합되는 전기 기계의 예시적인 고정자의 상이한 측면들을 예시한다.
도 26a 내지 도 26d는 상이한 평면들에서의 예시적인 톱니들의 단면도들을 예시한다.
도 27a 내지 도 27d는 상이한 평면들에서의 예시적인 톱니의 단면도들을 예시한다.
도 28a 내지 도 31b는 예시적인 톱니의 기하학적 특징부들을 예시한다.
도 32a 내지 도 32e는 본 개시의 고정자 코어의 예시적인 실시예들을 예시한다.
도 33a 내지 도 33c는 예시적인 고정자의 상이한 부분들을 예시한다.
도 34a 내지 도 34b는 예시적인 외부 회전자를 예시한다.
도 35는 예시적인 샤프트를 예시한다.
도 36 내지 도 37은 예시적인 외부 회전자를 예시한다.
도 38a 내지 도 38d는 예시적인 외부 회전자의 예시적인 부분들을 예시한다.
도 39는 예시적인 외부 회전자 어셈블리를 예시한다.
도 40은 예시적인 외부 회전자를 예시한다.
도 41은 예시적인 외부 회전자의 부분들을 예시한다.
도 42a 내지 도 42b는 예시적인 외부 회전자의 단면도를 예시한다.
도 43은 다른 예시적인 외부 회전자를 예시한다.
도 44는 예시적인 회전자 코어를 예시한다.
도 45a 내지 도 45f는 본 개시의 전기 기계 내의 다중-부품(multi-part) 톱니 상에 코일을 설치하는 예시적인 방법의 개략적인 예시들이다.
도 46a 내지 도 46c는 본 개시의 전기 기계 내의 다중-부품 톱니 상에 코일을 설치하는 예시적인 방법의 간략화된 개략적인 예시들이다.
도 47은 본 개시의 전기 기계 내의 다중-부품 톱니 상에 코일을 설치하는 예시적인 방법의 순서도이다.
도 48a 내지 도 48d는 본 개시의 전기 기계의 코일을 형성하는 예시적인 방법의 개략적인 예시들이다.
도 49a 내지 도 49d는 본 개시의 전기 기계의 코일을 형성하는 예시적인 방법의 간략화된 개략적인 예시들이다.
도 50a 내지 도 50d는 본 개시의 전기 기계의 코일을 형성하는 예시적인 방법의 간략화된 개략적인 예시들이다.
도 51a 내지 도 51b는 본 개시의 전기 기계의 코일을 형성하는 예시적인 방법의 간략화된 개략적인 예시들이다.
도 52는 본 개시의 전기 기계의 코일을 형성하는 예시적인 방법의 순서도이다.
도 53은 개시된 실시예들에 부합되는 축방향 평면에서의 전기 기계의 단면도를 예시한다.
도 54는 개시된 실시예들에 부합되는 도 53의 전기 기계의 고정자의 사시도를 예시한다.
도 55는, 개시된 실시예들에 부합되는, 축방향 평면에서의 도 53의 전기 기계의 고정자의 단면도를 예시한다.
도 56은, 개시된 실시예들에 부합되는, 도 53의 전기 기계의 고정자의 베이스 플레이트(56) 및 이것의 원통형 허브 부분(132)의 사시도를 예시한다.
도 57은, 개시된 실시예들에 부합되는 축방향 평면에서의 액체-냉각제에 의해 냉각되는 전기 기계의 단면도를 예시한다.
도 58 내지 도 60은 개시된 실시예들에 부합되는 도 57의 전기 기계의 상이한 도면들을 예시한다.
"약", "실질적으로", "대략" 등과 같은 모든 상대적인 용어들은 (달리 언급되거나 또는 다른 변동이 지정되지 않는 한) 최대 15%의 가능한 변동을 나타내기 위해 사용된다는 것을 유의해야 한다. 예를 들어, 제2 영역의 단면적과 실질적으로 동일하거나 또는 실질적으로 같은 것으로 본 개시에서 설명되는 제1 영역의 단면적은 그 범위에서 최대 15%의 단면적의 변동을 커버한다. 마찬가지로, "t" 단위(폭, 길이, 등)와 실질적으로 동일한 치수는 최대 15%의 변동을 커버한다. 추가적으로, 범위(예를 들어, X-Y, X 내지 Y, 등) 사이에 있는 것으로 설명되는 치수는 2개의 경계들을 포함한다. 즉, X-Y 사이의 치수는 X-15% 내지 X+15% 사이의 임의의 치수일 수 있다. 달리 표시되지 않는 한, 물체 또는 영역의 형상에 관한 모든 용어들은 대략적인 형상들을 나타낸다. 예를 들어, 정사각형(직사각형, 사다리꼴, 등)으로 설명되는 단면 형상은 (이것이 이와 같이 설명되지 않는 한) 반드시 정확한 정사각형을 의미하지는 않는다. 대신, (제조 프로세스들, 공차들, 등으로 인한) 설명된 형상의 약간의 변동들이 또한 커버된다. 예를 들어, 정사각형으로 설명되는 단면 영역의 코너들은 둥근(또는 챔퍼링된(chamfered)) 코너들, 최대 15%의 코너 각도의 변동들, 15%의 대향되는 측면들 사이의 평행도의 변동들, 등을 가질 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용되는 모든 기술적 용어, 표기들 및 과학적 용어들은 본 개시가 속하는 기술분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명되거나 또는 참조되는 구성요소들, 구조체들, 및/또는 프로세스들 중 일부는 당업자들에 의해 통상적인 방법론을 사용하여 잘 이해되고 일반적으로 사용된다. 따라서, 이러한 구성요소들, 구조체들, 및 프로세스들은 상세하게 설명되지 않을 것이다. 본원에서 언급되는 모든 특허들, 출원들, 공개된 출원들 및 다른 간행물들은 그 전체가 참조로서 포함된다. 본 개시에서 기술되는 정의 또는 설명이 이러한 참조문헌들의 정의 및/또는 설명과 상반되거나 또는 달리 부합되지 않는 경우, 본 개시에서 기술되는 정의 및/또는 설명이 참조로서 포함된 참조문헌들의 정의 및/또는 설명보다 우선된다. 본원에서 설명되거나 또는 참조되는 참조문헌들 중 어떤 것도 본 개시에 대한 선행 기술로서 인정되지 않는다.
본 개시의 다양한 실시예들은 방사상 플럭스 전기 기계를 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같은, 전기 기계(또는 전기적 기계)는 전자기력에 기초하여 동작하는 디바이스이다. 일반적으로, 전기에 기초하여 동작하거나 또는 전기를 생성하는 임의의 유형의 전기기계적 에너지 컨버터는 전기 기계이다. 요구되지는 않지만, 일부 실시예들에서, 전기 기계는 전기 모터 또는 발전기일 수 있다. 동작 동안, 전기 기계는 자기 플럭스를 생성한다. 방사상 플럭스 전기 기계에서, 생성된 자기 플럭스의 적어도 일부 부분들은 기계의 회전축에 수직으로 연장된다. 전기 기계들은 공기 갭에 의해 분리된 고정자 및 회전자를 포함한다. 방사상 플럭스 전기 기계에서, 작동(working)(또는 메인) 자기 플럭스는 방사상 평면에서 공기 갭을 통해 회전자와 고정자 사이에서 연장될 수 있다. 도 1은 본 개시의 예시적인 방사상 플럭스 전기 기계(10)를 예시한다. 전기 기계(10)의 내부 세부사항들은 도 2 내지 도 3을 참조하여 설명될 것이다. 도 1에 예시된 전기 기계(10)는 하우징(50)을 갖는 공랭식 시스템일 수 있다. 외부 립(rib)들(52)은 단부 실드(shield)(54)와 고정자 베이스 플레이트(56) 사이의 하우징(50)의 표면 상에 위치될 수 있다. 도 1에 예시된 바와 같이, 베이스 플레이트(56)는 이로부터 연장되는 복수의 핀(pin)들(58)을 포함할 수 있다. 립들(52) 및 핀들(58)은 동작 동안 전기 기계(10)에 의해 생성된 열을 주변 공기로 전달하는 것을 도울 수 있다. 이하의 논의에서, 전기 모터 형태의 전기 기계(10)가 설명될 것이다. 그러나, 이러한 설명은, 예를 들어, 발전기와 같은 다른 유형의 전기 기계들에 동일하게 적용가능하다. 전기 기계(10)가 동작할 때, 이것의 샤프트(20)가 회전한다.
본 개시의 전기 기계는 회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 회전자 및 고정자를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 고정자는 전기 기계의 임의의 고정식 또는 고정된 부품, 구성요소, 또는 (구성요소들의) 어셈블리이며, 회전자는 고정자에 대해 이동하도록 구성된 부품, 구성요소, 또는 어셈블리이다. 일부 실시예들에서, 회전자는 고정자에 대해 회전축을 중심으로 회전하도록 구성될 수 있다. 회전자는, 회전자와 함께 회전하는 샤프트(회전자 샤프트)에 결합된다. 이를 중심으로 회전자(및 샤프트)가 회전하는 축은 "회전축"으로 지칭된다. 도 2는 기계(10)의 축방향 평면을 따른 전기 기계(10)(도 1)의 단면도를 예시하며, 도 3은 기계(10)의 방사상 평면을 따른 기계(10)의 단면도를 예시한다. 축방향 평면은, 기계의 회전축이 놓인(또는 이의 부분인) 가상 평면을 지칭한다. 다시 말해서, 기계의 회전축의 모든 포인트는 축방향 평면 내에 놓인다. 도 2에서, 기계(10)의 회전축(1000)은 축방향 평면 내에 놓이며, 축방향 평면은 기계(10)를 2개의 대칭적인 절반부(half)들로 양분한다. 방사상 평면은 회전축에 수직으로 연장되는 평면을 지칭한다. 회전축(1000)은 방사상 평면에 수직으로(예를 들어, 종이의 안팎으로) 연장된다.
이하의 논의에서, 도 2 및 도 3에 대한 참조가 이루어질 것이다. 전기 기계(10)는 회전자(200) 및 고정자(100)를 포함한다. 회전자(200)는 고정자(100)에 대해 회전축(1000)을 중심으로 회전하도록 구성된다. 고정자(100)는 복수의 톱니들(120)을 포함하는 고정자 코어(110)를 포함하며, 회전자(200)는 복수의 영구 자석들(220)을 포함하는 회전자 코어(210)를 포함한다. 전자기 코일들(300)은 고정자(100)의 톱니들(120) 상에 장착된다. 회전자(200)는, 회전축(1000)을 중심으로 회전하도록 구성된 샤프트(20)에 연결된다. 전력이 코일들(300)에 제공될 때, 자기장이 생성된다. 생성된 자기장에 기초하여, 자기 플럭스가 회전자(200)와 고정자(100) 사이에서 흘러서 회전자에 회전력을 제공한다. 전기 기계(10)는 임의의 애플리케이션에서 전원으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 전기 차량에서, 전기 기계(10)는 전기 차량의 휠들을 구동할 수 있다.
본 개시의 전기 기계들에서, 회전자 및/또는 고정자 중 적어도 하나는 회전축 주위에 환형으로 배열된 복수의 톱니들을 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은, 톱니들은 몸체로부터 돌출하는 돌출부들을 나타낸다. 톱니들은 몸체로부터 돌출하는 일련의 실질적으로 유사한 돌출부들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 회전자가 톱니들을 포함하는 실시예들에서, 회전자의 몸체 또는 코어로부터 돌출하는 일련의 실질적으로 유사한 돌출부들은 톱니들을 포함한다. 그리고 고정자가 톱니들을 포함하는 실시예들에서, 고정자의 몸체 또는 코어로부터 돌출하는 일련의 실질적으로 유사한 돌출부들이 톱니들을 포함한다. 방사상 플럭스 전기 기계에서, 톱니들은 방사상 평면에서 돌출한다. 다시 말해서, 톱니들은 방사상 평면에 놓이며 방사상 방향으로 (내측으로 또는 외측으로) 돌출한다. 각각의 돌출부는 톱니를 형성한다. 전형적으로, 돌출부들(또는 톱니들)은 자기 플럭스의 상당한 부분을 고정자와 회전자 사이로 지향시키도록 구성되거나 또는 성형된다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 전기 기계(10)에서, 고정자(100)는 고정자(100)의 코어(110) 상에 회전축(1000) 주위에 환형으로 그리고 대칭적으로 배열된 복수의 톱니들(120)을 포함한다. 이하에서 더 상세하게 설명될 바와 같이, 각각의 톱니(120)는, 복합 또는 다중-부품 톱니(120)를 형성하기 위해 함께 배열된 다수의 피스들 또는 부품들을 포함한다. 3개의 톱니들(120)의 아웃라인이 도 3에서 점선들을 사용하여 도시된다. 이하에서 더 상세하게 설명될 바와 같이, 각각의 톱니(120)는 축방향 평면(도 2 참조) 및 방사상 평면(도 3 참조) 둘 모두에서 사다리꼴 단면 형상을 가질 수 있다.
도 3에서 확인될 수 있는 바와 같이, 회전자(200)는 공기 갭(250)에 의해 고정자(100)로부터 분리된다. 일부 실시예들에서, 이상에서 설명된 바와 같이, 회전자(200) 및 고정자(100)의 구성에 의존하여, 다수의 공기 갭들이 회전자(200)와 고정자(100)를 분리할 수 있다. 도 2 및 도 3에 예시된 예시적인 실시예에서, 고정자(100)는 9개의 톱니들(120)을 포함하며, 회전자(200)는 10개의 영구 자석들(220)을 포함한다(도 3에서 점선들을 사용하여 식별됨). 그러나, 이는 단지 예시적이다. 일반적으로, 임의의 수의 톱니들(120) 및 영구 자석들(220)이 제공될 수 있다. 도 3에서 가장 잘 보이는 바와 같이, 각각의 영구 자석(220)은 회전축(1000) 주위에 아크(arc) 형태로 함께 결합된 다수의 영구 자석 세그먼트들(222)을 포함할 수 있다. 임의의 수의 세그먼트들(222)이 각각의 영구 자석(220) 내에 포함될 수 있다. 일부 실시예들에서, 모든 영구 자석들(220)은 동일한 수의 세그먼트들(222)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다수의 세그먼트들(222)은 영구 자석(220)을 형성하기 위해 (예를 들어, 접착 재료에 의해) 함께 부착될 수 있다. 임의의 유형의 영구 자석이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 영구 자석들(220)은 페라이트(ferrite), 알니코(alnico), 사마륨 코발트(samarium cobalt), 또는 네오디뮴(neodymium) 합금 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 영구 자석(220)은 전기 비-전도성 재료로 코팅될 수 있다. 일부 실시예들에서, 인접한 영구 자석들(220)은 스페이서(spacer)들(224)에 의해 서로 분리될 수 있다. 스페이서들(224)은 전기 비-전도성 재료로 만들어질 수 있으며, 접착 재료(예를 들어, 접착제)에 의해 인접한 영구 자석들(220)에 부착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스페이서들(224)은 제거될 수 있으며, 인접한 영구 자석들(220)은 공간 또는 갭에 의해 서로 분리될 수 있다.
본 개시의 전기 기계는 복수의 전자기 코일들을 포함할 수 있다. 전자기 코일(또는 전기 코일)은, 전류가 (예를 들어, 전기 모터들 내의) 전도체를 통과할 때 자기장을 생성하거나 또는 자기장이 코일을 통과할 때 전도체에 걸쳐 전압을 생성하는 전기 전도체의 하나 이상의 턴(turn)들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전기 전도체의 턴들은 코일, 루프, 트위스트(twist), 컬(curl), 또는 나선과 같이 구성되거나 또는 성형될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자기 코일은, 강자성 코어 주위에 감기도록 구성된 일련의 전도성 와이어들을 포함하는 전기 전도체일 수 있다. 일반적으로, 본 개시의 전자기 코일들은 전기 기계의 고정자 또는 회전자와 연관될 수 있다. 즉, 일부 실시예들에서, 복수의 코일들은 회전자에 결합(예를 들어, 장착, 설치, 감김, 등)될 수 있으며, 다른 실시예들에서, 복수의 코일들은 고정자에 결합될 수 있다. 도 2 및 도 3에 예시된 전기 기계(10)의 예시적인 실시예에서, 복수의 전자기 코일들(300)은 고정자(100)에 결합된다. 도 2 및 도 3에 예시된 전기 기계(10)의 구성이 단지 예시적이라는 것을 또한 유의해야 한다.
도 2 및 도 3의 전기 기계(10)에서, 단일 회전자(200)는 단일 고정자(100)의 방사상 외측에 위치된다. 그러나, 이러한 구성은 단지 예시적이며, 본 개시의 전기 기계들은 다른 구성들을 가질 수 있다. 도 8a 내지 도 8e는, 회전자(200)에 대한 고정자(100)의 레이아웃을 도시하는 본 개시의 전기 기계들의 예시적인 구성들의 개략적인 예시들이다. 각각의 경우에, 회전자(200)는 회전축(1000)을 중심으로 회전하는 샤프트(20)에 연결되며, 회전축(1000) 주위에 환형으로 배열된 복수의 영구 자석 세그먼트들(220)을 포함한다. 그리고, 고정자는 회전축(1000) 주위에 환형으로 배열된 복수의 톱니들(120)을 포함한다. 각각의 톱니(120)는 다수의 부품들을 포함하며, (도 2 및 도 3에서와 같이) 축방향 및 방사상 평면들 둘 모두에서 사다리꼴 단면 형상을 갖는다. 그리고 코일들(300)은 톱니들(120) 중 하나 이상 상에 장착된다.
도 8a는, 회전자(200)가 고정자(100) 외부에 위치되는 도 2 및 도 3의 전기 기계(10)를 개략적으로 예시한다. 이러한 실시예에서, 방사상 평면에서 각각의 톱니(120)의 폭은 공기 갭(250)(그리고 회전자(200))을 향해 방사상 방향으로 증가하며(도 3 참조), 축방향 평면에서 각각의 톱니(120)의 길이는 공기 갭(250)을 향해 방사상 방향으로 감소한다(도 2참조). 즉, 도 2 및 도 3을 참조하면, l1 > l2 및 w1 < w2이다. 도 8b의 전기 기계(10A)에서, 회전자(200)는 고정자(100)의 방사상 내측에 위치된다. 즉, 도 8a의 전기 기계(10)와는 대조적으로, 기계(10A)의 회전자(200)는 이것의 고정자(100)보다 회전축(1000)에 더 가깝게 위치된다. 도 8c는 방사상 평면에서의 (도 8b의) 전기 기계(10A)의 단면도를 예시한다. 도 8b 및 도 8c의 전기 기계(10A)에서, 방사상 평면에서(도 8c 참조) 고정자 톱니(120)의 폭은 회전자(200) 및 공기 갭(250)을 향해 방사상 내측 방향으로 감소하며, 축방향 평면에서(도 8b에 예시된 도면) 그 길이는 회전자(200)를 향해 방사상 내측 방향으로 증가한다.
도 8b의 전기 기계(10B)는 회전자(200)의 대향되는 측면들 상에 위치된 2개의 고정자들(100A, 100B)을 포함한다. 내부 및 외부 고정자(100A, 100B) 둘 모두는 회전축(1000) 주위에 환형으로 배열된 복수의 다중-부품 톱니들(120)을 포함한다. 전기 기계(10B)에서, 내부 고정자(100A)의 (방사상 평면에서의) 각각의 톱니(120)의 폭은 회전자(200)(및 공기 갭(250))를 향해 방사상 외측 방향으로 증가하며, 외부 고정자(100B)의 각각의 톱니(120)의 폭은 회전자(200)(및 공기 갭(250))를 향해 방사상 내측 방향으로 감소한다. 반대로, 도 8d에 도시된 바와 같이, 내부 고정자(100A)의 (축방향 평면에서의) 각각의 톱니(120)의 길이는 회전자(200)를 향해 방사상 외측 방향으로 감소하며, 외부 고정자(100B)의 (축방향 평면에서의) 톱니들(120)의 길이는 회전자(200)를 향해 방사상 내측 방향으로 증가한다. 다시 말해서, 톱니(120)의 폭은 하나의 방향으로 감소하며 그 길이는 동일한 방향으로 증가하고, 이의 반대도 마찬가지이다.
도 8e의 전기 기계(10C)는 고정자(100)의 대향되는 측면들 상에 위치된 2개의 회전자들(200A, 200B)을 포함한다. 이러한 구성에서, (방사상 평면에서의) 고정자 톱니(120)의 폭은 외부 회전자(200B)를 향해 방사상 외측 방향으로 증가하며, 내부 회전자(200A)를 향해 방사상 내측 방향으로 감소한다. 반대로, 도 8e로부터 명백한 바와 같이, (축방향 평면에서의) 고정자 톱니(120)의 길이는 외부 회전자(200B)를 향해 방사상 외측 방향으로 감소하며, 내부 회전자(200A)를 향해 방사상 내측 방향으로 증가한다. 각각의 톱니(120)의 단면적은 방사상 외측 방향으로 증가할 수 있다. (도 8a 내지 도 8e의) 전기 기계들(10-10C)에서, 코일(300)은, 코일이 고정자와 회전자 사이의 공기 갭(250)에 가깝게 위치되도록 각각의 톱니(120) 상에 장착된다.
도 9는, 회전자(200)의 방사상으로 대향되는 측면들 상에 위치된 내부 고정자(100A) 및 외부 고정자(100B)를 포함하는 예시적인 전기 기계(10F)를 예시한다. 내부 및 외부 고정자들(100A, 100B)의 각각은 공기 갭(250)(도 9에서 보이지 않음)에 의해 회전자(200)로부터 분리된다. 즉, 전기 기계(10F)는 이중 공기 갭 전기 기계이다. 코일(300)은 내부 고정자(100A) 상에 장착된다. 도 8d의 이중 고정자 전기 기계(10B)와는 달리, 도 9의 전기 기계(10F)에서, 코일(300)은 외부 고정자(100B) 상에 장착된다. 대신, 코일(300)은 내부 고정자(100A)의 톱니들(120) 상에만 장착된다.
도 10은, 내부 및 외부 고정자들(100A, 100B)이 자기 전도성 브리지(140)에 의해 연결된다는 점에서 (도 9의) 전기 기계(10F)와는 상이한 예시적인 이중 고정자 전기 기계(10G)를 예시한다. 브리지(140)는, 예를 들어, 라미네이트된 스틸, SMC, 등과 같은 임의의 적절한 재료로 만들어질 수 있다. SMC는 브리지(140)에 등방성 자기 속성들(즉, 자기 플럭스를 모든 방향들로 동일하게 전도시키는 능력)을 제공한다. 이상에서 논의된 전기 기계들의 구성들이 단지 예시적이라는 것을 유의해야 한다. 다수의 다른 변형예들이 가능하다. 전기 기계들의 이러한 변형예들의 각각은, 이하에서 더 상세하게 논의될 바와 같이, 하나 이상의 톱니들(120) 상에 장착된 코일들(300)을 갖는 방사상 및 축방향 평면들에서 사다리꼴 단면 형상을 갖는 다중-부품 톱니들(120)을 포함한다.
도 11 내지 도 22는, 방사상 및 축방향 평면들에서 사다리꼴 단면 형상을 갖는 다중-부품 톱니들(120)을 갖는 본 개시의 방사상 플럭스 전기 기계들의 일부 예시적인 변형예들의 개략적인 예시들이다. 이러한 도면들에서, 축방향 평면에서의 전기 기계의 단면 표면은 좌측에 도시되며, 방사상 평면에서의 전기 기계의 단면 표면은 우측에 도시된다. 간결함을 위해, 다른 설명된 실시예들과는 상이한 각각의 전기 기계의 측면들만이 이하에서 설명될 것이다. 도 11의 전기 기계에서, 회전자(200)는 고정자(100)의 방사상 외측에 장착된다. 복수의 다중-부품 톱니들(120)이 고정자(100) 상에 조립되고 링 형태로 배열된다. 코일들(300)은 각각의 톱니(120) 주위로 연장된다. 회전자(200)에서, 영구 자석들(220)은, 고정자(100)와 회전자(200) 사이에 공기 갭(250)을 형성하기 위해 회전자(200)의 드럼(230)에 형성된 슬롯들에 환형으로 배열된다.
도 12의 전기 기계에서, 회전자(200)는 내부 및 외부 고정자들(100A, 100B) 사이에 방사상으로 설치된다. 내부 고정자(100A)는 링 형태로 만들어지며 사다리꼴 톱니들(120)을 포함한다. (도 23a 내지 도 23k를 참조하여) 이하에서 설명될 바와 같이, 도 11 및 도 12의 전기 기계들에서, 각각의 톱니(120)는, 사다리꼴 톱니(120)를 형성하기 위해 함께 조립되는 고정자 코어(110)의 환형 부품(130)과 일체로 형성된 코어 톱니-부분(122) 및 하나 이상의 추가적인 웨지-형(wedge-shaped) 톱니-부분들(124A-124F)로 형성된다. 회전자(200)는, 내부 및 외부 고정자들(100A, 100B)의 각각과 회전자(200) 사이에 공기 갭들(250)이 형성된 상태로 내부 및 외부 고정자들(100A, 100B) 사이에 회전하도록 구성된다. 2개의 공기 갭들을 갖는 전기 기계들(예를 들어, 도 12, 도 13, 등)은 이중 공기 갭 전기 기계들로 지칭된다.
도 13의 전기 기계에서, 도 12의 실시예에서와 같이, 회전자(200)는 내부 및 외부 고정자들(100A, 100B) 사이에 설치되며, 내부 고정자(100A)는 링 형태로 만들어지고 복수의 다중-부품 톱니들(120)을 포함한다. 내부 및 외부 고정자들(100A, 100B)은 자기 전도성 브리지(140)에 의해 연결된다. 도 14의 전기 기계는, 이것의 톱니들(120)이 고정자(100) 사이에서 조립되는 별개의 부품들로 형성된다는 점을 제외하면 도 11의 전기 기계와 유사하다(도 23l 내지 도 23n, 도 24a 내지 도 24d 참조). 즉, 도 14의 실시예에서, 도 23l 내지 도 23n을 참조하여 설명될 바와 같이, 각각의 톱니(120)는 고정자 코어(110)와는 별개인 다수의 부품들로 형성될 수 있다.
도 15는, 회전자(200)가 내부 및 외부 고정자들(100A, 100B) 사이에 형성되며, (도 14를 참조하여 설명된 바와 같이) 톱니들(120)이 고정자(100)와는 별개인 전기 기계를 예시한다. 도 16의 전기 기계는, 브리지(140)가 내부 및 외부 고정자들(100A, 100B)을 연결한다는 점을 제외하면 도 15의 전기 기계와 유사하다. 도 17의 전기 기계에서, 회전자(200)는, 브리지(140)에 의해 함께 연결된 내부 및 외부 고정자들(100A, 100B) 사이에 방사상으로 설치된다. 내부 고정자(100A)는 도 12의 전기 기계와 유사한 다중-부품 사다리꼴 톱니들(120)을 포함하며, 외부 고정자(100B)는 링으로 배열된 별개의 아크-형 세그먼트들로 만들어진다. 도 18의 전기 기계는, 내부 고정자(100A) 상의 이것의 톱니들(120)이 도 14의 전기 기계와 유사하다는 점을 제외하면 도 17의 전기 기계와 유사하다.
도 19의 전기 기계에서, 회전자(200)는 고정자(100) 내부에 장착되며, 고정자 톱니들(120)은 링 형태로 만들어진 외부 고정자(100) 상에 조립된다. 도 20의 전기 기계에서, 회전자(200)는, 브리지(140)에 의해 함께 연결된 내부 및 외부 고정자들(100A, 100B) 사이에 방사상으로 설치된다. 외부 고정자(100B)는 링 형태로 만들어지며 그 위에 장착된 코일들(300)을 갖는 톱니들(120)을 포함한다. 도 21의 전기 기계에서, 회전자(200)는 내부 및 외부 고정자들(100A, 100B) 사이에 설치된다. 내부 및 외부 고정자들(100A, 100B) 둘 모두는 링들의 형태로 만들어지며, 그 위에 장착된 코일들(300)을 갖는 사다리꼴 톱니들(120)을 포함한다. 도 22의 전기 기계는, 내부 및 외부 고정자들(100A, 100B)이 브리지(140)에 의해 연결된다는 점을 제외하면 도 21의 전기 기계와 유사하다.
전기 기계들의 이상에서 설명된 실시예들은 단지 예시적이다. 이상에서 설명된 실시예들에 대한 다수의 변형예들이 있을 수 있다. 당업자가 이상의 개시에 기초하여 이러한 변형예들을 인식할 수 있기 때문에, 이러한 변형예들은 본원에서 추가로 논의되지 않는다. 또한, 톱니들(120)이 전기 기계들의 이상에서 설명된 실시예들에서 고정자(100)의 부품인 것으로 설명되지만, 이는 제한이 아니다. 즉, 일부 실시예들에서, 톱니들(120)은 대안적으로 또는 추가적으로 회전자(200)의 부품일 수 있다. 간결함을 위해, 이하의 논의에서, 본 개시의 예시적인 측면들은 도 2 및 도 3에 예시된 전기 기계(10)의 구성을 참조하여 설명될 것이다. 이러한 논의가 (예를 들어, 이상에서 논의된 구성들과 같은) 전기 기계들의 다른 구성들에 동일하게 적용될 수 있다는 것이 강조되어야 한다.
도 4a 내지 도 4c는 도 2 및 도 3의 전기 기계(10)의 다른 구성요소들로부터 분리된 고정자(100)의 상이한 도면들을 예시한다. 도 4a 및 도 4b는 고정자(100)의 사시도들을 예시하며, 도 4c는 축방향 평면에서의 고정자(100)의 단면도를 예시한다. 각각의 코일(300)은 톱니(120) 상에 장착되거나 또는 설치된다. 일부 실시예들에서, 코일은, 코일(300)의 내부 표면이 톱니(120)의 외부 표면에 대해 꼭 맞게 들어맞도록 톱니 상에 설치될 수 있다. 일부 이러한 실시예들에서, 코일(300)의 외부 형상(또는 프로파일)은, 이것이 장착된 톱니(120)의 외부 형상과 실질적으로 동일할 수 있다. 도 5는, 전기 기계(10)의 예시적인 3-상 권선(140)의 전기 연결도를 예시한다. 도 4a 내지 도 4b에서 가장 잘 보이는 바와 같이, 고정자(100)의 각각의 톱니(120)는, 인접한 톱니들(120) 상에 장착된 코일들(300)을 수용하는 슬롯(160)에 의해 인접한 톱니(120)로부터 분리된다. 도 5에 예시된 바와 같이, 전기 기계(10)의 톱니들(120) 상에 장착된 코일들(300)은 집합적으로 3-상 권선(310)을 형성한다. 고정자(100)가 톱니들(120)을 포함하는 것으로 설명되지만, 일부 실시예들에서, 회전자(200)가 대안적으로 또는 추가적으로 톱니들(120)을 포함할 수 있다는 것을 유의해야 한다.
도 6a 내지 도 6d 및 도 7a 내지 도 7e는, 톱니(120) 상에 장착될 수 있는 전자기 코일(300)의 상이한 측면들을 예시한다. 도 6a 내지 도 6d에 예시된 실시예들에서, 코일(300)은 전기 전도성 재료의 호일(312)로 만들어지거나 또는 형성되며, 도 7a 내지 도 7e에 예시된 실시예들에서, 코일(300)은 전기 전도성 와이어(314)로 만들어진다. 당업자에 의해 인식될 바와 같이, 호일은 두께 및 폭을 갖는 전기 전도체의 스트립이다. 호일의 폭은 전형적으로 호일의 두께보다 더 클 것이다. 즉, 호일은 전기 전도성 재료의 얇은 스트립이다. 일반적으로, 임의의 유형의 전기 전도성 재료가 코일(300)을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 구리가 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 호일(312)은 전기 절연 재료로 코팅될 수 있다.
도 6a 및 도 6b에 예시된 코일(300)의 예시적인 실시예들에서, 코일(300)은, 코일(300)의 제1 단부(322)로부터 제2 단부(324)까지 연장되는 중심 캐비티(320)를 둘러싸는 호일(312)의 다수의 턴들을 포함한다. 도 6b에 예시된 바와 같이, 코일(300)은, 톱니(120)가 캐비티(320)를 통해 연장되도록 톱니(120) 상에 장착된다. 일부 실시예들에서, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 호일(312)의 폭(즉, 호일의 평평한 측면을 따른 폭)은 톱니의 방사상 방향으로(즉, 방사상 축(2000)을 따라) 톱니(120)의 전체 폭을 연장할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 6c 및 도 6d에 예시된 바와 같이, 호일(312)의 립(즉, 톱니(120)의 폭보다 더 작은 폭을 갖는 호일(312)의 스트립)은 코일(300)을 형성하기 위해 톱니(120)를 따라 방사상 방향으로, 예를 들어, 나선 형태로 감길 수 있다(예를 들어, 도 6c, 도 6d 참조).
일부 실시예들에서, 도 7a 내지 도 7e에 예시된 바와 같이, 코일(300)은 전기 전도성(예를 들어, 구리) 와이어(314)의 하나 이상의 가닥(strand)들을 사용하여 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 와이어(314)는 전기 절연 재료로 코팅될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이, 와이어(314)는 코일(300)의 중심 캐비티(320)를 정의(define)하기 위해 나선 형태로 감길 수 있다. 나선형으로 감긴 와이어(314)는 코일(300)의 제1 단부(322)로부터 제2 단부(324)까지 연장될 수 있다. 와이어(314)는 임의의 단면 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 7d에 예시된 바와 같이, 와이어(314)는 원형 단면 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 7e에 예시된 바와 같이, 와이어(314)는 정사각형 또는 직사각형 단면 형상을 가질 수 있다. 이러한 예시된 단면 형상들은 단지 예시적이라는 것을 유의해야 한다. 일반적으로, 와이어(314)는 임의의 단면 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 와전류 손실들을 감소시키기 위해, 다수의 와이어들(314)은 리츠 와이어(Litz wire)를 형성하기 위해 함께 꼬일 수 있다. 당업자에 의해 인식될 바와 같이, 리츠 와이어는, 개별적으로 절연되며 몇몇 패턴들 중 하나로 배열된 함께 꼬이거나 또는 짜인 다수의 와이어 가닥들로 구성된다. 이러한 패턴들은, 그 위에서 각각의 가닥이 전도체 외부에 있는 전체 길이의 비율을 균등화하도록 역할할 수 있다. 연선(stranded wire)들 또는 리츠 와이어의 사용은 와전류 손실들을 감소시키고 전기 기계의 효율을 증가시키는 데 유익할 수 있다. 호일(312) 또는 와이어(314)를 사용하여 코일(300)을 형성하는 예시적인 방법은 도 45 내지 도 47을 참조하여 이하에서 설명될 것이다.
다양한 실시예들에서, 개시된 전기 기계의 각각의 코일은 이를 관통하는 비-균일한 사다리꼴 캐비티를 가질 수 있다. 비-균일한 사다리꼴 캐비티는, 이의 길이 부분을 따라 비-균일한 단면 형상을 갖는 캐비티를 나타낸다. 비-균일한 캐비티에서, 캐비티의 단면 치수에 관련된 파라미터는 캐비티의 길이의 적어도 일 부분에 걸쳐 변화한다. 치수(예를 들어, 폭, 높이, 길이, 면적, 둘레, 또는 치수와 관련된 다른 측정치)와 관련된 임의의 파라미터는 캐비티의 길이의 일 부분에 걸쳐 변화할 수 있다(즉, 이에 걸쳐 일정하지 않을 수 있다). 일부 실시예들에서, 비-균일한 캐비티에서, 캐비티의 면적(또는 치수와 관련된 다른 측정치)은 캐비티 길이의 일 부분을 따라 균일하지 않을 수 있다. 일부 실시예들에서, 캐비티의 면적(또는 다른 치수 측정치)은 캐비티의 전체 길이에 걸쳐(즉, 캐비티의 하나의 단부로부터 다른 단부까지) 균일하지 않을 수 있다. 일부 실시예들에서, 비-균일한 캐비티에서, 하나의 파라미터(예를 들어, 둘레)는 균일할 수 있으며, 반면 다른 파라미터(예를 들어, 면적)는 캐비티의 일 부분 또는 전체 캐비티에 걸쳐 비-균일할 수 있다.
(도 6a 내지 도 7e를 참조하여) 이상에서 설명된 바와 같이, 호일(312) 또는 와이어(314)로 만들어졌는 지와 무관하게, 코일(300)은, 그 제1 단부(322)로부터 제2 단부(324)까지 연장되는 캐비티(320)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 캐비티(320)는 비-균일한 사다리꼴 캐비티일 수 있다. 즉, 캐비티의 단면 치수 관련 파라미터는 제1 단부와 제2 단부(322, 324) 사이에서 적어도 길이의 일 부분에 걸쳐 변화할 수 있다. 도 6b를 참조하면, 코일(300)은, 그 캐비티(320)의 내부 표면들이 톱니(120)의 외부 표면들과 밀접하게 매칭되거나 또는 이에 대해 꼭 맞도록 톱니(120) 상에 장착된다. 이러한 장착의 결과로서, 코일(300)의 캐비티(320)의 내부 형상은 톱니(120)의 외부 형상과 실질적으로 동일(또는 유사)할 수 있다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 방사상 및 축방향 평면에서의 각각의 톱니(120)의 단면 형상은 사다리꼴일 수 있다. 다시 말해서, 톱니(120)는 사다리꼴 형상일 수 있다. 각각의 톱니(120)의 폭 및 길이는 방사상 방향으로 변화한다. 즉, 도 2에 예시된 바와 같이, 톱니(120)의 길이(l)는 (방사상 축(2000)을 따라) 톱니(120)의 방사상 외측 방향으로 l1로부터 l2까지 변화하며, 도 3에 예시된 바와 같이, 톱니(120)의 폭(w)은 톱니(120)의 방사상 외측 방향으로 w1로부터 w2까지 변화한다. (도 26a 내지 도 26d를 참조하여) 이하에서 설명될 바와 같이, 방사상 방향에 수직하는 평면에서 톱니(120)의 단면의 둘레는 그 방사상 방향으로 실질적으로 일정할 수 있으며, 반면 단면의 면적은 방사상 방향으로 변화한다. 일부 실시예들에서, 각각의 톱니(120)는, 방사상 방향으로 비-균일한 사다리꼴 단면 형상을 가질 수 있다. 코일(300)의 캐비티(320)는 또한 방사상 방향으로 비-균일한 유사한 사다리꼴 단면 형상을 가질 수 있다.
다양한 실시예들에서, 코일의 각각의 캐비티는 복수의 톱니들 중 하나의 톱니를 내부에 포함하도록 구성될 수 있다. 일반적으로, 톱니는 임의의 방식으로 코일 내에 포함되거나 또는 배치될 수 있다. 즉, 일부 실시예들에서, 각각의 톱니는 코일 캐비티에 꼭 맞게 수용될 수 있으며, 반면 다른 실시예들에서, 톱니는 캐비티에 느슨하게 수용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 톱니의 외부 표면의 부분들은 톱니를 포함하는 캐비티의 내부 표면의 부분들과 접촉할 수 있다. 일부 실시예들에서, 인터페이스 재료가 코일과 캐비티의 메이팅 표면들 사이에 배치될 수 있다. 도 6b를 참조하면, 일부 실시예들에서, 톱니(120)는, 톱니의 외부 표면의 적어도 일부 부분들이 캐비티(320)의 내부 표면의 부분들과 접촉하도록 코일(300)의 캐비티(320)에 꼭 맞게 포함된다. 그러나, 이것이 요구되지는 않으며, 톱니(120)는 임의의 방식으로 캐비티(320)에 포함될 수 있다. 즉, 일부 실시예들에서, 캐비티(320) 내의 톱니(120)의 외부 표면은 캐비티(320)의 내부 표면과 물리적으로 접촉하지 않을 수 있다. 일부 실시예들에서, 톱니(120)의 외부 표면 및 캐비티(320)의 내부 표면은 다른 재료에 의해 분리될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 각각의 톱니는, 함께 조립될 때 코일의 비-균일한 사다리꼴 캐비티의 형상에 대응하는 다수의 피스들로 형성될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은, 피스는 전체의 일 부분 또는 부품을 나타낸다. 피스는 임의의 크기 및 형상을 가질 수 있다. 톱니는 임의의 수의 피스들 또는 부품들로 형성될 수 있으며, 이러한 다수의 부품들은 임의의 형상을 가질 수 있고, 임의의 방식으로 함께 조립될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 다수의 부품들은 다른 방식으로 함께 접착되거나 또는 고정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 다수의 부품들은 단지 느슨하게 또는 타이트하게 함께 위치될 수 있다. 도 2 및 도 3의 전기 기계(10)의 실시예에서, 코일(300)의 비-균일한 사다리꼴 캐비티(320)는 멀티-피스 톱니(120)를 형성하는 다수의 부품들을 포함하도록 구성된다. 캐비티(320)의 크기 및 형상은 내부에 다중-부품 톱니(120)를 수용하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 코일(300)의 캐비티(320)의 크기는 톱니(120)의 크기와 실질적으로 동일할 수 있다. 일부 실시예들에서, 캐비티(320)는, (도 45 내지 도 47을 참조하여 이하에서 설명될 바와 같이) 다중-부품 톱니(120)가 조립될 때, 코일(300)이 캐비티(320)에서 톱니(120)를 꼭 맞게 수용하기 위해 확장하도록 톱니(120)보다 약간 더 작게 크기가 결정될 수 있다.
도 23a 내지 도 23k는, 그 고정자(100)의 코어(110) 상에 배열된 전기 기계(10)의 톱니들(120)의 상이한 예시적인 실시예들을 예시한다. 이러한 실시예들에서, 각각의 톱니(120)는, 완전한 다중-부품 톱니(120)를 형성하기 위해 함께 배열된 다수의 피스들 또는 부품들을 포함한다. 도 23a 내지 도 23d는 다중-부품 톱니들(120)의 예시적인 일 실시예를 예시하며, 도 23d 내지 도 23h는 톱니들(120)의 다른 예시적인 실시예들을 예시하고, 도 23i 내지 도 23k는 다중-부품 톱니들(120)의 추가적인 예시적인 실시예들을 예시한다. 이러한 예시된 실시예들이 단지 예시적이며, 본 개시의 전기 기계들은 고정자 및/또는 회전자 내에 다른 유형들의 다중-부품 톱니들을 포함할 수 있다는 것을 유의해야 한다.
도 23a는 사시도를 예시하며, 도 23b는 단일 톱니(120)의 구조를 도시하는 도 23a의 확대된 부분을 예시한다. 도 23c 및 도 23d는 각각 방사상 및 축방향 평면들에서의 도 23a의 단면도들을 예시한다. 고정자 코어(110)는 링-형 또는 환형 부품(130)을 포함한다. 고정자(100)의 각각의 다중-부품 톱니(120)는 환형 부품(130)으로부터 방사상 외측 방향으로 연장된다. 고정자(100) 및 회전자(200)가 전기 기계(10)를 형성하기 위해 조립될 때, 각각의 톱니(120)는 공기 갭(250)을 향해 방사상 외측으로 연장된다(도 2 및 도 3 참조). 이상에서 설명된 바와 같이, 톱니(120)는 다중-부품 구성을 갖는다. 도 23a 내지 도 23d에 예시된 톱니(120)의 예시적인 실시예에서, 각각의 톱니(120)는 톱니(120)을 형성하기 위해 함께 조립되는 코어 톱니-부분(122) 및 2개의 추가적인 톱니-부분들(124A, 124B)을 갖는다.
코어 톱니-부분(122)은 고정자 코어(110)의 환형 부품(130)과 일체이며, 각각의 추가적인 톱니-부분(124A, 124B)은 코어 톱니-부분(122)의 대향되는 측면 면 상에 설치된다. 용어들 "~과 일체" 및 "일체로 형성된"은, 부품의 무결성을 파괴하지 않고는 실질적으로 분해될 수 없는 단일 부품을 형성하기 위해 2개의 부품들이 연결되는 것을 나타내기 위해 사용된다. 일부 경우들에서, 2개의 일체로 형성된 부품들은 단일 부품으로서 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 추가적인 톱니-부분들 중 하나 이상은 웨지와 같은 형상일 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은, 웨지-형 부분은 더 좁은 단부 및 더 넓은 단부를 갖는 부품이다. 도 23b를 참조하면, 각각의 추가적인 톱니-부분(124A, 124B)은, 더 좁은 제1 단부(126)로부터 더 넓은 제2 단부(128)까지 연장되는 웨지-형 구성요소이다. 이러한 실시예에서 제1 및 제2 추가적인 톱니-부분들(124A, 124B)이 동일한 구성요소들로서 예시되지만, 이것이 요건은 아니다.
도 23e 내지 도 23h는, 톱니(120)를 형성하기 위해 조립되는 코어 톱니-부분(122) 및 하나의 추가적인 톱니-부분(124C 또는 124D)을 갖는 톱니(120)의 예시적인 실시예들을 예시한다. 이러한 실시예들에서, 코어 톱니-부분(122)은 코어(110)의 환형 부품(130)과 일체이며, 추가적인 톱니-부분(124C, 124D)은 웨지-형상이다. 추가적인 톱니-부분(124C 또는 124D)은 톱니(120)를 형성하기 위해 코어 톱니-부분(122)의 하나의 측면 면 상에 설치된다. 도 23e(및 도 23a)의 (톱니(120)의) 코어-톱니 부분(122)이 방사상 축(2000)을 따라 환형 부품(130)으로부터 방사상 외측으로 연장되지만, 도 23g의 코어 톱니-부분(122)은 (방사상 축(2000)에 대해) 소정의 각도(γ)로 경사진 이것의 환형 부품(130)으로부터 방사상 외측으로 연장된다. 코어 톱니-부분(122)은 임의의 각도(γ)로 경사질 수 있다. 일부 실시예들에서, 경사의 각도(γ)는 도 28a 및 도 28b를 참조하여 설명된 것과 유사할 것이다. 일부 실시예들(예를 들어, 도 23e의 실시예)에서, 경사의 각도(γ)는 0일 수 있다는 것을 유의해야 한다. 즉, 코어 톱니-부분(122)은 방사상 축(2000)을 따라 방사상 외측으로 연장될 수 있으며, 단일 추가적인 톱니-부분은 톱니(120)를 형성하기 위해 코어 톱니-부분(122)의 하나의 측면 면 상에 설치될 수 있다. 도 23i 내지 도 23k의 실시예에서, 각각의 톱니(120)는, 톱니(120)를 형성하기 위해 조립되는 코어 톱니-부분(122) 및 4개의 추가적인 톱니 부분들(112a, 124A, 112e, 및 112f)을 갖는다. 코어 톱니-부분(122)은 코어(110)의 환형 부품(130)과 일체이며, 추가적인 톱니-부분들(124A 및 124B)의 제1 쌍은 코어 톱니-부분(122)의 대향되는 측면 면들 상에 위치되고, 추가적이 톱니 부분들(112e 및 112f)의 제2 쌍은 코어 톱니-부분(122)의 상단 및 하단 면들 상에 배열된다. 이상에서 논의된 톱니(120)의 실시예들이 단지 예시적이며, 본 개시의 전기 기계들은 톱니(120)의 다른 구성들(예를 들어, 상이한 수 및 다른 형상들의 추가적인 톱니-부분들을 가짐)을 포함할 수 있다는 것을 유의해야 한다. 톱니(120)의 상이한 부품들(즉, 코어 톱니-부분 및 추가적인 톱니 부분(들))의 예시된 형상들이 또한 예시적이라는 것도 유의해야 한다. 일반적으로, 톱니(120)의 구성 부품들은, 이들이 조립될 때, 톱니(120)의 외부 형상이 코일(300)의 비-균일한 사다리꼴 캐비티(320)의 형상에 대응하도록 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다.
도 23a 내지 도 23k를 참조하여 이상에서 설명된 다중-부품 톱니들의 실시예들에서, 각각의 톱니(120)의 하나의 부품(즉, 코어 톱니-부분(122))은 고정자 코어(110)의 환형 부품(130)과 일체로 형성되며, 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분은 코어(110)와는 별개로 형성된다(즉, 이와 일체가 아니다). 그러나, 이러한 구성이 요구되는 것은 아니다. 일부 실시예들에서, 톱니의 모든 부품들은 고정자 코어(110)와 별개일 수 있다. 이러한 별개의 부품들은 톱니(120)를 형성하기 위해 조립될 수 있다. 도 23l 및 도 23m은, 고정자(100)를 형성하기 위해 허브(hub)(132) 상에 조립되는 별개의 구성요소들로서 형성된 톱니(120)의 예시적인 실시예들을 예시한다(도 23n 참조). 도 23l의 실시예에서, 이것의 베이스(134)에서, 코어 톱니-부분(122)은, 고정자(100)를 조립할 때 허브(132) 내의 대응하게 성형된 홈 내로 삽입되도록 구성된 립(136)을 포함한다. 도 23m의 실시예에서, 코어 톱니-부분(122)의 베이스(134)는, 고정자(100)를 조립할 때 허브(132) 상의 대응하게 성형된 립에 끼워 맞춰지는 홈(138)을 포함한다(도 24b 참조). 모든 톱니들(120)이 허브(132) 상에 조립될 때, 톱니들(120)의 베이스들(134)은 집합적으로 고정자(100)의 환형 부품(130)을 형성할 수 있다(도 24d 참조).
도 24a 내지 도 24d는 고정자(100)를 형성하기 위한 허브(132) 상의 (도 23m에 예시된 유형의) 예시적인 톱니(120)의 설치를 예시한다. 도 24a에 예시된 바와 같이, 코일(300)은 먼저 다중-부품 톱니(120) 상에 장착된다. 톱니(120) 상에 코일(300)을 장착하는 예시적인 방법은 이하에서 설명된다. 도 24b에 예시된 바와 같이, 그 위에 장착된 코일(300)을 갖는 톱니(120)는, 코어 톱니-부분(122)의 베이스(134) 상의 홈(138)을 허브(132) 상의 대응하게 성형된 립 내로 삽입함으로써 허브(132) 상에 설치된다. 그런 다음, 추가적인 톱니들(120)이 고정자(100)의 조립을 완료하기 위해 도 24c 및 도 24d에 예시된 바와 같이 허브(132) 상에 장착된다.
일부 실시예들에서, 톱니(120)의 다수의 부품들(코어 톱니-부분(122) 및 추가적인 톱니 부분들(124A-124F)) 및 코일(300)은 접착 재료(예를 들어, 고온 접착제)를 사용하여 함께 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 접착 재료는 (예를 들어, 접착제에 바람직한 속성들을 부여하기 위해) 필러 재료로 채워질 수 있다. 임의의 유형의 접착 재료가 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 접착 재료의 열 팽창 계수(coefficient of thermal expansion; CTE)는, 톱니(120)가 전기 기계의 동작 동안 가열될 때, 톱니(120) 및 코일(300)에서 유도된(CTE 불일치로 인해 유도된) 열적-기계적 응력들이 허용가능 한계들 내에 있도록(즉, 응력들이 고장을 초래할 수 있는 값 미만이 되도록) 하는 것일 수 있다. 일부 실시예들에서, 접착 재료의 CTE는 톱니 구성요소들(예를 들어, 스틸 라미네이션, SMC, 등)의 CTE들의 약 20% 이내에 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 접착 재료의 CTE는 톱니 구성요소들 및 코일(300)의 CTE들의 약 20% 이내에 있을 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 25a 및 도 25b에 예시된 바와 같이, 케이지(cage)(142)(또는 원주 방향으로 감싸진 밴디지(bandage))가 고정자(100) 상에 설치될 수 있다. 케이지(142)(또는 밴디지)는, 톱니(120)(및/또는 코일(300))의 부품들이 동작 동안 고정자(100) 및 회전자(200) 사이의 공기 갭(250) 내로 돌출하는 것을 방지하는 데 도움을 줄 수 있다(도 3 참조). 일부 실시예들에서, 윈도우들이 회전자(200)를 향한 케이지(142)의 표면 상에 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 케이지(142)는 또한 접착 재료를 사용하여 톱니들(120)에 부착될 수 있다. 코어 톱니-부분(122)이 고정자 코어(110)의 환형 부품(130)과 일체인 톱니(120)의 실시예들(예를 들어, 도 23a 내지 도 23k 참조)에서, 코일(300) 및 추가적인 톱니-부분들(124A-124F)은, 이하에서 설명되는 바와 같이, 코어(110)과 일체인 코어 톱니-부분(122) 상에 설치된다. 모든 톱니들(120) 및 코일들(300)이 설치된 이후에, 일부 실시예들에서, 케이지(142)가 고정자(100) 상에 설치될 수 있다. 케이지(142)는 낮은 전기 전도율을 갖는 비-자성 재료 또는 낮은 전기 전도율을 갖는 약 10과 동일하거나 또는 더 큰 비투자율(relative magnetic permeability)을 갖는 소프트 자성 재료로 만들어질 수 있다. 소프트 자성 재료로부터 케이지(142)를 만드는 것은 맥동하는 자기장의 고조파들의 억제를 가져올 수 있으며, 이는 진동 및 소음의 감소를 가져온다.
코어 톱니-부분(122) 및 추가적인 톱니-부분(들)의 구성들 때문에, 각각의 톱니(120)는 방사상 평면(예를 들어, 도 3, 도 23c 참조) 및 축방향 평면(예를 들어, 도 2, 도 23d 참조) 둘 모두에서 사다리꼴 단면 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 톱니(120)의 대향되는 측면 면들(C 및 D)은 서로 평행하지 않으며, 톱니(120)의 대향되는 상단 및 하단 면들(A 및 B)이 또한 서로 평행하지 않다(예를 들어, 도 23d 참조). 그러나, 인접한 톱니들(120)의 대향되는 측면 면들(C, D)은, 인접한 톱니들(120) 사이에 형성된 슬롯(160)이 방사상 방향으로 일정한 폭을 갖도록 서로 평행할 수 있다(예를 들어, 도 23c 참조). 즉, 하나의 톱니(120)의 측면 면(C)은 인접한 톱니(120)의 측면 면(D)에 평행할 수 있다.
회전자(200)가 고정자(100)의 외측에 위치되는 실시예(도 2 및 도 3 참조)에서, 각각의 톱니(120)의 대향되는 측면 면들(C 및 D)은 방사상 외측 방향으로 서로로부터 발산할 수 있으며(예를 들어, 도 23c 참조), 상단 및 하단 면들(A 및 B)은 방사상 외측 방향으로 서로를 향해 수렴할 수 있다(예를 들어, 도 23d 참조). 외부 회전자(200) 및 내부 고정자(100)를 갖는 전기 기계의 실시예(도 2, 도 3)에서, 방사상 평면(도 3)에서의 각각의 톱니(120)의 폭은 회전자(200)를 향해 방사상 방향으로 증가할 수 있으며(예를 들어, 도 3에서 w1로부터 w2까지 증가하며), 축방향 평면(도 2)에서의 각각의 톱니(120)의 길이는 회전자(200)를 향해 방사상 방향으로 감소할 수 있다(예를 들어, 도 2에서 l1로부터 l2까지 감소한다). 코일(300)은, 코일(300)의 외부 표면이 톱니(120)의 하부 표면과 실질적으로 동일한 형상을 갖도록, 톱니(120)의 외부 표면(즉, 도 23c 및 도 23d의 면들(A, B, C, 및 D))에 대해 꼭 맞는 내부 표면을 갖는 고정자(100)의 각각의 다중-부품 톱니(120) 상에 장착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 코일(300)은, 이것의 방사상 외측 단부가 회전자(200)의 (영구 자석들의) 극(pole)들 및 공기 갭(250)에 가깝게 위치되도록 톱니(120) 상에 장착될 수 있다(예를 들어, 도 3 참조). 이상의 논의가 도 23a 내지 도 23d의 톱니(120)에서 식별된 특징부들(면들(A, B, C, D), 등)을 구체적으로 참조하지만, 이상의 개시는 (고정자 및/또는 회전자 내의) 톱니(120)의 모든 실시예들에 동일하게 적용가능하다는 것을 유의해야 한다.
본 개시의 전기 기계(10)는 고정자(100) 및 회전축(1000)을 중심으로 고정자(100)에 대해 회전하도록 구성된 회전자(200)를 포함할 수 있다. 회전자(100) 또는 고정자(200) 중 적어도 하나는 회전축(1000) 주위에 환형으로 배열된 복수의 톱니들(120)을 포함할 수 있다. 전자기 코일(300)은 각각의 톱니(120) 상에 장착될 수 있다. 각각의 코일(300)은 비-균일한 사다리꼴 캐비티(320)를 가질 수 있으며, 각각의 톱니(120)는 다수의 피스들로 형성될 수 있다. 다수의 피스들이 조립될 때, 톱니(120)의 외부 형상은 톱니(120)를 수용하는 코일 캐비티(320)의 형상에 대응할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 26a 내지 도 26d를 참조하여 이하에서 설명될 바와 같이, 각각의 톱니(120)의 외부 둘레는 캐비티(320)의 내부 둘레에 대응할 수 있다. 일부 실시예들에서, 코일(300)이 다중-부품 톱니(120) 상에 장착된 이후에, 톱니(120)의 외부 둘레는 톱니(120)의 방사상 방향의 각각의 포인트에서 캐비티(320)의 내부 둘레에 대응할 수 있다.
일부 실시예들에서, 각각의 톱니(120)의 다수의 피스들은 코어 톱니-부분(122) 및 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분(124A-124F)을 포함할 수 있다(예를 들어, 도 23a 내지 도 23m 참조). 일부 실시예들에서, 각각의 톱니(120)는 코어 톱니-부분(122) 및 코어 톱니-부분(122)의 대향되는 측면들 상에 배치된 2개의 추가적인 톱니-부분(124A, 124B)을 포함할 수 있다(예를 들어, 도 23a, 도 23k 내지 도 23m 참조). 일부 실시예들에서, 추가적인 톱니-부분들(1124A, 124B)은 웨지-형상일 수 있다. 즉, 이러한 톱니-부분들은 더 좁은 제1 단부(126)로부터 더 넓은 제2 단부(128)까지 연장될 수 있다.
일부 실시예들에서, 각각의 톱니(120)는 코어 톱니-부분(122) 및 코어 톱니-부분(122)의 하나의 측면 표면 상에 배치된 단일 추가적인 톱니-부분(124C)만을 포함할 수 있다(예를 들어, 도 23h 참조). 일부 실시예들에서, 각각의 톱니(120a)는 코어 톱니-부분(122) 및 코어 톱니-부분(122)의 대향되는 측면들 상에 배치되는 웨지-형의 추가적인 톱니-부분들(124A, 124B)의 쌍과 코어 톱니-부분(122)의 상단 및 하단 표면들 상에 배치되는 추가적인 톱니-부분들(112e, 112f)의 다른 쌍을 포함할 수 있다(예를 들어, 도 23k 참조). 쌍의 각각의 추가적인 톱니-부분은 실질적으로 동일할 수 있다. 일부 실시예들에서, 톱니(120)가 조립된 이후에, 회전축(1000)에 수직하는 평면에서, 전체 다중-부품 톱니(120)는 사다리꼴 단면 형상을 가질 수 있으며, 코어 톱니-부분(122)(또는 톱니(120))은 실질적으로 직사각형 단면 형상을 가질 수 있고 각각의 추가적인 톱니-부분(124A, 124B, 124C)은 실질적으로 삼각형 단면 형상을 가질 수 있다(예를 들어, 도 23c, 도 23h 참조). 그리고 방사상 방향에 수직하는 평면에서, 다중-부품 톱니, 코어 톱니-부분(122), 및 추가적인 톱니-부분들(124A, 124B, 124C)은 각각 실질적으로 직사각형 단면 형상을 가질 수 있다(예를 들어, 도 23a, 도 23f 참조).
얼마나 많은 부품들이 다중-부품 톱니(120)를 구성하는지, 그리고 이러한 부품들의 특정 형상과 무관하게, 톱니(120)가 조립된 이후에, 방사상 평면(예를 들어, 도 3, 도 23c, 도 23h 참조) 및 축방향 평면(예를 들어, 도 2, 도 23d 참조)에서의 각각의 톱니(120)의 단면은 사다리꼴 형상(일부 실시예들에서, 이등변 사다리꼴 형상)을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 26a 내지 도 26d를 참조하여 이하에서 설명될 바와 같이, 톱니(120)의 방사상 방향에 수직하는 평면에서 톱니(120)의 단면의 둘레는 방사상 방향으로 실질적으로 일정하며, 단면의 면적은 방사상 방향으로 변화한다. 내부 고정자(100) 및 외부 회전자(200)를 갖는(도 2, 도 3) 또는 외부 고정자(100) 및 내부 회전자(200)를 갖는(예를 들어, 도 8b, 도 8c 참조) 전기 기계의 실시예에서, 단면적은 회전자(200)를 향해 방사상 방향으로 증가한다. 일부 실시예들에서, 회전축(1000)에 수직하는 평면에서 톱니(120)의 단면적은 톱니(120)의 중심으로부터 측면들로 축 방향으로 감소할 수 있다(예를 들어, 도 27a 내지 도 27d 참조).
각각의 톱니(120)의 다수의 피스들이 조립될 때, 각각의 톱니(120)는 대향되는 면들의 2개의 세트들을 갖는 외부 표면들을 정의할 수 있다. 예를 들어, 도 23b에 예시된 톱니(120)의 실시예에서, 대향되는 측면 표면들(C 및 D)은 대향되는 면들의 하나의 세트를 형성하며, 대향되는 상단 및 하단 표면들(A 및 B)은 대향되는 면들의 다른 세트를 형성한다. 각각의 세트의 대향되는 면들(C, D)(및 A, B)은 서로 비-평행하다. 2개의 세트들의 각각의 면은 톱니(120)의 방사상 방향으로 경사진다(예를 들어, 도 23c, 도 23d 참조). 일부 실시예들에서(예를 들어, 외부 회전자(200) 및 내부 고정자(100)를 갖는 실시예에서), 하나의 세트의 대향되는 면들(A, B)은 공기 갭(250)(도 2 참조)를 향해 방사상 외측 방향으로 서로를 향해 수렴할 수 있으며(예를 들어, 도 23d 참조), 다른 세트의 대향되는 면들(C, D)은 공기 갭(250)을 향해 방사상 외측 방향으로 서로로부터 발산할 수 있다(도 3, 도 23c 참조). 일부 실시예들에서(예를 들어, 내부 회전자(200) 및 외부 고정자(100)를 갖는 실시예에서), 상단 및 하단의 대향되는 면들은 공기 갭(250)을 향해 서로로부터 발산할 수 있으며(도 6b 참조), 대향되는 측면 면들은 공기 갭(250)을 향해 서로를 향해 수렴할 수 있다(도 6c 참조).
톱니(120)의 상이한 부품들(즉, 코어 톱니-부분 및 추가적인 톱니-부분들)은 임의의 적절한 재료(예를 들어, 스틸 라미네이션들, 소프트 자성 복합체(Soft Magnetic Composite; SMC), 등)로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 톱니(120)의 코어 톱니-부분(122) 및 추가적인 톱니-부분들(124A-124F) 모두는 동일한 재료(예를 들어, SMC)로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 코어 톱니-부분(122)은 제1 재료로 만들어질 수 있으며, 추가적인 톱니-부분들(124A-124F)은 제2 재료로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 코어 톱니-부분(122)은 SMC로 만들어질 수 있으며, 추가적인 톱니 부분들(124A-124F)은 다른 등방성 재료, 예를 들어, 다른 SMC로 만들어질 수 있다. 이는, 3개의 방향들에서 변화하지만 평면에서는 변화하지 않는 코어 톱니-부분(122) 및 추가적인 톱니 부분들(124A-124F)을 통한 자기 플럭스의 통과에 기인한다. 코어 톱니-부분(122)이 고정자 코어(110)의 환형 부품(130)과 일체로 형성되는 실시예들(예를 들어, 도 23a, 도 23g 참조)에서, 코어 톱니-부분(122) 및 환형 부품(130) 둘 모두는 동일한 재료(예를 들어, SMC)로 만들어질 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에서, 전기 기계의 복수의 톱니들의 각각의 톱니는, 방사상 방향에 수직하는 복수의 평면들에서 각각의 톱니의 복수의 단면적들이 변화하고, 복수의 단면들의 둘레들이 복수의 수직 평면들에 걸쳐 실질적으로 동일하도록 방사상 방향으로 연장된다. 전기 기계의 회전축에 수직으로(또는 실질적으로 수직으로) 연장되는 임의의 방향은 전기 기계의 방사상 방향이다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 예시된 실시예에서, 전반적으로 회전축(1000)에 수직으로 연장되는 임의의 방향이 방사상 방향이다. 일부 실시예들에서, 방사상 방향은 전기 기계의 톱니의 방사상 축을 따라 연장되거나 또는 이와 일치할 수 있다. 이상에서 설명된 바와 같이, 일부 실시예들에서, (고정자(100) 및/또는 회전자(200)의) 각각의 톱니(120)는 방사상 평면(도 3 참조) 및 축방향 평면(도 2 참조) 둘 모두에서 사다리꼴 단면 형상을 가지며, 방사상 평면(도 3 참조)에서의 톱니(120)의 폭은 방사상 외측 방향으로(즉, 회전자(200)를 향해) 증가하고, 반면 축방향 평면(도 2 참조)에서의 톱니(120)의 길이는 동일한 방향으로 감소한다.
도 26a 내지 도 26d는 상이한 평면들을 따른 톱니(120)의 단면 이미지들이다. 도 26a는 축방향 평면에서의 단일 톱니(120)의 단면 이미지를 예시한다(도 2와 비교). 톱니(120)는 도 26a에서 해칭되어 도시된다. 도 26a로부터 명백한 바와 같이, 축방향 평면에서의 톱니(120)의 단면 형상은 사다리꼴(즉, 대향되는 평행한 측면들의 하나의 쌍 및 대향되는 비-평행 측면들의 다른 쌍을 갖는 사변형)이다. 일부 실시예들에서, 도 31a 및 도 31b를 참조하여 설명될 바와 같이, 축방향 및/또는 방사상 평면에서의 톱니(120)의 단면 형상은 이등변 사다리꼴(즉, 대향되는 측면들의 길이가 동일한 사다리꼴)이다. 도 26a로부터 또한 명백한 바와 같이, 톱니(120)의 길이는, 이러한 실시예에서, 방사상 축(2000)과 일치하는 방사상 방향으로 거리가 증가함에 따라 감소한다. 도 26b 내지 도 26d는 방사상 방향에 수직인 상이한 평면들(A-A, B-B, 및 C-C)에서의 톱니(120)의 단면들을 예시한다. 도 26b는 평면(A-A)을 따른 톱니들(120)의 단면도이며, 도 26c는 평면(B-B)을 따른 톱니들(120)의 단면도이고, 도 26d는 평면(C-C)을 따른 톱니들(120)의 단면도이다. 도 26b 내지 도 26d로부터 확인될 수 있는 바와 같이, 톱니(120)의 방사상 방향에 수직하는 평면들에서, 톱니(120)는 직사각형 단면 형상을 갖는다.
정사각형 코너들(즉, 90° 코너들)을 갖는 완전한 직사각형들이 도 26b 내지 도 26d에 예시되지만, 이는 단지 예시적이라는 것을 유의해야 한다. 이상에서 설명된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 이러한 단면 형상들은 완전한 직사각형들이 아닐 수 있다. 당업자에 의해 인식될 바와 같이, 일부 실시예들에서, 직사각형들의 대향되는 측면들은 완전히 평행하지 않을 수 있으며, 인접한 측면들은 완전한 수직이 아닐 수 있고, 코너들은 원형이거나 및/또는 챔퍼링될 수 있다. 도 26b 내지 도 26d에 예시된 바와 같이, 내부 고정자(100) 및 외부 고정자(200)를 갖는 전기 기계들의 실시예들(도 2 내지 도 3 참조)에서, 직사각형 형상은 방사상 방향으로의 거리가 증가함에 따라 더 짧아지고 더 넓어진다. 즉, 회전축(1000)으로부터의 방사상 방향으로의 거리가 증가함에 따라, 톱니(120)의 길이가 감소하며(즉, a1 > b1 > c1 및 a3 > b3 > c3), 톱니(120)의 폭은 증가한다(즉, a2 < b2 < c2 및 a4 < b4 < c4). 요구되는 것은 아니지만, 일부 실시예들에서, 단면 형상의 대향되는 측면들은 동일할 수 있다. 즉, (a1=a3) > (b1=b3) > (c1=c3), 및 (a2= a4) < (b2= b4) < (c2= c4)이다. 다시 말해서, 톱니(120)는 회전축(1000)으로부터 방사상 외측 방향으로 점진적으로 더 짧아지고 더 넓어진다. 톱니(120)의 단면적(즉, 방사상 방향에 수직인 평면에서의 단면적)이 또한 방사상 외측 방향으로 변화한다. 회전자(200)가 고정자(100) 외부에 있는 실시예(예를 들어, 도 2, 도 3)에서, 단면적은 방사상 외측 방향으로 증가할 수 있다(즉, SA < SB < SC). 전기 기계들의 다른 실시예들에서, 면적은 방사상 방향을 따라 상이한 방식으로 변화할 수 있다. 예를 들어, 내부 회전자 및 외부 고정자를 갖는 전기 기계들(예를 들어, 도 8b 내지 도 8c)에서, 단면적은 방사상 내측 방향으로 증가할 수 있다.
도 26a 내지 도 26d를 참조하면, 방사상 방향에서 각각의 톱니(120)의 둘레는 실질적으로 일정할 수 있으며, 반면 방사상 방향에서 각각의 톱니(120)의 단면적은 변화할 수 있다. 즉, 평면들(A-A, B-B, 및 C-C)을 따른 톱니(120)의 둘레(도 26b 내지 도 26d 참조)는 실질적으로 동일할 수 있으며, 반면 이러한 평면들에서 이것의 단면적은 일정하지 않을 수 있다(또는 변화할 수 있다). 즉, (a1 + a2 + a3 + a4) 
(b1 + b2 + b3 + b4) 
(c1 + c2 + c3 + c4), 및 SA ≠ SB ≠ SC이다. 전기 기계의 구성과 무관하게, 모든 실시예들에서, (방사상 방향에 수직하는 단면에서) 각각의 톱니의 둘레는 방사상 방향을 따라 실질적으로 일정하게 남아 있을 수 있으며, 반면 이것의 단면적은 이러한 방향으로 변화할 수 있다.
도 27a 내지 도 27d는 상이한 평면들을 따른 톱니(120)의 단면도들이다. 도 24a와 유사하게, 도 27a는 축방향 평면에서의 톱니(120)의 단면 이미지를 예시한다. 도 27b 내지 도 27d는 톱니(120)의 축 방향을 따른(즉, 회전축(1000)을 따른) 회전축(1000)에 수직인(또는 방사상 방향에 평행한) 상이한 평면들(D-D, E-E, 및 F-F)에서의 톱니(120)의 단면들을 예시한다. 도 27b는 평면(D-D)을 따른 톱니(120)의 단면도이며, 도 27c는 평면(E-E)을 따른 톱니(120)의 단면도이고, 도 27d는 평면(F-F)을 따른 톱니(120)의 단면도이다. 이러한 도면들에 예시된 바와 같이, 톱니(120)의 중간으로부터 단부까지 축 방향으로, 톱니(120)의 단면적은 감소한다. 즉, SD > SE > SF이다. 다시 말해서, 방사상 방향(그리고 일부 실시예들에서 방사상 축(2000))에 수직인 평면에서 톱니(120)의 단면적은 방사상 방향으로 변화하며(도 26b 내지 도 26d 참조), 회전축(1000)에 수직하는(또는 방사상 방향에 평행한) 평면에서 톱니의 단면적은 축 방향으로 변화한다(도 27b 내지 도 27d 참조). 회전자(200)가 고정자(100) 외부에 있는 전기 기계(100)의 실시예(도 2, 도 3)에서, 각각의 톱니(120)의 단면적은 방사상 방향으로 증가하고(도 26b 내지 도 26d 참조) 축 방향으로 감소한다(도 27b 내지 도 27d 참조).
도 28a 및 도 28b는 (도 2, 도 3의 전기 기계(10)의) 예시적인 톱니(120)의 기하학적 세부사항들을 예시한다. 도 28a는 방사상 평면에서 톱니(120)의 단면도이며, 도 28b는 (톱니를 내려다보는) 톱니(120)의 사시도이다. 이상에서 설명된 바와 같이, 내부 고정자(100) 및 외부 회전자(200)를 갖는 전기 기계의 실시예들에서, 각각의 톱니(120)는, 톱니가 방사상 외측으로 연장됨에 따라 방사상 평면에서 더 넓어진다(도 3 참조). 도 28a에 도시된 바와 같이, 톱니(120)의 대향되는 측면 표면들은 톱니(120)의 방사상 방향(및 일부 실시예들에서는 방사상 축(2000))과 각도(γ)를 형성한다. 각도(γ)의 값은 전기 기계(100) 내의 톱니들(120)의 수에 의해 결정될 수 있다. 일반적으로, 각도(2γ)(톱니들(120)의 대향되는 측면 표면들(C, D) 사이의 각도임)는 대략 360도를 톱니들(120)의 수로 나눈 값과 동일하다. 즉, 2γ 
360°/n이여, 여기서 n은 톱니의 수이다. 예를 들어, 9개의 톱니들(120)을 갖는 전기 기계(10)(도 3 참조)에 대해, 각도(2γ) 
360/9 = 40°이다. 따라서, 톱니(120)의 각각의 측면 표면(C, D)은 방사상 축(2000)으로부터 약 20°만큼 경사진다. 도 28b를 참조하면, 톱니(120)의 전방 및 후방 표면들은 톱니(120)의 축방향 평면에서 각도(β)를 이룬다. 각도(β)가 또한 전기 기계(100)의 톱니의 수에 의해 결정된다. 방사상 방향에서 실질적으로 일정한 둘레를 갖는 톱니(120)는 다음과 같은 상관관계들을 가져온다(도 28b 참조): h1 = d1; d1 = r * Sin(γ); h1 = r * Tan(β); r * Sin(γ) = r * Tan(β); Sin(γ) = Tan(β); β = Arctan(Sin(γ)), 또는 β = 1/Tan(Sin(γ)).
도 29a 및 도 29b는 방사상 평면에서 예시적인 톱니(120)의 단면도를 예시한다. 도 29b의 톱니(120)는 폴 피스(pole piece) 또는 슈(shoe)(112)를 포함하며, 반면 도 29a의 톱니(120)를 그렇지 않다. 이러한 도면들에 도시된 바와 같이, 톱니(120)의 폭은 (방사상 축(2000)을 따라)(즉, 공기 갭(250)을 향해, 도 2, 도 3 참조) 방사상 방향으로 증가한다. 도 26a 내지 도 26d를 참조하여 설명된 바와 같이, 톱니(120)의 기하학적 치수들은, 톱니(120)의 단면적이 방사상 방향으로 증가하게 하는 것이다. 슈(112)를 갖는(도 29b) 그리고 슈를 갖지 않는(도 29a) 톱니(120)의 실시예 둘 모두에서, 방사상 방향을 따른 단면적의 증가(SA < SB < SC)는 매끄러울 수 있다. 일부 실시예들에서, 단면적의 증가는 단조로울 수 있다. 일부 실시예들에서, 단면적의 변동(증가 또는 감소)의 레이트는 일정할 수 있다. 공기 갭(250)을 향한 단면적의 매끄러운 변동(증가 또는 감소)은, 큰 전류가 톱니(120) 상에 장착된 코일(300)을 통해 흐를 때에도 자기 전도체(또는 자기장 집중기(concentrator))로서 슈(112)(슈가 사용되는 경우) 및 톱니(120)의 방사상 최외측 단부(114)(또는 팁)을 사용하는 것을 가능하게 한다.
도 30은 도 2 및 도 3의 전기 기계(10)의 회전자(200)의 일 부분 및 톱니(120)의 개략적인 예시이다. 도 30에서 확인될 수 있는 바와 같이, 고정자(100)와 회전자(200) 사이에 존재하는 공기 갭(250)은 톱니(120)의 방사상 최외측 단부(114)와 회전자(200)(회전자의 영구 자석들) 사이에 형성된다. 도 30에 예시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 코일(300)은, 코일(300)의 방사상 최외측 단부(316)가 공기 갭(250)에 가능한 한 가깝게 위치되도록 톱니(120) 상에 장착될 수 있다. 코일(300)의 방사상 최외측 단부(316)와 톱니(120)의 방사상 최외측 단부(114) 사이의 방사상 거리(y)는 사용되는 애플리케이션 및 제조 방법들에 의존할 수 있다. 일부 실시예들에서, 거리(y)는 공기 갭(250)의 약 20%보다 더 작거나 또는 이와 동일할 수 있다. 일부 실시예들에서, 거리(y)는 공기 갭(250)의 0-20% 사이일 수 있다. 일부 실시예들에서, 코일(300)의 방사상 최외측 단부(316)는 톱니(120)의 방사상 최외측 단부(114)와 실질적으로 일치할 수 있다(즉, y 
0). 다시 말해서, 코일(300)의 방사상 최외측 단부(316)는 톱니(120)의 방사상 최외측 단부(114)를 넘어 돌출하지 않을 수 있다.
도 30에 또한 예시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 톱니(120)의 방사상 최외측 단부(114)는, 모든 톱니(120)의 방사상 최외측 단부들(114)이 실질적으로 원형 프로파일을 갖도록 둥글거나 또는 만곡될 수 있다. 축방향 평면 및 방사상 평면에서 톱니(120)의 단면 형상은 이등변 사다리꼴 또는 비-등변(non-isosceles) 사다리꼴일 수 있다. 도 31a 및 도 31b는, 이등변 사다리꼴 형상을 갖는 톱니(120) 및 비-등변 사다리꼴 형상을 갖는 톱니(120A)의 (방사상 평면 또는 축방향 평면의) 개략적인 예시들이다. 본 개시의 전기 기계의 톱니들은 방사상 평면(도 3 참조) 및/또는 축방향 평면(도 2 참조)에서 이등변 또는 비-등변 사다리꼴 형상을 가질 수 있다는 것을 유의해야 한다. 방사상 방향으로의 톱니의 단면적의 매끄러운 증가 및 갭에 가까운 톱니 상의 코일의 위치뿐만 아니라 톱니(120)의 사다리꼴 기하학적 구조는 전기 기계들의 누설 플럭스들을 감소시키는 것을 도우며 그럼으로써 이것의 효율 및 파워 출력을 증가시키는 것을 도울 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 본 개시의 전기 기계들은 고정자(100) 및 회전축(1000)을 중심으로 고정자(100)에 대해 회전하도록 구성된 회전자(200)를 포함할 수 있다(예를 들어, 도 2, 도 3, 도 8a 내지 도 22 참조). 회전자(100) 또는 고정자(200) 중 적어도 하나는 회전축(1000) 주위에 환형으로 배열된 복수의 톱니들(120)을 포함할 수 있다. 복수의 톱니들(120)은 고정자(100) 상에 또는 회전자(200) 상에 환형으로 배열될 수 있다. 각각의 톱니(120)는, 방사상 방향에 수직하는 복수의 평면들(예를 들어, A-A, B-B, C-C)에서 각각의 톱니(120)의 단면적들(예를 들어, SA, SB, SC)이 변화하도록 방사상 방향으로 연장될 수 있다(예를 들어, 도 26a 내지 도 26d 참조). 복수의 단면들의 둘레들은 복수의 수직 평면들에 걸쳐 실질적으로 일정할 수 있다. 즉, 방사상 방향에 수직하는 평면에서 각각의 톱니의 단면적은 방사상 방향을 따라 변화할 수 있으며, 반면 단면들의 둘레는 이러한 방향으로 실질적으로 일정하게 남아 있는다(예를 들어, 도 26a 내지 도 26d 참조).
일부 실시예들에서, 회전축(1000)에 수직하는 평면에서 각각의 톱니(120)의 단면적은 축 방향을 따라 변화한다(예를 들어, 도 27a 내지 도 27d 참조). 이상에서 설명된 바와 같이, 회전자(200) 및 고정자(100)의 구성에 기초하여, 단면적은, 복수의 톱니들이 고정자 상에 위치될 때 회전자(200)를 향해 증가하거나 또는 감소할 수 있다. 방사상 평면 및 축방향 평면 둘 모두에서 각각의 톱니(120)의 단면 형상은 사다리꼴일 수 있다(예를 들어, 도 2, 도 3, 도 6a 내지 도 22 참조). 일부 실시예들에서, 방사상 및/또는 축방향 평면에서 각각의 톱니(120)의 단면 형상은 비-등변 사다리꼴이다(예를 들어, 도 31a 참조). 일부 실시예들에서, 방사상 및/또는 축방향 평면에서 각각의 톱니(120)의 단면 형상은 이등변 사다리꼴이다(예를 들어, 도 31b 참조). 회전자(200)가 고정자(100)의 방사상 외측에 배치되는 실시예들(예를 들어, 도 2, 도 3 참조)에서, 방사상 평면(도 3 참조)에서 각각의 톱니의 폭은 회전자(200)를 향해 방사상 방향으로 증가하며, 축방향 평면(도 2 참조)에서 각각의 톱니의 길이는 회전자(200)를 향해 방사상 방향으로 감소한다.
이상에서 설명된 바와 같이, 전기 기계는 또한 복수의 전자기 코일들(300)을 포함할 수 있다. 코일(300)을 형성하는 방법은 도 48 내지 도 52를 참조하여 이하에서 설명된다. 각각의 코일(300)은 전기 기계의 별개의 톱니(120) 상에 장착되고 그 주위로 연장될 수 있다(예를 들어, 도 8a 내지 도 22 참조). 다중-부품 톱니(120) 상에 코일(300)을 장착하는 방법은 도 45 내지 도 47을 참조하여 이하에서 설명된다. 각각의 코일(300)은 임의의 단면 형상을 갖는 와이어(314) 또는 평평한 호일(312) 형태의 전기 전도체(예를 들어, 구리 와이어)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 와이어(314)는 정사각형, 직사각형, 또는 원형 단면 형상 중 하나를 가질 수 있다(예를 들어, 도 7d, 도 7e 참조). 임의의 유형의 와이어(314)가 코일(300)을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 와이어는 단일 가닥 또는 다수의 가닥들(예를 들어, 함께 꼬인 다수의 가닥들)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 와이어는 다중-가닥 와이어일 수 있다(예를 들어, 도 7a, 도 7b 참조). 일부 실시예들에서, 각각의 코일(300)은 톱니(120)를 따라 방사상 방향으로 나선 형태로 감길 수 있다(예를 들어, 도 7b 참조). 일부 실시예들에서, 와이어 대신에, 호일(312)(예를 들어, 구리 호일)이 코일(300)을 형성하기 위해 사용될 수 있다(예를 들어, 도 6a 내지 도 6d 참조). 호일(312)은, 호일의 폭이 방사상 방향으로 톱니(120)의 전체 길이에 걸쳐 연장되도록 톱니(120) 주위에 감길 수 있다(예를 들어, 도 6a 참조). 대안적으로, 일부 실시예들에서, 더 얇은 호일(예를 들어, 방사상 방향에서 톱니(120)의 길이보다 더 작은 폭을 갖는 호일)은 톱니(120)를 따라 방사상 방향으로 나선 형태로 (예를 들어, 립 상에) 감길 수 있다(예를 들어, 도 6c, 도 6d 참조).
이상에서 설명된 바와 같이, 톱니들(120)은 함께 결합된 다수의 부품들(코어 톱니-부분(122) 및 하나 이상의 추가적인 톱니-부분들(124A-124F))을 포함할 수 있다(예를 들어, 도 23a 내지 도 23m 참조). 이상에서 또한 설명된 바와 같이, 이러한 다수의 부품들은 동일한 재료로 또는 상이한 재료들(SMC, 등)로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 코어 톱니-부분(122)은, 회전축(1000) 주위로 연장되는 고정자 코어(110)의 환형 링(130)과 일체로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 추가적인 톱니-부분들(예를 들어, 124A, 124B, 124E, 124F) 중 하나 이상은 웨지-형상일 수 있으며, 코어 톱니-부분(122)의 대향되는 측면들 상에 배치될 수 있다. 각각의 톱니(120)는, 방사상 방향에 수직하는 평면에서 톱니(120)의 단면적이 회전자를 향해 방사상 방향으로 변화할 수 있도록 방사상 방향으로 연장된다. 회전자(200)가 고정자(100)의 방사상 외측에 위치되는 실시예들에서, 톱니(120)의 단면적은 회전자(200)를 향해 방사상 방향으로 증가한다.
본 개시의 전기 기계들의 다양한 실시예들에서, 고정자는 회전축 주위로 연장되는 환형 고정자 링을 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은, 환형 고정자 링은 고정자와 연관된 링-형 구조체이다. 링-형 구조체는 전기 기계의 회전축 주위에 배치될 수 있다. 도 23a 내지 도 23k를 참조하면, 예를 들어, 전기 기계(10)의 고정자(100)는 회전축(1000) 주위로 연장되는 환형 부품(130)를 포함한다. 본 개시의 전기 기계들의 다양한 실시예들은 또한 고정자 링 상에 원주 방향으로(circumferentially) 배열된 복수의 다중-부품 톱니들을 포함할 수 있다. 다시 말해서, 복수의 톱니들은 각각 다수의 부품들을 포함할 수 있으며, 이들은 환형 고정자 링의 원주 상에 또는 그 근처에 위치될 수 있다. 도 23a 및 도 23c에서 가장 잘 보이는 바와 같이, 본 개시의 실시예들에서, 복수의 다중-부품 톱니들(120)은 고정자(100)의 환형 부품(130) 상에 원주 방향으로 배열된다.
다양한 실시예들에서, 복수의 다중-부품 톱니들의 각각의 다중-부품 톱니는 고정자 링과 일체로 형성된 코어 톱니-부분 및 고정자 링과 별개인 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분을 포함할 수 있다. 즉, 코어 톱니-부분은 고정자 링에 연결되어 단일 구성요소를 형성할 수 있으며, 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분은 하나 이상의 추가적인 구성요소들을 형성한다. 일부 실시예들에서, 코어 톱니-부분 및 고정자 링은 단일 부품으로 형성될 수 있으며, 추가적인 톱니-부분(들)은 별개의 부품들로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 코어 톱니-부분 및 고정자 링은 별개의 부품들로서 형성될 수 있지만, 부품의 무결성을 파괴하지 않고는 용이하게 분해될 수 없는 단일 부품을 형성하기 위해 함께 부착(예를 들어, 융합 또는 달리 제거불가능하게 부착)될 수 있으며, 반면 추가적인 톱니-부분(들)은, 이들이 고정자 링으로부터 용이하게 분리될 수 있는 방식으로 함께 부착될 수 있다.
도 23a 내지 도 23m을 참조하여 이상에서 설명된 바와 같이, 전기 기계(10)의 각각의 톱니(120)는 함께 배열된 다수의 부품들(예를 들어, 코어 톱니-부분(122) 및 추가적인 톱니-부분들(124A-124F))을 포함할 수 있다. 도 23a 내지 도 23k를 참조하여 논의된 톱니(120)의 예시적인 실시예들에서, 각각의 톱니(120)의 코어-톱니 부분(122)은 회전축(1000) 주위로 연장되는 (고정자 코어(110)의) 환형 부품(130)과 일체로 형성되며, 하나 이상의 추가적인 톱니-부분들(124-124K)은 톱니(120)를 형성하기 위해 코어 톱니-부분(120)의 측면 표면들 및/또는 상단 및 하단 표면들 상에 위치된다.
도 32a는 환형 부품(130) 상에 환형으로 배열된 복수의 코어 톱니-부분들(122)을 갖는 고정자 코어(110)의 환형 부품(130)의 예시적인 실시예를 예시한다. 각각의 코어 톱니-부분(122)은 환형 부품(130)으로부터 방사상 외측으로 연장되고, 다중-부품 톱니(112)의 일 부분을 포함한다(도 23a 참조). 도 32a에 예시된 환형 부품(130)의 실시예에서, 각각의 코어 톱니-부분(122)은 방사상 축(2000)을 따라 환형 부품(130)으로부터 방사상 외측으로 연장된다. 그러나, 도 23g를 참조하여 설명된 바와 같이, 이것은 요건은 아니다. 즉, 일부 실시예들에서, 코어 톱니-부분(122)은 환형 부품(130)으로부터 방사상 외측으로 연장될 수 있지만 방사상 축(2000)에 대해 경사질 수 있다.
환형 부품(130)을 형성하는 고정자 코어(110)는, 도 32a에 예시된 바와 같이 단일 부품(즉, 함께 결합된 다수의 부품들이 아닌 단일 부품)으로서 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서(예를 들어, 고정자 코어(110)가 SMC 또는 다른 부서지기 쉬운(brittle) 재료로 만들어질 때), 고정자 코어(110)를 단일 부품으로서 제조하는 것은 어렵거나 및/또는 비쌀 수 있다. 고정자 코어(110)의 제조 및 전기 기계의 동작 동안, 코어(110)의 부품들은 상당한 응력들(예를 들어, 제조 동안의 압력, 동작 동안의 교번하여 맥동하는 하중들, 및 열적-기계적 힘들, 등)을 경험할 수 있다. 이러한 큰 응력들은 단일 부품으로서 제조될 수 있는 고정자 코어(110)의 크기를 제한할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 단일 부품으로서 용이하게 제조될 수 있는 고정자 코어(110)의 두께(예를 들어, 코어-톱니 부분(122)의 두께) 대 축방향 길이(예를 들어, 회전축(1000)을 따른 높이)의 비율은 약 1:6보다 더 작거나 또는 이와 동일할 수 있다. 더 큰 크기의 고정자 코어들(110)은 일부 실시예들에서 다수의 부품들로서 제조될 수 있다.
도 32b 내지 도 32e에 예시된 바와 같이, 고정자 코어(110)는 다수의 부품들로 만들어지고 그런 다음 함께 부착될 수 있다. 도 32b 및 도 32c는, 고정자 코어(110)를 형성하기 위해 대칭 평면을 따라 함께 부착된 2개의 거울-대칭 절반부들(110A, 110B)로 만들어진 예시적인 고정자 코어(110)를 예시한다. 이러한 도면들에 예시된 바와 같이, 코어의 각각의 절반부(110A, 110B)는 코어 톱니-부분(122)의 절반부(122A, 122B)를 포함한다. 2개의 절반부들(110A, 110B)은 임의의 유형의 접착 재료를 사용하여 함께 부착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 영구 접착제(예를 들어, 부품의 무결성을 파괴하지 않고는 용이하게 제거될 수 없는 접착제)가 코어(110)의 2개의 절반부들(110A, 110B)을 함께 부착하기 위해 사용될 수 있다. 코어(110)의 2개의 절반부들(110A, 110B)을 부착하기 위해 사용되는 접착 재료의 CTE는 CTE 불일치 유도 열적-기계적 응력들을 감소시키기 위해 코어(110)를 형성하는 재료의 CTE의 약 20% 이내일 수 있다. 일반적으로, 고정자 코어(110)는, 함께 결합되는 임의의 수의 부품들에 의해 형성될 수 있다. 도 32d 및 도 32e는, (예를 들어, 이상에서 논의된 접착 재료를 사용하여) 함께 결합되는 3개의 부품들(110A, 110B, 110C)로 만들어진 예시적인 고정자 코어(110)를 예시한다.
고정자(100)의 강도를 증가시키기 위해, 고정자 코어(110)의 하나 이상의 부품들은 함께 조립된 라미네이트된 전기 스틸 시트들로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 예를 들어, 약 0.014" 내지 0.018"(29 내지 26 게이지) 두께 사이이며 매우 얇은 절연 층(예를 들어, 약 0.001" 두께의 절연 층)으로 코팅된 다수의 라미네이트된 스틸 시트들(예를 들어, 실리카-스틸 시트들)은 고정자의 라미네이트된 스틸 부품을 형성하기 위해 함께 부착될 수 있다. 이러한 일부 실시예들에서, 도 23k를 참조하여 설명된 유형의 다중-부품 톱니(120)가 사용될 수 있다. 환형 부품(130) 및 코어 톱니-부분(122)은 라미네이트된 스틸 또는 등방성 재료(SMC)로 만들어질 수 있으며, 추가적인 부분들(124A-124F)은 SMC와 같은 등방성 재료로 만들어질 수 있다. 자기장들의 3차원성으로 인해, 코어 톱니-부분(122)의 대향되는 측면 면들 상에서 추가적인 톱니-부분들(124A, 124B)의 쌍을 사용하고 및 코어 톱니-부분(122)의 대향되는 상단 및 하단 표면들 상에서 추가적인 톱니-부부분들(124E, 124F)의 다른 쌍을 사용하는 것은 적절한 자기 성능을 제공할 수 있다.
도 33a 내지 도 33c는 다수의 재료들로 만들어진 예시적인 고정자 코어(110)를 예시한다. 이러한 도면들을 참조하면, 고정자 코어(110)는 코어(111)의 환형 부품(130)을 형성하기 위해 중심 환형 부품(130B)에 부착된 상부 및 하부 환형 부품들(130A, 130C)을 포함한다. 도 33c에 도시된 바와 같이, 상부 및 하부 환형 부품들(130A, 130C)은 동일한 구성요소들일 수 있다. 일반적으로, 환형 부품들(130A, 130B, 및 130C)은 임의의 재료(예를 들어, SMC, 라미네이트된 스틸, 등)로 만들어질 수 있다. 상부 및 하부 환형 부품들(130A, 130C)은 라미네이트된 스틸로 만들어진 링들을 함께 부착함으로써 만들어질 수 있다. 중심 환형 부품(130B)은 SMC로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 33b에서 가장 잘 보이는 바와 같이, 코어 톱니-부분(122)는 중심 환형 부품(130B)으로부터 방사상 외측으로 연장될 수 있으며, 상부 및 하부 추가적인 톱니-부분들(124E 및 124F)은 상부 및 하부 환형 부품들(130A, 130C) 및 코어-톱니 부분(122)의 상단 및 하단 표면들에 부착될 수 있다. 추가적인 톱니형 부분들(124A, 124B, 124E, 및 124F)은 등방성 재료(SMC)로 만들어질 수 있으며, 상부 및 하부 환형 부분들(130A, 130C), 중심 환형 부분(130B), 및 코어 톱니 부분(122)은 라미네이트된 스틸 또는 등방성 재료(SMC)로 만들어질 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에서, 복수의 전자기 코일들의 각각의 코일은, 각각의 코일이 코일과 코어 톱니-부분 사이에 갭을 갖는 상태로 다중-부품 톱니의 대응하는 코어 톱니-부분을 둘러싸도록 복수의 다중-부품 톱니들의 상이한 다중-부품 톱니 상에 장착되며, 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분은 갭에 배치된다. 각각의 다중-부품 톱니는 별개의 전자기 코일과 연관될 수 있다. 코일은, 하나 이상의 공간들 또는 갭들이 코일과 코어 톱니-부분 사이에 형성되도록 다중-부품 톱니의 코어-톱니 부분 주위로 연장될 수 있다. 그리고 추가적인 톱니-부분들은 이러한 공간들 또는 갭들에 위치된다. 일부 실시예들에서, (예를 들어) 도 4a, 도 23f, 도 23h, 도 23j, 도 23k에 예시된 바와 같이, 각각의 다중-부품 톱니(120)의 코어 톱니-부분(124)은, 코일(300)이, 코어 톱니-부분(124)의 외부 표면들과 코일(300)의 내부 표면들 사이에 하나 이상의 갭들이 형성되는 상태로 코어 톱니-부분(124) 주위로 연장되도록 코일(300) 상에 장착된다. 다중-부품 톱니(120)가 코어 톱니-부분(122) 및 코어 톱니-부분(122)의 대향되는 측면 표면들 상에 위치된 추가적인 톱니-부분들(124A, 124B)의 쌍으로 형성되는 도 4 및 도 23a의 실시예에서, 2개의 갭들은, 코일(300)이 코어 톱니-부분(122) 상에 장착될 때 코어 톱니-부분(124)의 대향되는 측면 표면들과 코일(300)의 내부 표면 사이에 형성된다. 추가적인 톱니-부분들(124A, 124B) 중 하나는 하나의 갭에 위치되며, 다른 추가적인 톱니-부분(124B)은 다른 갭에 위치된다. 다중-부품 톱니(120)가 코어 톱니-부분(122) 및 단일 추가적인 톱니-부분(124C)으로 형성되는 도 23f의 실시예에서, 이러한 추가적인 톱니-부분(124C)은 코어 톱니-부분(122)의 측면 표면과 코일(300) 사이에 형성된 갭에 위치된다. 그러고, 도 23k의 실시예에서, 4개의 갭들이 코어 톱니-부분(122)의 외부 표면들과 코일(300)의 내부 표면 사이에 형성되며, 각각의 추가적인 톱니-부분(124A, 124B, 124E, 124F)은 별개의 갭에 위치된다.
일부 실시예들에서, 본 개시의 전기 기계들(전기 모터 또는 발전기)은 고정자(100) 및 회전축(1000)을 중심으로 고정자(100)에 대해 회전하도록 구성된 회전자(200)를 포함할 수 있다(예를 들어, 도 2, 도 3, 도 8a 내지 도 22 참조). 회전자(100) 또는 고정자(200) 중 적어도 하나는 회전축(1000) 주위에 배열된 복수의 다중-부품 톱니들(120)을 포함할 수 있다. 고정자(100)는 회전축(1000) 주위로 연장되는 환형 고정자 링 또는 부품(130)을 포함할 수 있다(예를 들어, 도 23a, 도 23g, 도 23k, 등 참조). 일부 실시예들에서, 복수의 다중-부품 톱니들(120)은 고정자 링(130) 상에 원주 방향으로 배열될 수 있다. 각각의 다중-부품 톱니(120)는 고정자 링(130)과 일체로 형성된 코어 톱니-부분(122) 및 고정자 링(130)과 별개로 형성된 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분(예를 들어, 추가적인 톱니-부분들(124A, 124B, 124E, 124F))을 포함할 수 있다. 전기 기계는 또한 복수의 전자기 코일들(300)을 포함할 수 있다. 그리고, 각각의 코일(300)은, 코일(300)이 코일(300)과 코어 톱니-부분(122) 사이에 갭(들)이 형성되는 상태로 다중-부품 톱니(120)의 코어 톱니-부분(122)을 둘러싸고(예를 들어, 도 23e 내지 도 23f, 도 23i 내지 도 23k, 도 24a, 등 참조) 추가적인 톱니-부분이 갭(들)에 배치될 수 있도록 별개의 톱니(120) 상에 장착될 수 있다.
일부 실시예들에서, 환형 부품(또는 링)(130)은 SMC로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 환형 부품(130)은 라미네이트된 스틸로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 환형 부품(130)의 하나의 부분은 하나의 재료(예를 들어, 라미네이트된 스틸)로 형성될 수 있으며, 반면 다른 부분은 다른 재료로 만들어진다. 일부 실시예들에서, 환형 부품(130)은 단일 부품으로서 형성될 수 있다(예를 들어, 도 32a 참조). 다른 실시예들에서, 환형 부품(130)은 다수의 부품들로 만들어질 수 있다(예를 들어, 도 32b 내지 도 32e 참조). 일부 실시예들에서, 고정자(100)의 환형 부품(130)은 회전축(1000)에 수직인 대칭 평면을 따라 함께 결합된 2개의 거울-대칭 절반부들을 포함할 수 있다(예를 들어, 도 32b 내지 도 32c 참조). 환형 부품(130)은 함께 부착된 2개 이상의 실질적으로 동일한 부품들을 포함할 수 있다(예를 들어, 도 32b 내지 도 32e 참조). 임의의 유형의 접착 재료가 고정자 링(114)의 부품들을 함께 부착하기 위해 사용될 수 있다. 접착 재료의 CTE는 부착된 구성요소들의 CTE의 약 20% 이내일 수 있다.
환형 고정자 링(130)은 다수의(2개, 3개, 4개, 등) 축방향으로 스택된 환형 부품들을 포함할 수 있다(예를 들어, 도 32b 내지 도 32c 참조). 일부 실시예들에서, 스택된 환형 부품들의 각각은 동일한 재료(예를 들어, SMC, 라미네이트된 스틸)로 만들어질 수 있으며, 반면 다른 실시예들에서, 스택된 환형 부품들은 상이한 재료들로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 도 33b의 환형 부품(130)을 참조하면, 상단 및 하단 환형 부품들(130A, 130C)은 라미네이트된 스틸 또는 SMC 중 하나로 만들어질 수 있으며, 중심 환형 부품(130B)은 라미네이트된 스틸 또는 SMC 중 다른 것으로 만들어질 수 있다.
각각의 다중-부품 톱니(120)의 코어 톱니-부분(122)은 환형 고정자 링(114)으로부터 방사상 방향으로 외측으로 연장될 수 있다(예를 들어, 도 23c, 도 23g 참조). 일부 실시예들에서, 코어 톱니-부분(122)은 고정자 링(130)의 방사상 축(2000)을 따라 환형 고정자 링(130)으로부터 방사상 외측으로 연장된다(예를 들어, 도 23c 참조). 일부 실시예들에서, 코어 톱니-부분(122)은 방사상 축(2000)으로부터 경사지게 환형 고정자 링(130)으로부터 방사상 외측으로 연장된다(예를 들어, 도 23g 참조).
방사상 방향에 수직인 평면을 따른 코어 톱니-부분(122) 및 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분(124A-124F)의 각각의 단면은 실질적으로 직사각형 형상을 갖는다(예를 들어, 도 23a, 도 23f, 도 23k 참조). 일부 실시예들에서, 회전축에 수직인 평면을 따른 코어 톱니-부분(112a)의 단면은 실질적으로 직사각형 형상을 가지며, 회전축에 수직인 평면을 따른 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분의 단면은 실질적으로 삼각형 형상을 갖는다(예를 들어, 도 23c, 도 23h 참조). 일부 실시예들에서, 방사상 평면에서 각각의 다중-부품 톱니(120)의 단면은 사다리꼴 형상을 갖는다(예를 들어, 도 3, 도 23c, 도 23h 참조). 일부 실시예들에서, 축방향 평면에서 각각의 다중-부품 톱니(112)의 단면 형상이 또한 사다리꼴이다(예를 들어, 도 2, 도 23d 참조). 일부 실시예들에서, 방사상 및/또는 축방향 평면에서 톱니(120)의 단면 형상은 이등변 사다리꼴이다(예를 들어, 도 31a, 도 31b 참조). 일부 실시예들에서, 톱니의 방사상 방향에 수직인 평면에서 각각의 다중-부품 톱니(120)의 단면적의 둘레는 방사상 방향으로 실질적으로 일정하며, 반면 단면의 면적은 방사상 방향으로 변화한다(예를 들어, 도 26a 내지 도 26d 참조). 각각의 톱니(120)는 코어 톱니-부분(124)의 대향되는 측면들 상에 대칭적으로 배열된 추가적인 톱니-부분들(124A, 124B, 124E, 124F)의 쌍을 포함할 수 있다(예를 들어, 도 23c, 도 23k 참조). 일부 실시예들에서, 각각의 톱니(120)는 코어 톱니-부분(122)의 대향되는 측면들(예를 들어, 대향되는 측면 표면들)의 제1 쌍 상에 대칭적으로 배열된 추가적인 톱니-부분들(124A, 124B)의 제1 쌍, 및 코어 톱니-부분(122)의 대향되는 측면들(예를 들어, 상단 및 하단 표면들)의 제2 쌍 상에 대칭적으로 배열된 추가적인 톱니-부분들(124E, 124F)의 제2 쌍을 포함한다(예를 들어, 도 23k 참조).
각각의 다중-부품 톱니(120)의 코어 톱니-부분(122) 및 추가적인 톱니-부분들은 접착 재료를 사용하여 함께 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 코일(300) 및 다중-부품 톱니(120)의 다수의 부품들은 접착 재료에 의해 함께 부착될 수 있다. 임의의 적절한 유형의 접착 재료(예를 들어, 접착제)가 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 접착 재료는 접착 재료의 속성들을 수정하기 위해 필러 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 접착 재료의 CTE는 톱니(120)의 재료들의 CTE의 약 20% 이내일 수 있다. 일부 실시예들에서, 접착 재료의 CTE는 톱니(120) 및 코일(300)의 재료들의 CTE의 약 20% 이내일 수 있다.
각각의 다중-부품 톱니(120)의 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분은 코일(300)의 내부 표면과 코어 톱니-부분(122)의 외부 표면 사이에 끼워질 수 있다(예를 들어, 도 23f, 도 23k, 도 24a 참조). 일부 실시예들에서, 코일(300)은, 코일(300)의 내부 표면과 코어 톱니-부분(122)의 대향되는 측면들 사이에 적어도 2개의 갭들이 형성되고 각각의 추가적인 톱니-부분이 상이한 갭에 배치되도록 각각의 톱니(120)의 코어 톱니-부분(122)을 둘러싼다(예를 들어, 도 23k, 도 24a 참조). 일부 실시예들에서, 각각의 톱니(120)는 코일(300)과 코어 톱니-부분(122) 사이의 갭에 배치된 단일 웨지-형 추가적인 톱니-부분을 포함한다(예를 들어, 도 23f 참조).
본 개시의 전기 기계들의 다양한 실시예들은 방사상 방향으로 연장되는 복수의 코어 톱니-부분들 및 환형 고정자 링을 갖는 고정자를 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은, 환형 고정자 링은 고정자의 링-형 구성요소이다. 또한, 톱니들은 환형 고정자 링으로부터 돌출하는 일련의 돌출부들이다. 각각의 돌출부는 톱니를 형성한다. 코어 톱니-부분은 고정자 코어에 부착되는 톱니의 일 부분이다. 이상에서 설명된 바와 같이, 도 23a 내지 도 23k 및 도 32a 내지 도 32e를 참조하면, 일부 실시예들에서, 전기 기계(10)의 고정자(100)는 회전축(1000) 주위로 연장되는 환형 부품(130)을 갖는 고정자 코어(110)를 포함한다. 이러한 도면들에서 또한 확인될 수 있는 바와 같이, 코어 톱니-부분(124)은 고정자 코어(110)의 환형 부품(130)으로부터 방사상 방향으로 연장된다. 코어 톱니-부분(124)은 고정자(100)의 다중-부품 톱니들(120)의 일 부분을 형성한다.
다양한 실시예들에서, 환형 고정자 링 및 복수의 코어 톱니-부분들은 소프트 자성 복합체(Soft Magnetic Composite; SMC)로 일체로 형성된다. 본원에서 사용되는 바와 같은, 용어 "일체로 형성된"은, 고정자 링 및 코어 톱니-부분이 부품의 무결성을 파괴하지 않고는 실질적으로 분해될 수 없는 단일 부품을 형성하기 위해 연결된다는 것을 나타낸다. 일부 경우들에서, 고정자 링 및 코어 톱니-부분은 단일 부품으로 형성된다. 일부 실시예들에서, 코어 톱니-부분 및 고정자 링은 별개의 부품들로서 형성될 수 있지만, 부품의 무결성을 파괴하지 않고는 용이하게 분해될 수 없는 단일 부품을 형성하기 위해 함께 부착(예를 들어, 융합 또는 달리 제거불가능하게 부착)될 수 있다. 소프트 자성 복합체(SMC)은, 일부 실시예들에서, 전기 절연 필름의 층으로 코팅되는 강자성 파우더 입자들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, SMC들은 전기 절연 필름에 의해 둘러싸인 강자성 파우더 입자들을 포함할 수 있다. SMC로 만들어진 구성요소들은 통상적인 파우더 금속 압축(compaction) 기술들에 의해 제조될 수 있다. 일부 경우들에서, 일체로 형성된 SMC 고정자 코어는 전통적인 라미네이트된 스틸 코어들을 뛰어 넘는 몇몇 이점들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 이러한 고정자 코어들은 3차원(3D) 등방성 강자성 거동, 매우 낮은 와전류 손실들, 중간 및 높은 주파수들에서의 상대적으로 낮은 총 코어 손실, 개선된 열적 특성들, 및 감소된 중량 중 하나 이상을 나타낼 수 있다. 임의의 현재 알려진 또는 이후에 개발되는 SMC가 본 개시의 실시예들에서 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상업적으로 입수가능한 SMC(예를 들어, Sintex® SMC, Somaloy 130i, Somaloy 500, Somaloy 700 IP, Somaloy 700 3P, Somaloy 700 5P, 또는 다른 적절한 SMC)가 사용될 수 있다.
도 23a 내지 도 23m을 참조하여 이상에서 설명된 바와 같이, 전기 기계(10)의 각각의 톱니(120)는 함께 배열된 다수의 부품들(예를 들어, 코어 톱니-부분(122) 및 추가적인 톱니-부분들(124A-124F))을 포함한다. 도 23a 내지 도 23k(및 도 32a 내지 도 32e)를 참조하여 논의된 톱니(120)의 예시적인 실시예들에서, 고정자 코어(110)의 환형 부품(130)으로부터 방사상 외측으로 연장되는 각각의 톱니(120)의 코어 톱니-부분(122)은 환형 부품(130)과 일체로 형성된다. 하나 이상의 추가적인 톱니-부분들(124-124K)은 다중-부품 톱니(120)를 형성하기 위해 코어 톱니-부분(122)의 측면 표면들 및/또는 상단과 하단 표면들 상에 위치된다. 도 23a(및 도 21a 내지 도 32e)에 예시된 톱니(120)의 실시예에서, 각각의 코어 톱니-부분(124)은 톱니(120)의 방사상 축(2000)을 따라 환형 부품(130)으로부터 외측으로 방사상 방향으로 연장된다. 그러나, 도 23g를 참조하여 설명된 바와 같이, 이것은 요건은 아니다. 즉, 일부 실시예들에서, 코어 톱니-부분(122)은 방사상 축(2000)에 대해 경사지게 환형 부품(130)으로부터 방사상 외측으로 연장될 수 있다.
일체로 형성된 (톱니(120)의) 코어 톱니-부분(122) 및 환형 부품(130)은 동일한 재료로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 일체로 형성된 환형 부품(130) 및 코어 톱니-부분(122)은 SMC로 형성될 수 있다. 완전한 톱니(120)를 형성하기 위해 코어 톱니-부분(122)과 조립된 추가적인 톱니-부분들(124A-124F)은 SMC 또는 다른 등방성 재료로 형성될 수 있다().일부 실시예들에서, 코어 톱니-부분(122) 및 추가적인 톱니-부분들(124A-124F) 모두는 SMC로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 코어 톱니-부분(122)(및 환형 부품(130))은 SMC로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 코어 톱니-부분(122)(및 환형 부품(130))은 스틸 라미네이션으로 만들어질 수 있으며, 반면 추가적인 톱니-부분들(124A-124F) 중 일부 또는 전부는 SMC로 형성된다.
일부 실시예들에서, 도 33a 내지 도 33c를 참조하여 설명된 바와 같이, 고정자 코어(110)는 코어(110)의 환형 부품(130)을 형성하기 위해 중심 환형 부품(130B)에 부착된 상부 및 하부 환형 부품들(130A, 130C)을 포함할 수 있다. 일부 이러한 실시예들에서, 도 33b에서 가장 잘 보이는 바와 같이, 코어 톱니-부분(122)은 중심 환형 부품(130B)과 일체로 형성될 수 있으며, 중심 환형 부품(130B)으로부터 방사상 방향으로 외측으로 연장될 수 있다. 일반적으로, 환형 부품들(130A, 130B, 및 130C)은 임의의 재료(예를 들어, SMC, 라미네이트된 스틸, 등)로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 중심 환형 부품(130B) 및 코어 톱니-부분(122)은 SMC로 형성될 수 있으며, 상부 및 하부 환형 부품들(130A, 130C)은 라미네이트된 스틸로 형성될 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 임의의 적절한 SMC는 일체로 형성된 환형 고정자 링(130) 및 복수의 코어 톱니-부분들(122)을 만들기 위해 사용될 수 있다. 본 개시의 다양한 실시예들에서, SMC는 하나 이상의 등방성 강자성 재료들, 적어도 1.6 테슬라(Tesla)의 자기 포화 유도, 및 10 마이크로-옴/m를 초과하는 전기 저항률을 포함할 수 있다. 강자성 재료는 자기장을 잘 전도시키는 물질이다. 강자성 재료들의 예들은, 철, 코발트, 니켈, 가돌리늄, 이산화 크롬(CrO2), 및 다른 것들을 포함한다. 본 개시의 일부 실시예들에서, 강자성 재료는 철-기반 재료일 수 있다. 등방성 재료는, 상이한 방향들에서 동일한 값인 하나 이상의 속성들을 갖는다. 재료의 임의의 속성은 상이한 방향들에서 동일할 수 있다. 일부 실시예들에서, 등방성 강자성 재료의 하나 이상의 자기 속성들은 상이한 방향들에서 동일할 수 있다. 일부 실시예들에서, 재료의 전기 저항률 및/또는 자기 포화 유도 모든 방향들에서 동일할 수 있다. 자기 포화 유도는, 재료로 만들어진 구성요소 또는 재료 내에서 얼마나 많은 자기가 유도될 수 있는지를 나타내는 지표이다. 자기 포화때문에, 그 지점을 넘어 증가된 자기장을 인가하는 것이 최소 추가 자기 유도를 발생시키는 감소하는 리턴(return)들의 지점이 존재한다. 자기 포화 유도는, 소프트 자성 재료의 포화를, 자기장 강도가 더 증가해도 유도가 증가하지 않는 상태로 특징짓는다. 전기 저항률은, 재료가 전류에 대해 얼마나 강하게 저항하는지를 나타내는 재료의 기본 속성이다. 저항률은, 재료가 전기를 얼마나 잘 전도시키는지를 수량화하는 전기 전도율의 역수이다. 전기 저항률의 낮은 값은, 재료가 쉽게 전류를 통과시킨다는 것을 나타낸다.
일부 실시예들에서, 일체로 형성된 환형 고정자 링(130) 및 복수의 코어 톱니-부분들(122)을 만들기 위해 사용되는 SMC 재료는 약 1.6 테슬라 이상의 자기 포화 유도(자기 포화 유도 ≥ 약 1.6 테슬라) 및 약 10 마이크로-옴/m보다 큰 전기 저항률을 갖는 등방성 강자성 재료일 수 있다. 일부 실시예들에서, SMC는 약 2.4 테슬라 이상의 자기 포화 유도(자기 포화 유도 ≥ 약 2.4 테슬라)를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, SMC의 자기 포화 유도는 약 2.5 테슬라 이상일 수 있다(자기 포화 유도 ≥ 약 2.5 테슬라). 일부 실시예들에서, SMC의 자기 포화 유도는 약 2.4 - 2.6 테슬라 사이일 수 있다. SMC의 전기 저항률은 약 10 마이크로-옴/m(μΩ/m) 이상일 수 있다(전기 저항률 ≥ 약 10 마이크로-옴/m). 일부 실시예들에서, SMC의 전기 저항률은 약 100 μΩ/m 이상일 수 있다(전기 저항률 ≥ 약 100 μΩ/m)(전기 저항률 ≥ 약 150 μΩ/m, 전기 저항률 ≥ 약 300 μΩ/m, 전기 저항률 ≥ 약 400 μΩ/m, 또는 전기 저항률 ≥ 약 500 μΩ/m). 일부 실시예들에서, SMC의 전기 저항률은 약 10 - 600 μΩ/m 이내일 수 있다. SMC의 속성들의 등방성은 톱니(120)의 체적에서 3차원 자기장을 생성하는 데 도움이 될 수 있다. SMC의 약 1.6 테슬라 이상의 자기 포화 유도(자기 포화 유도 ≥ 약 1.6 테슬라)는 저기 전도체 또는 자기장 집중기의 속성들을 유지하는 것을 도울 수 있으며, 따라서, 전기 기계(10)의 파워 및 토크 값들을 증가시키고 누설 플럭스를 감소시킬 수 있다. 약 100 μΩ/m 이상의 SMC의 전기 저항률(전기 저항률 ≥ 약 100 μΩ/m)은 전기 기계(10)의 동작의 속도들 및 주파수들의 넓은 범위에서 와전류 손실들을 감소시키는 데 도움이 될 수 있다. 따라서, 일체로 형성된 환형 고정자 링(130) 및 복수의 코어 톱니-부분들(122)을 SMC로 만드는 것은, 자기 플럭스 밀도를 증가시키고 자기 손실들을 감소시킴으로써 전기 기계의 효율의 증가를 가져올 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 개시의 방사상 플럭스 전기 기계는 전기 모터 또는 발전기일 수 있다. 전기 기계는 회전축(1000)을 중심으로 회전하도록 구성된 회전자(200), 복수의 전자기 코일들(200), 및 고정자(100)를 포함할 수 있다(예를 들어, 도 8a 내지 도 22 참조). 일부 실시예들에서, 고정자(100)는 환형 고정자 링(130) 및 고정자 링(130)으로부터 방사상 방향으로 연장되는 복수의 코어 톱니-부분들(122)을 가질 수 있다(예를 들어, 도 23a 내지 도 23k 참조). 환형 고정자 링(130) 및 복수의 코어 톱니-부분들(122)은 소프트 자성 복합체(Soft Magnetic Composite; SMC)로 일체로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, SMC는 하나 이상의 등방성 강자성 재료들을 포함할 수 있으며, 약 1.6 테슬라 이상의 자기 포화 유도(자기 포화 유도 ≥ 약 1.6 테슬라) 및 약 10 마이크로-옴/m 이상의 전기 저항률(전기 저항률 ≥ 약 10 마이크로-옴/m)을 가질 수 있다. 고정자(100)는 환형 고정자 링(130) 상에 대칭적으로 배열된 복수의 다중-부품 톱니들(120)을 포함할 수 있으며, 각각의 톱니(120)는 복수의 코어 톱니-부분들(122) 중 하나 및 코어 톱니-부분(122)과 일체로 형성되지 않은 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분(124A, 124B, 124E, 124F)을 포함할 수 있다(예를 들어, 도 23a, 도 23b, 도 23i 내지 도 23k 참조). 추가적인 톱니-부분들(124A, 124B)의 하나의 쌍은 톱니(120)를 형성하기 위해 코어 톱니-부분(122)의 대향되는 측면 표면들 상에 위치될 수 있다(예를 들어, 도 23a 내지 도 23c 참조). 추가적인 톱니-부분들(124A, 124B)의 하나의 쌍은 코어 톱니-부분(122)의 대향되는 측면 면들 상에 위치될 수 있으며, 추가적인 톱니-부부분들(124E, 124F)의 다른 쌍은 코어 톱니-부분(122)의 대향되어 위치된 상단 및 하단 표면들 상에서 위치될 수 있다(예를 들어, 도 23i 내지 도 23k 참조). 일부 실시예들에서, 단일 웨지형 부분만이 추가적인-톱니 부분으로서 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 회전축(1000)에 수직인 평면을 따른 각각의 톱니(120)의 코어 톱니-부분(122)의 단면은 실질적으로 직사각형 형상을 가질 수 있으며, 각각의 추가적인 톱니-부분의 단면은 실질적으로 삼각형 형상을 갖는다(예를 들어, 도 23, 도 23h, 도 23i 참조). 일부 실시예들에서, 방사상 방향에 수직인 평면을 따른 코어 톱니-부분들(122) 및 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분들(124A-124F)의 각각의 단면은 실질적으로 직사각형 형상을 가질 수 있다. 방사상 평면에서 또는 회전축(1000)에 수직인 평면에서 각각의 다중-부품 톱니(120)의 단면은 사다리꼴 형상을 가질 수 있다. 톱니(120)의 방사상 방향에 수직하는 평면에서 각각의 톱니(120)의 단면적은 방사상 방향으로 변화할 수 있으며, 반면 단면적들의 둘레는 방사상 방향으로 실질적으로 일정하게 남아 있는다(예를 들어, 도 26a 내지 도 26d 참조). 회전자(200)가 회전자(200)와 고정자(100) 사이에 공기 갭(250)을 형성하기 위해 고정자(100)의 방사상 외측에 배치되는 실시예들(예를 들어, 도 2, 도 3 참조)에서, 단면적은 공기 갭(250)을 향해 방사상 방향으로 증가할 수 있다. 회전축(1000)에 수직하는 평면에서 톱니(120)의 단면적은 톱니의 측면들을 향해 톱니(120)의 중심으로부터 축 방향으로 감소할 수 있다(예를 들어, 도 27a 내지 도 27d 참조).
일부 실시예들에서, 각각의 다중-부품 톱니(120)는 대향되는 면들의 2개의 세트들(예를 들어, 도 23b의 면들(A, B), 및 면들(C, D))을 정의한다. 2개의 세트들의 각각의 세트의 대향되는 면들은 서로 비-평행할 수 있다. 즉, 면들(A, B)은 서로 비-평행할 수 있으며, 면들(C, D)은 서로 비-평행할 수 있다. 일부 실시예들에서, 대향되는 면들의 2개의 세트들의 각각의 면은 방사상 방향으로 경사질 수 있다. 대향되는 면들의 하나의 세트의 대향되는 면들(예를 들어, 도 23d의 면들(A, B))은 방사상 외측 방향으로 서로를 향해 수렴할 수 있으며, 대향되는 면들의 다른 세트의 대향되는 면들(예를 들어, 도 23d의 면들(C, D))은 방사상 외측 방향으로 서로로부터 발산한다. 인접한 톱니들의 인접한 측면 면들은 서로 평행할 수 있다. 즉, 하나의 톱니(120)의 측면 면(C)은 인접한 톱니(120)의 측면 면(D)에 평행할 수 있다(예를 들어, 도 23a 내지 도 23c 참조).
일부 실시예들에서, 전기 기계의 환형 고정자 링(130)은 회전축(1000)에 수직인 대칭 평면을 따라 함께 결합된 2개의 거울-대칭 몸체들(130A, 130B)들을 포함할 수 있다(예를 들어, 도 32b, 도 32c 참조). 환형 고정자 링(130)은 함께 부착된 다수의 실질적으로 환형의 구성요소들을 포함할 수 있다. 2개의 거울-대칭 몸체들(130A, 130B)은 접착 재료를 사용하여 대칭 평면을 따라 함께 부착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 2개의 거울-대칭 몸체들의 재료들(또는 SMC) 및 접착 재료의 열 팽창 계수들 사이의 차이는 약 20%보다 더 작을 수 있다.
임의의 현재 알려진 또는 이후에 개발되는 SMC는 일체로 형성된 환형 고정자 링(130) 및 복수의 코어 톱니-부분들(122)을 만들기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상업적으로 입수가능한 SMC(예를 들어, Sintex® SMC, Somaloy 130i, Somaloy 500, Somaloy 700 IP, Somaloy 700 3P, Somaloy 700 5P, 또는 다른 적절한 SMC)가 사용될 수 있다. SMC의 자기 포화 유도는 약 2.4 테슬라 이상(자기 포화 유도 ≥ 약 2.4 테슬라) 또는 약 2.5 테슬라 이상(자기 포화 유도 ≥ 약 2.5 테슬라)일 수 있다. 일부 실시예들에서, SMC의 저항률은 약 100 μΩ/m 이상(저항률 ≥ 약 100 μΩ/m) 또는 약 150 μΩ/m 이상(저항률 ≥ 약 150 μΩ/m)일 수 있다.
본 개시의 전기 기계들의 다양한 실시예들은 내부 고정자 및 내부 고정자를 중심으로 회전하도록 구성된 외부 회전자를 포함할 수 있다. 이상에서 설명된 바와 같이, 본 개시의 전기 기계들은 상이한 구성들을 가질 수 있다(예를 들어, 도 8a 내지 도 22 참조). 일부 실시예들에서, 전기 기계는 내부 고정자(100), 및 회전축(1000) 주위로 고정자(100)에 대해 회전하는 외부 회전자(200)를 포함할 수 있다(예를 들어, 도 2, 도 3 참조). 본 개시의 전기 기계들은 회전자 베이스를 포함할 수 있다. 회전자 베이스는 회전자의 부품일 수 있다. 회전자 베이스는, 회전자의 영구 자석들을 전기 기계의 샤프트(예를 들어, 샤프트(20))에 결합하는 것을 가능하게 하는 회전자의 임의의 구성요소를 나타낸다. 전기 기계는 또한 회전자의 회전축에 평행하게 회전자 베이스로부터 축방향으로 연장되는 복수의 환형으로 배열된 영구 자석들을 포함할 수 있다. 영구 자석은, 유도 자기장 또는 전류가 없어도 이것의 자기 속성들을 유지하는 자석일 수 있다. 영구 자석은 자화되어 자체적인 영구 자기장을 생성하는 재료로부터 만들어진 물체일 수 있다. 영구 자석들을 만드는 재료는 소위 자기적으로 하드(hard)하다고 한다. 이것은 증가된 히스테리시스 루프(hysteresis loop)에 의해 소프트 자성 재료와는 상이하다. 일반적으로, 당업계에서 알려진(현재 알려진 또는 이후에 개발되는) 임의의 유형의 영구 자석이 영구 자석들을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 영구 자석들은, 예를 들어, 네오디뮴-철-붕소(NdFeB), 사마륨-코발트(SmCo), 등과 같은 희토류(rare earth; RE) 재료로 만들어질 수 있다. RE 재료들의 높은 비용 및 상대적인 희소성을 고려하면, 일부 실시예들에서, 영구 자석들은 비-RE 자석들(예를 들어, 페라이트 자석들)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 영구 자석들은, RE 자석들 및 페라이트 자석들의 조합이 사용되는 하이브리드 자석들일 수 있다는 것이 또한 고려된다.
일부 실시예들에서, 전기 기계는 또한 회전자 베이스로부터 연장되는 원통형 코어를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 코어는 자기 플럭스들을 전도시키도록 구성될 수 있다. 코어는 또한 회전자의 영구 자석들을 고정하기 위한 구조를 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 코어는, 코어가 복수의 영구 자석들을 둘러싸도록 회전자 베이스로부터 연장될 수 있다. 요건은 아니지만, 일부 실시예들에서, 코어는 SMC로 형성될 수 있다. SMC 원통형 코어는 3차원(3D) 등방성 강자성 거동 중 하나 이상을 나타낼 수 있다. 이것은 또한 매우 낮은 와전류 손실들 및 중간과 높은 주파수들에서의 상대적으로 낮은 총 코어 손실을 나타낼 수 있다. 추가적으로, SMC 코어는 개선된 열적 특성들 및 감소된 중량을 나타낼 수 있다. 따라서, 일부 개시된 전기 기계들에서 SMC 코어를 사용하기 위한 명백한 이점들이 존재한다.
전기 기계는 또한 회전자를 둘러싸는 슬리브(sleeve)를 포함할 수 있다. 슬리브는, 회전자를 보호하거나 및/또는 회전자의 강도를 증가시키는 구조체일 수 있다. 일부 실시예들에서, 슬리브는 밴디지일 수 있다. 슬리브는, 링, 벨트, 또는 일부 또는 모든 회전자 구성요소들 주위로 연장되는 다른 환형 구조체의 형태일 수 있다. 일부 실시예들에서, 슬리브는, 회전자가 회전할 때 원심력(또는 구심력)의 영향에 대해 회전자 구성요소들을 보호할 수 있다. 일부 실시예들에서, 슬리브는 원통형 코어를 지지할 수 있으며, 원통형 코어는 복수의 영구 자석들을 지지할 수 있다. 예를 들어, 슬리브는 코어에 대한 구조적인 지지를 제공할 수 있으며, 코어는 복수의 영구 자석들에 대한 구조적인 지지를 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 원통형 코어는 슬리브와 복수의 자석들 사이에 방사상으로 위치될 수 있다.
도 34a는 전기 기계(10)의 샤프트(20)에 결합된 예시적인 회전자(200)의 예시이다(도 2 내지 도 3도 참조). 도 1 내지 도 3을 참조하여 이상에서 설명된 바와 같이, 전기 기계(10)의 동작 동안, 회전자(200)는 고정자(100)의 방사상 외측에 위치되며, 회전자는 회전축(1000)을 중심으로 고정자(100)에 대해 회전한다. 회전자(200)는 회전자 베이스(904)를 포함할 수 있다. 도 34a에 예시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 회전자 베이스(904)는 디스크-형 구조를 가질 수 있다. 그러나, 디스크-형 구조가 요건은 아니며, 회전자 베이스(904)는 임의의 적절한 형상 및 구성을 가질 수 있다. 회전자 베이스(904)는 샤프트(20)에 체결(또는 결합)되어 이들이 하나로서 회전할 수 있다. 즉, 전기 기계(10)가 동작할 때, 회전자 베이스(904) 및 샤프트(20) 둘 모두가 회전한다.
(예를 들어, 도 1 내지 도 3을 참조하여) 이상에서 설명된 바와 같이, 하나 이상의 영구 자석들은 회전자 베이스(904)로부터 서스펜드(suspend)될 수 있다(예를 들어, 도 2의 영구 자석들(220) 참조). 도 34b는 단면도이며, 도 36 및 도 37은 도 34a의 회전자(200)의 단면도이다. 이러한 도면들에서 확인될 수 있는 바와 같이, 영구 자석들(220)은 회전축(1000) 주위에 환형 링을 형성하도록 배열될 수 있다. 회전자(200)는 또한, 둘 모두가 회전축(1000) 주위로 연장되는 회전자 코어(910) 및 슬리브(908)를 포함할 수 있다. 코어(910)는 영구 자석들(220) 주위로 연장될 수 있으며, 슬리브(908)는 코어(910) 주위로 연장될 수 있다. 따라서, 복수의 영구자석들(220), 코어(910), 및 슬리브(908)는 회전축(1000) 주위에 3개의 동심 환형 링들을 형성할 수 있다. 코어(910)는 이것의 내부 원통형 벽 상에 영구 자석들(200)이 장착된 원통형 구성요소일 수 있다. 슬리브(908)는 코어가 이것의 내부 원통형 벽과 접하는 원통형 구성요소일 수 있다. 일부 실시예들에서, 코어(910)는 슬리브(908)의 내부 원통형 벽 상에 장착될 수 있다. 도 34b 및 도 36에서 가장 잘 보이는 바와 같이, 코어(910)는 복수의 영구 자석들(220)과 슬리브(908) 사이에 샌드위치될 수 있다.
회전자(200)는 또한 하나 이상의 밸런싱(balancing) 링들을 포함할 수 있다. 용어 "밸런싱 링"은 회전자의 밸런싱에 도움이 되는 구조체를 나타낸다. 일부 실시예들에서, 밸런싱 링들은 회전자의 중량을 재분배함으로써 회전자의 동적 밸런싱을 가능하게 한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 밸런싱 링은, 회전자의 중량을 재분배하기 위해 조작될 수 있는(예를 들어, 나사를 조이거나 또는 나사를 풀 수 있는) 중량체(weight)들(예를 들어, 나사들)을 지지할 수 있다. 일부 실시예들에서, 밸런싱 링(922)은 슬리브(908)의 하나의 단부(예를 들어, 상단 단부)에 제공될 수 있다(도 36 참조). 대안적으로, 또는 추가적으로, 일부 실시예들에서, 밸런싱 링(926)은 슬리브(908)의 하단 단부에 제공될 수 있다(도 37 참조). 일부 실시예들에서, 밸런싱 링들(922, 926) 중 하나만이 제공될 수 있으며, 반면 다른 실시예들에서, 밸런싱 링들(922, 926) 둘 모두가 제공될 수 있다. 밸런싱 링들(922, 926) 둘 모두를 제공하는 것은 회전자(200)의 2-평면 밸런싱을 가능하게 할 수 있다. 이러한 도면들에 예시된 밸런싱 링들(922, 926)의 구조 및 위치가 단지 예시적이라는 것을 유의해야 한다. 일반적으로, 하나 이상의 밸런싱 링들은 회전자(200)의 임의의 위치에 제공될 수 있다.
도 34b를 참조하면, 일부 실시예들에서, 복수의 영구 자석들(220)은, 이들이 회전자(200)의 회전축(1000)에 평행하게 회전자 베이스(904)로부터 연장되도록 회전자 베이스(904) 상에 환형으로 배열될 수 있다. 영구 자석들(220)은 와전류 손실들을 감소시키기 위해 방사상으로 자화되고 분할(segment)될 수 있다. 용어 "자축"은 영구 자석들의 영구 자석 자화의 축을 나타낸다. 자석들이 자화될 때, 도메인들은 이러한 축에 대해 배향된다. 결과적으로, 영구 자석(220)의 2개의 반대 극들(예를 들어, N극 및 S극)은 이러한 자축을 따라 형성된다. 영구 자석에서, 자축은 그 N극과 S극 사이에서 연장된다. 일부 실시예들에서, 영구 자석들(220)이 도 36 및 도 37(및 도 3)에 도시된 바와 같이 원통형 패턴으로 배열될 때, 개별적인 영구 자석(220)의 자축은 방사상 방향으로 연장된다. 일부 실시예들에서, 복수의 영구 자석들(220)의 자축들은 회전축(1000)에서(또는 근처에서) 서로 교차한다.
도 38a 및 도 38b는 회전자(200)의 코어(910) 및 영구 자석들(220)을 예시한다. 일부 실시예들에서, 방사상 자화 및 교번하는 극성을 갖는 영구 자석들(220)은, 예를 들어, 접착제를 사용하여 원통형 코어(910)의 내부 표면 상에 고정되거나 또는 장착된다(예를 들어, 도 3도 참조). 영구 자석들(220)은, 하나의 영구 자석(220)의 N극이 방사상 내측을 향하고(즉, 회전축(1000)을 향하고) 한편 이것의 인접한 자석들(220)의 S극은 방사상 내측을 향하도록 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, (도 2 내지 도 3을 참조하여) 이상에서 설명된 바와 같이, 각각의 영구 자석(220)은 함께 부착된 다수의 영구 자석 세그먼트들(222)로 만들어질 수 있다. 즉, 영구 자석들(220)은 회전축(1000) 주위에 분할될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 38a 및 도 38b에서 가장 잘 보이는 바와 같이, 영구 자석들(220)은 또한 회전축을 따라(즉, 회전축(1000)을 따라 세로로) 분할될 수 있다. 복수의 영구 자석들(220)은, 인접한 영구 자석들(220)이 스페이서(224)(또는 갭)에 의해 서로 분리되도록 회전축(1000) 주위에 환형으로 배열될 수 있다. 도 38c는 예시적인 스페이서(224)를 예시한다. 스페이서(224)는, 인접한 영구 자석 세그먼트들(220)을 분리하는 속이 찬 또는 중공 구성요소일 수 있다. 일부 실시예들에서, 스페이서(224)는 비-전도성 재료로 만들어질 수 있다. 요건은 아니지만, 일부 실시예들에서, 스페이서(224)는 코어(910)의 전체 길이를 연장시킬 수 있다. 영구 자석들(220)을 분할하는 것은 와전류 손실들의 감소에 도움이 될 수 있다. 이상에서 설명된 바와 같이, 영구 자석들(220)은 희토류(RE) 자석들(예를 들어, NdFeB, SmCo, 등), 페라이트 자석들, 또는 다른 알려진 유형의 자석들일 수 있다.
외부 회전자(200)는 또한 원통형 코어(910)를 포함할 수 있다. 원통형 코어(910)는 복수의 영구 자석들(220)을 둘러싸기 위해 회전자 베이스(904)로부터 연장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 원통형 코어(910)는 SMC로 형성될 수 있다. 원통형 코어(910)는 복수의 영구 자석들(220)의 하나의 측면(예를 들어, 방사상 외부 측면)을 지지할 수 있다. 일부 실시예들에서, 영구 자석들(220)은 원통형 코어(910) 상에(예를 들어, 원통형 코어(910)의 방사상 내부 측면 상에) 장착될 수 있다. 영구 자석들(220)은, 예를 들어, 접착 재료를 사용하여 코어(910)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 접착 층은 영구 자석들(220)의 방사상 외부 측면을 코어(910)의 방사상 내부 측면과 결합할 수 있다.
슬리브(908)는 원통형 코어(910)를 둘러쌀 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 36 및 도 37에 예시된 바와 같이, 슬리브(908)는 원통형 코어(910)의 방사상 외부 측면 주위로 연장될 수 있다. 슬리브(908)는 원통형 코어(910)와 물리적으로 접촉하고 이를 지지할 수 있다. 일부 실시예들에서, 접착 재료는 슬리브(908)의 방사상 내부 측면을 코어(910)의 방사상 외부 측면에 부착할 수 있다. 슬리브(908)는 (코어(910)를 통해) 복수의 영구 자석들(220)을 지지할 수 있다. 슬리브(908)가 코어(910)의 방사상 외부 표면을 지지하기 때문에, 슬리브는 회전자(200)의 회전 동안 원심력으로 인한 크래킹(cracking)으로부터 코어(910)를 보호할 수 있다. 코어(910)는 슬리브(908)와 복수의 영구 자석들(220) 사이에 방사상으로 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 슬리브(908)는 접착 재료를 사용하여 회전자 베이스(904)에 부착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 슬리브(908)는 회전자 베이스(904)와 통합되거나 또는 이와 일체로 만들어질 수 있다(예를 들어, 슬리브(908) 및 회전자 베이스(904)는 동일한 재료의 단일 부품으로서 형성될 수 있다).
일부 실시예들에서, 슬리브(908) 및/또는 회전자 베이스(904)는 탄소 섬유, 유리 섬유, 및/또는 케블라와 같은 아라미드 섬유와 같은 비-자성 복합 재료 또는 알루미늄으로 만들어질 수 있다. 비-자성 복합 재료는, 자기 플럭스에 대해 비-전도성이며 상당히 상이한 물리적 및/또는 화학적 속성들을 갖는 2개 이상의 구성요소들로 만들어진 다중성분 재료이다. 일반적으로, 슬리브(908) 및 회전자 베이스(904)는 자성 재료 또는 비-자성 재료로 만들어질 수 있다. (슬리브(908) 및/또는 회전자 베이스(904)의) 비-자성 재료는 복합 재료일 수 있다. 일부 실시예들에서, 복합 비-자성 재료는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 케블라, 또는 다른 적절한 섬유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 섬유들(탄소, 유리, 아라미드, 케블라, 등)은 슬리브(908)를 형성하기 위해 함께 직조될 수 있다. 일부 이러한 실시예들에서, 슬리브(908)는 밴디지의 형태일 수 있다. 밴디지는 가요성, 반-가요성, 또는 강성일 수 있다. 일부 실시예들에서, 섬유들은 복합 비-자성 재료를 형성하기 위해 다른 재료(예를 들어, 에폭시, 등)의 매트릭스에 내장될 수 있다. 일부 실시예들에서, (슬리브(908) 및/또는 회전자 베이스(904)의) 비-자성 재료는 스테인리스 스틸 또는 알루미늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다(또는 적어도 하나일 수 있다). 일부 실시예들에서, 슬리브(908) 및/또는 회전자 베이스(904)는 자성 재료로 만들어질 수 있다. 자성 재료는, 예를 들어, 라미네이트된 전기 스틸 시트들과 같은 소프트 자성 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 자성 재료는 스틸일 수 있다. 일부 실시예들에서, 슬리브(908) 및 회전자 베이스(904)는, 예를 들어, 스틸로 만들어진 단일의 통합된 부품일 수 있다.
일부 실시예들에서, 슬리브(908)는 코어(910) 및 영구 자석들(220)과 함께 패키지로서 조립될 수 있다. 일부 실시예들에서, 슬리브(908)는 원통형 코어(910)의 외부 표면 상에 형성된 리세스 상에 배치된 보강 립(rib)을 포함할 수 있다. 용어 "보강 립들"은 회전자 구조체의 강도를 증가시키도록 구성된 요소들 또는 특징부들을 나타낸다. 일부 실시예들에서, 슬리브(908)는 복수의 영구 자석들(220)의 자유 단부 및 밸런싱 링(926)에 걸쳐 연장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 슬리브(908)는 밸런싱 링(922)에 걸쳐 연장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 원통형 코어(910)는 회전자 베이스(904)에 결합된 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장될 수 있다. 예를 들어, 도 34a 내지 도 34b를 참조한다. 일부 실시예들에서, 밸런싱 링들(922, 926)은 원통형 코어(910)의 자유 단부 주위로 연장될 수 있다.
도 35는, 도 2, 도 3의 회전축(1000)을 중심으로 회전하도록 구성된 예시적인 샤프트(20)를 예시한다. 도 36 내지 도 37은 예시적인 외부 회전자(200)의 부분적인 도면들을 예시한다. 외부 회전자(200)는 제1 밸런싱 링(922) 및 제2 밸런싱 링(926)을 포함한다. 제1 밸런싱 링(922)은 회전자 베이스(904)에 결합된 원통형 코어(910)의 제1 단부에 배치될 수 있다. 제2 밸런싱 링(926)은 회전자 베이스(904) 반대편의 원통형 코어(910)의 제2 단부에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 밸런싱 링(926)은 회전자(200)의 동적 밸런싱을 제공할 수 있으며, 제1 밸런싱 링(922)은 정적 밸런싱을 제공할 수 있다. 제1 및 제2 밸런싱 링들(922, 926)은 슬리브(908) 및/또는 원통형 코어(910)에 부착될 수 있다. 밸런싱 링들(922, 926) 중 하나 또는 둘 모두는 홀들(924)을 포함할 수 있다.
영구 자석들(220)과 함께 원통형 코어(910)는, 회전자(200)를 샤프트(20)에 결합하는 회전자 베이스(904)에 부착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 슬리브(908)는 영구 자석들(220) 및 원통형 코어(910)의 단부 주위에 폴딩(fold)될 수 있으며, 이는 이들을 외부 회전자(200)의 단부 측면들 둘 모두 상에 클램핑한다(예를 들어, 도 36 참조). 일부 실시예들에서, 슬리브(908)는 비-전도성 재료, 또는 낮은 전기 전도율을 갖는 재료, 또는 비-자성 비-전도성 복합 재료로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 캐비티들 또는 홀들은 정밀한 정적 및 동적 밸런싱 동안 이러한 중량체들에 드릴링될 수 있다. 일부 실시예들에서, 요구되는 중량 변경들은 (예를 들어, 2개의 밸런싱 링들(922 및 926)을 사용하여) 2개의 평면들에서 이루어질 수 있다. 중량체들은 밸런싱 링 홀들(924) 내로 설치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 밸런싱 링(926)은 원통형 코어(910)의 제1 단부(회전자 베이스(904)에 결합된 단부)에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 밸런싱 링들(922, 926)은 비-자성 복합 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 밸런싱 링들(922, 926)은 비-자성 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 밸런싱 링들(922, 926)은 외부 회전자(200)를 밸런싱하기 위한 하나 이상의 나사들을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 복수의 영구 자석들(220)은 회전축(1000) 주위에 실질적으로 원형 패턴으로 회전자 베이스(904) 상에 배열될 수 있다(예를 들어, 도 3, 도 36 내지 도 38b 참조). 인접한 자석들(220)은 비-자성 재료 또는 SMC와 같은 임의의 소프트 자성 재료로 만들어진 스페이서(224)에 의해 분리된다. 일부 실시예들에서, 복수의 영구 자석들(220)은, 복수의 영구 자석들(220)의 각각의 영구 자석의 자축이 회전축(예를 들어, 회전축(1000))을 향해 연장되도록 회전자 베이스(904) 상에 배열된다. 일부 실시예들에서, 복수의 영구 자석들(220)은, 복수의 영구 자석들(220)의 각각의 영구 자석의 자축이 회전축에서(또는 이에 근접하여) 교차하도록 회전자 베이스(904) 상에 배열된다.
일부 실시예들에서, 회전자 베이스(904)는 알루미늄 또는 스틸로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 회전자 베이스(904)는 슬리브(908) 및 하나 이상의 밸런싱 링(예를 들어, 922, 926)과 일체일 수 있다. 복수의 영구 자석들(220)은 접착제를 사용하여 원통형 코어(910)에 부착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 영구 자석들(220), 원통형 코어(910), 및 접착제의 재료의 열 팽창 계수(CTE)들 사이의 차이는 열 편위 동안 CTE 불일치 유도 열적-기계적 응력들을 감소시키기 위해 약 20%보다 더 작을 수 있다. 원통형 코어(910)는 접착제를 사용하여 회전자 베이스(904)에 부착될 수 있다. 전기 기계는 전기 모터 또는 발전기일 수 있다. 일부 실시예들에서, 원통형 슬리브(910)는 전기 스틸의 라미네이트된 시트들로부터 조립된 패키지 형태로 만들어질 수 있다.
도 38d는 예시적인 원통형 회전자 코어(910)의 도면을 예시한다. 이상에서 설명된 바와 같이, 회전자(200)에서, 스페이서들(224)는 원통형 코어(910)의 내부 표면 상에 장착된 복수의 영구 자석들(200)에서 인접한 영구 자석들(220)을 분리한다(도 38a 내지 도 38c 참조). 스페이서들(224)에 대한 대안으로서(또는 이에 추가하여), 일부 실시예들에서, 원통형 코어(910)는 통합된 스페이서들(928)을 포함할 수 있다. 이러한 스페이서들(928)은 코어(910)의 내부 원통형 표면으로부터 방사상 방향으로 내측으로 돌출할 수 있다. 통합된 스페이서들(928)은 내부에 영구 자석들(220)을 하우징하기 위해 그 사이에 슬롯들(929)을 정의할 수 있다. 영구 자석들(220)이 이러한 슬롯들(929) 상에 장착될 때, 스페이서들(928)은 원통형 코어(910)의 내부 표면 상에 장착된 복수의 영구 자석들(200)에서 인접한 영구 자석들(220)을 분리한다. 도 42a 내지 도 42b는 방사상 평면에서 예시적인 외부 회전자(200)의 단면도들을 예시한다. 이러한 도면들에 예시된 바와 같이, 영구 자석들(220)이 회전자 코어(910)의 내부 표면 상의 스페이서들(928) 사이의 슬롯들(929)에 배치될 때(도 38d 참조), 스페이서들(928)은 원주 방향으로 인접한 영구 자석들(220)을 서로 분리한다. 스페이서들(928)은 방사상 방향으로 임의의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 스페이서들(928)의 두께는, 스페이서들(928)이 외부 회전자(200)와 내부 회전자(100) 사이의 공기 갭(250) 내로 돌출하지 않도록 (방사상 방향에서) 영구 자석들(220)의 두께를 초과하지 않을 수 있다(도 3 참조). 일부 실시예들에서, 맥동 모멘트(pulsating moment)를 제한하기 위해, 각각의 스페이서(928)의 두께는, 이것이 영구 자석(220)의 두께의 약 절반 이하가 되도록 하는 것일 수 있다.
도 39는 회전자(200)의 단면도를 예시한다. 슬리브(908)는 임의의 방법에 의해 회전자(200)에 설치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 슬리브(908)를 설치하기 위해 정지부(stop)들(930)이 회전자(200)의 2개의 단부들(예를 들어, 상단 및 하단 단부들) 상에(예를 들어, 슬리브(908)의 양 측면 상에) 제공될 수 있다. 슬리브(908)가 밴디지의 형태인 실시예들에서, 슬리브(908)는, 회전자 코어(910)의 외부 표면 주위에 슬리브 재료를 감음(또는 감쌈)으로써 회전자(200) 상에 설치될 수 있다(도 40 참조). 감는 것(winding)은, 코어(910)의 표면(또는 회전자의 외부 표면) 상의 각각의 돌출부 및 각각의 함몰부가 하나의 동작으로 채워지도록 수행될 수 있다. 이러한 감음은, 동작 동안 회전자(200)의 강도 및 강성을 증가시키고 진동과 소음을 감소시키도록 역할할 수 있다. (도 40에 도시된 바와 같은) 감음은 복합 테이프, 복합 스레드(미도시), 또는 둘 모두의 조합으로 이루어질 수 있다. 슬리브(908)를 형성하기 위한 정지부들(930)의 사용이 설명되지만, 이는 단지 예시적이다. 감음은 정지부들(930) 없이 달성될 수도 있다.
일부 실시예들에서, 회전자 베이스(904) 및 슬리브(908)는 통합된 구성요소일 수 있다. 이러한 경우들에서, 회전자 베이스(904) 및 슬리브(908)는, 예를 들어, 복합 재료의 하나의 통합된 부품으로서 함께 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 접착 재료는 원통형 코어(910), 회전자 베이스(904), 슬리브(908), 및 밸런싱 링들(922, 926) 상에 영구 자석들(220) 및/또는 스페이서들(224)을 고정하기 위해 사용될 수 있다. 접착 재료는, 이것의 열 팽창 계수(CTE)가 결합된 요소들의 가열 동안 응력을 감소시키기 위해 결합될 재료들의 CTE들에 가깝도록(예를 들어, 약 20%) 선택될 수 있다.
도 40에서 가장 잘 보이는 바와 같이, 회전자 베이스(904)는 하나 이상의 통풍 홀들(932)을 포함할 수 있다. 통풍 홀들(932)은 회전축(1000)을 따라(즉, 회전축(1000)에 평행하게) 공기 흐름을 보내도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 공기는, 회전자(200)가 회전할 때 (회전자 내에 위치된 고정자를 향해) 회전자 내로 보내진다(예를 들어, 도 2 참조). 일부 실시예들에서, 통풍 홀들(932)은, 전기 기계의 하나 이상의 구성요소들을 냉각하기 위해 회전자(200)가 회전할 때 팬 블레이드(fan blade)들로서 동작하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 블레이드들, 베인(vane)들, 또는 다른 공기-이동 특징부들이 회전축(1000)을 따라(또는 회전자 회전 동안 홀들(932) 내로 그리고 고정자를 향해) 공기를 보내기 위해 통풍 홀들(932) 주위에(또는 이에 근접하여) 제공될 수 있다.
도 41은 예시적인 외부 회전자(200)의 도면을 예시한다. 일부 실시예들에서, 회전자(200)의 허용가능 최대 회전 속도를 증가시키기 위해, 하나 이상의 슬롯들(934)이 원통형 코어(910)의 외부 표면(예를 들어, 방사상 외부 표면) 상에 제공될 수 있다. 도 41로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 각각의 슬롯(934)은 영구 자석(220)의 각각의 중간에 대향되게 위치될 수 있다(하나의 영구 자석(220)이 도 41에서 점선을 사용하여 도시된다). 일부 실시예들에서, 슬리브(908)의 내부 메이팅 표면은, 코어(910)가 슬리브(908) 내에 장착될 때 슬롯들(934)에 수용되는 대응하는 립들(936)을 포함한다. 슬리브(908)가 (도 40을 참조하여 설명된 바와 같은) 코어(910) 주위에 감싸진 밴디지인 실시예들에서, 슬롯들(934)은 슬리브(908)의 재료를 수용하고 보강 립들(936)을 형성하도록 구성될 수 있다. 즉, 슬리브(908)가 코어(910) 주위에 장착되거나 또는 감싸질 때 슬롯들(934)에 수용되는 슬리브(908)의 부분이 보강 립들(936)을 형성한다. 보강 립들(936)은 그 크기(예를 들어, 두께)를 증가시키지 않고 회전자 코어(910)의 강도를 증가시킨다. 각각의 영구 자석(220)의 중간은 가장 낮은 자기 플럭스 밀도의 위치에 대응한다. 따라서, 영구 자석들(220)의 중간에 대향되게 슬롯들(934)을 배치하는 것은 그 크기를 증가시키지 않고 코어(910)의 강도를 증가시키며 누설 플럭스를 감소시키는 데 도움이 된다. 일부 실시예들에서, 회전자(200)는 슬리브(908) 없이 만들어질 수 있다.
도 43은, 회전자 베이스(904), 원통형 코어(910), 복수의 영구 자석들(220), 및 슬리브(908)를 갖는 예시적인 외부 회전자(200)의 도면을 예시한다. 도 43에 예시된 바와 같이, 원통형 코어(910)는 회전축(1000)에 대해 (방사상 평면에서) 비-균일한 두께를 가질 수 있다. 예시된 실시예에서, 원통형 코어(910)의 외부 표면은 (회전축(1000)에 대해 이것의 반경이 변화하거나, 또는 증가하고 감소하는) 물결 모양(undulating) 표면을 형성하며, 코어(910)의 외부 표면은 원통형 표면이다. 코어(910)의 비-균일한 두께는 상이한 유형들의 내부 및 외부 표면들의 결과로서 발생한다. 예시된 실시예에서, 슬리브(908)의 외부 표면은 원통형이며, (코어(910)의 물결 모양의 외부 표면과 메이팅되는) 이것의 내부 표면은 물결 모양 표면이다. 따라서, 슬리브(908)가 또한, 이것의 내부 및 외부 표면들 사이의 차이의 결과로서 비-균일한 두께(즉, 회전축(1000)에 대해 변화하는 두께)를 갖는다.
도 43에서 확인될 수 있는 바와 같이, 원통형 코어(910)의 더 두꺼운 영역(X)(또는 더 높은 두께의 위치)은 슬리브(908)의 더 얇은 영역(또는 더 낮은 두께의 위치)에 대응하며, 코어(910)의 더 얇은 영역(Y)은 슬리브(908)의 더 두꺼운 영역에 대응한다. 도 43에서 확인될 수 있는 바와 같이, 코어(910)의 더 두꺼운 영역(X)은 인접한 영구 자석들(220) 사이에 위치되며, 코어(910)의 더 얇은 영역(Y)은 각각의 영구 자석(220)의 중간에 인접하여 위치된다. 또한, 슬리브(908)의 더 두꺼운 영역은 각각의 영구 자석(220)의 중간에 인접하게 위치되며, 이것의 더 얇은 영역은 2개의 영구 자석들(220) 사이에 위치된다. 영구 자석(220)의 중간은 가장 낮은 자기 플럭스 밀도의 위치에 대응한다. 각각의 영구 자석(220)의 중간에 인접하게(또는 근접하게) 슬리브(908)의 더 두꺼운 영역들을 위치시키는 것은 그 크기를 증가시키지 않고 회전자(200)의 강도를 증가시킨다. 도 43을 참조하여 논의된 회전자(200)의 예시적인 실시예의 코어(910)의 물결 모양 외부 표면 및 슬리브(908)의 내부 표면이 단지 예시적이라는 것을 유의해야 한다. 일반적으로, 코어(910) 및/또는 슬리브(908)의 비-균일한 두께는 임의의 방식으로 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 코어(910) 및/또는 슬리브(908)의 두께는, 예를 들어, 원주 방향으로(즉, 회전축(1000) 주위로) 단계적인 방식으로 변화할 수 있다.
도 44는 회전자(200)의 예시적인 코어(910)를 예시한다. 예시된 실시예에서, 영구 자석들(220)은 코어(910)에 배치된다(또는 내장된다). 일부 실시예들에서, 영구 자석들(220)은 코어(910)에 별 패턴으로 배치될 수 있다. 코어(910)는 영구 자석들(220)을 수용하기 위해 대응하는 별 패턴으로 슬롯들을 포함할 수 있다. 별 패턴이 단지 예시적이며, 일반적으로, 영구 자석들(220)은 코어(910)에 임의의 패턴(예를 들어, 원형 등)으로 배치될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 일부 실시예들에서, 코어(910)는 영구 자석 세그먼트들을 수용하기 위한 원주 방향으로 이격된 슬롯들을 포함할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c 및 도 6a 내지 도 7c를 참조하면, 전기 기계의 효율적인 동작을 위해, 다중-부품 톱니(120) 상에 장착된 전자기 코일(300)의 내부 표면이 톱니(120)의 외부 표면(도 23b의 표면(A, B, C, D))과 접촉하거나 또는 이에 꼭 맞닿아 있는 것이 바람직하다. 톱니(120)의 사다리꼴 형상(또는 방사상 방향으로 톱니(120)의 변화하는 단면적)때문에, 코일(300)의 캐비티(320)의 메이팅 표면들(예를 들어, 도 6a 내지 도 7c 참조) 및 톱니(120)의 외부 표면이 톱니의 전체 방사상 방향을 따라 접촉하도록 톱니(120) 상에 사전-제조된 코일(300)을 장착하는 것이 어렵다. 코일(300)을 형성하기 위해 톱니(120) 상에(또는 톱니들(112)을 갖는 사전-조립된 코어(110) 상에) 직접적으로 와이어(또는 호일)를 감는 것이 가능할 수 있지만, 이러한 프로세스는 제조 비용을 증가시킬 것이다. 톱니(120) 상에 와이어를 감는 것은 또한 톱니들(120) 사이의 슬롯(160)의 충전(filling) 밀도를 감소시키고 전기 기계의 낮은 충전율을 야기할 것이다(예를 들어, 도 4a 내지 도 4b 참조). (이상에서 논의된 바와 같이) 다수의 부품들의 톱니(120)를 형성하는 것은, 높은 충전율 값을 유지하면서 사전 제조된 코일(300)이 톱니(120) 상에 설치되거나, 또는 장착되는 것을 가능하게 한다. 다중-부품 톱니(120)의 부품들은 코일(300)의 캐비티(320)(또는 개구부) 내부에 사다리꼴 형상의 톱니(120)를 형성하기 위해 코일(300) 내부에서 조립된다.
도 45a 내지 도 45f는 예시적인 다중-부품 톱니(120) 상에 코일(300)을 장착(또는 설치)하는 예시적인 방법을 예시한다. 도 46a 내지 도 46c는 톱니(120) 상에 코일(300)을 장착하는 동안의 상이한 단계들을 도시하는 간략화된 개략적인 예시들이다. 이하의 논의에서, 도 46a 내지 도 46c에 대한 참조가 또한 이루어질 것이다. 이하에서 논의에서, 도 24a를 참조하여 설명된 톱니(120)의 실시예 상에 코일(300)을 설치하는 방법이 설명될 것이다. 코일들(300)은 또한 유사한 방식으로 톱니들(120)의 상이한 실시예들에 설치될 수 있다. 예시된 실시예에서, 다중-부품 톱니(120)는 이것의 베이스(134) 상에 홈(138)을 갖는 별개의 코어 톱니-부분(122)(즉, 도 23a의 실시예와 같이 코어(110)의 환형 부품(130)과 통합되지 않은 코어 톱니-부분(122)), 및 2개의 추가적인 톱니-부분들(124A 및 124B)을 포함한다. 사전-제조된(사전-형성된, 사전-권취된, 등) 코일(300)은 이러한 다수의 톱니 부분들(122, 124A, 124B)로 형성된 다중-부품 톱니(120) 상에 설치될 수 있다. 요건은 아니지만, 예시된 실시예에서, 2개의 추가적인 톱니-부분들(124A, 124B)은 동일하다.
톱니(120)는, 톱니(120)의 다수의 부품들이 코일(300)의 캐비티(320)에 끼워 맞춰지게 이전에 형성된 코일(300)이 톱니(120) 상에 장착될 수 있도록 다수의 부품들로 만들어진다. 도 45a를 참조하면, 사전-형성된 코일(300)은, 코일(300)의 중심 캐비티(320)(또는 개구부) 주위로 연장되는 전기 전도체(와이어, 호일, 등)를 포함한다. 캐비티(320)는 코일(300)의 제1 단부(322)로부터 제2 단부(324)까지 연장된다. 일부 실시예들에서, 각각의 추가적인 톱니-부분들(124A, 124B)은 구조가 동일할 수 있으며, 웨지-형상일 수 있다. 각각의 추가적인 톱니-부분(124A, 124B)은 더 넓은 단부(128)로부터 더 좁은 단부(126)까지 연장된다. 조립 이후에, 코일(300)의 제1 단부(322)는 고정자 코어(110)에 근접하여 위치될 것이며, 이것의 제2 단부(324)는 공기 갭(250)에 근접하여 위치될 것이다(도 2 참조).
일부 실시예들에서, 다중-부품 톱니(120) 상에 코일(300)을 설치하기 위한 방법은, 삽입된 추가적인 톱니-부분(들)(124A, 124B)의 더 넓은 제2 단부(128)가 캐비티(320) 밖으로 연장되도록 다중-부품 톱니(120)의 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분(124A, 124B)을 코일(300)의 캐비티(320) 내로 삽입하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 도 46a에서 가장 잘 보이는 바와 같이, 2개의 추가적인 톱니-부분들(124A, 124B)은, 2개의 추가적인 톱니-부분들(124A, 124B)의 더 넓은 제2 단부들(128)이 캐비티의 제2 단부(324)를 통해 캐비티(320)로부터 연장되도록(또는 돌출하도록) 코일(300)의 캐비티(320) 내로 삽입된다. 톱니(120)가 단일 추가적인 톱니-부분(예를 들어, 도 23e 및 도 23h의 톱니 부분들(124C, 124D))만을 포함하는 실시예들에서, 이러한 단일 톱니 부분은, 이것의 더 넓은 단부가 캐비티(320)의 하나의 단부로부터 밖으로 돌출하도록 코일(300)의 캐비티(320) 내로 삽입될 것이다. 톱니(120)가 다수의 추가적인 톱니-부분들을 포함하는 실시예들(도 23a, 도 23i 내지 도 23k 참조)에서, 이러한 다수의 추가적인 톱니-부분들 중 하나 이상이 캐비티(320) 내로 삽입될 것이다.
일부 실시예들에서, 도 45a 내지 도 46c에 예시된 바와 같이, 추가적인 톱니-부분들(124A, 124B) 둘 모두가 캐비티(320) 내로 삽입된다. 2개의 추가적인 톱니-부분들(124A, 124B)은, 2개의 추가적인 톱니-부분들(124A, 124B) 사이의 캐비티(320)에 갭이 형성되도록 캐비티(320)의 대향되는 측벽들에 대해(즉, 코일(300)의 내부 벽들에 대해) 눌린다. 즉, 도 45d 및 도 46a에서 확인될 수 있는 바와 같이, 2개의 추가적인 톱니-부분들(124A 및 124B)은, 각각의 추가적인 톱니-부분(124A, 124B)의 측면 표면이 2개의 추가적인 톱니 부분들(124A, 124B) 사이에 갭을 형성하기 위해 캐비티(320)의 내부 상의 대향되는 표면과 접촉하도록(또는 이에 대해 눌리도록) 캐비티(320)에 위치된다.
도 45d 및 도 46a에서 가장 잘 보이는 바와 같이, 추가적인 톱니-부분들(124A, 124B)은, 삽입된 톱니 부분(124A, 124B)의 더 넓은 제2 단부(128)가 캐비티의 제2 단부(324)를 통해 캐비티(320) 밖으로 연장되도록(또는 이로부터 돌출하도록) 캐비티(320) 내로 삽입된다. 도 46b에서 가장 잘 보이는 바와 같이, 그런 다음 (삽입된 추가적인 톱니-부분들(124A, 124B)을 갖는) 코일(300)은, 삽입된 추가적인 톱니-부분(124A, 124B)의 더 넓은 제2 단부(128)가 코일(300)의 캐비티(320) 밖으로 연장된 채로 남아 있도록 다중-부품 톱니(120)의 코어 톱니-부분(122) 상에 장착된다. 도 46c에 예시된 바와 같이, 힘(F)은 추가적인 톱니-부분들을 캐비티(320) 내로(즉, 캐비티(320)의 제1 단부(322)를 향해) 밀기 위해 추가적인 톱니-부분(124A, 124B)의 돌출하는 제2 단부들(128)에 인가된다. 추가적인 톱니-부분(124A, 124B)이 캐비티(320) 내로 더 진입함에 따라, 이들은 다중-부품 톱니(120) 상에 코일을 조이기(tighten) 위해 코어 톱니-부분(122)의 측면들 및 캐비티(320)의 내부 벽들을 대고 누른다(예를 들어, 도 45e, 도 46c 참조). 일부 실시예들에서, 도 45f에 예시된 바와 같이, 그런 다음 접착 재료(예를 들어, 접착제)가 다중-부품 톱니(120)의 다수의 부품들을 함께 그리고 코일 캐비티(320)의 내부 벽들에 결합하기 위해 적용될 수 있다.
이상에서 논의된 실시예가 단지 예시적이라는 것을 유의해야 한다. 코일 및 톱니의 구성에 기초하여 설명된 방법에 대한 다수의 변형들이 존재할 수 있다. 도 23e 내지 도 23f 및 도 23h가 또한 다중-부품 톱니(120)의 일부 다른 구성들 상에 코일(300)을 설치하는 예시적인 방법을 도시한다. 이상에서 설명된 바와 같이, (도 23e의) 추가적인 톱니-부분(124C) 또는 (도 23h의) 추가적인 톱니-부분(124D)은 먼저, 추가적인 톱니-부분(124C 또는 124D)의 더 넓은 단부가 개구부(320) 밖으로 연장되도록 코일(300)의 캐비티(320) 내로 삽입될 수 있다. 그런 다음, 추가적인 톱니-부분(124C 또는 124D)을 갖는 코일(300)은, 추가적인 톱니-부분(124C 또는 124D)의 더 넓은 단부가 캐비티(320) 밖으로 연장된 채로 남아 있도록 코어 톱니-부분(122) 위에 위치될 수 있다. 그런 다음, 힘이 추가적인 톱니-부분(124C 또는 124D)의 더 넓은 단부에 인가되어 이것을 캐비티(320) 내로 더 밀어서 코일(300)을 다중-부품 톱니(120) 주위에 꼭 맞게 끼워 맞출 수 있다. 힘의 인가는, 다중-부품 톱니(120) 상의 코일(300)을 조이기 위해 코어(110)의 환형 부품(130)을 향해 추가적인 톱니-부분(124C 또는 124D)의 더 넓은 단부를 코일(300) 내로 더 드라이브할 수 있다(예를 들어, 도 23f 참조). 일부 실시예들에서, 그런 다음 다중-부품 톱니(120)의 다수의 부품들을 함께 결합하기 위해 접착 재료가 적용될 수 있다.
도 23i 내지 도 23j는 다중-부품 톱니(120) 상에 코일(300)을 설치하기 위한 다른 예시적인 방법을 예시한다. 도 45a 내지 도 46c를 참조하여 설명된 실시예와 같이, 추가적인 톱니-부분들(124A 및 124B)의 쌍이 먼저 코일(300)의 캐비티(320)에 위치될 수 있다(도 23j 참조). 이러한 구성에서, 2개의 추가적인 톱니-부분들(124A 및 124B)의 더 넓은 단부는 캐비티(320) 밖으로 돌출하거나 또는 연장될 수 있다(도 23j 참조). 그런 다음, 이것의 대향되는 측면들(예를 들어, 상단 및 하단 측면들, 도 23j 참조) 상에 위치된 추가적인 톱니-부분들(124E, 124F)을 갖는 코어 톱니-부분(122)은 2개의 추가적인 톱니-부분들(124A, 124B) 사이의 공간을 통해 코일(300)의 캐비티(320) 내로 삽입될 수 있다. 코어 톱니-부분(122)이 캐비티(320) 내로 삽입될 때, 추가적인 톱니 부분들(124A, 124B) 중 하나 또는 둘 모두의 더 넓은 단부들은 캐비티(320) 밖으로 돌출된 채로 남아 있을 수 있다. 그런 다음, 돌출하는 더 넓은 단부(들)의 적어도 일 부분을 캐비티(320) 내로 밀기 위해 힘이 인가될 수 있다. 추가적인 톱니-부분(들)(124A, 124B)이 캐비티(320) 내로 더 진입함에 따라, 이들은 다중-부품 톱니(120) 상에 코일(300)을 조이기 위해 추가적인 톱니-부분들(124E, 124F), 코어 톱니-부분(122)의 측면들 및 캐비티(320)의 내부 벽들을 대고 누른다(예를 들어, 도 23k 참조). 일부 실시예들에서, 그런 다음 부품들을 코일과 함께 결합하기 위해 접착 재료가 적용될 수 있다. 임의의 유형의 접착 재료가 다중-부품 톱니(120)의 부품들을 함께 결합하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 접착 재료는, 부품들이 동작 동안 가열될 때 CTE 불일치 유도 열적-기계적 응력들을 감소시키기 위해 톱니 및/또는 코일 재료들의 열 팽창 계수에 가까운 열 팽창 계수를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 접착 재료와 다중-부품 톱니(120)의 상이한 부품들 사이의 CTE 불일치는 약 20% 미만일 수 있다.
다중-부품 톱니(120) 상에 코일(300)을 장착하는 설명된 방법들은, 코어 톱니-부분(122)이 코어(110)로부터 분리된 톱니(120)의 실시예들(예를 들어, 도 23l 및 도 23m의 실시예들)에 그리고 코어 톱니-부분(122)이 코어(110)와 통합된 톱니(120)의 실시예들(예를 들어, 도 23a 내지 도 23k의 실시예들)에 적용가능하다. 일반적으로, 전기 기계의 불규칙적인-형상의 다중-부품 톱니 상에 코일을 조립하는 방법은, 적어도 하나의 웨지-부분이 코일 내의 캐비티(또는 개구부) 밖으로 연장되도록 다중-부품 톱니의 적어도 하나의 추가적인 톱니 부분(예를 들어, 웨지-형 톱니 부분 또는 웨지-부분)을 코일의 개구부 내로 삽입하는 단계를 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은, 용어 "불규칙적인-형상"은 길이를 따라 변화하는 단면을 나타낸다. 일부 실시예들에서, 불규칙적인-형상의 체적은, 규칙적인 또는 단순한 형상들(예를 들어, 원, 원통, 정육면체, 평행 육면체, 등)이 아닌 기하학적 형상들에 의해 가장 잘 설명될 수 있다. 용어 "웨지-부분"은 더 넓은 단부 및 더 좁은 단부를 갖는 부품을 나타낸다. 일부 실시예들에서, 웨지-부분은 웨지의 형태일 수 있다. 용어 "캐비티" 또는 "개구부"는 코일의 내부 중공 부품을 나타낸다. 삽입된 적어도 하나의 웨지-부분을 갖는 코일은, 적어도 하나의 웨지-부분의 더 넓은 단부가 코일 내의 캐비티 밖으로 연장된 채로 남아 있도록 다중-부품 톱니의 코어 톱니 부분 상에 위치된다. 방법은 또한, 다중-부품 톱니 상에 코일을 조이기 위해 적어도 하나의 웨지-부분의 더 넓은 단부에 힘을 가하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 적어도 하나의 웨지-부분의 더 넓은 단부에 힘을 가하는 단계는, 코일의 캐비티(즉, 코일 개구부) 내로 적어도 하나의 웨지-부분의 더 넓은 단부를 미는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 코일 내의 개구부는 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장될 수 있다. 그리고, 적어도 하나의 웨지-부분을 삽입하는 단계는, 더 넓은 단부가 개구부의 제2 단부 밖으로 연장되도록 적어도 하나의 웨지-부분을 개구부 내로 삽입하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 힘을 가하는 단계는, 개구부의 제1 단부를 향해 더 넓은 단부를 미는 단계를 포함할 수 있다. 코일 내의 개구부 또는 캐비티는 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 단부에서의 개구부의 폭은 제2 단부에서의 개구부의 폭과는 상이할 수 있으며, 제1 단부에서의 개구부의 길이는 제2 단부에서의 개구부의 높이와는 상이할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 단부에서의 개구부의 형상 및 제2 단부에서의 개구부의 형상은 직사각형일 수 있다(예를 들어, 도 7b 참조). 전자기 코일이 톱니의 표면 상에 꼭 맞게 끼워 맞춰지기 때문에, 일부 실시예들에서, 코일 캐비티 또는 개구부의 형상은 톱니의 형상에 대응할 수 있다(또는 이와 실질적으로 유사할 수 있다). 따라서, 코일 캐비티의 제1 단부에서의 개구부의 둘레는 코일 캐비티의 제2 단부에서의 개구부의 둘레와 실질적으로 동일할 수 있다(예를 들어, 도 26a 내지 도 26b를 참조하는 톱니(120)의 형상의 논의 참조). 일부 실시예들에서, 제1 단부에서의 코일 개구부의 면적은 제2 단부에서의 개구부의 면적과는 다를 수 있다. 일부 실시예들에서, 코일 개구부의 면적은 제1 단부로부터 제2 단부까지 증가할 수 있다. 일부 실시예들에서, 코일 개구부 내로 적어도 하나의 웨지-부분을 삽입하는 단계는 적어도 2개의 웨지-부분들을 개구부 내로 삽입하는 단계를 포함할 수 있다.
톱니 상에 코일을 장착하는 단계는, 코어 톱니 부분이 적어도 2개의 웨지-부분들 사이에 배치되도록 코일을 코어 톱니 부분 상에 장착하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 접착 재료는 다중-부품 톱니의 코어 톱니-부분 및 적어도 2개의 웨지 부분들을 함께 부착하기 위해 사용될 수 있다. 다중-부품 톱니는 전기 기계의 고정자의 부품일 수 있다. 일부 실시예들에서, 다중-부품 톱니의 코어 톱니 부분은, 전기 기계의 중심 축 주위로 연장되는 환형 고정자 링 상에 대칭적으로 배열된 복수의 코어 톱니 부분들 중 하나일 수 있다. 코어 톱니 부분은 환형 고정자 링으로부터 방사상 방향으로 외측으로 연장될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 복수의 코어 톱니-부분들은 환형 고정자 링과 일체로 형성된다. 일부 실시예들에서, 중심 축에 수직하는 평면에서, 코어 톱니 부분은 실질적으로 직사각형 단면 형상을 가질 수 있으며, 적어도 하나의 웨지-부분은 실질적으로 삼각형 단면 형상을 가질 수 있다(예를 들어, 도 23b, 도 23f, 도 23k 참조). 일부 실시예들에서, 방사상 방향에 수직하는 평면에서, 코어 톱니 부분 및 적어도 하나의 웨지-부분은 실질적으로 직사각형 단면 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 코일은 코일 개구부 또는 캐비티 주위에 구리 와이어의 권선을 포함할 수 있다(예를 들어, 도 7a 내지 도 7c 참조). 와이어는 정사각형, 직사각형, 또는 원형 단면 형상 중 하나를 가질 수 있다(예를 들어, 도 7d, 도 7e 참조). 일부 실시예들에서, 코일은 개구부 주위에 나선형 구성의 구리 연선의 권선을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전기 기계는 전기 모터일 수 있다. 일부 실시예들에서, 방법에서 전기 기계는 발전기일 수 있다.
전기 기계의 불규칙적인-형상의 다중-부품 톱니 상에 코일을 조립하는 예시적인 방법은, 적어도 하나의 웨지-부분의 더 넓은 단부가 코일 내의 개구부 밖으로 연장되도록 다중-부품 톱니의 적어도 하나의 웨지-부분을 코일의 개구부 내로 삽입하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은, 적어도 하나의 웨지-부분의 더 넓은 단부가 코일 내의 개구부 밖으로 연장된 채로 남아 있도록, 삽입된 적어도 하나의 웨지-부분을 갖는 코일을 다중-부품 톱니의 코어 톱니 부분 상에 장착하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은, 다중-부품 톱니 상에 코일을 조이기 위해 적어도 하나의 웨지-부분의 더 넓은 단부에 힘을 가하는 단계를 포함할 수 있다.
도 47은 다중-부품 톱니 상에 코일을 설치하는 예시적인 방법의 순서도를 예시한다. 도 45a 내지 도 46c를 참조하면, 방법은, 적어도 하나의 웨지-부분의 더 넓은 단부(제2 단부(128))가 코일 내의 개구부 밖으로 연장되도록 다중-부품 톱니(120)의 적어도 하나의 웨지-부분(예를 들어, 추가적인 톱니-부분(124A, 124B))을 코일(300)의 개구부(예를 들어, 캐비티(320)) 내로 삽입하는 단계(단계(810))를 포함할 수 있다. 방법은 또한, 적어도 하나의 웨지-부분의 더 넓은 단부가 코일 내의 개구부 밖으로 연장된 채로 남아 있도록, 삽입된 적어도 하나의 웨지-부분(124A, 124B)을 갖는 코일(300)을 다중-부품 톱니(120)의 코어 톱니 부분(122) 상에 장착하는 단계(단계(820))를 포함할 수 있다. 방법은, 이것의 더 넓은 단부(128)를 코일 내의 개구부 내로 밀기 위해 적어도 하나의 웨지-부분(124A, 124B) 상에 힘(예를 들어, 도 46c의 힘(F))을 가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 외부 회전자 어셈블리를 조립하는 방법에서, 코일 내의 개구부는 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되며, 여기서 적어도 하나의 웨지-부분을 삽입하는 단계는, 더 넓은 단부가 개구부의 제2 단부 밖으로 연장되도록 적어도 하나의 웨지-부분을 개구부 내로 삽입하는 단계를 포함하며, 힘을 가하는 단계는, 더 넓은 단부를 개구부의 제1 단부를 향해 미는 단계(단계(830))를 포함한다.
본 개시의 전기 기계들에 대한 코일들(300)을 형성하는 예시적인 방법이 이하에서 설명된다. 일부 실시예들에서, 코일들은 불규칙적인 형상의 코일들일 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은, 용어 불규칙적인-형상의 코일은, 코일의 단면이 그 길이를 따라 변화한다는 것을 나타낸다. 도 6a 내지 도 7c를 참조하여 이상에서 설명된 바와 같이, 본 개시의 코일들(300)은 제1 단부(322)로부터 제2 단부(324)까지 연장되는 캐비티(320)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 불규칙적인 형상의 코일의 캐비티(320)의 단면과 관련된 치수는 제1 및 제2 단부들(322, 324) 사이에서 적어도 거리(예를 들어, 길이)의 일 부분을 따라 변화한다. 일부 실시예들에서, 단면적은 제1 단부(322)로부터 제2 단부(324)까지 변화할 수 있다. 본 개시의 불규칙적인 형상의 코일들을 형성하는 다양한 실시예들은, 코일을 형성하는 단계, 맨드릴(mandrel)의 형상의 코일을 형성하기 위해 맨드릴 주위로 와이어를 감는 단계, 맨드릴로부터 코일을 제거하는 단계, 및 톱니의 형상에 대응하도록 코일의 형상을 변경하기 위해 코일 상에 기계적 힘을 가하는 단계를 포함할 수 있다. 톱니는 전기 기계의 고정자 또는 회전자의 부품일 수 있다. 일부 실시예들에서, 그런 다음, 코일은 톱니 상에 장착될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같은, "맨드릴"은, 제1 형상의 코일을 형성하기 위해 그 위에 코일을 형성하는 와이어 또는 호일이 지지되거나 또는 감기는 디바이스(샤프트, 스핀들(spindle), 또는 작업물)을 나타낸다. 일부 실시예들에서, 맨드릴은 샤프트 또는 로드(rod)(예를 들어, 원통형 샤프트)일 수 있다. 임의의 유형의 기계적 힘(압축력, 인장력, 당기기, 밀기, 등)은 그 형상을 변경하기 위해 코일에 인가될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기계적 힘은 코일의 변형을 야기할 수 있다. 도 6a 내지 도 7e를 참조하여 이상에서 설명된 바와 같이, 본 개시의 코일들(300)은 와이어들 또는 호일들로 만들어질 수 있다. 코일이 와이어로 만들어지는 일부 실시예들에서, 와이어는 단일-가닥 와이어 또는 다중-가닥 와이어를 포함할 수 있다. 용어 "가닥(strand)"은 와이어의 다른 전류 전도체들로부터 절연된 전류 또는 전기 전도체를 나타낸다. 용어 "전류 또는 전기 전도체"는, 하나 이상의 방향으로 전하 또는 전류의 흐름을 가능하게 하는 재료 또는 물체를 나타낸다. 일부 실시예들에서, 코일을 형성하는 와이어들은 함께 꼬일 수 있다. 즉, 와이어들의 가닥들이 함께 꼬일 수 있다. 일부 경우들에서, 가닥들을 함께 꼬는 것은 와전류 손실들을 감소시키는 데 도움이 될 수 있다.
도 48a 내지 도 48d는 예시적인 실시예에서 코일(300)을 제조하는 단계들을 예시한다. 도 48a에 도시된 바와 같이, 코일(300)은 와이어(314)로 만들어질 수 있다. 와이어(314)는 단일-가닥 와이어 또는 다중-가닥 와이어(314)일 수 있다. 코일(300)은 방사상 방향으로 나선 형태로 감길 수 있다. 일부 실시예들에서, 코일(300)은 나선형 권선을 형성하기 위해 원통형 맨드릴 주위에 감길 수 있다. 이와 같이, 원통형 맨드릴 상에 감은 이후에 코일(300)의 첫 번째 형상은 맨드릴의 형상에 대응할 수 있다. 원통형 맨드릴 상에 감은 이후에 생기는 코일(300)의 원통형 캐비티는 캐비티의 길이를 따라 일정한 둘레 및 일정한 단면적을 가질 수 있다. 원통형 맨드릴 및 결과적인 원통형 형상은 단지 예시적이라는 것을 유의해야 한다. 일반적으로, 맨드릴은 임의의 형상(즉, 임의의 단면 형상의 로드)을 가질 수 있으며, 해당 맨드릴 상에 감는 것으로부터 기인하는 코일은 대응하는 단면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 와이어를 감기 위해 사용되는 맨드릴이 직사각형 단면 형상을 가지는 경우, 그 감는 동작으로부터 기인하는 코일의 캐비티가 또한 실질적으로 유사한 직사각형 단면 형상을 가질 것이다.
도 48b에 도시된 바와 같이, 코일(300)은 하나 이상의 분리 맨드릴들(956)을 사용하여 제조 스테이션(952) 상에 위치될 수 있다. 분리 맨드릴들(956)은, 제1 형상으로부터 제2 형상으로 코일 캐비티의 형상을 변경하기 위한 기계적 힘의 인가 동안 코일을 지지할 수 있다. 일부 실시예들에서, 마운트(mount)(954)는, 코일(300)이 제조 동안 움직이지 않을 수 있도록 코일(300)의 일 부분을 스테이션(952)에 부착할 수 있다. 도 48c에 도시된 바와 같이, 웨지 맨드릴(958)은 코일(300)의 형상을 변경하기 위해 분리 맨드릴들(956) 사이에서 드라이브될 수 있다. 웨지 맨드릴(958)은, 내부 캐비티 벽들의 직경 방향으로 대향되는 단부들을 외측으로 밀기 위해 2개의 분리 맨드릴들(956)(도 48b 및 도 48c 참조) 사이의 갭을 통해 코일의 캐비티 내로 밀릴 수 있다. 힘은, 예를 들어, 분리 맨드릴들(956) 사이의 공간 내로 웨지 맨드릴(958)을 밀기 위해 도 48c에 도시된 바와 같이 아래쪽 방향(960)으로 웨지 맨드릴(958)에 인가될 수 있다. 웨지 맨드릴(958)이 코일 캐비티 내로 아래쪽으로 이동함에 따라, 분리 맨드릴들(956)은 웨지 맨드릴(958)의 웨지 표면들에 의해 (도 48c에서 화살표들을 사용하여 도시된) 바깥쪽으로 드라이브될 수 있다. 분리 맨드릴들(956)이 바깥쪽으로 이동함에 따라, 코일 캐비티의 내부 벽들이 또한 바깥쪽으로 밀릴 수 있다. 도 48d에 도시된 바와 같이, 코일 캐비티의 직경 방향으로 대향되는 단부들 상의 방사상 외측 방향으로의 이러한 힘의 결과로서, 코일(300)의 두 번째 형상이 형성될 수 있다. 두 번째 형상은 톱니(120)의 형상에 대응할 수 있다. 즉, (도 48b 내지 도 49d에 도시된 바와 같은) 힘의 인가 이후에, 톱니(120)의 외부 형상과 유사하게(도 48a 내지 도 49d를 참조하여 설명됨), 톱니(120)의 표면 상에 꼭 맞게 끼워 맞춰지는 코일(300)의 캐비티(320)는 제1 단부(322)로부터 제2 단부(324)까지 이것의 길이를 따라 실질적으로 일정한 둘레를 가질 수 있으며, 반면 길이를 따른 이것의 단면적은 변화한다. 두 번째 형상은 직사각형 또는 사다리꼴일 수 있다. 일부 실시예들에서, 캐비티(320)는, 코일(300)의 제1 및 제2 단부들(322, 324) 사이에서 연장되는 축에 수직하는 평면들에서 직사각형 단면적을 갖는 사다리꼴 3차원 형상을 가질 수 있다(예를 들어, 도 6c, 도 7a, 도 48b 내지 도 48d 참조). 일부 실시예들에서, 코일(300)의 내부 캐비티의 적어도 하나의 단부는, 웨지 맨드릴(958)에 의해 인가된 힘의 결과로서 확장(또는 가소적으로 변형)될 수 있다. 이것의 캐비티(320)가 두 번째 형상을 갖는 코일(300)의 예시적인 실시예가 도 6a 내지 도 6d 및 도 7a 내지 도 7b에 도시된다. 이상에서 설명된 바와 같이, 와이어(314)가 이상에서 설명된 방법에서 코일(300)을 형성하기 위해 사용되지만, 코일(300)은 또한 호일(312)을 사용하여 유사하게 형성될 수 있다.
도 49a 내지 도 49d는 코일을 제조하는 다른 예시적인 방법을 예시한다. 도 49a에 도시된 바와 같이, 코일(300)은 하나 이상의 분리 맨드릴들(962)을 사용하여 제조 스테이션(952) 상에 위치될 수 있다. 마운트(954)는, 코일(300)이 제조 동안 움직이지 않을 수 있도록 코일(300)의 일 부분을 부착할 수 있다. 도 49b에 도시된 바와 같이, 분리 맨드릴(962)은 하부 부분(964) 및 상부 부분(966)을 포함할 수 있다. 하부 부분(964)은 코일을 성형하기 위해 코일의 내부에서 드라이브될 수 있으며, 상부 부분(966)은, 예컨대 마운트(954)에 대해 분리 맨드릴(962)을 유지하기 위해 분리 맨드릴(962)의 움직임을 제한하도록 구성될 수 있다. 도 49c에 도시된 바와 같이, 웨지 맨드릴(958)은 코일(300)의 형상을 변경하기 위해 가이드 분리 맨드릴들(962) 사이에서 드라이브될 수 있다. 힘이 (예를 들어, 도시된 바와 같이 아래쪽 방향(958)으로) 제조 스테이션(952) 반대편의 맨드릴(958)에 인가될 수 있으며, 분리 맨드릴들(962)은 웨지 맨드릴(958)의 웨지 면들에 의해 드라이브될 수 있다. 도 49d에 도시된 바와 같이, 코일(300)의 두 번째 형상이 형성될 수 있다. 두 번째 형상은 톱니(120)의 형상에 대응할 수 있다. 두 번째 형상은 이상에서 설명된 것과 유사할 수 있다. 일부 실시예들에서, 코일(300)의 내부 캐비티의 적어도 하나의 단부는, 웨지 맨드릴(958)에 의해 인가된 힘의 결과로서 확장될 수 있다. 코일(300)의 결과적인 두 번째 형상은 도 6a 내지 도 6d 및 도 7a 내지 도 7b에 코일(300)에 대해 도시된 것과 유사할 수 있다.
(도 45a 내지 도 46c를 참조하여) 이상에서 설명된 바와 같이, 코일(300)은, 코일(300)의 캐비티(320)가 톱니(120) 상에 꼭 맞게 끼워 맞춰지도록 회전자 또는 고정자의 톱니(120) 상에 장착된다. 일부 실시예들에서, 코일(300)이 (도 48a 내지 도 48d 또는 도 49a 내지 도 49d를 참조하여) 이상에서 설명된 바와 같이 형성된 이후에, 코일의 캐비티(320)의 형상은 톱니(120)의 형상에 충분히 대응하지 않을 수 있다. 일부 이러한 실시예들에서, 코일(300)이 이상에서 설명된 바와 같이 형성된 이후에, 캐비티(320)를 톱니(120)의 형상으로 마무리(또는 미세-튜닝)하기 위해 힘이 코일(300)의 외부 표면들 및/또는 코일의 캐비티(320)의 내부 벽들에 인가될 수 있다. 도 50a 내지 도 50d는 코일을 제조하는 예시적인 방법의 도면들을 예시한다. 도 50a 내지 도 50b에 도시된 바와 같이, (도 48a 내지 도 48d 또는 도 49a 내지 도 49d를 참조하여 설명된 바와 같이 코일의 캐비티의 형상을 두 번째 형상으로 변경한 이후에) 코일(300)은 돌출부 주위에 코일의 캐비티가 있는 상태로 돌출부(576) 상에 위치될 수 있다. 일단 코일(300)이 돌출부(576) 상에 위치되면, 성형 블록(forming block)들(572, 574)은 코일(300)의 형상을 변경하기 위해 코일(300)의 외부 표면들과 접촉하고 외부 표면들 상에 기계적인 힘(예를 들어, 압축력)을 인가할 수 있다. 도 50c 내지 도 50d에 도시된 바와 같이, 성형 블록들(572, 574)은 코일 캐비티의 형상을 최종 희망되는 형상으로 변경하기 위해 돌출부(576)를 향해 (예를 들어, 힘(578)으로) 내측으로 드라이브될 수 있다. 코일(300)의 결과적인 형상은 사다리꼴일 수 있으며, (도 48a 내지 도 48d를 참조하여 설명된) 다중-부품 톱니(120)의 형상에 대응할 수 있다. 일부 실시예들에서, 대향되어 위치된 블록들(574)(또는 572)의 하나의 쌍만이 돌출부(576) 상에 장착된 코일(300) 상에 압축력을 인가할 수 있다. 일부 실시예들에서, 대향되어 위치된 블록들(574)의 제1 쌍은 코일(300) 상에 압축력을 인가할 수 있으며, 반면 대향되어 위치된 블록들(572)의 제2 쌍은, 예를 들어, 힘의 인가의 결과로서 이것이 블록들(572)의 방향으로 돌출하는 것을 방지하기 위해 단지 코일 표면 상에 놓일 수 있다.
일부 실시예들에서, 웨지 피스가 코일 캐비티의 형상을 최종 희망되는 형상으로 마무리하기 위해 사용될 수 있다. 도 51a 내지 도 51b는 코일을 제조하는 방법의 도면을 예시한다. 도 51a 내지 도 51b에 도시된 바와 같이, 웨지 맨드릴(582) 및 베이스(584)는 코일(300)의 캐비티(320)의 형상을 마무리하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 웨지 맨드릴(582)은 캐비티(320)의 내부 벽들을 최종 희망되는 형상으로 마무리(또는 미세-튜닝)하기 위해 코일(300)의 캐비티(320) 내에서 (예를 들어, 도 51a에서 위아래로) 이동될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 51b에 예시된 바와 같이, 웨지 맨드릴(582)은 코일 캐비티의 일 측면의 형상을 최종 희망되는 형상으로 마무리하기 위해 베이스(584)에 대해 코일(300)의 일 측면으로 눌릴 수 있다. 일부 실시예들에서, 코일(300)이 뒤집히고, 프로세스는 다른 측면을 형성하거나 또는 마무리하기 위해 반복될 수 있다. 맨드릴(582)은 코일(300)의 내부에 사다리꼴을 형성하기 위해 웨지 형상일 수 있다. 일부 실시예들에서, 맨드릴(582)이 베이스(584)에 대해 눌리는 동안, 기계적 힘은 다른 단부(예를 들어, 클램프)에서 내부 캐비티의 크기를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 맨드릴(582)는 코일(300)의 중심 축(예를 들어, 도 6d의 축(2000))으로부터 멀어지는 방향으로 작용할 수 있으며, 다른 단부에서 내부 캐비티의 크기를 감소시키기 위한 기계적 힘은 코일(300)의 중심 축을 향한 방향으로 작용할 수 있다.
도 52는 전기 기계의 고정자 또는 회전자의 톱니(120) 상에 장착하기 위한 코일을 제조하는 방법(910)을 예시한다. 방법(910)의 단계들은, 맨드릴의 형상에 대응하는 첫 번째 형상을 갖는 코일을 형성하기 위해 맨드릴 주위에 와이어(또는 호일)를 감는 단계(920)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 와이어(314)(또는 호일(312))는 이를 관통하는 원통형 캐비티를 갖는 와이어(314)의 원통형 권선을 형성(또는 변형)하기 위해 원형 로드 또는 샤프트 주위에 감길 수 있다. 방법(910)의 단계들은, 맨드릴로부터 첫 번째 형상을 갖는 코일을 제거하는 단계(930)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 와이어가 원형 코일을 형성하기 위해 원형 샤프트 상에 감기는 실시예에서, 코일은 샤프트로부터 제거될 수 있다. 단계(920)에서, 와이어의 재료는, 코일이 단계(930)에서 맨드릴로부터 제거될 때 코일이 이것의 원형 형상을 유지하도록 가소적으로 변형될 수 있다. 방법의 단계들은, 코일의 형상을 첫 번째 형상으로부터 톱니에 대응하는 형상으로 변경하기 위해 코일 상에 기계적 힘을 인가하는 단계(930)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 톱니가 직사각형 형상을 갖는 경우, 이러한 단계에서, 기계적 힘이 와이어의 원형 코일에 인가되어 이것의 원통형 캐비티의 형상은 직사각형 단면 형상을 갖는 캐비티로 변경된다. 방법의 단계들은, 톱니 상에 두 번째 형상의 코일을 장착하는 단계(940)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 코일 와이어는 전기 전도체의 다수의 가닥들의 형태로 형성될 수 있다. 와이어는 임의의 수(예를 들어, 2-3000개)의 가닥들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 와이어(314)는 전기 전도체를 함께 꼬아서 형성될 수 있거나 또는 리츠 와이어의 형태로 만들어질 수 있다. 리츠 와이어는, 개별적으로 절연되며 함께 꼬이거나 또는 직조되는 다수의 와이어 가닥들로 만들어진다. 일부 경우들에서, 리츠 와이어는 다수의 와이어 가닥들 사이에서 전류를 동일하게 분배하여 그 저항을 감소시키는 데 도움이 될 수 있다.
와이어(314)는 원형 단면 형상 또는 직사각형 단면 형상을 가질 수 있다. 이상에서 설명된 바와 같이, 본 개시의 코일들(300)은 와이어(314) 또는 호일(312)을 사용하여 만들어질 수 있다. 이상에서 설명된 코일 제조 방법(810)이 와이어(314)를 사용하여 설명되었지만, 이것이 단지 예시적이라는 것을 유의해야 한다. 방법(910)은 또한 호일(312)을 사용하여 수행될 수도 있다. 간결함을 위해, 코일(300)을 제조하는 방법은 와이어(314)를 참조하여 설명될 것이다. 코일(300)은 또한 유사한 방식으로 호일(312)을 사용하여 형성될 수도 있다.
단계(920)를 참조하면, 와이어(314)는 임의의 형상(즉, 임의의 첫 번째 형상)을 갖는 코일을 형성하기 위해 맨드릴 상에 감길 수 있다. 일부 실시예들에서, 코일의 첫 번째 형상은 원통형 형상 또는 사다리꼴 형상일 수 있다. 즉, 맨드릴 상에 와이어(314)를 감는 것의 결과로서 형성된 코일은 이것의 길이를 따라 연장되는 원통형(또는 사다리꼴) 캐비티(320)를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 맨드릴 주위에 와이어(314)를 감는 단계(즉, 단계(920))는, 제1 단부(322)로부터 제2 단부(324)까지 연장되는 내부 캐비티(320)를 갖는 코일을 형성하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 코일 상에 기계적 힘을 인가하는 단계(즉, 단계(940))는, 제1 단부(322) 또는 제2 단부(324) 중 하나에서 내부 캐비티(320)의 크기를 선택적으로 증가시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 코일 상에 기계적 힘을 인가하는 단계(즉, 단계(940))는, 내부 캐비티(320)의 형상을 변경하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 내부 캐비티(320)의 단면 형상은 하나의 형상(예를 들어, 원형 단면 형상)으로부터 상이한 형상(예를 들어, 직사각형 단면 형상)으로 변경될 수 있다. 일부 실시예들에서, 내부 캐비티의 형상을 변경하는 단계는, 내부 캐비티의 중심 축에 수직하는 평면을 따른 내부 캐비티의 단면 형상을 원형 형상(예를 들어, 도 49a 참조)으로부터 사다리꼴 형상(예를 들어, 도 50c 내지 도 50d)으로 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 사다리꼴 형상의 폭 및 높이 둘 모두는 제1 단부로부터 제2 단부까지 변화할 수 있다(예를 들어, 도 7b, 도 48a 내지 도 48d 참조). 일부 실시예들에서, 사다리꼴 형상의 둘레는 제1 단부로부터 제2 단부까지 실질적으로 일정할 수 있으며, 사다리꼴 형상의 면적은 제1 단부로부터 제2 단부까지 변화한다. 일부 실시예들에서, 사다리꼴 형상의 면적은 제1 단부로부터 제2 단부까지 증가한다. 일부 실시예들에서, 코일 상에 기계적 힘을 인가하는 단계(930)는, 내부 캐비티의 제2 단부의 형상에 비해 내부 캐비티의 제1 단부의 형상을 변경하기 위해 제2 맨드릴을 코일의 내부 캐비티 내로 삽입하는 단계를 포함할 수 있다. 용어 "제2 맨드릴"은, 코일의 형상을 원통형으로부터 사다리꼴로 변경하도록 구성된 속이 찬 재료를 나타낸다.
코일 상에 기계적 힘을 인가하는 단계(930)는 제1 단부 또는 제2 단부 중 하나에서 내부 캐비티의 치수를 증가시키기 위한 제1 기계적 힘(예를 들어, 방향(960)으로의 기계적 힘) 및 제1 단부 또는 제2 단부 중 다른 것에서 내부 캐비티의 치수를 감소시키기 위한 제2 기계적 힘을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 기계적 힘은 내부 캐비티의 중심 축을 향해 작용할 수 있으며, 제2 기계적 힘은 중심 축으로부터 멀어지도록 작용한다. 일부 실시예들에서, 코일 상에 기계적 힘을 인가하는 단계(930)는, 내부 캐비티의 제1 단부 또는 제2 단부 중 적어도 하나를 정의하는 코일의 와이어를 스트레칭하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 와이어는 구리로 만들어질 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들은 전기 기계를 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같은, 전기 기계(또는 전기적 기계)는 전자기력에 기초하여 동작하는 디바이스일 수 있다. 일반적으로, 전기에 기초하여 동작하거나 또는 전기를 생성하는 임의의 유형의 전기기계적 에너지 컨버터는 전기 기계일 수 있다. 요구되지는 않지만, 일부 실시예들에서, 전기 기계는 전기 모터 또는 발전기일 수 있다. 동작 동안, 전기 기계는 자기 플럭스를 생성한다. 방사상 플럭스 전기 기계에서, 생성된 자기 플럭스의 적어도 일부 부분들은 기계의 회전축에 수직으로 연장될 수 있다. 전기 기계들은 공기 갭에 의해 분리된 고정자 및 회전자를 포함할 수 있다. 방사상 플럭스 전기 기계에서, 작동(또는 메인) 자기 플럭스는 방사상 평면에서 공기 갭을 통해 회전자와 고정자 사이에서 연장될 수 있다.
도 53, 도 54, 및 도 55는 예시적인 전기 기계(10)의 상이한 도면들을 도시한다. 예시적인 전기 기계(10)는 고정자(100), 회전자(200), 베이스 플레이트(56), 복수의 톱니들(120), 및 전자기 코일들(300)을 포함할 수 있다. 전기 기계(10)는 하우징(50)을 갖는 공랭식 시스템일 수 있다. 외부 립(rib)들(52)은 단부 실드(54)와 고정자 베이스 플레이트(56) 사이의 하우징(50)의 표면 상에 위치될 수 있다. 도 53에 예시된 바와 같이, 베이스 플레이트(56)는 이로부터 연장되는 복수의 핀(pin)들(58)을 포함할 수 있다. 외부 립들(52) 및 핀들(58)은 동작 동안 전기 기계(10)에 의해 생성된 열을 주변 공기로 전달하는 것을 도울 수 있다. 이하의 논의에서, 전기 모터 형태의 전기 기계(10)가 설명될 것이다. 그러나, 이러한 설명은, 예를 들어, 발전기와 같은 다른 유형의 전기 기계들에 동일하게 적용가능하다. 전기 기계(10)가 동작할 때, 이것의 샤프트(20)가 회전할 수 있다. 전기 기계(10)의 구성요소들이 이하에서 더 상세하게 설명될 것이다.
본 개시의 전기 기계는 회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 회전자, 및 회전축을 중심으로 고정자 코어 상에 환형으로 배열된 복수의 톱니들을 갖는 고정자를 포함할 수 있다. 일반적으로, 고정자는 전기 기계의 임의의 고정식 구성요소(또는 구성요소들의 어셈블리)일 수 있으며, 회전자는 고정자에 대해 이동하도록 구성된 임의의 전기 기계 구성요소(또는 구성요소들의 어셈블리)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 고정자는 회전자에 대해 고정적으로 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 회전자는 고정자에 대해 회전축을 중심으로 회전하도록 구성될 수 있다. 회전자는, 회전자와 함께 회전하는 샤프트(회전자 샤프트)에 결합될 수 있다. 이를 중심으로 회전자(및 샤프트)가 회전하는 축은 "회전축"으로 지칭될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은, 복수의 톱니들은 몸체로부터 돌출하는 돌출부들을 나타낼 수 있다. 톱니들은 몸체로부터 돌출하는 일련의 실질적으로 유사한 돌출부들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고정자가 톱니들을 포함하는 실시예들에서, 고정자의 몸체 또는 코어로부터 돌출하는 일련의 실질적으로 유사한 돌출부들이 톱니들을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 회전자가 톱니들을 포함하는 실시예들에서, 회전자의 몸체 또는 코어로부터 돌출하는 일련의 실질적으로 유사한 돌출부들은 톱니들을 포함할 수 있다. 방사상 플럭스 전기 기계에서, 톱니들은 방사상 평면에서 돌출할 수 있다. 다시 말해서, 톱니들은 방사상 평면에서 방사상 방향으로 (내측으로 또는 외측으로) 돌출한다. 각각의 돌출부는 톱니를 형성할 수 있다. 전형적으로, 돌출부들(또는 톱니들)은 자기 플럭스의 상당한 부분을 고정자와 회전자 사이로 지향시키도록 구성되거나 또는 성형될 수 있다.
고정자 코어는, 단일 또는 다수의 부품들로 만들어질 수 있으며 회전 자기장을 지지하고 보호할 수 있는 고정자의 메인 몸체를 나타낼 수 있다. 고정자 코어는 전기 기계의 자기 플럭스를 전도시키기 위한 소프트 자성 재료로 만들어질 수 있다. 회전축을 중심으로 고정자 코어 상에 환형으로 배열된 복수의 톱니들은, 회전 전기 기계의 회전자 샤프트의 축을 중심으로 방사상 평면에서 코어로부터 돌출하는 톱니들을 나타낼 수 있다. 일부 실시예들에서, 고정자 코어는 회전축 주위로 연장되는 환형 고정자 링을 포함할 수 있으며, 복수의 톱니들의 각각의 톱니는 환형 고정자 링과 일체인 코어 톱니-부분을 포함할 수 있다. 환형 고정자 링은 링-형 구조체를 나타낼 수 있다. 링-형 구조체는 전기 기계의 회전축 주위에 배치될 수 있다. 코어 톱니-부분은, 방사상 평면에서 고정자 링의 환형 고정자 링으로부터 돌출하는 부품을 지칭할 수 있다. 용어 "일체"는, 부품의 무결성을 파괴하지 않고는 실질적으로 분해될 수 없는 단일 부품을 형성하기 위해 2개의 부품들이 연결되는 것을 나타내기 위해 본원에서 사용될 수 있다. 일부 경우들에서, 2개의 일체로 형성된 부품들은 단일 부품으로서 형성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 복수의 톱니들의 각각의 톱니는 코어 톱니 부분과 비-일체로 형성된 하나 이상의 추가적인 톱니-부분들을 포함할 수 있다. 코어 톱니-부분과 일체로 형성되지 않은 하나 이상의 추가적인 톱니-부분들은, 환형 고정자 링으로부터 용이하게 분리될 수 있는 방식으로 함께 부착되는 하나 이상의 추가적인 톱니-부분들을 지칭할 수 있다. 일부 실시예들에서, 추가적인 톱니-부분들은 웨지-형상일 수 있다. 일부 실시예들에서, 추가적인 톱니-부분들의 쌍은 코어 톱니 부분의 대향되는 측면들 상에 정렬된 톱니-부분들을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 추가적인 톱니-부분들의 쌍은 또한, 코어 톱니-부분의 상단 및 하단 표면들 상에 정렬된 톱니-부분들을 포함할 수 있다.
특정 실시예들에서, 모든 톱니 부품들이 함께 조립될 때, 각각의 톱니는 대향되는 면들의 2개의 세트들을 갖는 외부 표면들을 정의할 수 있으며, 2개의 세트들의 각각의 세트의 대향되는 면들은 서로 비-평행하고, 여기서 대향되는 면들의 2개의 세트들의 각각의 면은 방사상 방향으로 경사질 수 있다. 즉, 예를 들어, 면들(A-D)을 갖는 톱니에 대해, 면들(A, B)의 쌍은 서로 비-평행할 수 있으며, 면들(C, D)의 다른 쌍은 서로 비-평행할 수 있다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 인접한 톱니들의 대향되는 면들은 실질적으로 서로 평행할 수 있다. 즉, 예를 들어, 하나의 톱니의 면(C)은 인접한 톱니의 면(D)에 평행할 수 있다. 대향되는 측면 면들은, 인접한 톱니들 사이에 형성된 슬롯이 방사상 방향으로 일정한 폭을 갖도록 서로 평행할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방사상 방향에 수직하는 평면에서 각각의 톱니의 단면은 직사각형 형상을 가질 수 있으며, 단면의 둘레는 방사상 방향으로 실질적으로 일정할 수 있고 단면의 면적은 방사상 방향으로 변화할 수 있다.
도 53은 전기 기계(10)의 축방향 평면을 따른 전기 기계(10)의 단면도를 예시한다. 도 53에서, 전기 기계(10)의 회전축(1000)은 축방향 평면 내에 놓이며, 축방향 평면은 전기 기계(10)를 2개의 대칭적인 절반부들로 양분한다. 방사상 평면은 회전축에 수직으로 연장되며, 회전축(1000)은 방사상 평면에 수직으로(예를 들어, 종이의 안팎으로) 연장된다. 전기 기계(10)는 고정자(100) 및 회전자(200)를 포함할 수 있다. 회전자(200)는 고정자(100)에 대해 회전축(1000)을 중심으로 회전하도록 구성될 수 있다. 고정자(100)는 복수의 톱니들(120)을 포함하는 고정자 코어(110)를 포함할 수 있으며, 회전자(200)는 복수의 영구 자석들(220)이 설치된 회전자 코어(210)를 포함할 수 있다. 전자기 코일들(300)은 고정자(100)의 톱니들(120) 상에 환형으로 장착될 수 있다. 회전자(200)는, 회전축(1000)을 중심으로 회전하도록 구성될 수 있는 샤프트(20)에 연결될 수 있다. 전력이 전자기 코일들(300)에 제공될 때, 자기장이 생성될 수 있다. 생성된 자기장에 기초하여, 자기 플럭스가 회전자(200)와 고정자(100) 사이에서 흘러서 회전자(200)에 회전력을 제공할 수 있다. 전기 기계(10)는 임의의 적절한 애플리케이션에서 전원으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 자동차에서, 전기 기계(10)는 자동차의 휠들을 구동할 수 있다.
고정자(100)는 고정자(100)의 고정자 코어(110) 상에 회전축(1000) 주위에 환형으로 그리고 대칭적으로 배열된 복수의 톱니들(120)을 포함할 수 있다. 각각의 톱니(120)는, 복합 또는 다중-부품 톱니(120)를 형성하기 위해 함께 배열될 수 있는 다수의 피스들 또는 부품들을 포함할 수 있다. 각각의 톱니(120)는 축방향 평면 및 방사상 평면 둘 모두에서 직사각형 또는 사다리꼴 단면 형상을 가질 수 있다. 각각의 톱니(120)의 폭 및 길이는 방사상 방향으로 변화할 수 있다. 즉, 도 53에 예시된 바와 같이, 톱니(120)의 길이(l)는 (방사상 축(2000)을 따라) 톱니(120)의 방사상 외측 방향으로 l1로부터 l2까지 변화할 수 있으며, 톱니(120)의 폭은 톱니(120)의 방사상 외측 방향으로 변화할 수 있다(미도시). 도 54에 도시된 전기 기계(10)와 같은 일부 실시예들에서, 톱니(120)는 코어 톱니-부분(122) 및 코어 톱니-부분(122)의 대향되는 측면 표면들 상에 배치된 추가적인 톱니-부분(124A 및 124B)의 쌍을 포함할 수 있다.
본 개시의 전기 기계는 복수의 전자기 코일들을 포함할 수 있다. 전자기 코일(또는 전기 코일)은, 전류가 (예를 들어, 전기 모터들 내의) 전도체를 통과할 때 자기장을 생성할 수 있거나 또는 자기장이 코일을 통과할 때 전도체에 걸쳐 전압을 생성할 수 있는 전기 전도체의 하나 이상의 턴(turn)들(또는 권선)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전기 전도체의 턴들은 코일과 같이 구성되거나 또는 성형될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자기 코일은, 강자성 코어 주위에 감기도록 구성될 수 있는 일련의 전도성 와이어들을 포함하는 전기 전도체일 수 있다. 일반적으로, 본 개시의 전자기 코일들은 전기 기계의 고정자 또는 회전자와 연관될 수 있다. 즉, 일부 실시예들에서, 복수의 코일들은 회전자에 결합(예를 들어, 장착, 설치, 감김)될 수 있으며, 다른 실시예들에서, 복수의 코일들은 고정자에 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 전자기 코일들의 각각의 코일은 복수의 톱니들의 별개의 톱니 상에 장착될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 고정자 코어로부터 돌출하는 복수의 톱니들의 각각의 톱니는 전기 전도체의 하나 이상의 턴들을 포함하는 전자기 코일을 포함할 수 있다.
도 54는 도 53의 예시적인 전기 기계(10)의 고정자(100)의 사시도를 도시하며, 도 55는 축방향 평면에서 고정자(100)의 단면도를 도시한다. 각각의 전자기 코일(300)은 톱니(120) 상에 장착되거나 또는 설치된다. 일부 실시예들에서, 전자기 코일(300)은, 전자기 코일(300)의 내부 표면이 톱니(120)의 외부 표면에 대해 꼭 들어맞도록 톱니(120) 상에 설치될 수 있다. 일부 이러한 실시예들에서, 전자기 코일(300)의 외부 형상(또는 프로파일)은, 이것이 장착된 톱니(120)의 외부 형상과 실질적으로 동일할 수 있다. 고정자(100)의 각각의 톱니(120)는, 인접한 톱니들(120) 상에 장착된 전자기 코일들(300)을 수용할 수 있는 슬롯(160)에 의해 인접한 톱니(120)로부터 분리될 수 있다. 톱니가 코어 톱니-부분(122) 및 추가적인 톱니-부분들(124A 및 124B)을 포함하는 실시예들에서, 각각의 다중-부품 톱니(120)의 코어 톱니-부분(122)은, 전자기 코일(300)이, 코어 톱니-부분(122)의 외부 표면들과 전자기 코일(300)의 내부 표면들 사이에 하나 이상의 갭들이 형성되는 상태로 코어 톱니-부분(122) 주위로 연장되도록 코일(300) 상에 장착될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 2개의 갭들은 전자기 코일(300)의 내부 표면과 코어 톱니-부분(122)의 대향되는 측면 표면들 사이에 형성될 수 있으며, 추가적인 톱니-부분들(124A 또는 124B) 중 하나는 하나의 갭에 위치될 수 있고 다른 추가적인 톱니 부분(124B 또는 124A)은 다른 갭에 위치될 수 있다. 고정자(100)가 톱니들(120)을 포함하는 것으로 설명되지만, 일부 실시예들에서, 회전자(200)가 대안적으로 또는 추가적으로 톱니들(120)을 포함할 수 있다는 것을 또한 유의해야 한다.
본 개시의 전기 기계들은 고정자 코어 및 복수의 전자기 코일들에 인접하여 위치된 베이스 플레이트를 포함할 수 있다. 베이스 플레이트는, 베이스 플레이트가 베이스 플레이트 상에 고정자 코어 및 전자기 코일들을 조립할 수 있도록 고정자에 부착되는 부품들의 조합 또는 피스를 나타낼 수 있다. 베이스 플레이트는 이것의 소스들로부터 열을 전도시키고 제거하기 위한 열-전도성 재료들로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 베이스 플레이트는 알루미늄으로 형성될 수 있다. 베이스 플레이트는, 복수의 전자기 코일들 및 고정자 코어가 동작 동안 가열됨에 따라 베이스 플레이트가 복수의 전자기 코일들 및 고정자 코어에 대한 공통 히트 싱크(heat sink)로서 역할하도록 구성될 수 있도록 복수의 전자기 코일들 및 고정자 코어와 열적으로 접촉할 수 있다. 열적 접촉(또는 열적 연결)은, 이들 사이에 양호한 열 교환이 발생하도록 베이스 플레이트와 복수의 전자기 코일들 사이의 근접성을 나타낸다. 일부 실시예들에서, 2개의 몸체들이 열적으로 접촉하거나 또는 열적으로 연결될 때, 2개의 몸체들 사이의 열 교환은 전도 열 전달 메커니즘에 의해 발생한다. 즉, 2개의 몸체들은 물리적으로 접촉할 수 있다. 2개의 몸체들은 이들이 열적으로 연결될 때(또는 열적으로 접촉할 때) 직접 물리적으로 접촉할 수 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 예를 들어, 열적으로 접촉하는 2개의 몸체들은 2개의 몸체들 사이에 배치된 열적 인터페이스 재료(예를 들어, 열 전도성 그리스들, 등)을 통해 서로 물리적으로 접촉할 수 있다. 열적 인터페이스 재료가 이와 같이 배치되는 경우, 2개의 몸체들 사이의 열적 인터페이스를 통해 (열적으로 접촉하는) 2개의 몸체들 사이에서 전도성 열 전달이 발생한다. 공통 히트 싱크는, 복수의 전자기 코일들 및 고정자 코어에 의해 생성된 열을 유체 매체, 예를 들어, 공기 또는 액체 냉각제에 전달할 수 있는 수동 열 교환기를 나타낼 수 있으며, 여기서 열은 전기 기계로부터 멀어지도록 소산될 수 있어서 전기 기계의 온도의 조절을 가능하게 한다.
일부 실시예들에서, 복수의 전자기 코일들의 각각의 코일 및/또는 고정자 코어는 베이스 플레이트와 직접적으로 접촉하거나 또는 그 사이에 배치된 열-전도성 재료를 통해 접촉할 수 있다. 열-전도성 재료는, 시스템들 사이의 열 에너지의 교환 및 전달을 개선하는 재료를 나타낼 수 있다. 이상에서 설명된 열적 인터페이스 재료는 열-전도성 재료일 수 있다. 열-전도성 재료의 두께는 열 전도율은 열 에너지의 교환 및 전달에 영향을 줄 수 있다. 이와 같이, 일부 실시예들에서, 복수의 전자기 코일들 및 고정자 코어와 베이스 플레이트 사이에 배치된 열-전도성 재료는 열적 저항을 감소시키기 위한 열-전도성 재료의 얇은 층일 수 있다. 열-전도성 재료의 두께는 애플리케이션에 의존한다. 열-전도성 재료의 열 전도율이 높은 애플리케이션들에서, 열-전도성 재료의 두께는 더 높을 수 있다.
일부 실시예들에서, 전기 기계는, 복수의 전자기 코일들 및 고정자 코어에 의해 생성된 열이 베이스 플레이트 및 모터 하우징을 통해 소산되는 것을 가능하게 하기 위해 베이스 플레이트에 열적으로 연결된 모터 하우징을 더 포함할 수 있다. 모터 하우징은, 내부에 전기 기계의 고정자 및 회전자를 수용하도록 구성될 수 있는 케이싱을 나타낼 수 있다. 모터 하우징은 열-전도성 재료로 만들어질 수 있으며, 열 전달 표면을 증가시키기 위한 립들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 베이스 플레이트는 제1 측면 및 제1 측면에 대향되는 제2 측면을 포함할 수 있으며, 여기서 복수의 전자기 코일들 및 고정자 코어는 베이스 플레이트의 제1 측면과 열적으로 접촉할 수 있고, 모터 하우징은 베이스 플레이트의 제2 측면과 열적으로 접촉할 수 있다. 측면은, 베이스 플레이트의 수직, 상단, 하단, 전방, 또는 후방일 수 있는 베이스 플레이트의 표면을 나타낼 수 있다. 특정 실시예들에서, 베이스 플레이트의 제2 측면은 이로부터 연장되는 냉각 핀(cooling fin)들을 포함할 수 있다. 냉각 핀들은, 대류를 증가시켜서 환경으로의 또는 이로부터의 열의 전달의 레이트를 증가시키는 물체로부터 연장되는 표면들을 나타낼 수 있다. 냉각 핀들은 물체의 표면적을 증가시키며, 이는 열 전달 문제들에 대한 경제적이고 만족스러운 해법을 가져올 수 있다. 냉각 핀들은 열 전달 표면을 증가시키기 위해 열-전도성 재료로 만들어질 수 있다. 냉각 핀들은 임의의 형상 및 구성을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 냉각 핀들은 베이스 플레이트로부터 돌출하는 플레이트-형 구조체들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 냉각 핀들은 복수의 핀(pin)들을 포함할 수 있다. 핀들은 임의의 단면 형상(예를 들어, 원형, 정사각형, 직사각형, 등)을 가질 수 있으며, 이로부터 열이 제거될 수 있는 면적을 증가시킴으로써 표면으로부터의 열 전달을 향상시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 핀들은, 핀들이 다른 히트-싱크 방법들과 관련하여 큰 표면적을 가질 수 있음에 따라 효율적인 냉각 해법들을 제시할 수 있다. 또한, 핀들 사이의 간격은, 공기가 이러한 공간들을 통해 흐르고 표면에서 난류를 생성하는 것을 가능하게 할 수 있다. 난류는, 핀들의 표면에 존재할 수 있는 경계 층들을 부수는 데(그리고 표면의 대류 열 전달 계수를 증가시키는 데) 도움이 될 수 있다. 핀 히크 싱크들은 베이스 및 내장된 핀들의 어레이로 구성될 수 있으며, 이들의 치수들(예를 들어, 길이, 두께, 밀도, 재료)은 수반되는 열 부하들, 이용가능한 공간, 및 공기흐름에 의존하여 다양한 애플리케이션에 맞도록 맞춤화될 수 있다.
일부 실시예들에서, 베이스 플레이트는 회전축 주위로 연장되는 원통형 허브 부분을 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은, 원통형 허브 부분은, 고정자 코어를 고정하도록 역할하는 원통형 구성을 갖는 베이스 플레이트의 일 부분을 나타낼 수 있다. 원통형 허브 부분은 이것의 소스들로부터 열을 전도시키고 제거하기 위한 열-전도성 재료로 만들어질 수 있다. 추가적으로, 고정자 코어는, 베이스 플레이트의 원통형 허브 부분 주위로 연장되는 환형 고정자 링을 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은, 환형 고정자 링은 링-형 구조체일 수 있다. 링-형 구조체는 전기 기계의 회전축 주위에 배치될 수 있다. 원통형 허브 부분 주위로 연장되는 환형 고정자 링은, 원통형 허브 부분의 측면들을 둘러싸는 방식으로 원통형 허브 부분을 완전히 또는 부분적으로 커버하는 환형 고정자 링을 나타낼 수 있다. 일부 실시예들에서, 환형 고정자 링의 내부 환형 표면은 베이스 플레이트의 원통형 허브 부분의 외부 환형 표면과 직접적으로 접촉하거나 또는 그 사이에 배치된 열-전도성 재료를 통해 접촉할 수 있다. 일부 실시예들에서, 베이스 플레이트는, 회전자가 회전할 때 복수의 전자기 코일들로 공기를 보내도록 구성된 공기 통풍구(vent)들을 포함할 수 있다. 공기 통풍구들은, 이를 통한 공기의 진입을 가능하게 하는 경로들, 개구부들, 캐비티들, 또는 출구들을 나타낼 수 있다. 일부 실시예들에서, 공기 통풍구들은 공기 통풍구들을 통해 공기를 송풍하기 위해 팬 블레이드들과 유사하게 동작하는 베인들과 연관될 수 있다. 공기 통풍구들(그리고 존재하는 경우 베인들)은 전기 기계를 냉각하기 위해 공기를 보내도록 설계되고 구성될 수 있다.
도 54, 도 55, 및 도 56에서, 전자기 코일들(300)은 고정자(100)의 톱니들(120)과 베이스 플레이트(56) 사이에 타이트하게 끼워 맞춰진 것으로 도시된다. 전자기 코일들(300)은 톱니들(120) 및 베이스 플레이트(56)의 제1 측면(602)과 직접 접촉할 수 있거나 또는 열 전도성 필러 재료를 통해 톱니들(120) 및 베이스 플레이트(56)의 제1 측면(602)과 열적으로 접촉할 수 있다. 고정자 코어(110)는 고정자(100)의 원통형 허브 부분(132)에 대해 꼭 맞게 끼워 맞춰질 수 있다. 허브 부분(132)은 고정자 베이스 플레이트(56)에 연결될 수 있다. 베이스 플레이트(56) 및 이것의 원통형 허브 부분(132)은 하나의 단일 피스 또는 2개의 별개의 부품들의 형태로 만들어지고, 열-전도성 재료, 예를 들어, 알루미늄으로 만들어질 수 있다. 고정자 베이스 플레이트(56)의 제2 측면(604)에는, 고정자 베이스 플레이트(56)의 제2 측면(604)의 냉각 표면을 상당히 증가시킬 수 있는, 핀(pin)들(58)의 형태로 만들어진 냉각 핀(cooling fin)들이 구비될 수 있다. 전자기 코일들(300)은 또한, 열 전도성 필러들의 도움으로 이들이 그 위에 장착되는 고정자 코어(110)의 톱니들(120)과 타이트하게 끼워 맞춰지거나 또는 이와 접촉할 수 있다. 전기 기계의 동작 동안, 도 53에 개략적으로 예시된 바와 같이, (예를 들어, 코일들을 통과하는 전기 전류로 인해) 전자기 코일들(300)에서 생성되는 열의 부분은 톱니들(120) 및 원통형 허브 부분(132)을 통해 베이스 플레이트(56)로 전도될 수 있다.
도 53에 또한 예시된 바와 같이, 코일들(300)에서 생성되는 열의 일 부분은, 이와 열적으로 접촉하는 베이스 플레이트(56)로 직접적으로 전도될 수 있다. 코일들(300)이 (코일들(300)과 베이스 플레이트(56) 사이의) 직접적인 물리적 접촉으로 인해 베이스 플레이트(56)와 열적으로 접촉하는 실시예들에서, 코일들(300)로부터의 열은 베이스 플레이트(56) 내로 직접적으로 전도될 수 있다. 열-전도성 재료(또는 열 전도성 필러)가 코일들(300)과 베이스 플레이트(56) 사이에 제공되는 실시예들에서, 코일들(300)로부터의 열은 열-전도성 재료를 통해 베이스 플레이트(56) 내로 전도될 수 있다. 따라서, 코일들(300)과 베이스 플레이트(56) 사이의 열적 접촉은, 열이 코일들(300) 밖으로 전도되기 위한 추가적이고 더 짧은 경로를 제공한다. 코일들(300)이 베이스 플레이트(56)와 열적으로 접촉하기 때문에, 열은 코일들(300)로부터 이러한 경로를 통해 베이스 플레이트(56)로 쉽게 전달될 수 있다. 즉, 톱니들(120) 및 원통형 허브 부분(132)을 통해 코일들(300)로부터 베이스 플레이트(56) 내로 열이 전달되는 것과는 대조적으로, 코일들(300)과 베이스 플레이트(56) 사이의 열적 접촉은 베이스 플레이트(56)로의 더 직접적인 열 전도 경로를 제공한다. 그런 다음, 베이스 플레이트(56)의 제2 측면(604) 상의 핀들(58)에 걸친 공기 흐름은 베이스 플레이트(56)로부터 열을 제거할 수 있다.
따라서, 이상의 논의로부터, 톱니들(120)을 갖는 고정자 코어(110) 및 전자기 코일들(300)에 의해 생성되는 열이 고정자 베이스 플레이트(56) 및 이것의 원통형 허브 부분(132)을 통해 전도되고 환경 내로 릴리즈될 수 있다는 것이 이해될 수 있다. 또한, 도 53에 예시된 바와 같이, 고정자 베이스 플레이트(56)로부터의 열의 일 부분은 이것에 연결된 하우징(50)을 통과할 수 있으며, 또한 이것의 외부 리빙(ribbing)(52)을 통해 환경 내로 릴리즈될 수 있다. 하우징(50)은 열 전도성 재료로 만들어질 수 있다. 고정자 베이스 플레이트(56)는 전기 기계(10)의 공랭식 라디에이터로서 역할할 수 있다. 또한, 도 53은, 코일(300)로부터 베이스 플레이트(56)로의 예시적인 열 전도 경로들(600)을 도시한다.
하우징(50)의 내부 표면 및/또는 회전자(200)의 외부 표면은 또한 내부 리빙 또는 핀(fin)들(미도시)을 가질 수 있다. 전기 기계(10)에 대한 이러한 핀들은, 통풍 홀들과 매우 유사하게, 회전자(200)가 회전할 때 공기를 휘젓도록 의도될 수 있다. 이는, 열이 회전자 코어 및 자석들 형태의 가열 소스들로부터 제거되고 하우징(50)으로 그리고 추가로 환경 내로 전달되는 것을 가능하게 할 수 있다.
이상의 논의에서, 전기 기계(10)는 공랭식 기계인 것으로서 설명된다. 그러나, 이는 단지 예시적이다. 일부 실시예들에서, 전기 기계(10)는 액체 냉각식일 수 있다. 본 개시의 전기 기계들은, 이를 통해 냉각액을 보내도록 구성된 액체-냉각제 채널을 포함할 수 있다. 냉각액(또는 냉각제)은 전기 기계로부터 코일들(300)에 의해 생성된 열을 제거할 수 있다. 일부 실시예들에서, 액체-냉각제 채널은, 코일들 및 고정자 코어가 동작 동안 가열됨에 따라, 베이스 플레이트가 복수의 전자기 코일들 및 고정자 코어로부터 열을 소산시키기 위해 액체-냉각제 채널 내의 액체 냉각제로 열을 전달하도록 구성되도록 베이스 플레이트의 제2 측면 상에 정의될 수 있다. 일부 실시예들에서, 액체-냉각제 채널은 베이스 플레이트를 통해 정의될 수 있다. 액체-냉각제 채널은, 이를 통한 액체의 흐름을 가능하게 하도록 구성된 캐비티 또는 통로를 나타낸다. 액체는 채널의 벽들로부터 열을 제거하도록 구성될 수 있다. 액체-냉각제 채널을 통해 흐르도록 구성된 임의의 액체가 냉각제로서 역할할 수 있다. 채널을 통해 흐르는 액체의 온도가 냉각될 부품보다 더 낮을 때, 액체는 부품들로부터 열을 제거하여 부품들을 냉각한다. 임의의 알려진 액체 냉각제(예를 들어, 물, 오일, 글리콜 혼합물들, 유전체 유체, 등)이 액체-냉각제 채널을 통해 보내질 수 있다.
일부 실시예들에서, 액체-냉각제 채널의 벽은, 복수의 전자기 코일들과 열적으로 접촉하는 베이스 플레이트의 제1 측면의 일 부분에 직접적으로 대향되는 베이스 플레이트의 제2 측면의 일 부분일 수 있다. 액체-냉각제 채널은, 베이스 플레이트의 제2 측면 상의 환형 영역이 액체-냉각제 채널의 벽으로서 역할하도록 회전축 주위로 연장될 수 있다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 베이스 플레이트의 제2 측면 상의 환형 영역은, 액체-냉각제 채널 내로 연장되는 복수의 핀(fin)들을 포함할 수 있다. 복수의 핀들은 회전축 주위에 배열될 수 있다. 핀들은, 이로부터 액체-냉각제 채널을 통해 흐르는 액체 냉각제에 의해 열이 제거될 수 있는 표면적을 증가시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 핀(fin)들은 핀(pin)들의 형태일 수 있다. 이상에서 설명된 바와 같이, 핀(pin)들은, 베이스 플레이트의 제2 측면으로부터 액체-냉각제 채널 내로 돌출하는 (임의의 단면 형상의) 기둥형(columnar) 돌출부들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 액체-냉각제 채널은 냉각제 입구 및 냉각제 출구를 가질 수 있다. 냉각제 입구는 액체-냉각제 채널 내로 냉각제를 보내도록 구성될 수 있으며, 냉각제 출구는 액체-냉각제 채널 밖으로 냉각제를 보내도록 구성될 수 있다. 이를 통해(예를 들어, 채널 내로 또는 채널 밖으로) 냉각제를 보내도록 구성된 임의의 개구는 냉각제 입구 및 냉각제 출구로서 역할할 수 있다.
일부 실시예들에서, 냉각제 입구 및 냉각제 출구는 유체 피팅들(커플링들, 등)을 가질 수 있거나 또는, 달리 밀폐 방식으로 채널 안팎으로 냉각제를 보내도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 냉각제 입구 및/또는 냉각제 출구는 라디에이터 또는 열 교환기에 유체적으로 연결될 수 있다. 열 교환기는 냉각제로부터 열을 제거하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 냉각제 입구, 열 교환기, 및 냉각제 출구는, 냉각제 출구로부터의 가열된 냉각제가 열 교환기에서 냉각되고 냉각제 입구를 통해 다시 전기 기계 내로 보내지도록 폐루프를 형성할 수 있다. 임의의 유형의 열 교환기가 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 냉각제 출구는, 전기 기계의 부품인 시스템의 공통 열 교환기(또는 라디에이터)에 유체적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 전기 기계가 (예를 들어, 전기 차량의 휠들에 전력을 공급하기 위해 사용되는) 전기 차량의 부품인 실시예들에서, 냉각제 출구는 전기 차량의 공통 라디에이터에 연결될 수 있다. 일부 이러한 실시예들에서, 전기 기계를 냉각하기 위해 사용되는 액체 냉각제는, 전기 차량의 다른 구성요소들(또는 전기 기계의 부품인 다른 시스템)을 냉각하기 위해 사용되는 냉각제일 수 있다. 액체 냉각제가 이상에서 설명되었지만, 일반적으로, 유체 냉각제(액체 또는 가스)가 전기 기계를 냉각하기 위해 사용될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 가스 냉각제가 전기 기계를 냉각하기 위해 사용되는 실시예들에서, 냉각제 가스는 베이스 플레이트 내의 냉각제 채널들을 통해 보내질 수 있다.
도 57 내지 도 60은 본 개시의 예시적인 액체 냉각식 전기 기계들(700)의 상이한 도면들을 예시한다. 도 57은 고정자 베이스 플레이트(56)의 제2 측면(604) 상에 정의된 예시적인 액체-냉각제 채널(702)을 도시한다. 액체-냉각제 채널(702)은 하우징(50)의 케이싱 커버(712)와 고정자 베이스 플레이트(56)의 제2 측면(604) 사이에 정의된 캐비티일 수 있다. 채널(702)은, 전기 기계 주위로 연장되는 환형 통로를 형성하기 위해 전기 기계(700)의 회전축(1000) 주위로 연장된다(예를 들어, 도 60 참조). 일부 실시예들에서, 도 57 및 도 60에서 가장 잘 보이는 바와 같이, 채널(702)은, 다중-부품 톱니들(120) 상에 장착된 코일들(300) 바로 아래에(또는 이에 인접하여) 위치될 수 있다. 채널(702)의 방사상 위치(또는 회전축(1000)으로부터의 방사상 거리)는 코일들(300)의 방사상 위치와 실질적으로 동일할 수 있다. 도 57에 예시된 바와 같이, 채널(702)의 방사상 치수(예를 들어, 방사상 폭(r1))가 또한 코일들(300)의 방사상 치수(예를 들어, 방사상 폭(r2))와 실질적으로 동일할 수 있다(또는 이에 대응할 수 있다). 즉, 환형 채널(702)은, 회전축(1000) 주위의 코일들(300)과 실질적으로 동일한 방사상 크기를 갖는 경로를 추적할 수 있다(예를 들어, 도 60 참조). 단일 채널(702)이 예시되고 설명되지만, 이는 단지 예시적이다. 일부 실시예들에서, 다수의 냉각제 채널들(예를 들어, 다수의 방사상으로 이격된 채널들)이 제공될 수 있다. 도 57의 채널(702)이 베이스 플레이트(56)의 제2 측면(604)과 케이싱 커버(712) 사이에 정의되지만, 이것이 단지 예시적이라는 것을 또한 유의해야 한다. 다수의 변형예들이 가능하다. 일부 실시예들에서, 채널(702)은 베이스 플레이트(56)를 통해 연장될 수 있다.
도 57에 도시된 바와 같이, 개스킷(gasket)들(706)이 채널(702)을 밀봉하고 누설들을 방지하기 위해 베이스 플레이트(56)와 케이싱 커버(712) 사이에 제공될 수 있다. 도 57에 도시된 바와 같이, 핀(fin)들(716)은 베이스 플레이트(56)의 열 전달 표면을 증가시키기 위해 베이스 플레이트(56)의 제2 측면(604)으로부터 채널(702) 내로 연장될 수 있다. 핀들(716)은, 베이스 플레이트(56)로부터 채널(702) 내로 돌출하는 방사상으로 이격된 환형 플레이트들을 형성하기 위해 회전축(1000) 주위로 연장될 수 있다. 이상에서 설명된 바와 같이, 핀들(716)의 예시된 패턴은 단지 예시적이다. 다수의 다른 패턴들이 가능하다. 일부 실시예들에서, 핀(fin)들(716)은 핀(pin)들로서 구성될 수 있다. 즉, 다수의 기둥형 돌출부들은 베이스 플레이트(56)로부터 채널(702) 내로 돌출할 수 있다. 도 57에서는 보이지 않지만, 베이스 플레이트(56)(및/또는 케이싱 커버(712))는 또한, 채널(702) 내로 냉각제를 보내도록 구성된 냉각제 입구 및 채널(702) 밖으로 냉각제를 보내도록 구성된 냉각제 출구를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다수의 냉각제 입구들 및/또는 출구들이 제공될 수 있다.
일부 실시예들에서, 액체 냉각제 채널들이 또한 전기 기계(700)의 다른 구성요소들을 통해 연장될 수 있다. 도 58 내지 도 60은 고정자(100)의 원통형 허브 부분(132)을 통한 예시적인 액체-냉각제 채널들(704)을 예시한다. 일부 실시예들에서, 액체의 통과를 위한 채널들은 또한 고정자 코어(110) 및/또는 하우징(50)을 통해 연장될 수 있다. 전자기 코일들(300) 및 고정자 코어(110)(및/또는 다른 구성요소들)에 의해 생성되는 열은 고정자 베이스 플레이트(56) 및 이것의 원통형 허브 부분(132)을 통해 액체-냉각제 채널들(702 및 704) 내로 (예를 들어, 전도에 의해) 통과할 수 있다. 그런 다음, 채널(702, 704)을 통해 흐르는 액체는 냉각을 위해 열을 라디에이터(미도시)로 전달할 수 있다. 라디에이터로부터의 냉각된 액체는 다시 채널들(702 및/또는 704)로 보내질 수 있다. 일부 실시예들에서, 액체는 압력 하에서 채널들(702 및/또는 704)을 통해 흐를 수 있다. 내부 회전자(200)를 갖는 전기 기계의 일부 실시예들에서, 열을 제거하기 위한 냉각제 채널들은 하우징(50)의 중간 부품 및 이것의 지탱(bearing) 부품에 위치될 수 있다.
코일들(300)을 회전자 베이스와 열 접촉 상태로 유지함으로써 전기 기계의 코일들(300)을 직접적으로 냉각하는 것은 코일들(300)을 냉각하기 위한 추가적인 더 쉬운 경로를 제공한다. 즉, 코일들(300)로부터의 열이 톱니(120), 허브 부분(132), 및 베이스 플레이트(56)를 통해 외부 환경으로 전달되는 것에 의존하는 것이 아니라, 코일들(300)을 베이스 플레이트(56)와 열 접촉 상태로 유지하는 것은 코일들(300)의 더 쉽고 더 효과적인 냉각을 가능하게 한다. 전기 기계들의 냉각을 개선하는 것은 전기 기계들의 효율 및 파워의 개선들을 가져온다.
전기 기계들 및 관련된 방법들의 이상에서 설명된 실시예들은 단지 예시적이다. 다수의 변형예들이 가능하다. 일부 가능한 변형예들은, 그 전체가 참조에 의해 본원에 참조로서 통합되는 미국 특허 번호 제9,502,951호 및 제10,056,813호에서 설명된다. 이상에서 설명된 방법들은 논의되거나 또는 표시된 순서로 수행되어야 할 필요는 없다. 또한, 몇몇 단계들은 생략되거나, 결합될 수 있거나, 및/또는 일부 단계들이 추가될 수 있다. 또한, 전기 기계의 일부 측면들이 특정 구성의 전기 기계를 참조하여 설명되었지만, 설명된 측면들은 임의의 구성을 갖는 전기 기계에서 사용될 수 있다. 전기 기계 및 관련된 방법들의 다른 실시예들은 본원의 개시의 고려로부터 당업자들에게 명백할 것이다.
Claims (180)
- 방사상 플럭스 전기 기계로서,
회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 회전자;
고정자로서,
상기 회전자 또는 상기 고정자 중 적어도 하나는 상기 회전축 주위에 환형으로 배열된 복수의 톱니들을 포함하는, 상기 고정자; 및
복수의 전자기 코일들로서, 상기 복수의 전자기 코일들의 각각의 코일은 코일을 관통하는 비-균일한 사다리꼴 캐비티를 가지며, 각각의 캐비티는 내부에 상기 복수의 톱니들 중 하나의 톱니를 포함하도록 구성되고, 상기 복수의 톱니들의 각각의 톱니는, 함께 조립될 때 상기 비-균일한 사다리꼴 캐비티의 형상에 대응하는 다수의 피스들로 형성되는, 상기 복수의 전자기 코일들을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 1에 있어서,
각각의 톱니의 상기 다수의 피스들이 함께 조립될 때, 각각의 톱니의 외부 둘레는 대응하는 코일의 상기 캐비티의 내부 둘레에 대응하는, 전기 기계.
- 청구항 1에 있어서,
각각의 톱니는 코어 톱니-부분 및 적어도 하나의 웨지-형(wedge-shaped) 부분을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 3에 있어서,
각각의 톱니는 코어 톱니-부분 및 상기 코어 부분의 대향되는 측면들 상에 배치된 적어도 2개의 웨지-형 부분들을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 3에 있어서,
상기 회전축에 수직하는 평면에서, 상기 코어 톱니-부분은 실질적으로 직사각형 단면 형상을 가지며, 상기 적어도 하나의 웨지-형 부분은 실질적으로 삼각형 단면 형상을 갖는, 전기 기계.
- 청구항 3에 있어서,
방사상 방향에 수직하는 평면에서, 상기 코어 톱니-부분 및 상기 적어도 하나의 웨지-향 부분은 실질적으로 직사각형 단면 형상을 갖는, 전기 기계.
- 청구항 3에 있어서,
각각의 톱니의 상기 코어 톱니-부분 및 상기 적어도 하나의 웨지-형 부분은 접착 재료를 사용하여 함께 결합되는, 전기 기계.
- 청구항 7에 있어서,
각각의 톱니의 상기 코어 톱니-부분은 상기 회전축 주위로 연장되는 환형 링과 일체로 형성되는, 전기 기계.
- 청구항 1에 있어서,
각각의 톱니의 상기 다수의 피스들이 함께 조립될 때, 각각의 톱니는 대향되는 면들의 2개의 세트들을 갖는 외부 표면들을 정의하며, 상기 2개의 세트들의 각각의 세트의 대향되는 면들은 서로 비-평행한, 전기 기계.
- 청구항 9에 있어서,
인접한 톱니들의 대향되는 면들은 서로 평행한, 전기 기계.
- 청구항 9에 있어서,
상기 대향되는 면들의 2개의 세트들의 각각의 면은 방사상 방향으로 경사지는, 전기 기계.
- 청구항 11에 있어서,
상기 대향되는 면들의 하나의 세트의 대향되는 면들은 방사상 외측 방향으로 서로를 향해 수렴하며, 상기 대향되는 면들의 다른 세트의 대향되는 면들은 방사상 외측 방향으로 서로로부터 발산하는, 전기 기계.
- 청구항 1에 있어서,
상기 회전축에 수직하는 평면에서 각각의 톱니의 단면은 사다리꼴 형상을 가지며, 방사상 방향에 수직하는 평면에서 각각의 톱니의 단면은 직사각형 형상을 갖는, 전기 기계.
- 청구항 13에 있어서,
방사상 방향에 수직하는 상기 단면들의 둘레는 상기 방사상 방향으로 실질적으로 일정한, 전기 기계.
- 청구항 14에 있어서,
상기 방사상 방향에 수직하는 상기 단면들의 면적은 상기 방사상 방향으로 변화하는, 전기 기계.
- 청구항 15에 있어서,
상기 고정자는 상기 복수의 톱니들을 포함하며, 상기 방사상 방향에 수직하는 상기 단면의 면적은 상기 회전자를 향해 상기 방사상 방향으로 증가하는, 전기 기계.
- 청구항 13에 있어서,
축방향 평면에서 각각의 톱니의 단면은 이등변 사다리꼴 형상을 갖는, 전기 기계.
- 청구항 1에 있어서,
각각의 톱니의 상기 다수의 피스들 중 적어도 하나의 피스는 소프트 자성 복합체(soft magnetic composite; SMC)로 형성되는, 전기 기계.
- 청구항 1에 있어서,
상기 고정자는 상기 복수의 톱니들을 포함하며, 각각의 톱니의 상기 다수의 피스들 중 제1 피스는 상기 회전축 주위로 연장되는 환형 고정자 링과 일체이고 이로부터 방사상으로 연장되며, 각각의 톱니의 상기 다수의 피스들 중 제2 피스는 상기 제1 피스와 비-일체로 형성되는, 전기 기계.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전기 기계는 전기 모터 또는 발전기 중 하나인, 전기 기계.
- 방사상 플럭스 전기 기계로서,
회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 회전자;
상기 회전자에 근접하여 고정적으로 위치되는 고정자를 포함하며,
상기 회전자 또는 상기 고정자 중 적어도 하나는 상기 회전축 주위에 환형으로 배열된 복수의 톱니들을 포함하며, 상기 복수의 톱니들의 각각의 톱니는, 방사상 방향에 수직하는 복수의 평면들에서 각각의 톱니의 복수의 단면 면적들이 변화하고, 상기 복수의 단면들의 둘레들이 복수의 수직 평면들에 걸쳐 실질적으로 동일하도록 상기 방사상 방향으로 연장되는, 전기 기계.
- 청구항 21에 있어서,
상기 전기 기계의 축방향 평면 또는 방사상 평면 중 적어도 하나에서 각각의 톱니의 형상은 사다리꼴인, 전기 기계.
- 청구항 22에 있어서,
상기 전기 기계의 축방향 평면 또는 방사상 평면 중 적어도 하나에서 각각의 톱니의 상기 형상은 이등변 사다리꼴인, 전기 기계.
- 청구항 21에 있어서,
상기 복수의 톱니들은 상기 고정자 상에 환형으로 배열되는, 전기 기계.
- 청구항 24에 있어서,
상기 회전자는 상기 고정자의 방사상 외측에 배치되고, 방사상 평면에서 각각의 톱니의 폭은 상기 회전자를 향해 방사상 방향으로 증가하며, 축방향 평면에서 각각의 톱니의 길이는 상기 회전자를 향해 상기 방사상 방향으로 감소하는, 전기 기계.
- 청구항 25에 있어서,
각각의 톱니는, 상기 방사상 방향에 수직하는 평면에서 각각의 톱니의 단면 면적이 상기 회전자를 향해 상기 방사상 방향으로 증가하도록 상기 방사상 방향으로 연장되는, 전기 기계.
- 청구항 24에 있어서,
상기 회전자는 상기 고정자의 방사상 내측에 배치되며, 상기 방사상 방향에 수직하는 평면에서 상기 복수의 톱니들의 각각의 톱니의 단면 면적은 상기 회전자를 향해 상기 방사상 방향으로 증가하는, 전기 기계.
- 청구항 21에 있어서,
상기 복수의 톱니들은 상기 회전자 상에 환형으로 배열되는, 전기 기계.
- 청구항 21에 있어서,
상기 전기 기계는 복수의 전자기 코일들을 더 포함하며, 상기 복수의 전자기 코일들의 각각의 코일은 상기 복수의 톱니들의 별개의 톱니 주위로 연장되는, 전기 기계.
- 청구항 29에 있어서,
각각의 코일은 정사각형, 직사각형, 또는 원형 단면 형상 중 하나를 갖는 구리 와이어를 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 30에 있어서,
상기 와이어는 다중-가닥이며, 각각의 코일은 톱니를 따라 상기 방사상 방향으로 나선 형태로 감기는, 전기 기계.
- 청구항 29에 있어서,
각각의 코일은, 호일의 평평한 측면이 상기 방사상 방향으로 상기 톱니의 전체 길이에 걸쳐 연장되도록 톱니 주위에 감기는 구리 호일을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 39에 있어서,
각각의 코일은 톱니를 따라 상기 방사상 방향으로 나선 형태로 감긴 구리 호일의 립(rib)을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 21에 있어서,
각각의 톱니는 소프트 자성 복합체(soft magnetic composite; SMC) 재료를 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 21에 있어서,
각각의 톱니는 함께 결합된 다수의 피스들을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 35에 있어서,
상기 다수의 피스들은, 상기 회전축 주위로 연장되는 환형 링과 일체로 형성된 코어 부분 및 상기 코어 부분에 결합된 하나 이상의 웨지 부분들을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 36에 있어서,
상기 하나 이상의 웨지 부분들은 상기 코어 부분의 대향되는 측면들 상에 배치된 적어도 2개의 웨지 부분들을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 21에 있어서,
상기 전기 기계는 전기 모터 또는 발전기인, 전기 기계.
- 청구항 21에 있어서,
상기 고정자 또는 상기 회전자 중 하나는 외부 부품 및 내부 부품을 포함하며, 상기 고정자 및 회전자는 이중 공기 갭에 의해 분리되는, 전기 기계.
- 청구항 39에 있어서,
상기 외부 부품 및 상기 내부 부품은 자기 전도성 재료로 만들어진 연결 부분에 의해 함께 연결되는, 전기 기계.
- 방사상 플럭스 전기 기계로서,
회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 회전자;
복수의 전자기 코일들; 및
상기 회전축 주위로 연장되는 환형 고정자 링 및 상기 고정자 링 상에 원주 방향으로 배열되는 복수의 다중-부품 톱니들을 포함하는 고정자로서, 상기 복수의 다중-부품 톱니들의 각각의 다중-부품 톱니는 상기 고정자 링과 일체로 형성된 코어 톱니-부분 및 상기 고정자 링과 별개인 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분을 포함하는, 상기 고정자를 포함하며,
상기 복수의 전자기 코일들의 각각의 코일은, 각각의 코일이 상기 코일과 상기 코어 톱니-부분 사이에 갭을 갖는 상태로 상기 다중-부품 톱니의 대응하는 코어 톱니-부분을 둘러싸도록 상기 복수의 다중-부품 톱니들의 상이한 다중-부품 톱니 상에 장착되며, 상기 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분은 상기 갭에 배치되는, 전기 기계.
- 청구항 41에 있어서,
각각의 다중-부품 톱니들의 상기 코어 톱니-부분은 소프트 자성 복합체(soft magnetic composite; SMC)로 형성되는, 전기 기계.
- 청구항 41에 있어서,
상기 환형 고정자 링은 소프트 자성 복합체(soft magnetic composite; SMC)로 형성되는, 전기 기계.
- 청구항 41에 있어서,
상기 환형 고정자 링은 상기 회전축에 수직인 대칭 평면을 따라 함께 결합된 2개의 거울-대칭 절반부들을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 44에 있어서,
상기 2개의 거울-대칭 절반부들은 접착 재료를 사용하여 상기 대칭 평면을 따라 함께 부착되는, 전기 기계.
- 청구항 41에 있어서,
상기 환형 고정자 링은 다수의 축방향으로 스택된 환형 링들을 포함하며, 상기 스택된 환형 링들 중 적어도 2개는 소프트 자성 복합체(soft magnetic composite; SMC)로 만들어지는, 전기 기계.
- 청구항 41에 있어서,
각각의 다중-부품 톱니의 상기 코어 톱니-부분은 상기 환형 고정자 링으로부터 방사상 방향으로 외측으로 연장되는, 전기 기계.
- 청구항 47에 있어서,
상기 방사상 방향에 수직인 평면을 따른 상기 코어 톱니-부분 및 상기 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분의 각각의 단면은 실질적으로 직사각형 형상을 갖는, 전기 기계.
- 청구항 41에 있어서,
상기 회전축에 수직하는 평면을 따른 상기 코어 톱니-부분의 단면은 실질적으로 직사각형 형상을 갖는, 전기 기계.
- 청구항 49에 있어서,
상기 회전축에 수직인 평면을 따른 상기 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분의 단면은 실질적으로 삼각형 형상을 갖는, 전기 기계.
- 청구항 50에 있어서,
상기 회전축에 수직하는 평면을 따른 상기 복수의 다중-부품 톱니들의 각각의 톱니의 단면은 실질적으로 사다리꼴 형상을 갖는, 전기 기계.
- 청구항 41에 있어서,
상기 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분은 상기 코어 톱니-부분의 대향되는 측면들 상에 대칭적으로 배열된 추가적인 톱니-부분들의 쌍을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 41에 있어서,
상기 복수의 다중-부품 톱니들의 각각의 톱니의 상기 코어 톱니-부분 및 상기 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분은 접착 재료를 사용하여 함께 결합되는, 전기 기계.
- 청구항 53에 있어서,
상기 코어 톱니-부분, 상기 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분, 및 상기 접착 재료의 재료들의 열 팽창 계수들 사이의 차이는 약 20%보다 더 적은, 전기 기계.
- 청구항 41에 있어서,
각각의 다중-부품 톱니의 상기 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분은 상기 복수의 전자기 코일들의 코일의 내부 표면과 상기 코어 톱니-부분의 외부 표면 사이에 끼워지는, 전기 기계.
- 청구항 41에 있어서,
상기 복수의 전자기 코일들의 코일은 상기 코일의 내부 표면과 상기 코어 톱니-부분의 대향되는 측면들 사이에 적어도 2개의 갭들이 형성되도록 각각의 톱니의 상기 코어 톱니-부분을 둘러싸며, 상기 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분은 상기 적어도 2개의 갭들의 상이한 갭에 배치되는 적어도 2개의 추가적인 톱니-부분들을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 41에 있어서,
방사상 방향에 수직하는 평면에서 상기 복수의 다중-부품의 각각의 다중-부품 톱니의 단면은 직사각형 형상을 갖는, 전기 기계.
- 청구항 57에 있어서,
상기 단면의 둘레는 상기 방사상 방향으로 실질적으로 일정한, 전기 기계.
- 청구항 58에 있어서,
상기 단면의 면적은 상기 방사상 방향으로 변화하는, 전기 기계.
- 청구항 41에 있어서,
상기 전기 기계는 전기 모터 또는 발전기인, 전기 기계.
- 방사상 플럭스 전기 기계로서,
회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 회전자;
복수의 전자기 코일들; 및
환형 고정자 링 및 방사상 방향으로 연장되는 복수의 코어 톱니-부분들을 갖는 고정자로서, 상기 환형 고정자 링 및 상기 복수의 코어 톱니-부분들은 소프트 자성 복합체(Soft Magnetic Composite; SMC)로 일체로 형성되며, 상기 SMC는 하나 이상의 등방성 강자성 재료들, 약 1.6 테슬라 이상의 자기 포화 유도, 및 10 마이크로-옴/m보다 더 큰 전기 저항률을 포함하는, 상기 고정자를 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 61에 있어서,
상기 고정자는 상기 환형 고정자 링 상에 대칭적으로 배열된 복수의 다중-부품 톱니들을 포함하며, 상기 복수의 다중-부품 톱니들의 각각의 톱니는 상기 복수의 코어-톱니 부분들 중 하나 및 상기 복수의 코어 톱니-부분들 중 상기 하나와 비-일체로 형성된 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 62에 있어서,
추가적인 톱니-부분들의 쌍은 연관된 코어 톱니-부분의 대향되는 측면들 상에 배열되는, 전기 기계.
- 청구항 62에 있어서,
상기 회전축에 수직인 평면을 따른 각각의 톱니의 상기 코어 톱니-부분의 단면은 실질적으로 직사각형 형상을 가지며, 상기 회전축에 수직인 평면을 따른 상기 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분들의 각각의 추가적인 톱니 부분의 단면은 실질적으로 삼각형 형상을 갖는, 전기 기계.
- 청구항 62에 있어서,
상기 방사상 방향에 수직인 평면을 따른 상기 코어 톱니-부분들 및 상기 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분들의 각각의 단면은 실질적으로 직사각형 형상을 갖는, 전기 기계.
- 청구항 62에 있어서,
상기 회전축에 수직하는 평면에서 상기 복수의 다중-부품 톱니들의 각각의 톱니의 단면은 사다리꼴 형상을 갖는, 전기 기계.
- 청구항 62에 있어서,
상기 방사상 방향에 수직하는 평면에서 상기 복수의 다중-부품 톱니들의 각각의 톱니의 단면은 실질적으로 직사각형 형상을 가지며, 상기 단면의 둘레는 상기 방사상 방향으로 실질적으로 일정하고, 상기 단면의 면적은 상기 방사상 방향으로 변화하는, 전기 기계.
- 청구항 67에 있어서,
상기 회전자는 상기 회전자와 상기 고정자 사이에 공기 갭을 형성하기 위해 상기 고정자의 방사상 외측에 배치되며, 상기 단면의 면적은 상기 공기 갭을 향해 상기 방사상 방향으로 증가하는, 전기 기계.
- 청구항 62에 있어서,
상기 복수의 다중-부품 톱니들의 각각의 톱니는 대향되는 면들의 2개의 세트들을 갖는 외부 표면들을 정의하며, 상기 2개의 세트들의 각각의 세트의 대향되는 면들은 서로 비-평행하고, 인접한 톱니들의 인접한 측면 면들은 서로 평행한, 전기 기계.
- 청구항 69에 있어서,
상기 대향되는 면들의 2개의 세트들의 각각의 면은 방사상 방향으로 경사지는, 전기 기계.
- 청구항 70에 있어서,
상기 대향되는 면들의 하나의 세트의 대향되는 면들은 방사상 외측 방향으로 서로를 향해 수렴하며, 상기 대향되는 면들의 다른 세트의 대향되는 면들은 방사상 외측 방향으로 서로로부터 발산하는, 전기 기계.
- 청구항 62에 있어서,
상기 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분들은 SMC로 형성되는, 전기 기계.
- 청구항 62에 있어서,
상기 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분은 SMC가 아닌 등방성 재료로 형성되는, 전기 기계.
- 청구항 61에 있어서,
상기 환형 고정자 링은 상기 회전축에 수직인 대칭 평면을 따라 함께 결합된 2개의 거울-대칭 몸체들을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 74에 있어서,
상기 2개의 거울-대칭 몸체들은 접착 재료를 사용하여 상기 대칭 평면을 따라 함께 부착되며, 상기 SMC와 상기 접착 재료의 열 팽창 계수들 사이의 차이는 약 20%보다 더 적은, 전기 기계.
- 청구항 61에 있어서,
상기 SMC의 상기 자기 포화 유도는 약 2.4 테슬라 이상인, 전기 기계.
- 청구항 61에 있어서,
상기 SMC의 상기 자기 포화 유도는 약 2.5 테슬라 이상인, 전기 기계.
- 청구항 61에 있어서,
상기 SMC의 저항률은 약 100 마이크로-옴/m보다 더 큰, 전기 기계.
- 청구항 61에 있어서,
상기 전기 기계는 전기 모터인, 전기 기계.
- 청구항 61에 있어서,
상기 전기 기계는 발전기인, 전기 기계.
- 방사상 플럭스 전기 기계로서,
내부 고정자; 및
상기 고정자를 중심으로 회전하도록 구성된 외부 회전자를 포함하며, 상기 외부 회전자는,
회전자 베이스;
상기 회전자의 회전축에 평행하게 상기 회전자 베이스로부터 축방향으로 연장되는 복수의 환형으로 배열된 영구 자석들;
상기 회전자 베이스로부터 연장되어 상기 복수의 영구 자석들을 둘러싸는 원통형 코어로서, 상기 코어는 소프트 자성 복합체(Soft Magnetic Composite; SMC)로 형성되는, 상기 원통형 코어; 및
상기 회전자를 둘러싸는 슬리브로서, 상기 슬리브는 상기 원통형 코어를 지지하고 상기 원통형 코어는 상기 복수의 영구 자석들을 지지하며, 상기 원통형 코어는 상기 슬리브와 상기 복수의 영구 자석들 사이에 방사상으로 위치되는, 상기 슬리브를 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 81에 있어서,
상기 슬리브 또는 상기 회전자 베이스 중 적어도 하나는 비-자성 재료로 만들어지는, 전기 기계.
- 청구항 82에 있어서,
상기 비-자성 재료는 탄소 섬유, 유리 섬유, 또는 아라미드 섬유 중 적어도 하나를 포함하는 복합 재료인, 전기 기계.
- 청구항 82에 있어서,
상기 비-자성 재료는 스테인리스 스틸 또는 알루미늄 중 적어도 하나를 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 81에 있어서,
상기 슬리브는 자성 재료로 만들어지는, 전기 기계.
- 청구항 85에 있어서,
상기 자성 재료는 라미네이트된 전기 스틸 시트들을 포함하는 소프트 자성 재료를 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 85에 있어서,
상기 자성 재료는 스틸로 만들어진 속이 찬 몸체인, 전기 기계.
- 청구항 81에 있어서,
상기 슬리브는 상기 원통형 코어의 외부 표면 상에 형성된 리세스들 상에 배치된 보강 립들을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 81에 있어서,
상기 원통형 코어는 상기 회전자 베이스에 결합된 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되며, 상기 슬리브는 상기 원통형 코어의 상기 제2 단부에 위치된 밸런싱 링을 포함하고, 상기 밸런싱 링은 상기 회전자의 동적 밸런싱을 제공하도록 구성되는, 전기 기계.
- 청구항 89에 있어서,
상기 슬리브는 상기 밸런싱 링에 걸쳐 연장되는, 전기 기계.
- 청구항 89에 있어서,
상기 밸런싱 링은 비-자성 재료로 형성되는, 전기 기계.
- 청구항 81에 있어서,
상기 복수의 영구 자석들은 상기 회전축 주위에 실질적으로 원형 패턴으로 상기 회전자 베이스 상에 배열되는, 전기 기계.
- 청구항 92에 있어서,
상기 복수의 영구 자석들은, 상기 복수의 영구 자석들의 각각의 영구 자석의 자축이 상기 회전축에서 교차하도록 상기 회전자 베이스 상에 배열되는, 전기 기계.
- 청구항 81에 있어서,
상기 회전자 베이스는 알루미늄 또는 스틸로 형성되는, 전기 기계.
- 청구항 81에 있어서,
상기 회전자 베이스는, 상기 회전자 베이스가 회전할 때 상기 회전축을 따라 공기흐름을 보내도록 구성된 공기 통풍구들을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 89에 있어서,
상기 회전자 베이스는 상기 슬리브 및 상기 밸런싱 링과 일체인, 전기 기계.
- 청구항 81에 있어서,
상기 복수의 영구 자석들은 접착제를 사용하여 상기 원통형 코어에 부착되며, 상기 복수의 영구 자석들, 상기 원통형 코어, 및 상기 접착제의 재료들의 열 팽창 계수들 사이의 차이는 약 20%보다 더 작은, 전기 기계.
- 청구항 81에 있어서,
상기 슬리브는 단일 피스를 형성하기 위해 상기 회전자 베이스와 일체인, 전기 기계.
- 청구항 81에 있어서,
상기 원통형 코어 및 상기 슬리브 둘 모두는 상기 회전축에 대해 비-균일한 방사상 두께를 가지며, 상기 슬리브의 더 두꺼운 영역들은 각각의 영구 자석의 중심에 인접하여 위치되는, 전기 기계.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전기 기계는 전기 모터 또는 발전기 중 하나인, 전기 기계.
- 전기 기계의 불규칙적인-형상의 다중-부품 톱니 상에 코일을 조립하는 방법으로서,
적어도 하나의 웨지-부분의 더 넓은 단부가 상기 코일 내의 개구부 밖으로 연장되도록 상기 다중-부품 톱니의 상기 적어도 하나의 웨지-부분을 상기 코일의 상기 개구부 내로 삽입하는 단계;
삽입된 적어도 하나의 웨지-부분을 갖는 상기 코일을, 상기 적어도 하나의 웨지-부분의 상기 더 넓은 단부가 상기 코일 내의 상기 개구부 밖으로 연장된 채로 남아 있도록 상기 다중-부품 톱니의 코어 톱니-부분 상에 장착하는 단계; 및
상기 다중-부품 톱니 상에 상기 코일을 조이기 위해 상기 적어도 하나의 웨지-부분의 상기 더 넓은 단부에 힘을 가하는 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 101에 있어서,
상기 적어도 하나의 웨지-부분의 상기 더 넓은 단부에 힘을 가하는 단계는, 상기 코일 내의 상기 개구부 내로 상기 적어도 하나의 웨지-부분의 상기 더 넓은 단부를 미는 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 101에 있어서,
상기 코일 내의 상기 개구부는 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되며, 상기 적어도 하나의 웨지-부분을 삽입하는 단계는, 상기 더 넓은 단부가 상기 개구부의 상기 제2 단부 밖으로 연장되도록 상기 적어도 하나의 웨지-부분을 상기 개구부 내로 삽입하는 단계를 포함하며, 상기 힘을 가하는 단계는, 상기 더 넓은 단부를 상기 개구부의 상기 제1 단부를 향해 미는 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 101에 있어서,
상기 코일 내의 상기 개구부는 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되며, 상기 제1 단부에서의 상기 개구부의 폭은 상기 제2 단부에서의 상기 개구부의 폭과는 상이하고, 상기 제1 단부에서의 상기 개구부의 길이는 상기 제2 단부에서의 상기 개구부의 높이와는 상이한, 방법.
- 청구항 104에 있어서,
상기 제1 단부 및 상기 제2 단부에서의 상기 개구부의 형상은 직사각형인, 방법.
- 청구항 104에 있어서,
상기 제1 단부에서의 상기 개구부의 둘레는 상기 제2 단부에서의 상기 개구부의 둘레와 실질적으로 동일한, 방법.
- 청구항 106에 있어서,
상기 제1 단부에서의 상기 개구부의 면적은 상기 제2 개구부에서의 상기 개구부의 면적과는 다른, 방법.
- 청구항 106에 있어서,
상기 개구부의 면적은 상기 제1 단부로부터 상기 제 2 단부까지 증가하는, 방법.
- 청구항 101에 있어서,
상기 적어도 하나의 웨지-부분을 상기 코일의 상기 개구부 내로 삽입하는 단계는 적어도 2개의 웨지-부분들을 상기 개구부 내로 삽입하는 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 109에 있어서,
상기 코일을 장착하는 단계는, 상기 코어 톱니-부분이 상기 적어도 2개의 웨지-부분들 사이에 배치되도록 상기 코일을 상기 코어 톱니-부분 상에 장착하는 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 110에 있어서,
상기 방법은, 상기 다중-부품 톱니의 상기 코어 톱니-부분 및 상기 적어도 2개의 웨지 부분들을 함께 부착하기 위해 접착 재료를 사용하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 101에 있어서,
상기 다중-부품 톱니는 상기 전기 기계의 고정자의 부품인, 방법.
- 청구항 112에 있어서,
상기 다중-부품 톱니의 상기 코어 톱니-부분은 중심 축 주위로 연장되는 환형 고정자 링 상에 대칭적으로 배열된 복수의 코어 톱니 부분들 중 하나이며, 상기 코어 톱니-부분은 상기 환형 고정자 링으로부터 방사상 방향으로 외측으로 연장되는, 방법.
- 청구항 113에 있어서,
상기 복수의 코어 톱니-부분들은 상기 환형 고정자 링과 일체로 형성되는, 방법.
- 청구항 113에 있어서,
상기 중심 축에 수직하는 평면에서, 상기 코어 톱니-부분은 실질적으로 직사각형 단면 형상을 가지며, 상기 적어도 하나의 웨지-부분은 실질적으로 삼각형 단면 형상을 갖는, 방법.
- 청구항 113에 있어서,
상기 방사상 방향에 수직하는 평면에서, 상기 코어 톱니-부분 및 상기 적어도 하나의 웨지-부분은 실질적으로 직사각형 단면 형상을 갖는, 방법.
- 청구항 101에 있어서,
상기 코일은 상기 개구부 주위에 구리 와이어의 권선을 포함하며, 상기 와이어는 정사각형, 직사각형, 또는 원형 단면 형상 중 하나를 갖는, 방법.
- 청구항 101에 있어서,
상기 코일은 상기 개구부 주위에 나선형의 구리 연선(stranded wire)의 권선을 포함하는, 방법.
- 청구항 101에 있어서,
상기 전기 기계는 전기 모터인, 방법.
- 청구항 101에 있어서,
상기 전기 기계는 발전기인, 방법.
- 전기 기계의 고정자 또는 회전자의 톱니 상에 장착하기 위한 코일을 제조하는 방법으로서,
맨드릴(mandrel)의 형상에 대응하는 첫 번째 형상을 갖는 코일을 형성하기 위해 상기 맨드릴 주위에 와이어를 감는 단계;
상기 맨드릴로부터 상기 첫 번째 형상을 갖는 상기 코일을 제거하는 단계;
상기 코일의 형상을 상기 첫 번째 형상으로부터 두 번째 형상으로 변경하기 위해 상기 코일 상에 기계적 힘을 인가하는 단계로서, 상기 두 번째 형상은 상기 톱니의 형상에 대응하는, 단계; 및
상기 두 번째 형상의 상기 코일을 상기 톱니 상에 장착하는 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 121에 있어서,
상기 와이어는 전기 전도체의 복수의 가닥들로 형성되는, 방법.
- 청구항 121에 있어서,
상기 와이어는 전기 전도체를 함께 꼬아서 형성되거나 또는 리츠(Litz) 와이어의 형태로 만들어지는, 방법.
- 청구항 121에 있어서,
상기 와이어는 원형 단면 형상을 갖는, 방법.
- 청구항 121에 있어서,
상기 와이어는 정사각형 또는 직사각형 단면 형상 중 하나를 갖는, 방법.
- 청구항 121에 있어서,
상기 첫 번째 형상은 원통형 형상 또는 실질적으로 일정한 둘레를 갖는 임의의 형상인, 방법.
- 청구항 121에 있어서,
상기 두 번째 형상은 사다리꼴 형상인, 방법.
- 청구항 121에 있어서,
상기 맨드릴 주위에 상기 와이어를 감는 단계는, 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되는 내부 캐비티를 갖는 코일을 형성하기 위해 나선형 패턴으로 상기 맨드릴 주위에 상기 와이어를 감는 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 128에 있어서,
상기 코일 상에 기계적 힘을 인가하는 단계는, 상기 제1 단부 또는 상기 제2 단부 중 하나에서 상기 캐비티의 크기를 선택적으로 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 129에 있어서,
상기 코일 상에 기계적 힘을 인가하는 단계는, 상기 내부 캐비티의 형상을 변경하는 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 130에 있어서,
상기 내부 캐비티의 형상을 변경하는 단계는, 상기 내부 캐비티의 중심 축에 수직하는 평면을 따른 상기 내부 캐비티의 단면 형상을 원형 형상으로부터 직사각형 형상으로 변경하는 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 131에 있어서,
상기 직사각형 형상의 폭 및 길이 둘 모두는 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부까지 변화하는, 방법.
- 청구항 131에 있어서,
상기 직사각형 형상의 둘레는 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부까지 실질적으로 일정하며, 상기 직사각형 형상의 면적은 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부까지 변화하는, 방법.
- 청구항 133에 있어서,
상기 직사각형 형상의 면적은 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부까지 증가하는, 방법.
- 청구항 130에 있어서,
상기 내부 캐비티의 형상을 변경하는 단계는 상기 내부 캐비티의 3차원 형상을 원통형 형상으로부터 사다리꼴 형상으로 변경하는 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 129에 있어서,
상기 코일 상에 기계적 힘을 인가하는 단계는, 상기 내부 캐비티의 상기 제2 단부의 형상에 비해 상기 내부 캐비티의 상기 제1 단부의 형상을 변경하기 위해 제2 맨드릴을 상기 코일의 상기 내부 캐비티 내로 삽입하는 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 129에 있어서,
상기 코일 상에 기계적 힘을 인가하는 단계는, 상기 제1 단부 또는 상기 제2 단부 중 하나에서 상기 내부 캐비티의 치수를 증가시키기 위한 제1 기계적 힘 및 상기 제1 단부 또는 상기 제2 단부 중 다른 것에서 상기 내부 캐비티의 치수를 감소시키기 위한 제2 기계적 힘을 인가하는 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 137에 있어서,
상기 제1 기계적 힘은 상기 내부 캐비티의 중심 축을 향해 작용하며, 상기 제2 기계적 힘은 상기 중심 축으로부터 멀어지도록 작용하는, 방법.
- 청구항 129에 있어서,
상기 코일 상에 기계적 힘을 인가하는 단계는, 상기 내부 캐비티의 상기 제1 단부 또는 상기 제2 단부 중 적어도 하나를 정의하는 상기 코일의 와이어를 스트레칭하는 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 121에 있어서,
상기 와이어는 구리로 만들어지는, 방법.
- 전기 기계로서,
회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 회전자;
상기 회전축을 중심으로 고정자 코어 상에 환형으로 배열된 복수의 톱니들을 갖는 고정자;
복수의 전자기 코일들로서, 상기 복수의 전자기 코일들의 각각의 코일은 상기 복수의 톱니들의 별개의 톱니 상에 장착되는, 상기 복수의 전자기 코일들; 및
상기 복수의 전자기 코일들 및 상기 고정자 코어가 동작 동안 가열됨에 따라 베이스 플레이트가 상기 복수의 전자기 코일들 및 상기 고정자 코어에 대한 공통 히트 싱크로서 역할하도록 구성되도록, 상기 복수의 전자기 코일들 및 상기 고정자 코어에 인접하여 위치되며 상기 복수의 전자기 코일들 및 상기 고정자 코어와 열적으로 접촉하는 상기 베이스 플레이트를 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 141에 있어서,
상기 복수의 전자기 코일들의 각각의 코일은 상기 베이스 플레이트와 직접적으로 접촉하거나 또는 그 사이에 배치된 열-전도성 재료를 통해 접촉하는, 전기 기계.
- 청구항 142에 있어서,
상기 고정자 코어는 상기 베이스 플레이트와 직접적으로 접촉하거나 또는 그 사이에 배치된 열-전도성 재료를 통해 접촉하는, 전기 기계.
- 청구항 141에 있어서,
상기 전기 기계는, 상기 복수의 전자기 코일들 및 고정자 코어에 의해 생성되는 열이 상기 베이스 플레이트 및 모터 하우징을 통해 소산되는 것을 가능하게 하기 위해 상기 베이스 플레이트에 열적으로 연결되는 상기 모터 하우징을 더 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 144에 있어서,
상기 베이스 플레이트는 제1 측면 및 상기 제1 측면에 대향되는 제2 측면을 포함하며, 상기 복수의 전자기 코일들 및 상기 고정자 코어는 상기 베이스 플레이트의 상기 제1 측면과 열적으로 접촉하고, 상기 모터 하우징은 상기 베이스 플레이트의 상기 제2 측면과 열적으로 접촉하는, 전기 기계.
- 청구항 145에 있어서,
상기 베이스 플레이트의 상기 제2 측면은 상기 제2 측면으로부터 연장되는 냉각 핀(fin)들을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 146에 있어서,
상기 냉각 핀들은 복수의 핀(pin)들을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 141에 있어서,
상기 베이스 플레이트는 상기 회전축 주위로 연장되는 원통형 허브 부분을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 148에 있어서,
상기 고정자 코어는 상기 베이스 플레이트의 상기 원통형 허브 부분 주위로 연장되는 환형 고정자 링을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 149에 있어서,
상기 환형 고정자 링의 내부 환형 표면은 상기 베이스 플레이트의 상기 원통형 허브 부분의 외부 환형 표면과 직접적으로 접촉하거나 또는 그 사이에 배치된 열-전도성 재료를 통해 접촉하는, 전기 기계.
- 청구항 141에 있어서,
상기 고정자 코어는 상기 회전축 주위로 연장되는 환형 고정자 링을 포함하며, 상기 복수의 톱니들의 각각의 톱니는 상기 환형 고정자 링과 일체인 코어 톱니-부분을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 151에 있어서,
상기 복수의 톱니들의 각각의 톱니는 상기 코어 톱니 부분과 비-일체로 형성된 하나 이상의 추가적인 톱니-부분들을 더 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 152에 있어서,
추가적인 톱니-부분들의 쌍은 상기 코어 톱니-부분의 대향되는 측면들 상에 배열되는 톱니-부분들을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 152에 있어서,
상기 톱니 부품들 모두가 함께 조립될 때, 각각의 톱니는 대향되는 면들의 2개의 세트들을 갖는 외부 표면들을 정의하며, 상기 2개의 세트들의 각각의 세트의 대향되는 면들은 서로 비-평행하고, 상기 대향되는 면들의 2개의 세트들의 각각의 면은 방사상 방향으로 경사지는, 전기 기계.
- 청구항 154에 있어서,
인접한 톱니들의 대향되는 면들은 서로 실질적으로 평행한, 전기 기계.
- 청구항 154에 있어서,
상기 방사상 방향에 수직하는 평면에서 각각의 톱니의 단면은 직사각형 형상을 가지며, 상기 단면의 둘레는 상기 방사상 방향으로 실질적으로 일정하고, 상기 단면의 면적은 상기 방사상 방향으로 변화하는, 전기 기계.
- 청구항 141에 있어서,
상기 베이스 플레이트는 알루미늄으로 형성되는, 전기 기계.
- 청구항 141에 있어서,
상기 베이스 플레이트는, 상기 회전자가 회전할 때 상기 복수의 전자기 코일들로 공기를 보내도록 구성된 공기 통풍구들을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 141에 있어서,
상기 전기 기계는 전기 모터인, 전기 기계.
- 청구항 141에 있어서,
상기 전기 기계는 발전기인, 전기 기계.
- 전기 기계로서,
회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 회전자;
고정자 코어, 및 상기 회전축을 중심으로 상기 고정자 코어 상에 환형으로 배열된 복수의 톱니들을 갖는 고정자;
복수의 전자기 코일들로서, 상기 복수의 전자기 코일들의 각각의 코일은 상기 복수의 톱니들의 별개의 톱니 상에 장착되는, 상기 복수의 전자기 코일들;
상기 복수의 전자기 코일들 및 상기 고정자 코어에 인접하여 위치되는 베이스 플레이트로서, 상기 베이스 플레이트는 제1 측면 및 대향되는 제2 측면을 가지며, 상기 제1 측면은 상기 복수의 전자기 코일들 및 상기 고정자 코어와 열적으로 접촉하는, 상기 베이스 플레이트; 및
상기 코일들 및 상기 고정자 코어가 동작 동안 가열됨에 따라, 상기 베이스 플레이트가 상기 복수의 전자기 코일들 및 상기 고정자 코어로부터 열을 소산시키기 위해 액체-냉각제 채널 내의 액체 냉각제로 열을 전달하게 구성되도록 상기 베이스 플레이트의 상기 제2 측면 상에 정의되는 상기 액체-냉각제 채널을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 161에 있어서,
상기 복수의 전자기 코일들의 각각의 코일은 상기 베이스 플레이트와 직접적으로 접촉하거나 또는 그 사이에 배치된 열-전도성 재료를 통해 접촉하는, 전기 기계.
- 청구항 162에 있어서,
상기 고정자 코어는 상기 베이스 플레이트와 직접적으로 접촉하거나 또는 그 사이에 배치된 열-전도성 재료를 통해 접촉하는, 전기 기계.
- 청구항 161에 있어서,
상기 전기 기계는, 상기 복수의 전자기 코일들 및 고정자 코어에 의해 생성되는 열이 상기 베이스 플레이트 및 모터 하우징을 통해 소산되는 것을 가능하게 하기 위해 상기 베이스 플레이트에 열적으로 연결되는 상기 모터 하우징을 더 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 164에 있어서,
상기 베이스 플레이트는 제1 측면 및 상기 제1 측면에 대향되는 제2 측면을 포함하며, 상기 복수의 전자기 코일들 및 상기 고정자 코어는 상기 베이스 플레이트의 상기 제1 측면과 열적으로 접촉하고, 상기 모터 하우징은 상기 베이스 플레이트의 상기 제2 측면과 열적으로 접촉하는, 전기 기계.
- 청구항 165에 있어서,
상기 액체-냉각제 채널의 벽은, 상기 복수의 전자기 코일들과 열적으로 접촉하는 상기 베이스 플레이트의 상기 제1 측면의 일 부분에 직접적으로 대향되는 상기 베이스 플레이트의 상기 제2 측면의 일 부분인, 전기 기계.
- 청구항 165에 있어서,
상기 액체-냉각제 채널은 상기 회전축 주위로 연장되며, 상기 베이스 플레이트의 상기 제2 측면 상의 환형 영역은 상기 액체-냉각제 채널의 벽으로서 역할하는, 전기 기계.
- 청구항 167에 있어서,
상기 베이스 플레이트의 상기 제2 측면 상의 상기 환형 영역은 상기 액체-냉각제 채널 내로 연장되는 복수의 핀(fin)들을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 168에 있어서,
상기 복수의 핀들은 상기 회전축 주위에 배열되는, 전기 기계.
- 청구항 161에 있어서,
상기 전기 기계는, 상기 액체-냉각제 채널 내로 냉각제를 보내도록 구성된 냉각제 입구 및 상기 액체-냉각제 채널 밖으로 상기 냉각제를 보내도록 구성된 냉각제 출구를 더 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 161에 있어서,
상기 베이스 플레이트는 상기 회전축 주위로 연장되는 원통형 허브 부분을 포함하며, 상기 고정자 코어는 상기 베이스 플레이트의 상기 원통형 허브 부분 주위로 연장되는 환형 고정자를 포함하고, 상기 액체-냉각제 채널은 상기 회전축을 따라 상기 원통형 허브 부분을 통과하는, 전기 기계.
- 청구항 171에 있어서,
상기 환형 고정자 링의 내부 환형 표면은 상기 베이스 플레이트의 상기 원통형 허브 부분의 외부 환형 표면과 직접적으로 접촉하거나 또는 그 사이에 배치된 열-전도성 재료를 통해 접촉하는, 전기 기계.
- 청구항 171에 있어서,
상기 복수의 톱니들의 각각의 톱니는 상기 환형 고정자 링과 일체로 형성된 코어 톱니-부분 및 상기 코어 톱니-부분과 비-일체로 형성된 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분을 포함하는, 전기 기계.
- 청구항 173에 있어서,
상기 환형 고정자 링 및 상기 코어 톱니-부분은 소프트 자성 복합체(Soft Magnetic Composite; SMC)로 형성되는, 전기 기계.
- 청구항 173에 있어서,
상기 코어 톱니-부분 및 적어도 하나의 추가적인 톱니-부분이 함께 조립될 때, 각각의 톱니는 대향되는 면들의 2개의 세트들을 갖는 외부 표면들을 정의하며, 상기 2개의 세트들의 각각의 세트의 대향되는 면들은 서로 비-평행하고, 상기 대향되는 면들의 2개의 세트들의 각각의 면은 방사상 방향으로 경사지는, 전기 기계.
- 청구항 175에 있어서,
인접한 톱니들의 대향되는 면들은 서로 평행한, 전기 기계.
- 청구항 175에 있어서,
상기 방사상 방향에 수직하는 평면에서 각각의 톱니의 단면은 사다리꼴 형상을 가지며, 상기 단면의 둘레는 상기 방사상 방향으로 실질적으로 일정하고, 상기 단면의 면적은 상기 방사상 방향으로 변화하는, 전기 기계.
- 청구항 161에 있어서,
상기 베이스 플레이트는 알루미늄으로 형성되는, 전기 기계.
- 청구항 161에 있어서,
상기 전기 기계는 전기 모터인, 전기 기계.
- 청구항 161에 있어서,
상기 전기 기계는 발전기인, 전기 기계.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US202063081043P | 2020-09-21 | 2020-09-21 | |
| US63/081,043 | 2020-09-21 | ||
| PCT/IB2021/058475 WO2022058939A1 (en) | 2020-09-21 | 2021-09-17 | Radial flux electric machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230072486A true KR20230072486A (ko) | 2023-05-24 |
Family
ID=80740957
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020237013334A KR20230072486A (ko) | 2020-09-21 | 2021-09-17 | 방사상 플럭스 전기 기계 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (12) | US11349359B2 (ko) |
| EP (1) | EP4214820A1 (ko) |
| JP (1) | JP2023542518A (ko) |
| KR (1) | KR20230072486A (ko) |
| CA (1) | CA3170195A1 (ko) |
| IL (1) | IL301491A (ko) |
| TW (1) | TW202230933A (ko) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2571107A (en) * | 2018-02-16 | 2019-08-21 | Rolls Royce Plc | Metal coil fabrication |
| EP3846318A4 (en) * | 2018-08-31 | 2022-06-08 | Zhejiang Pangood Power Technology Co., Ltd. | SEGMENT CORE AND AXIAL FLUX ENGINE |
| DE112019006283T5 (de) * | 2018-12-18 | 2021-09-16 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Kern, Stator und rotierende elektrische Maschine |
| US11522427B2 (en) * | 2020-08-28 | 2022-12-06 | Emerson Electric Co. | Single phase induction motors including aluminum windings and high permeability low coreloss steel |
| JP2023542518A (ja) | 2020-09-21 | 2023-10-10 | イーヴィーアール モーターズ リミテッド | ラジアルフラックス電気機械 |
| DE102020127930A1 (de) * | 2020-10-23 | 2022-04-28 | Valeo Siemens Eautomotive Germany Gmbh | Rotor für eine elektrische Maschine, elektrische Maschine zum Antreiben eines Fahrzeugs und Fahrzeug |
| US20230327531A1 (en) * | 2022-04-12 | 2023-10-12 | Hamilton Sundstrand Corporation | Aircraft electric motor |
Family Cites Families (170)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2451633A (en) | 1947-05-31 | 1948-10-19 | Frost And Company Ltd H | Slot closer for dynamoelectric machines |
| FR1394963A (fr) | 1964-02-21 | 1965-04-09 | Julien & Mege | Perfectionnement aux moteurs électriques asynchrones |
| US3330975A (en) | 1964-10-15 | 1967-07-11 | Vega Prec Lab Inc | Self-starting synchronous motor |
| GB1343413A (en) | 1970-07-18 | 1974-01-10 | Lucas Industries Ltd | Stator assemblies for dynamo electric machines |
| JPS5367015U (ko) | 1976-11-10 | 1978-06-06 | ||
| JPS5612827A (en) | 1979-07-10 | 1981-02-07 | Shibaura Eng Works Co Ltd | Electric motor |
| US4441043A (en) | 1980-11-24 | 1984-04-03 | Decesare Dominic | Compound interaction/induction electric rotating machine |
| US5089730A (en) | 1990-05-18 | 1992-02-18 | North American Philips Corporation | Low noise DC electric motor |
| GB2258765B (en) | 1991-06-27 | 1996-01-10 | Dana Corp | Variable reluctance motor having foil wire wound coils |
| JPH07503598A (ja) | 1992-01-29 | 1995-04-13 | ストリドスベルグ イノベイション アクチボラゲット | ブラシ無しｄｃモータ／発電機 |
| JP3152405B2 (ja) | 1992-06-10 | 2001-04-03 | オークマ株式会社 | 電動機 |
| US5689147A (en) * | 1994-02-07 | 1997-11-18 | Nidec Corporation | Brushless motor |
| FR2726948B1 (fr) | 1994-11-16 | 1996-12-20 | Wavre Nicolas | Moteur synchrone a aimants permanents |
| US5874796A (en) | 1995-02-10 | 1999-02-23 | Petersen; Christian C. | Permanent magnet D.C. motor having a radially-disposed working flux gap |
| US5659217A (en) | 1995-02-10 | 1997-08-19 | Petersen; Christian C. | Permanent magnet d.c. motor having a radially-disposed working flux gap |
| EP0875091A1 (en) | 1996-01-18 | 1998-11-04 | Shibaura Engineering Works Company, Ltd. | A motor mounted in a vehicle |
| JP3568364B2 (ja) | 1996-09-30 | 2004-09-22 | 松下電器産業株式会社 | 回転電機のコア |
| JP3632394B2 (ja) | 1997-09-09 | 2005-03-23 | トヨタ自動車株式会社 | コイル用素材、コイル用素材の製造装置及びコイル形成方法 |
| DE19809966C1 (de) | 1998-03-07 | 1999-09-16 | Daimler Chrysler Ag | Flüssigkeitsgekühlter Generator |
| JP2000041365A (ja) | 1998-07-21 | 2000-02-08 | Hitachi Ltd | 電動機並びに電動機用ステータの製造方法 |
| JP2000050540A (ja) | 1998-07-31 | 2000-02-18 | Denso Corp | 回転電機の組み立てティース式固定子コア |
| US6211587B1 (en) | 1998-11-12 | 2001-04-03 | Hitachi, Ltd. | Electric rotating machine |
| US6072253A (en) | 1998-12-07 | 2000-06-06 | Ford Motor Company | Liquid-cooled electrical machine |
| US6137202A (en) | 1999-04-27 | 2000-10-24 | General Electric Company | Insulated coil and coiled frame and method for making same |
| SE519302C2 (sv) | 1999-05-11 | 2003-02-11 | Hoeganaes Ab | Statorkärna med tänder gjorda av mjukmagnetiskt pulvermateriel samt statoraggregat |
| DE10022071A1 (de) | 2000-05-06 | 2001-11-15 | Bosch Gmbh Robert | Stator |
| JP2001339924A (ja) | 2000-05-30 | 2001-12-07 | Honda Motor Co Ltd | アウターロータ型モータ・ジェネレータ |
| WO2002009256A1 (de) | 2000-07-21 | 2002-01-31 | Robert Bosch Gmbh | Stator mit hohem füllfaktor |
| JP2002176761A (ja) | 2000-12-08 | 2002-06-21 | Canon Inc | リニアモータ及び該リニアモータを用いた露光装置 |
| DE10106172A1 (de) * | 2001-02-10 | 2002-08-29 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff |
| JP2002315247A (ja) | 2001-04-13 | 2002-10-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電動機 |
| JP2002369418A (ja) | 2001-06-04 | 2002-12-20 | Nissan Motor Co Ltd | 電動機のステータ構造 |
| EP2061140A3 (en) | 2001-07-09 | 2011-08-10 | Harmonic Drive Systems Inc. | Synchronous hybrid electric machine |
| JP2003153509A (ja) | 2001-11-08 | 2003-05-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | モータ |
| DE10229333A1 (de) | 2002-06-29 | 2004-01-29 | Robert Bosch Gmbh | Elektrische Maschine, insbesondere bürstenlose Maschine mit permanentmagnetisch erregtem Läufer |
| US20040007933A1 (en) | 2002-07-12 | 2004-01-15 | Chun-Pu Hsu | Assembly type stator structure having flat wire wound coils |
| DE10236941A1 (de) | 2002-08-12 | 2004-03-04 | Siemens Ag | Stator für eine Synchronmaschine |
| JP2004201483A (ja) | 2002-10-25 | 2004-07-15 | Toyoda Mach Works Ltd | コア、電機子コア及びモータ |
| GB0228642D0 (en) | 2002-12-07 | 2003-01-15 | Rolls Royce Plc | An electrical machine |
| CA2417405A1 (en) | 2003-01-27 | 2004-07-27 | Teleflex Canada Incorporated | Electrical machine having centrally disposed stator |
| US6924574B2 (en) | 2003-05-30 | 2005-08-02 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Dual-rotor, radial-flux, toroidally-wound, permanent-magnet machine |
| DE102004026453A1 (de) | 2003-06-04 | 2004-12-30 | Luk Lamellen Und Kupplungsbau Beteiligungs Kg | Eletrische Maschine, Verfahren zu deren Herstellung sowie Vorrichtung zur Herstellung eines Sekundärteils für eine elektrische Maschine |
| US7596856B2 (en) | 2003-06-11 | 2009-10-06 | Light Engineering, Inc. | Method for manufacturing a soft magnetic metal electromagnetic component |
| DE10336780A1 (de) | 2003-08-08 | 2005-03-03 | Rheinisch-Westfälisch-Technische Hochschule Aachen | Wicklungsspule für eine elektrische Antriebseinrichtung |
| GB0400737D0 (en) | 2004-01-14 | 2004-02-18 | Rolls Royce Plc | Electrical machine |
| US6956307B2 (en) | 2004-03-08 | 2005-10-18 | Amsted Industries Incorporated | Soft magnetic composite powder metal cores |
| JP2005310566A (ja) | 2004-04-22 | 2005-11-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 線材、線材製造方法及びコイルの製造方法、プレス材及びプレス材製造方法 |
| JP4517715B2 (ja) | 2004-05-07 | 2010-08-04 | 住友電気工業株式会社 | 異形断面コイルの製造方法 |
| US7723888B2 (en) | 2004-05-25 | 2010-05-25 | Marko Petek | Synchronous electromechanical transformer |
| US7173353B2 (en) | 2004-07-07 | 2007-02-06 | Industrial Design Laboratories Inc. | Integrated blower for cooling device |
| DE102004034611A1 (de) | 2004-07-16 | 2006-02-09 | Bobzin, Jörg, Dipl.-Ing. | Herstellungsverfahren von hocheffizienten elektrischen Spulen und Wicklungen einer elektrischen Maschine und deren Montage innerhalb der elektrischen Maschine |
| US7737598B2 (en) * | 2004-08-09 | 2010-06-15 | A. O. Smith Corporation | Electric motor having a stator |
| JP4887656B2 (ja) | 2004-10-29 | 2012-02-29 | トヨタ自動車株式会社 | 回転電機およびそれを搭載した自動車 |
| JP2006166610A (ja) | 2004-12-08 | 2006-06-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ステータ、ステータの製造方法、及びロータ |
| US20060190922A1 (en) | 2005-02-24 | 2006-08-24 | Franz Chen | Method and system for managing and tracking software development lifecycles |
| EP1855371B1 (en) | 2005-02-28 | 2016-04-13 | Daikin Industries, Ltd. | Magnetic body, rotor, motor, compressor, fan, air conditioner, and on-vehicle air conditioner |
| JP4878183B2 (ja) * | 2005-03-18 | 2012-02-15 | 株式会社日立産機システム | 多相クローポール型モータ |
| US7598649B2 (en) | 2005-04-29 | 2009-10-06 | Petersen Technology Corporation | Vertical stator double gas D.C. PM motors |
| DE102005022548A1 (de) | 2005-05-17 | 2006-11-23 | Siemens Ag | Elektrische Maschine mit einem Wicklungssystem mit Spulengruppen |
| CA2616066A1 (en) | 2005-08-10 | 2007-02-15 | Tm4 Inc. | Electric machine provided with an internal stator |
| JP2007074847A (ja) | 2005-09-08 | 2007-03-22 | Toyota Motor Corp | ステータコアの製造装置および圧粉磁心の製造装置 |
| DE102005045348A1 (de) | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Siemens Ag | Zahnmodul für ein permanentmagneterregtes Primärteil einer elektrischen Maschine |
| DE102006049420A1 (de) * | 2005-10-28 | 2007-05-03 | Temic Automotive Electric Motors Gmbh | Elektrische Maschine |
| JP4851807B2 (ja) | 2006-02-16 | 2012-01-11 | 澤藤電機株式会社 | 回転電機用電機子及び電機子の製造方法 |
| NO324241B1 (no) | 2006-02-28 | 2007-09-17 | Smartmotor As | Anordning ved elektrisk maskin |
| DE102006014343A1 (de) | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Siemens Ag | Verfahren zum Aufbauen einer elektrischen Maschine und Zahnhälften für einen Zahn einer elektrischen Maschine |
| JP2007295740A (ja) | 2006-04-26 | 2007-11-08 | Toyota Motor Corp | ステータコアおよびその製造方法と電動機およびその製造方法 |
| ES2302621B1 (es) | 2006-07-18 | 2009-05-21 | GAMESA INNOVATION & TECHNOLOGY, S.L. | Generador electrico refrigerado con tubos embebidos en su cubierta. |
| KR100847481B1 (ko) | 2006-11-15 | 2008-07-22 | 엘지전자 주식회사 | 공기조화기용 실외기의 밀폐형 외전모터 |
| JP4735529B2 (ja) | 2006-12-21 | 2011-07-27 | トヨタ自動車株式会社 | モータの固定子 |
| JP4715776B2 (ja) | 2007-03-06 | 2011-07-06 | トヨタ自動車株式会社 | モータ固定子の製造方法及びモータ固定子 |
| US7990015B2 (en) | 2007-04-06 | 2011-08-02 | Vestas Wind Systems A/S | Pole tip attachment for a magnetic structure |
| JP4730367B2 (ja) | 2007-08-21 | 2011-07-20 | トヨタ自動車株式会社 | 分割固定子製造方法 |
| JP5112219B2 (ja) * | 2007-11-05 | 2013-01-09 | 株式会社東芝 | 永久磁石モータ、洗濯機、および、制御装置 |
| JP4404145B2 (ja) | 2008-01-16 | 2010-01-27 | トヨタ自動車株式会社 | 分割固定子製造方法 |
| US7847443B2 (en) | 2008-04-10 | 2010-12-07 | Burgess-Norton Mfg. Co., Inc. | Manufacture of electric motor component |
| US10038349B2 (en) | 2008-08-15 | 2018-07-31 | Millennial Research Corporation | Multi-phase modular coil element for electric motor and generator |
| AU2009296686A1 (en) | 2008-09-23 | 2010-04-01 | Aerovironment, Inc. | Motor air flow cooling |
| CN102341999B (zh) | 2009-01-13 | 2013-08-14 | Tm4股份有限公司 | 用于电动机器的流体冷却装置 |
| LT2394351T (lt) | 2009-02-05 | 2021-01-11 | Evr Motors Ltd. | Elektrinė mašina |
| DE102009008405A1 (de) | 2009-02-11 | 2010-08-19 | Keiper Gmbh & Co. Kg | Stellantrieb |
| WO2010099975A2 (de) | 2009-03-05 | 2010-09-10 | Cpm Compact Power Motors Gmbh | Doppelrotormotor |
| US20100244603A1 (en) | 2009-03-31 | 2010-09-30 | General Electric Company | Electric machine |
| US8082654B2 (en) | 2009-07-21 | 2011-12-27 | Tempel Steel Company | Production method for large rotor/stator laminations |
| DE102010002696A1 (de) | 2009-09-03 | 2011-03-10 | Robert Bosch Gmbh | Stator mit separat gefertigten Zahnköpfen |
| JP5507967B2 (ja) | 2009-11-09 | 2014-05-28 | 株式会社日立製作所 | 回転電機 |
| US8212438B2 (en) | 2010-01-19 | 2012-07-03 | U.S. Alternate Energy, LLC | Coolant system for electric motorcycle |
| EP2390676B1 (en) | 2010-05-28 | 2015-11-11 | Tyco Electronics Belgium EC BVBA | Electromagnetic coil structure having a flat conductive track, magnetic core and magneto electronic angle sensor |
| JP5287874B2 (ja) | 2010-06-10 | 2013-09-11 | トヨタ自動車株式会社 | ステータ製造方法、及びステータ |
| US8344568B2 (en) | 2010-08-17 | 2013-01-01 | Nidec Motor Corporation | Direct drive rotor with metal coupler |
| GB201013881D0 (en) | 2010-08-19 | 2010-10-06 | Oxford Yasa Motors Ltd | Electric machine - construction |
| JP5270640B2 (ja) | 2010-11-05 | 2013-08-21 | トヨタ自動車株式会社 | ステータコア |
| KR101217223B1 (ko) | 2011-03-25 | 2012-12-31 | 주식회사 아모텍 | 비정질 분할코어 스테이터 및 이를 이용한 액시얼 갭형 모터 |
| EP2530688A1 (en) | 2011-05-26 | 2012-12-05 | Franc Zajc | Flat band winding for an inductor core |
| US9479036B2 (en) | 2011-08-31 | 2016-10-25 | Akribis Systems Pte Ltd | High torque, low inertia direct drive motor |
| DE102011111667A1 (de) | 2011-09-01 | 2013-03-07 | Cpm Compact Power Motors Gmbh | Drehfeldmaschine mit Außenläufer |
| JP2013141388A (ja) | 2011-12-06 | 2013-07-18 | Nippon Piston Ring Co Ltd | 回転電機 |
| RU2494520C2 (ru) | 2011-12-26 | 2013-09-27 | Сергей Михайлович Есаков | Магнитоэлектрический генератор |
| US8479378B1 (en) | 2012-02-09 | 2013-07-09 | John Pairaktaridis | Methods of manufacturing a stator core for a brushless motor |
| NO333881B1 (no) | 2012-03-26 | 2013-10-07 | Rolls Royce Marine As | Rotor omfattende segmentert åk |
| DE102012206442A1 (de) | 2012-04-19 | 2013-10-24 | Robert Bosch Gmbh | Stator für eine Elektromaschine mit in ein Gehäuse verpressten Wickelköpfen |
| DK2657520T3 (en) * | 2012-04-26 | 2016-05-17 | Siemens Ag | Cooling and support of a stator segment of an electromechanical machine, especially for wind turbine use |
| CN104285363A (zh) | 2012-06-06 | 2015-01-14 | 尼得科电机有限公司 | 具有采用间隔开的极片的辐条式外转子的电机 |
| WO2014048464A1 (de) | 2012-09-26 | 2014-04-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Aktivteil einer elektrischen maschine, radialmagnetlager und verfahren zur herstellung eines radialmagnetlagers |
| GB2507072B (en) | 2012-10-17 | 2015-06-10 | Protean Electric Ltd | A stator or rotor |
| JP5936990B2 (ja) | 2012-10-31 | 2016-06-22 | 日本ピストンリング株式会社 | 回転電機 |
| US9379585B2 (en) | 2012-11-06 | 2016-06-28 | Lcdrives Corp. | Winding construction for high efficiency machine |
| ITBO20120681A1 (it) | 2012-12-18 | 2014-06-19 | Ferrari Spa | Macchina elettrica rotante per autotrazione con raffreddamento a liquido |
| KR101492172B1 (ko) | 2013-03-20 | 2015-02-11 | 전자부품연구원 | 일체형 권선을 활용한 반경 방향 및 축 방향 자속 일체형 모터 |
| DE102013205594A1 (de) | 2013-03-28 | 2014-10-02 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Laserbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung |
| EP2991199B1 (en) | 2013-04-26 | 2019-09-04 | Mitsubishi Electric Corporation | Armature coil and manufacturing method therefor |
| ITBO20130272A1 (it) | 2013-05-29 | 2014-11-30 | Spal Automotive Srl | Macchina elettrica, ventola, ventilatore. |
| ITBO20130432A1 (it) | 2013-08-01 | 2015-02-02 | Spal Automotive Srl | Macchina elettrica. |
| WO2015040620A1 (en) | 2013-09-18 | 2015-03-26 | E.V.R. Motors Ltd. | Multipole electrical machine |
| JP6687521B2 (ja) | 2013-11-20 | 2020-04-22 | 戴珊珊ＤＡＩ， Ｓｈａｎｓｈａｎ | Ａｃ永磁スイッチトリラクタンスモーター |
| CN103560633B (zh) | 2013-11-20 | 2018-09-18 | 戴珊珊 | 交流永磁增效磁阻电动机 |
| DE102014000636A1 (de) | 2014-01-20 | 2015-07-23 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer elektrotechnischen Spule |
| JP6142826B2 (ja) | 2014-03-03 | 2017-06-07 | トヨタ紡織株式会社 | 回転電機のコア及び回転電機のコアの製造方法 |
| WO2015140970A1 (ja) | 2014-03-19 | 2015-09-24 | 株式会社安川電機 | 回転電機及び回転電機の製造方法 |
| KR101597965B1 (ko) | 2014-07-02 | 2016-02-29 | 전자부품연구원 | 복합 자속을 이용한 모터 |
| FR3024608B1 (fr) | 2014-07-31 | 2018-03-02 | Valeo Equipements Electriques Moteur | Induit de machine electrique tournante a performances magnetiques ameliorees |
| US9748822B2 (en) | 2014-11-21 | 2017-08-29 | Hamilton Sundstrand Corporation | Cooling for electrical machines |
| GB2533154B (en) | 2014-12-12 | 2017-06-07 | Protean Electric Ltd | A coil winding arrangement |
| US10170946B2 (en) | 2015-02-02 | 2019-01-01 | Persimmon Technologies Corporation | Motor having non-circular stator |
| JP6319130B2 (ja) | 2015-02-13 | 2018-05-09 | マツダ株式会社 | 回転電機のステータおよびその製造方法 |
| CN107710566B (zh) | 2015-06-09 | 2019-08-27 | 三菱电机株式会社 | 旋转电机 |
| US10433561B2 (en) | 2015-08-05 | 2019-10-08 | Todd N. Allison | Taco-funnel apparatus and method of use |
| US11062840B2 (en) | 2015-08-28 | 2021-07-13 | Shanshan Dai | Alternating hybrid excitation assembly and application thereof to motor and transformer |
| CN106340368B (zh) | 2015-08-28 | 2021-04-23 | 戴珊珊 | 交变复合励磁组件及其在电机和变压器中应用 |
| US10326323B2 (en) * | 2015-12-11 | 2019-06-18 | Whirlpool Corporation | Multi-component rotor for an electric motor of an appliance |
| DE112017000278B4 (de) | 2016-02-03 | 2022-07-14 | Mitsubishi Electric Corporation | Elektrische Rotationsmaschine |
| JP2017147780A (ja) | 2016-02-15 | 2017-08-24 | マツダ株式会社 | スイッチトリラクタンスモータ及びその組み付け方法 |
| US10536055B2 (en) * | 2016-03-17 | 2020-01-14 | Ford Global Technologies, Llc | Thermal management assembly for an electrified vehicle |
| KR20180134348A (ko) * | 2016-04-12 | 2018-12-18 | 티엠4 인코포레이티드 | 밀봉된 고정자를 가진 액체 냉각 전기 머신 |
| DE102016211833A1 (de) | 2016-06-30 | 2018-01-04 | Robert Bosch Gmbh | Wicklungsträger |
| RU2696853C2 (ru) | 2016-08-09 | 2019-08-07 | Рябых Виктор Владимирович | Электродвигатель |
| DE102016218822A1 (de) | 2016-09-29 | 2018-03-29 | Audi Ag | Stator für eine elektrische Maschine, elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug |
| DE102016119822A1 (de) | 2016-10-06 | 2018-04-12 | Lsp Innovative Automotive Systems Gmbh | Hochleistungsgenerator Niedervolt mit Starter-Unterstützungsfunktion und Drehmoment-Kompensation |
| EP3331140A1 (de) * | 2016-12-02 | 2018-06-06 | Miba Sinter Austria GmbH | Scheibenläufermotor |
| KR102506925B1 (ko) * | 2016-12-13 | 2023-03-07 | 현대자동차 주식회사 | 계자권선형 구동모터의 회전자 |
| JP2018133850A (ja) | 2017-02-13 | 2018-08-23 | 株式会社デンソー | 回転電機 |
| JP2018143043A (ja) * | 2017-02-28 | 2018-09-13 | 日本電産株式会社 | モータ |
| US10574099B2 (en) | 2017-03-30 | 2020-02-25 | Ford Global Technologies, Llc | Optimized stator tooth for electric motor/generator |
| JP6856446B2 (ja) | 2017-05-23 | 2021-04-07 | 澤藤電機株式会社 | アウターロータ型電動機におけるロータ構造 |
| JP6517878B2 (ja) | 2017-06-06 | 2019-05-22 | ファナック株式会社 | 固定子枠、固定子及び回転電機 |
| JP7025175B2 (ja) | 2017-10-17 | 2022-02-24 | Ntn株式会社 | 車両用動力装置 |
| JP6723475B2 (ja) | 2017-11-02 | 2020-07-15 | 三菱電機株式会社 | 回転電機の電機子鉄心、及び回転電機の電機子鉄心の製造方法 |
| US10680476B2 (en) | 2018-01-25 | 2020-06-09 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Systems and methods for constructing permanent magnet motors having increased power density |
| GB2571107A (en) | 2018-02-16 | 2019-08-21 | Rolls Royce Plc | Metal coil fabrication |
| EP3528372A1 (en) | 2018-02-19 | 2019-08-21 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Formation of stator coils for use in concentrated winding electrical machine |
| DE102018214525A1 (de) | 2018-08-28 | 2020-03-05 | Mahle International Gmbh | Ringförmiger Stator eines Elektromotors |
| DE102018222625A1 (de) | 2018-09-18 | 2020-03-19 | Ziehl-Abegg Automotive Gmbh & Co. Kg | Kühlkörper für einen elektrischen Motor, elektrischer Motor und Verfahren zum Kühlen des Motors |
| CN112752706A (zh) | 2018-09-28 | 2021-05-04 | 本田技研工业株式会社 | 跨骑型电动车辆 |
| CN208862675U (zh) | 2018-10-10 | 2019-05-14 | 湖北同发机电有限公司 | 一种无刷同步发电机 |
| CA3104343A1 (en) | 2018-10-12 | 2020-04-16 | Turntide Technologies Inc. | Shaped stator windings for a switched reluctance machine and method of making the same |
| EP3648305B1 (en) | 2018-10-30 | 2021-06-30 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Electrical machine with hybrid tooth design |
| CN109245346B (zh) | 2018-11-07 | 2023-08-22 | 合普动力股份有限公司 | 一种分瓣组合定子 |
| JP7092646B2 (ja) | 2018-11-14 | 2022-06-28 | トヨタ自動車株式会社 | モータコア |
| DE102019202049A1 (de) | 2019-02-15 | 2020-08-20 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur herstellung eines wendelförmigen körpers mit kompression der wendel |
| US11522426B2 (en) | 2019-02-26 | 2022-12-06 | Petersen Technology Corporation | Double/twin radial air gap permanent magnet brushless motor |
| CN209994171U (zh) | 2019-04-15 | 2020-01-24 | 无锡欣吉力电机技术有限公司 | 一种紧凑型励磁电机定子 |
| FR3096522B1 (fr) | 2019-05-21 | 2021-04-30 | Renault Sas | Stator de machine électrique à flux axial et procédé d’assemblage d’un tel stator |
| EP3820025A1 (en) | 2019-11-08 | 2021-05-12 | Hamilton Sundstrand Corporation | Spacer for a stator winding |
| CN111224502A (zh) | 2020-03-03 | 2020-06-02 | 山东高崎电机有限公司 | 一种高速电机自抽热冷却结构 |
| CN111404290B (zh) | 2020-03-12 | 2021-08-03 | 华中科技大学 | 一种集中绕组横向磁通永磁同步电机 |
| TWI738296B (zh) | 2020-04-15 | 2021-09-01 | 國立成功大學 | 馬達及其具有扭轉式螺旋冷卻流道的冷卻裝置 |
| CN111864990A (zh) | 2020-07-24 | 2020-10-30 | 珠海格力电器股份有限公司 | 具有双重冷却效果的电机及离心空压机 |
| WO2022058939A1 (en) | 2020-09-21 | 2022-03-24 | Evr Motors Ltd. | Radial flux electric machine |
| JP2023542518A (ja) | 2020-09-21 | 2023-10-10 | イーヴィーアール モーターズ リミテッド | ラジアルフラックス電気機械 |
| CN112186915A (zh) * | 2020-10-22 | 2021-01-05 | 江苏金丰机电有限公司 | 一种定子组件 |
-
2021
- 2021-09-17 JP JP2023518160A patent/JP2023542518A/ja active Pending
- 2021-09-17 CA CA3170195A patent/CA3170195A1/en active Pending
- 2021-09-17 IL IL301491A patent/IL301491A/en unknown
- 2021-09-17 EP EP21777859.6A patent/EP4214820A1/en active Pending
- 2021-09-17 KR KR1020237013334A patent/KR20230072486A/ko unknown
- 2021-09-21 US US17/480,543 patent/US11349359B2/en active Active
- 2021-09-21 US US17/480,408 patent/US11322994B2/en active Active
- 2021-09-21 US US17/480,510 patent/US11489379B2/en active Active
- 2021-09-21 US US17/480,452 patent/US11489378B2/en active Active
- 2021-09-21 US US17/480,373 patent/US11296572B1/en active Active
- 2021-09-22 TW TW110135144A patent/TW202230933A/zh unknown
- 2021-10-04 US US17/493,126 patent/US11374444B2/en active Active
- 2021-10-04 US US17/493,089 patent/US11451099B2/en active Active
- 2021-10-04 US US17/493,041 patent/US11336132B2/en active Active
- 2021-10-04 US US17/492,997 patent/US11355985B2/en active Active
-
2022
- 2022-08-08 US US17/882,947 patent/US11594920B2/en active Active
-
2023
- 2023-02-01 US US18/104,426 patent/US11831202B2/en active Active
- 2023-10-23 US US18/382,583 patent/US20240048008A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20220094221A1 (en) | 2022-03-24 |
| US20230187985A1 (en) | 2023-06-15 |
| US20220094216A1 (en) | 2022-03-24 |
| US11322994B2 (en) | 2022-05-03 |
| US20220094243A1 (en) | 2022-03-24 |
| US11296572B1 (en) | 2022-04-05 |
| IL301491A (en) | 2023-05-01 |
| CA3170195A1 (en) | 2022-03-24 |
| JP2023542518A (ja) | 2023-10-10 |
| TW202230933A (zh) | 2022-08-01 |
| US11594920B2 (en) | 2023-02-28 |
| US20220094231A1 (en) | 2022-03-24 |
| US11489379B2 (en) | 2022-11-01 |
| US20240048008A1 (en) | 2024-02-08 |
| US20220094222A1 (en) | 2022-03-24 |
| US11336132B2 (en) | 2022-05-17 |
| US20220094226A1 (en) | 2022-03-24 |
| US20220385141A1 (en) | 2022-12-01 |
| US20220094217A1 (en) | 2022-03-24 |
| US11489378B2 (en) | 2022-11-01 |
| US11374444B2 (en) | 2022-06-28 |
| US11349359B2 (en) | 2022-05-31 |
| US20220094215A1 (en) | 2022-03-24 |
| US20220094232A1 (en) | 2022-03-24 |
| EP4214820A1 (en) | 2023-07-26 |
| US11451099B2 (en) | 2022-09-20 |
| US11831202B2 (en) | 2023-11-28 |
| US11355985B2 (en) | 2022-06-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11451099B2 (en) | Method of inserting multi-part tooth of an electric machine into a coil | |
| JP6848050B2 (ja) | 電気機械装置 | |
| AU2008209912B2 (en) | Ring motor | |
| KR101333887B1 (ko) | 터보 압축기 시스템 | |
| US7759837B2 (en) | Rotating electrical machine | |
| US20180013336A1 (en) | Stators and coils for axial-flux dynamoelectric machines | |
| WO2019017495A1 (ja) | 回転電機 | |
| WO2022058939A1 (en) | Radial flux electric machine | |
| CN212412856U (zh) | 用于轴向磁通旋转电机的转子 | |
| US20240128813A1 (en) | Double rotor brushless direct-current motor with fluid cooling | |
| KR101918069B1 (ko) | 영구자석 분할모듈을 포함하는 모터 및 이의 제조 방법 | |
| US20240178710A1 (en) | Electric machine with multi-tapered yokes | |
| CN112821591A (zh) | 一种模块化爪极永磁电机的核心部件 | |
| JP2022026005A (ja) | 回転電機のステータ、回転電機及びホイール | |
| JP2012244641A (ja) | 永久磁石モータ | |
| JP2004312928A (ja) | 電動機の固定子およびそれを備えた電動機 | |
| JP2011125169A (ja) | 電機子コイル及びこれを使用する発電機 |