KR20230093320A - 전기 기계를 위한 장치 - Google Patents

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axis
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알렉산드로스 미카엘리데스
클리프 태크웰
매튜 크라우치
호세 말룸브레스 루이즈
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재규어 랜드 로버 리미티드
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Abstract

본 개시는 전기 기계(1)를 위한 로터 어셈블리(3)에 관한 것이다. 로터 어셈블리(3)는 로터(6) 및 복수 개의 자석(10-n)들을 갖는다. 자석(10-n)들은 복수 개의 로터 폴(9-n)들을 형성하도록 구성된다. 로터 폴(9-n)들은 로터(6)의 종방향 축(X)으로부터 방사상 방향으로 연장하는 중심 폴 축(dr-n)을 각각 갖는다. 로터 폴(9-n)들은 하나 이상의 제 1 자석(10A-n)을 갖는 제 1 자석 층(A)을 각각 갖는다. 하나 이상의 제 1 자석(10A-n)은, 중심 폴 축(dr-n)에 실질적으로 수직으로 배치된 제 1 횡방향 축(Y1)을 갖는 중심 제 1 자석(10A-1)을 포함한다. 로터 폴(9-n)들은 제 1 자석 층(A)으로부터 방사상으로 끼워 넣어지고 2개 이상의 제 2 자석(10B-n)들을 갖는 제 2 자석 층(B)을 각각 갖는다. 제 2 자석(10B-n)들은 중심 폴 축(dr-n)에 대해 예각(α)으로 연장한 제 1 횡방향 축(Y1)을 각각 갖는 한 쌍의 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들을 포함한다. 중심 폴 축(dr-n)에 관하여, 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들의 각각의 일 부분은 중첩 배열을 형성하기 위해 중심 제 1 자석(10A-1)의 단부의 내부에 배치된다. 본 개시는 로터(6)의 위상의 다른 특징들을 규정한다. 전기 기계(1)는 차량(V)에 사용하기에 적합하다.

Description

전기 기계를 위한 장치
본 개시는 전기 기계를 위한 장치에 관한 것이다. 보다 특별하게는, 배타적이지는 않지만, 본 개시는 전기 기계를 위한 로터 및 로터 어셈블리에 관한 것이다. 예를 들어, 전기 기계는 자동차와 같은 차량을 위한 트랙션(traction) 모터일 수 있다.
차량을 추진하기 위해 하나 이상의 전기 기계를 사용하는 것으로 알려져 있다. 전기 기계는 내연 기관 대신에 또는 그에 추가하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 차량은 배터리 전기 차량(BEV), 플러그인 하이브리드 전기 차량(PHEV) 또는 하이브리드 전기 차량(HEV)을 포함할 수 있다. 전기 기계의 토크 밀도 및/또는 효율을 개선하는 것이 바람직하다. 이것은 개선된 차량 범위 및/또는 효율을 가능하게 할 수 있다. 적어도 특정 실시예들에서 본 발명은 개선된 전기 기계를 제공하고자 한다.
본 발명의 양태들은 첨부된 청구범위에 청구된 바와 같은 로터 어셈블리, 전기 기계 및 차량에 관한 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 전기 기계를 위한 제공된 로터 어셈블리에 있어서, 로터 어셈블리는 로터 및 복수 개의 자석들을 포함하고, 자석들은 복수 개의 로터 폴들을 형성하도록 구성되고, 각각의 로터 폴은 로터의 종방향 축으로부터 방사상 방향으로 연장하는 중심 폴 축을 갖고; 각각의 로터 폴은, 하나 이상의 제 1 자석을 포함하는 제 1 자석 층으로서, 하나 이상의 제 1 자석은, 중심 폴 축에 실질적으로 수직으로 배치된 제 1 횡방향 축을 갖는 중심의 제 1 자석을 포함하는, 제 1 자석 층; 제 1 자석 층으로부터 방사상으로 끼워 넣어지고 2개 이상의 제 2 자석들을 포함하는 제 2 자석 층으로서, 제 2 자석들은, 중심 폴 축에 예각으로 연장하는 제 1 횡방향 축을 각각 가진 한 쌍의 경사진 제 2 자석들을 포함한다.
적어도 특정 실시예들에서, 각각의 로터 폴은, 중심 폴 축과 관련하여, 경사진 제 2 자석들의 각각의 일 부분은 중첩 배열을 형성하기 위해 하나 이상의 중심의 제 1 자석의 일 단부의 내부에(inboard) 배치되도록 구성될 수 있다.
제 1 자석 층은 방사상 가장 바깥쪽 위치에 배치될 수 있다. 제 2 자석 층은 방사상 가장 안쪽 위치에 배치될 수 있다. 하나 이상의 자석 층은 제 1 자석 층과 제 2 자석 층 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 3 자석 층은 제 1 자석 층과 제 2 자석 층 사이에 배치될 수 있다.
중심 폴 축에 수직한 방향으로 경사진 제 2 자석들 사이의 이격은 하나 이상의 제 1 자석의 횡방향 치수보다 작거나 그와 같을 수 있다. 적어도 특정 실시예들에서, 이러한 중첩 배열은 로터 어셈블리와 스테이터 어셈블리 사이의 에어 갭에서 자속을 제어하는 것을 도울 수 있다. 예를 들어, 이러한 배열은, 에어 갭에 있는 자속에서의 중단(interruption)들 또는 불연속성들을 감소시킬 수 있다. 에어 갭에 확립된 결과적인 자속은, 로터 폴 또는 각각의 로터 폴을 가로질러 원주 방향으로 점진적으로 변할 수 있다. 적어도 특정 실시예들에서, 각각의 로터 폴에서 영구 자석들의 위상(topology)은 형태가 일반적으로 사인파인(sinusoidal) 크기를 갖는 에어 갭에서의 자속을 발생시킨다. 예를 들어, 자속의 크기는 (로터 폴의 직축(direct axis)에 대응하는) 중심 폴 축에서 또는 그 근위에서 가장 클 수 있고; 로터 폴의 횡축(quadrature axis)에서 또는 그 근위에서 가장 작을 수 있다. 에어 갭에서의 자속의 크기는 횡축에서 실질적으로 0일 수 있다. 자속의 크기에서 이 사인파 변동은 로터 폴들의 각각에 대해 반복된다. 적어도 특정 실시예들에서, 이것은 전기 기계의 작동 특성들을 개선할 수 있다.
로터에 있는 자석들의 위상은 본원에서 규정된다. 위상은 로터에 있는 (본원에서는 폴 쌍들로 지칭되는) 로터 폴들의 쌍들의 수와 관련하여 규정된다. 위상은 상이한 수들의 로터 폴들을 갖는 로터들에 적용 가능하는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 로터는 6개의 로터 폴(즉, 3개의 폴 쌍)들을 가질 수 있거나; 로터는 8개의 로터 폴(즉, 4개의 폴 쌍)들을 가질 수 있다. 예로서, 폴 쌍(p)들의 수는 다음의 세트 중 하나일 수 있다: 3개; 4개; 5개 및 6개. 반대로 나타내지 않는 한 본원에 설명된 정의들 및 식들은 상이한 로터 형태들에 적용 가능하다.
중심의 제 1 자석은 반대되는 제 1 단부 및 제 2 단부를 포함한다. 제 1 중심각은, 종방향 축으로부터 연장하고 중심의 제 1 자석의 제 1 단부 및 제 2 단부 각각과 일치하는 2개의 제 1 방사상 라인들 사이에 형성된다. 제 1 중심각은 다음 식에 의해 규정될 수 있다:
Figure pct00001
A1은 제 1 중심각이고; p는 로터에서의 폴 쌍들의 수이다.
중심의 제 1 자석의 코너 또는 에지는 각각의 제 1 방사상 라인들과 일치할 수 있다.
제 1 중심각은 다음 식에 의해 규정될 수 있다:
Figure pct00002
A1은 제 1 중심각이고; p는 상기 로터에서의 폴 쌍들의 수이다.
제 1 중심각은 다음 식에 의해 규정될 수 있다:
Figure pct00003
A1은 제 1 중심각이고; p는 상기 로터에서의 폴 쌍들의 수이다.
대안적으로, 또는 추가적으로, 제 1 중심각은 다음 식에 의해 규정될 수 있다:
Figure pct00004
A1은 제 1 중심각이고; p는 상기 로터에서의 폴 쌍들의 수이다.
대안적으로, 또는 추가적으로, 제 1 중심각은 다음 식에 의해 규정될 수 있다:
Figure pct00005
A1은 제 1 중심각이고; p는 상기 로터에서의 폴 쌍들의 수이다.
예를 들어, 로터는 4개의 폴 쌍들을 포함할 수 있다. 제 1 중심각은 11.25° 내지 22.5°가 포함된(inclusive) 범위일 수 있다. 제 1 중심각은 15° 내지 17°가 포함된 범위일 수 있다. 제 1 중심각은 16°±1°로 규정될 수 있다. 예를 들어, 제 1 중심각은 대략적으로 16°일 수 있다.
각각의 경사진 제 2 자석은 (중심 폴 축에 대해 근위에 배치된) 내부 단부를 가질 수 있다. 2개의 내부 방사상 라인들은 로터의 종방향 축으로부터 연장하고 경사진 제 2 자석들의 내부 단부들과 일치하게 규정될 수 있다. 내부의 제 2 중심각은 2개의 내부 방사상 라인들 사이에 형성될 수 있다. 내부의 제 2 중심각은 다음 식에 의해 규정될 수 있다:
Figure pct00006
A3I는 내부의 제 2 중심각이고; p는 로터에서의 폴 쌍들의 수이다.
내부의 제 2 중심각은 다음 식에 의해 규정될 수 있다:
Figure pct00007
A3I는 내부의 제 2 중심각이고; p는 로터에서의 폴 쌍들의 수이다.
각각의 경사진 제 2 자석의 내부 코너 또는 에지는 2개의 내부 방사상 라인들과 일치할 수 있다. 경사진 제 2 자석 중 제 1 의 제 2 자석의 내부 코너 또는 에지는 내부 방사상 라인들 중 제 1 내부 방사상 라인 상에 배치될 수 있고; 경사진 제 2 자석 중 제 2 의 제 2 자석의 내부 코너 또는 에지는 내부 방사상 라인들 중 제 2 내부 방사상 라인 상에 배치될 수 있다.
대안적으로, 또는 추가적으로, 내부의 제 2 중심각은 다음 식에 의해 규정될 수 있다:
Figure pct00008
A3I는 내부의 제 2 중심각이고; p는 로터에서의 폴 쌍들의 수이다.
대안적으로, 또는 추가적으로, 내부의 제 2 중심각은 다음 식에 의해 규정될 수 있다:
Figure pct00009
A3I는 내부의 제 2 중심각이고; p는 로터에서의 폴 쌍들의 수이다.
로터는 4개의 폴쌍들(p=4)을 포함할 수 있고 내부의 제 2 중심각은 15° 내지 22°가 포함된 범위에 있을 수 있다. 내부의 제 2 중심각은 18.5°±3.5°일 수 있다.
로터는 6개의 로터 폴들을 가질 수 있고, 즉, 3개의 로터 쌍들(p=3)을 가질 수 있다. 내부의 제 2 중심각(A3I)은 20° 내지 30°가 포함된 범위에 있을 수 있다. 내부의 제 2 중심각(A3I)은 20° 내지 29.3°가 포함된 범위에 있을 수 있다. 내부의 제 2 중심각(A3I)은 24.7°±4.7°일 수 있다. 내부의 제 2 중심각(A3I)은 23.3° 내지 26.6°가 포함된 범위에 있을 수 있다. 내부의 제 2 중심각(A3I)은 24°±2° 또는 24°±1°일 수 있다. 내부의 제 2 중심각(A3I)은 대략 24°일 수 있다.
내부의 제 2 중심각은 제 1 중심각보다 작거나 그와 같을 수 있다.
각각의 경사진 제 2 자석은 (중심 폴 축으로부터 원위에 배치된) 외부 단부를 포함할 수 있다. 2개의 외부 방사상 라인들은 로터의 종방향 축으로부터 연장하고 경사진 제 2 자석들의 외부 단부들과 일치하게 규정될 수 있다. 외부의 제 2 중심각은 2개의 외부 방사상 라인들 사이에 있을 수 있다. 외부의 제 2 중심각은 다음 식에 의해 규정될 수 있다:
Figure pct00010
A3O는 외부의 제 2 중심각이고; p는 로터에서의 폴 쌍들의 수이다.
외부의 제 2 중심각은 다음 식에 의해 규정될 수 있다:
Figure pct00011
A3O는 외부의 제 2 중심각이고; p는 로터에서의 폴 쌍들의 수이다.
대안적으로, 또는 추가적으로, 외부의 제 2 중심각은 다음 식에 의해 규정될 수 있다:
Figure pct00012
A3O는 외부의 제 2 중심각이고; p는 로터에서의 폴 쌍들의 수이다.
대안적으로, 또는 추가적으로, 외부의 제 2 중심각은 다음 식에 의해 규정될 수 있다:
Figure pct00013
A3O는 외부의 제 2 중심각이고; p는 로터에서의 폴 쌍들의 수이다.
로터는 4개의 폴쌍들(p=4)을 포함할 수 있고 외부의 제 2 중심각(A3O)은 40° 내지 42°가 포함된 범위일 수 있다. 외부의 제 2 중심각(A3O)은 41°±1°일 수 있다. 외부의 제 2 중심각(A3O)은 대략 40°일 수 있다.
로터는 6개의 로터 폴들, 즉, 3개의 로터 쌍들(p=3)을 가질 수 있다. 외부의 제 2 중심각은 50° 내지 56.7°가 포함된 범위에 있을 수 있다. 외부의 제 2 중심각은 53.3° 내지 56°가 포함된 범위에 있을 수 있다. 외부의 제 2 중심각은 54.7°±1.3°일 수 있다. 외부의 제 2 중심각은 대략 54°일 수 있다.
제 2 경사진 자석들은 횡방향 축들을 가진다. 제 2 경사진 각들의 횡방향 축들은 서로에 대해 끼인각(included angle)으로 배향될 수 있다.
끼인각은 다음 식에 의해 규정될 수 있다.
Figure pct00014
V3는 끼인각이고; p는 로터에서의 폴 쌍들의 수이다.
끼인각은 다음 식에 의해 규정될 수 있다.
Figure pct00015
V3는 끼인각이고; p는 로터에서의 폴 쌍들의 수이다.
끼인각은 다음 식에 의해 규정될 수 있다.
Figure pct00016
V3는 끼인각이고; p는 로터에서의 폴 쌍들의 수이다.
8개의 폴들을 가진 로터에 대한 경사진 제 2 자석들의 끼인각은 67.5°<V3<112.5°로 규정될 수 있다. 8개의 폴들을 가진 로터에 대한 경사진 제 2 자석들의 끼인각은 75°<V3<85°로 규정될 수 있다. 8개의 폴들을 가진 로터에 대한 경사진 제 2 자석들의 끼인각은 67.5° 내지 112.5°가 포함된 범위에 있을 수 있다. 경사진 제 2 자석들의 끼인각은 80°±5°일 수 있다. 경사진 제 2 자석들의 끼인각은 84°±4°일 수 있거나; 84°±2°일 수 있거나; 84°±1°일 수 있다. 경사진 제 2 자석들의 끼인각은 대략 84°일 수 있다.
6개의 폴들을 가진 로터에 대한 경사진 제 2 자석들의 끼인각은 100°<V3<113.3°로 규정될 수 있다. 6개의 로터 폴들을 가진 로터에 대한 경사진 제 2 자석들의 끼인각은 90° 내지 150°가 포함된 범위에 있을 수 있다. 끼인각은 100° 내지 120°가 포함된 범위에 있을 수 있다. 끼인각은 106.7°±6.7°에 포함되게 있을 수 있다. 끼인각은 대략 104°일 수 있다.
각각의 로터 폴은 제 3 자석 층을 포함할 수 있다. 제 3 자석 층은 제 1 자석 층과 제 2 자석 층 사이에 배치될 수 있다. 제 3 자석 층은 2개 이상의 제 3 자석들을 포함할 수 있다. 제 3 자석 층은, 중심 폴 축에 예각으로 연장하는 제 1 횡방향 축을 각각 갖는 한 쌍의 경사진 제 3 자석들을 포함할 수 있다.
적어도 특정 실시예들에서, 각각의 로터는, 중심 폴 축과 관련하여, 중첩 배열을 형성하기 위해 경사진 제 3 자석들의 각각의 일 부분이 하나 이상의 중심의 제 1 자석의 일 단부의 내부에 배치되도록 구성될 것이다. 경사진 제 3 자석들의 각각의 코너는, 중첩 배열을 형성하기 위해 경사진 제 2 자석들 중 하나의 제 2 자석의 일 단부 내부에 배치되거나 그와 정렬될 수 있다.
대안적으로, 또는 추가적으로, 본원에서 설명된 제 2 층에 배치된 제 2 자석들의 위상은 제 3 층에 배치된 제 3 자석들에 적용될 수 있다. 특정 실시예들에서, 제 2 자석들 및 제 3 자석들은 실질적으로 동일한 위상을 가질 수 있다. 예를 들어, 경사진 제 2 자석들 및 경사진 제 3 자석들은 서로에 대해 실질적으로 평행하게 배열될 수 있다.
제 3 경사진 자석들은 횡방향 축들을 가진다. 제 3 경사진 자석들의 횡방향 축들은 서로에 대해 끼인각(V2)으로 배향될 수 있다. 끼인각(V2)은 다음 식에 의해 규정될 수 있다:
Figure pct00017
V2는 끼인각이고; p는 로터 코어에서의 폴 쌍들의 수이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 전기 기계를 위한 제공된 로터 어셈블리에 있어서, 로터 어셈블리는 로터 및 복수 개의 자석들을 포함하고, 자석들은 복수 개의 로터 폴들을 형성하도록 구성되고, 각각의 로터 폴은 로터의 종방향 축으로부터 방사상 방향으로 연장하는 중심 폴 축을 갖고; 각각의 로터 폴은, 하나 이상의 제 1 자석을 포함하는 제 1 자석 층으로서, 하나 이상의 제 1 자석은, 중심 폴 축에 실질적으로 수직으로 배치된 제 1 횡방향 축을 갖는 중심의 제 1 자석을 포함하는, 제 1 자석 층; 제 1 자석 층으로부터 방사상으로 끼워 넣어지고 2개 이상의 제 2 자석들을 포함하는 제 2 자석 층으로서, 제 2 자석들은, 내부 단부, 외부 단부, 및 중심 폴 축에 예각으로 연장하는 제 1 횡방향 축을 각각 가진 한 쌍의 경사진 제 2 자석들을 포함하는, 제 2 자석층을 포함하고; 로터의 종방향 축으로부터 연장하는 2개의 내부 방사상 라인들은 경사진 제 2 자석들의 내부 단부들과 일치하고; 내부의 제 2 중심각은 2개의 내부 방사상 라인들 사이에 형성되고, 내부의 제 2 중심각은 다음 식에 의해 규정된다:
Figure pct00018
A3I는 내부의 제 2 중심각이고; p는 로터에서의 폴 쌍들의 수이고; 로터의 종방향 축으로부터 연장하는 2개의 외부 방사상 라인들은 경사진 제 2 자석들의 외부 단부들과 일치하고; 외부의 제 2 중심각은 2개의 외부 방사상 라인들 사이에 형성되고, 외부의 제 2 중심각은 다음 식에 의해 규정된다:
Figure pct00019
A3O는 외부의 제 2 중심각이고; p는 로터에서의 폴 쌍들의 수이다.
제 2 경사진 자석들은 횡방향 축들을 가진다. 제 2 경사진 각들의 횡방향 축들은 서로에 대해 끼인각으로 배향될 수 있다.
끼인각은 다음 식에 의해 규정될 수 있다.
Figure pct00020
V3는 끼인각이고; p는 로터에서의 폴 쌍들의 수이다.
끼인각은 다음 식에 의해 규정될 수 있다.
Figure pct00021
V3는 끼인각이고; p는 로터에서의 폴 쌍들의 수이다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본원에 기술된 바와 같은 로터 어셈블리를 포함하는 전기 기계가 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 복수 개의 스테이터 치형부들을 포함하는 스테이터 어셈블리; 및 로터 및 복수 개의 자석들을 갖는 로터 어셈블리를 포함하고, 자석들은 복수 개의 로터 폴들을 형성하도록 구성된 전기 기계가 제공된다. 로터 폴들은, 중심의 제 1 자석을 포함하는 제 1 자석 층을 각각 포함한다. 로터 폴들은 중심 폴 축을 각각 가진다. 중심의 제 1 자석은 중심 폴 축에 수직인 방향으로 제 1 횡방향 치수를 갖는다.
제 1 치수는 스테이터 어셈블리에서 2개의 인접한 스테이터 치형부들의 횡방향 치수보다 크거나 그와 실질적으로 동일할 수 있다. 제 1 치수는 스테이터 어셈블리에서 3개의 인접한 스테이터 치형부들의 횡방향 치수보다 크거나 그와 실질적으로 동일할 수 있다. 스테이터 치형부들의 횡방향 치수는 스테이터 코어의 반경에 수직으로 측정될 수 있다. 예를 들어, 횡방향 치수는 3개의 인접한 스테이터 치형부들 중 중간 치형부의 방사상 중심 라인에 수직인 방향으로 측정될 수 있다.
대안적으로, 또는 추가적으로, 중심의 제 1 자석의 반대되는 단부들과 일치하는 2개의 제 1 방사상 라인들 사이에서 측정된 제 1 중심각은, 3개의 인접한 치형부들의 각각의 세트에서 각각 제 1 스테이터 치형부 및 제 3 스테이터 치형부의 제 1 방사상 중심 라인 및 제 3 방사상 중심 라인 사이의 끼인각보다 크거나 그와 같을 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본원에 기술된 바와 같은 전기 기계를 포함하는 차량이 제공된다. 전기 기계는 차량을 추진하기 위한 트랙션 모터일 수 있다. 차량은 자동차와 같은 도로 차량일 수 있다.
본원의 개시는, 방사상 라인들, 중심 라인들, 및 폴 축(직축 및 횡축)을 포함하는 다양한 축들 및 라인들을 참조한다. (명시적 또는 암시적으로) 반대로 나타내지 않거나, 그렇지 않으면 본원에 기술된 발명(들)을 구현하는 데 달리 요구되지 않는 한, 이들은 본 발명(들)의 이해를 돕기 위해 규정된 가상 또는 상상의 특징들로 이해되어야 한다.
이 출원의 범위 내에서, 선행 단락들에서, 청구범위에서 및/또는 다음의 설명 및 도면들에서 제시된 다양한 양태들, 실시예들, 예시들 및 대안들, 그리고 특히 이들의 개별 특징들이 독립적으로 또는 임의의 조합으로 취해질 수 있음이 명시적으로 의도된다. 즉, 모든 실시예들 및/또는 임의의 실시예의 특징들은, 이러한 특징들이 양립할 수 없는 경우가 아니라면, 임의의 방식 및/또는 조합으로 결합될 수 있다. 출원인은, 그 방식으로 원래 청구되지 않았더라도 임의의 다른 청구항의 임의의 특징으로부터 의존하기 위해 및/또는 임의의 특징을 통합하기 위해 임의의 원래 제출된 청구항을 보정할 수 있는 권리를 포함하여 임의의 원래 제출된 청구항을 변경하거나 그에 따라 임의의 새로운 청구항을 제출할 수 있는 권리를 보유한다.
본 발명의 하나 이상의 실시예는 첨부 도면들을 참조하여 오로지 예시에 의해 이제 설명될 것이다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 기계를 통합하는 차량을 도시한다;
도 2는, 도 1에 도시된 전기 기계의 종방향의 단면도를 도시한다;
도 3은, 도 1에 도시된 전기 기계의 로터와 스테이터의 횡방향 단면도를 도시한다;
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 로터 폴의 횡방향 단면도를 도시한다;
도 5는, 8개의 로터 폴들을 가진 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제 1 로터 폴의 횡방향 단면도를 도시한다;
도 6은, 도 5에 도시된 제 1 로터 폴에서의 스테이터 치형부들과 자석 위상 사이의 관계를 도시한다;
도 7은, 6개의 로터 폴들을 가진 로터 코어에서의 스테이터 치형부들과 자석 위상 사이의 관계를 도시한다;
도 8은, 도 5에 도시된 제 1 로터 폴의 중심의 제 1 자석에 의해 규정된 중심각을 도시한다;
도 9는, 도 7에 도시된 제 1 로터 폴의 중심의 제 1 자석에 의해 규정된 중심각을 도시한다;
도 10은, 도 5에 도시된 제 1 로터 폴의 경사진 자석들에 의해 규정된 내부 중심각 및 외부 중심각을 도시한다;
도 11은, 도 7에 도시된 제 1 로터 폴의 경사진 자석들에 의해 규정된 내부 중심각 및 외부 중심각을 도시한다;
도 12는, 도 5에 도시된 제 1 로터 폴의 경사진 자석들의 횡방향 축들 사이의 끼인각을 도시한다; 그리고
도 13은, 도 7에 도시된 제 1 로터 폴의 경사진 자석들의 횡방향 축들 사이의 끼인각을 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 기계(1)는 첨부 도면들을 참조하여 본원에서 설명된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전기 기계(1)는 자동차, 다용도 차량 또는 트랙터 유닛과 같은 차량(V)의 전기 구동 유닛(EDU)으로서 특정 적용을 갖는다. 사용 시, EDU는 차량(V)을 추진하기 위한 힘을 발생시킨다. EDU는, 예를 들어 배터리 전기 자동차(BEV) 적용에서, 독립적으로 사용될 수 있거나; 내연 기관(미도시)과 함께, 예를 들어 하이브리드 전기 차량(HEV) 적용 또는 플러그인 하이브리드 전기 차량(PHEV) 적용에서 사용될 수 있다. 전기 기계(1)는 다른 적용들에서 사용될 수 있음이 이해될 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전기 기계(1)는 하우징(2), 로터 어셈블리(3), 스테이터 어셈블리(4) 및 구동 샤프트(5)를 포함한다. 전기 기계(1)는 본원에서 종방향 축(X)을 참조하여 설명되고, 구동 샤프트(5)는 종방향 축(X)에 대해 회전한다. 로터 어셈블리(3)는 (도 3에 도시된) 구동 샤프트(5)에 장착된 로터(6)(로터 코어)를 포함한다. 스테이터 어셈블리(4)는 강자성 재료의 복수 개의 라미네이션(lamination)들로 구성된(be comprised of) 스테이터 코어(7)를 포함한다. 로터 코어(6)는 로터 코어(6)와 구동 샤프트(5)가 함께 회전하도록 구동 샤프트(5)에 고정되게 장착된다. 로터 코어(6)는 로터 철(rotor iron)을 형성하기 위해 강자성 재료의 복수 개의 라미네이션들로 이루어진다. 로터 코어(6)는 종방향 축(X)과 동축방향이고 유효 로터 반경(r0)을 갖는 직원통(right cylinder)으로 근사화될 수 있다. 로터 코어(6)는 에어 갭(G)을 형성하기 위해 스테이터 코어(7)로부터 떨어져 이격된 외부 표면(8)을 갖는다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스테이터(4)는 원통형 스테이터 코어(7)를 포함한다. 스테이터 코어(7)는 강자성 재료의 복수 개의 라미네이션들로 구성된다. 스테이터 코어(7)는 방사상으로 안쪽 방향으로 돌출하는 복수 개의 치형부(8-n)들을 포함한다.
본 실시예의 전기 기계(1)는 영구 자석 동기(synchronous) 모터이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 로터 코어(6)는 복수 개의 로터 폴(9-n)들(접미사 n은 폴 번호를 식별함)을 포함한다. 본 실시예의 로터 코어(6)는 8개의 로터 폴(9-n)들을 포함한다. 로터 폴(9-n)들은 각각 직축(dr-n)과 횡축(qr-n)을 갖는다. 직축(dr-n)은 방사상으로 연장하고 각각의 로터 폴(9-n)의 중심 폴 축에 대응한다. 로터 폴(9-n)들은 인접한 로터 폴(9-n)들의 직축(dr-n)들 사이에 동일한 각도 이격(즉, 피치)을 갖는다. 본 실시예에서 로터 폴(9-n)들의 각도 피치는 45°(360°/8)이다.
로터 폴(9-n)들은 로터 코어(6)에 형성된 자석 수용 애퍼쳐(11)들에 장착된 복수 개의 (일반적으로 참조 부호 10으로 표시된) 영구 자석들을 각각 포함한다. 로터 코어(6)에 대한 영구 자석(10)의 움직임을 억제하거나 감소시키기 위해 적어도 하나의 자석 맞물림 돌출부(12)는 각각의 자석 수용 애퍼쳐(11)와 연관된다. 예를 들어, 제 1 돌출부(12) 및 제 2 돌출부(12)는 각각의 영구 자석(10)의 반대되는 단부들과 맞물리기 위해 로터 코어(6)에 형성될 수 있다. 적어도 하나의 플럭스 배리어(13)(flux barrier)는 로터 코어(6)의 자속을 제어하기 위해 각각의 자석 수용 애퍼쳐(11)와 연관된다. 플럭스 배리어(13) 또는 각각의 플럭스 배리어(13)는 로터 코어(6)보다 투자율(magnetic permeability)이 낮다. 예를 들어, 플럭스 배리어(13) 또는 각각의 플럭스 배리어(13)는 로터 코어(6)에 형성된 애퍼쳐를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 플럭스 배리어(13)는 자석 수용 애퍼쳐(11)들의 연장부들로 형성된다.
영구 자석(10)들은 로터 코어(6)를 통해 길이 방향으로 연장한다. 각각의 영구 자석(10)은 (영구 자석(10)들의 중심을 참조하여 본원에서 규정되는) 종방향 축(X1), 횡방향 축(Y1) 및 수직방향 축(Z1)을 포함하는 국부 좌표계를 참조하여 본원에서 설명된다. 각각의 영구 자석(10)의 종방향 축(X1)은 로터 코어(6)의 종방향 축(X)에 평행하게 (즉, 도 3에 도시된 배열에서 페이지 밖으로) 연장한다. 영구 자석(10)들은 횡방향 단면에서 실질적으로 직사각형이고 횡방향 축(Y1)을 따라 균일한 프로파일을 갖는다. 달리 나타내지 않는 한, 영구 자석(10)들의 위치 및 배향의 본원에서의 설명은 로터 코어(6)의 횡방향 단면 내에(즉, 종방향 축(X)에 수직인 일 평면에) 있다. 영구 자석(10)들의 배향은 횡방향 축(Y1) 및 수직방향 축(Z1)의 배향을 참조하여 본원에서 설명된다. 본원에 기술된 영구 자석(10)들은 단일형 구성을 갖는 것으로 각각 도시된다. 각각의 영구 자석(10)은 복수 개의 자석들로 형성될 수 있음이 이해될 것이다. 영구 자석(10)들은 서로 나란히 배치된 복수 개의 세그먼트들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 영구 자석(10)은 세그먼트화된 자석을 포함할 수 있다.
영구 자석(10)들은 로터 코어(6)에서 복수 개의 (본원에서는 자석 층들로 지칭되는) 층들로 배열된다. 자석 층들은, 로터 코어(6)에서 자속을 가이드하기 위한 영구 자석(10)들 사이의 채널들을 형성하기 위해 서로 방사상으로 오프셋 된다. 영구 자석(10)들 중 하나 이상의 영구 자석은 각각의 자석 층에 배치된다. 본 실시예에서, 영구 자석(10)들은 방사상 방향으로 서로 떨어져 이격된 3개의 자석 층들로 배열된다. 특히, 코어(6)는, 외부 방사상 위치에 배치된 제 1 자석 층(A); 중간 방사상 위치에 배치된 제 2 자석 층(B); 및 내부 방사상 위치에 배치된 제 3 자석 층(C)을 포함한다. 제 1 자석 층(A)에 배치된 영구 자석(10) 또는 각각의 영구 자석(10)은 제 1 자석(10A-n)으로 본원에서 지칭되고; 제 2 자석 층(B)에 배치된 영구 자석(10) 및 각각의 영구 자석(10)은 제 2 자석(10B-n)으로 본원에서 지칭되고; 제 3 자석 층(C)에 배치된 영구 자석(10) 또는 각각의 영구 자석(10)은 제 3 자석(10C-n)으로 본원에서 지칭된다(본원에서 접미사 "n"은 제 1 층(A), 제 2 층(B) 및 제 3 층(C)의 각각에서의 특정 자석(10)들을 표시하기 위해 사용된다).
영구 자석(10)들의 형태는 로터 폴(9-n)들의 각각에서 동일하다. 간결함을 위해, 로터 폴들 중 제 1 로터 폴(9-1)은 도 4를 참조하여 이제 설명될 것이다. 로터 어셈블리(3)에서 다른 로터 폴(9-n)들은 실질적으로 동일한 형태를 갖는다는 것이 이해될 것이다.
제 1 로터 폴(9-1)에서 제 1 자석 층(A)은 복수 개의 제 1 자석(10A-n)들을 포함한다. 제 1 자석 층(A)은 중심의 제 1 자석(10A-1) 및 한 쌍의 경사진 제 1 자석(10A-2, 10A-3)들을 포함한다. 중심의 제 1 자석(10A-1)은 제 1 로터 폴(9-1)의 중심 영역에 배치되고 (직축(dr-n)에 대해) 횡방향으로 연장한다. 중심의 제 1 자석(10A-1)은 프로파일이 실질적으로 직사각형이고 횡방향 축(Y1)을 따라 제 1 치수 DA(Y); 및 수직방향 축(Z1)을 따른 제 2 치수 DA(Z)를 갖는다. 중심의 제 1 자석(10A-1)은 반대되는 제 1 단부(10A-1L) 및 제 2 단부(10A-1R)를 갖는다. 중심의 제 1 자석(10A-1)의 횡방향 축(Y1)은 직축(dr-n)에 실질적으로 수직하게 연장한다. 변형예에서, 2개 이상의 중심의 제 1 자석(10A-1)들은 제 1 로터 폴(9-1)의 중심 영역에 제공될 수 있다. 2개 이상의 중심의 제 1 자석(10A-1)들의 횡방향 축(Y1)은, 예를 들어 V형 배열을 형성하기 위해, 직축(dr-1)에 대해 경사질 수 있다.
경사진 제 1 자석(10A-2, 10A-3)들은, 중심의 제 1 자석(10A-1)의 제 1 측부 및 제 2 측부 상에 각각 V형 배열로 배치된다. 경사진 제 1 자석(10A-2, 10A-3)들의 각각은 직축(dr-n)에 대해 예각으로 경사진다. 특히, 경사진 제 1 자석(10A-2, 10A-3)들의 각각의 횡방향 축(Y1)은 직축(dr-n)에 대해 제 1 예각(α1)으로 연장한다. 경사진 제 1 자석(10A-2, 10A-3)들은 직축(dr-n)에 대해 대칭이다.
제 1 로터 폴(9-1)의 제 2 자석 층(B)은 복수 개의 제 2 자석(10B-n)들을 포함한다. 제 2 자석 층(B)은 중심의 제 2 자석(10B-1) 및 한 쌍의 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들을 포함한다. 중심의 제 2 자석(10B-1)은 제 1 로터 폴(9-1)의 중심 영역에 배치되고 (직축(dr-n)에 대해) 횡방향으로 연장한다. 중심의 제 2 자석(10B-1)은 프로파일이 실질적으로 직사각형이고 횡방향 축(Y1)을 따라 제 1 치수 DB(Y); 및 수직방향 축(Z1)을 따른 제 2 치수 DB(Z)를 갖는다. 중심의 제 2 자석(10B-1)은 반대되는 제 1 단부(10B-1L) 및 제 2 단부(10B-1R)를 갖는다. 중심의 제 2 자석(10B-1)의 횡방향 축(Y1)은 직축(dr-n)에 실질적으로 수직하게 연장한다. 변형예에서, 2개 이상의 중심의 제 2 자석(10B-1)들은 제 2 로터 폴(9-1)의 중심 영역에 제공될 수 있다. 2개 이상의 중심의 제 2 자석(10B-1)들의 횡방향 축(Y1)은, 예를 들어 V형 배열을 형성하기 위해, 직축(dr-n)에 대해 경사질 수 있다.
경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들은, 중심의 제 2 자석(10B-1)의 제 1 측부 및 제 2 측부 상에 각각 V형 배열로 배치된다. 경사진 제 2 자석(10B-2, 10A-3)들은 직축(dr-n)에 대해 예각으로 장착된다. 특히, 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들의 각각의 횡방향 축(Y1)은 직축(dr-n)에 대해 제 2 예각(α2)으로 연장한다. 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들은 (직축(dr-n)을 참조하여) 내부 단부 및 외부 단부(10B-2L, 10B-2R; 10B-3L, 10B-3R)를 각각 갖는다. 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들은 직축(dr-n)에 대해 대칭이다. 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들은 직축(dr-n)에 대해 근위에 배치된 내부 단부(10B-2I, 10B-3I)들을 갖고; 횡축(qr-n)에 대해 근위에 배치된 외부 단부(10B-2O, 10B-3O)들을 포함한다. 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들의 내부 단부(10B-2I, 10B-3I)들은 (직축(dr-n)에 수직으로 측정된) 제 2 거리(W2)만큼 서로 떨어져 이격되어 있다.
제 1 로터 폴(9-1)에서 제 3 자석 층(B)은 중심의 제 3 자석(10C-1) 및 한 쌍의 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들을 포함한다. 중심의 제 3 자석(10C-1)은 제 1 로터 폴(9-1)의 중심 영역에 배치되고 (직축(dr-n)에 대해) 횡방향으로 연장한다. 중심의 제 3 자석(10C-1)은 프로파일이 실질적으로 직사각형이고 횡방향 축(Y1)을 따른 제 1 치수 DC(Y); 및 수직방향 축(Z1)을 따른 제 2 치수 DC(Z)를 갖는다. 중심의 제 3 자석(10C-1)은 반대되는 제 1 단부(10C-1L) 및 제 3 단부(10C-1R)를 갖는다. 변형예에서, 2개 이상의 중심의 제 3 자석(10C-1)들은 제 3 로터 폴(9-1)의 중심 영역에 제공될 수 있다. 중심의 제 3 자석(10C-1)의 횡방향 축(Y1)은 직축(dr-n)에 실질적으로 수직하게 연장한다. 변형예에서, 2개 이상의 중심의 제 3 자석(10C-1)들은 제 3 로터 폴(9-1)의 중심 영역에 제공될 수 있다. 2개 이상의 중심의 제 3 자석(10C-1)들의 횡방향 축(Y1)은, 예를 들어 V형 배열을 형성하기 위해, 직축(dr-n)에 대해 경사질 수 있다.
경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들은, 중심의 제 3 자석(10C-1)의 제 1 측부 및 제 2 측부 상에 각각 V형 배열로 배치된다. 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들은 직축(dr-n)에 대해 예각으로 장착된다. 특히, 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 각각의 횡방향 축(Y1)은 직축(dr-n)에 대해 제 3 예각(α3)으로 연장한다. 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들은 (직축(dr-n)을 참조하여) 내부 단부 및 외부 단부(10C-2I, 10C-2O; 10C-3I, 10C-3O)를 각각 갖는다. 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들은 직축(dr-n)에 대해 대칭이다. 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들은 직축(dr-n)에 대해 근위에 배치된 내부 단부(10C-2I, 10C-3I)들; 및 횡축(qr-n)에 대해 근위에 배치된 외부 단부(10C-2O, 10C-3O)들을 갖는다. 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 내부 단부(10C-2I, 10C-3I)들은 (직축(dr-n)에 수직으로 측정된) 제 3 거리(W2)만큼 서로 떨어져 이격되어 있다.
본 실시예에서, 중심의 제 1 자석(10A-1), 제 2 자석(10B-1) 및 제 3 자석(10C-1)의 각각은 제 1 로터 폴(9-1)의 직축(dr-n) 상에 배치된다. 게다가, 중심의 제 1 자석(10A-1), 제 2 자석(10B-1) 및 제 3 자석(10C-1)의 각각의 수직방향 축(Z1)은 직축(dr-n)을 따라 배치된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 중심의 제 1 자석(10A-1)의 제 1 치수(DA(Y))는 중심의 제 2 자석(10B-1)의 대응하는 제 1 치수(DB(Y))보다 크거나 그와 같다(DA(Y)?DA(Z)). 중심의 제 2 자석(10B-1)의 제 1 치수(DB(Y))는 중심의 제 3 자석(10C-1)의 대응하는 제 1 치수(DC(Y))보다 크다(DB(Y)>DC(Y)). 본 실시예에서, 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들은 중심의 제 1 자석(10A-1) 및 경사진 제 1 자석(10A-2, 10-3)들 사이에 각각 형성된 플럭스 배리어와 중첩을 형성한다.
경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들 및 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들은 중심의 제 1 자석(10A-1)과 중첩 배열로 배열된다. 특히, 중심의 제 1 자석(10A-1)은, 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들의 내부 단부(10B-2I, 10B-3I)들을 넘어; 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 내부 단부(10C-2I, 10C-3I)들을 넘어 직축(dr-n)으로부터 외측으로 연장한다. 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들의 내부 단부(10B-2I, 10B-3I)들 사이의 제 2 거리(W2)는 중심의 제 1 자석(10A-1)의 횡방향 축을 따른 제 1 치수(DA(Y))보다 작다. 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 내부의 단부(10C-2I, 10C-3I)들 사이의 (직축(dr-n)에 수직으로 측정된) 제 3 거리(W3)는 중심의 제 1 자석(10A-1)의 횡방향 축을 따른 제 1 치수(DA(Y))보다 작다. 이 중첩 배열은 로터 어셈블리(3)와 스테이터 어셈블리(4) 사이의 에어 갭에서 자속을 제어하는데 효과적이다. 예를 들어, 이러한 배열은, 에어 갭에 있는 자속의 중단들 또는 불연속성들을 감소시킬 수 있다. 에어 갭에 확립된 결과적인 자속은 제 1 로터 폴(9-n)을 가로질러 점진적으로 변할 수 있다. 각각의 로터 폴(9-n)에서 영구 자석(10)들의 위상은 형태가 일반적으로 사인파인 크기를 갖는 에어 갭에서의 자속을 발생시킨다. 자속의 크기는, 로터 폴(9-n)의 직축(dr-n)에서 또는 그 근위에서 가장 크고; 로터 폴(9-n)의 횡축(qr-1)에서 또는 그 근위에서 가장 작다. 에어 갭에서의 자속의 크기는 횡축(qr-n)에서 실질적으로 0일 수 있다. 자속의 크기에서 이 사인파 변동은 로터 폴(9-n)들의 각각에 대해 반복된다. 적어도 특정 실시예들에서, 이것은 전기 기계(1)의 작동 특성들을 개선할 수 있다.
중심의 제 1 자석(10A-1) 및 중심의 제 2 자석(10B-1)은 직축(dr-n) 상의 자속에 기여한다. 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들은 직축(dr-n) 상의 자속, 및 제 1 자석 층(A)과 제 2 자석 층(B) 사이에 형성된 로터 코어(6)에 형성된 채널에서의 자속에도 기여한다. 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들과 중심의 제 1 자석(10A-1) 사이의 중첩의 양은 자속의 분포를 결정한다. 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들은 직축(dr-n) 상의 자속, 및 제 2 자석 층(B)과 제 3 자석 층(C) 사이에 형성된 로터 코어(6)에 형성된 채널에서의 자속에도 기여한다. 중심의 제 2 자석(10B-1)의 제 1 치수(DB(Y))의 상대적인 길이, 및 기울어진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 내부 단부(10C-2I, 10C-3I)들 사이의 제 3 거리(W3)는 자속의 분포를 결정한다. 본 실시예에서의 로터 어셈블리(3)는, 에어 갭에서의 자속이 정상 작동 조건들 하에서 직축(dr-n)에서 또는 직축(dr-n)에 근위에서 가장 크도록 구성된다. 반대로, 에어 갭에서의 자속은 횡축(qr-n)에서 또는 그 근위에서 가장 작다.
경사진 제 1 자석(10A-2, 10A-3)들, 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들 및 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들은 에어 갭(G)에서의 자속을 제어하기 위해 로터 코어(6) 내에 배치된다. 본 실시예에서, 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들 및 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 횡방향 축(Y1)은 서로에 대해 실질적으로 평행하게 연장한다. 전술한 바와 같이, 경사진 제 1 자석(10A-2, 10A-3)들, 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들 및 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들은 직축(dr-n)에 대해 대칭이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 로터 어셈블리(3)는 도 5를 참조하여 이제 설명될 것이다. 동일한 참조 부호들은 동일한 컴포넌트들에 대해 사용된다. 로터 어셈블리(3)의 이 실시예의 설명은 이전 실시예에 비해 차이점들에 초점을 맞춘다.
로터 어셈블리(3)는, 제 1 자석 층(A), 제 2 자석 층(B) 및 제 3 자석 층(C)에 배열된 복수 개의 영구 자석(10)들을 갖는 로터 코어(6)를 포함한다. 제 1 자석 층(A)은 외부 방사상 위치에 배치되고; 제 2 자석 층(B)은 중간 방사상 위치에 배치되고; 제 3 자석 층(C)은 내부 방사상 위치에 배치된다. 로터 코어(6)의 위상은 폴 쌍(p)들의 수를 참조하여 본원에서 설명된다. 로터 어셈블리(3)는 4개의 폴 쌍들(p=4)에 대응하는 8개의 로터 폴(9-n)들을 포함한다. 로터 코어(6)는 로터 반경을 갖는다. 본 실시예에서 로터 폴(9-n)들의 각도 피치는 45°(360°/8)이다. 로터 폴(9-n)들은 유사한 위상들을 갖고 각각은 직축(dr-n) 및 횡축(qr-n)을 포함한다. 로터 어셈블리(3)는 제 1 로터 폴(9-1)을 참조하여 설명된다.
제 1 로터 폴(9-1)의 제 1 자석 층(A)은 제 1 로터 폴(9-1)의 중심 영역에 배치된 중심의 제 1 자석(10A-1)으로 구성된다. 경사진 제 1 자석(10A-2, 10A-3)들은 이 실시예에서 생략된다. 중심의 제 1 자석(10A-1)은 직축(dr-n)에 대해 횡방향으로 연장한다. 중심의 제 1 자석(10A-1)은 프로파일이 실질적으로 직사각형이고 횡방향 축(Y1)을 따른 제 1 치수 DA(Y); 및 수직방향 축(Z1)을 따른 제 2 치수 DA(Z)를 갖는다. 중심의 제 1 자석(10A-1)은 반대되는 제 1 단부(10A-1L) 및 제 2 단부(10A-1R)를 갖는다. 중심의 제 1 자석(10A-1)의 횡방향 축(Y1)은 직축(dr-n)에 실질적으로 수직하게 연장한다. 변형예에서, 2개 이상의 중심의 제 1 자석(10A-1)들은 제 1 로터 폴(9-1)의 중심 영역에 제공될 수 있다. 2개 이상의 중심의 제 1 자석(10A-1)들의 횡방향 축(Y1)은, 예를 들어 V형 배열을 형성하기 위해, 직축(dr-n)에 대해 경사질 수 있다.
제 1 로터 폴(9-1)의 제 2 자석 층(B)은 복수 개의 제 2 자석(10B-n)들을 포함한다. 제 2 자석 층(B)은 한 쌍의 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들을 포함한다. 중심의 제 2 자석(10B-1)은 제 1 로터 폴(9-1)의 중심 영역에 배치되고 (직축(dr-n)에 대해) 횡방향으로 연장한다. 중심의 제 2 자석(10B-1)은 프로파일이 실질적으로 직사각형이고 횡방향 축(Y1)을 따른 제 1 치수 DB(Y); 및 수직방향 축(Z1)을 따른 제 2 치수 DB(Z)를 갖는다. 중심의 제 2 자석(10B-1)은 반대되는 제 1 단부(10B-1L) 및 제 2 단부(10B-1R)를 갖는다. 중심의 제 2 자석(10B-1)의 횡방향 축(Y1)은 직축(dr-n)에 실질적으로 수직하게 연장한다. 변형예에서, 2개 이상의 중심의 제 2 자석(10B-1)들은 제 2 로터 폴(9-1)의 중심 영역에 제공될 수 있다.
경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들은, 중심의 제 2 자석(10B-1)의 제 1 측부 및 제 2 측부 상에 각각 V형 배열로 배치된다. 경사진 제 2 자석(10B-2, 10A-3)들은 직축(dr-n)에 대해 예각으로 장착된다. 특히, 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들의 각각의 횡방향 축(Y1)은 직축(dr-n)에 대해 제 2 예각(α2)으로 연장한다. 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들은 (직축(dr-n)을 참조하여) 내부 단부 및 외부 단부(10B-2L, 10B-2R; 10B-3L, 10B-3R)를 각각 갖는다. 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들은 직축(dr-n)에 대해 대칭이다. 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들은 직축(dr-n)에 대해 근위에 배치된 내부 단부(10B-2I, 10B-3I)들을 갖고; 횡축(qr-n)에 대해 근위에 배치된 외부 단부(10B-2O, 10B-3O)들을 포함한다. 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들의 내부 단부(10B-2I, 10B-3I)들은 (직축(dr-n)에 수직으로 측정된) 제 2 거리(W2)만큼 서로 떨어져 이격되어 있다.
제 1 로터 폴(9-1)의 제 3 자석 층(C)은 복수 개의 제 3 자석(10C-n)들을 포함한다. 제 3 자석 층(C)은 한 쌍의 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들을 포함한다. 중심의 제 3 자석(10C-1)은 이 실시예에서 생략된다. 중심의 제 2 자석(10B-1)을 대신하여(in place of) 애퍼쳐가 로터 코어(6)에 형성된다. 애퍼쳐는 로터 코어(6)의 종방향 축(X)에 평행한 종방향으로 연장한다. 종방향 애퍼쳐는, 로터 코어(6)를 통해, 예를 들어 공기와 같은 냉각 유체를 지향함으로써, 로터 코어(6)의 내부의 냉각을 용이하게 할 수 있다. 변형예에서, 중심의 제 3 자석(10C-1)은 제 3 자석 층(C)에 포함될 수 있다. 로터 코어(6)는 중심의 제 3 자석(10C-1)의 위치에 일반적으로 대응하는 중심 영역에 플럭스 배리어(13)를 포함한다.
경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들은 직축(dr-n)의 반대되는 측부들 상에 배치된다. 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들은 직축(dr-n)에 대해 예각으로 장착된다. 특히, 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 각각의 횡방향 축(Y1)은 직축(dr-n)에 대해 제 3 예각(α3)으로 연장한다. 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들은 (직축(dr-n)을 참조하여) 내부 단부 및 외부 단부(10C-2I, 10C-2O; 10C-3I, 10C-3O)를 각각 갖는다. 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들은 직축(dr-n)에 대해 대칭이다. 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들은 직축(dr-n)에 대해 근위에 배치된 내부 단부(10C-2I, 10C-3I)들을 갖고; 횡축(qr-n)에 대해 근위에 배치된 외부 단부(10C-2O, 10C-3O)들을 포함한다. 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 내부 단부(10C-2I, 10C-3I)들은 (직축(dr-n)에 수직으로 측정된) 제 3 거리(W2)만큼 서로 떨어져 이격되어 있다.
중심의 제 1 자석(10A-1) 및 제 2 자석(10B-1)은 제 1 로터 폴(9-1)의 직축(dr-n) 상에 배치된다. 게다가, 중심의 제 1 자석(10A-1) 및 제 2 자석(10B-1)의 각각의 수직방향 축(Z1)은 직축(dr-n)을 따라 배치된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 중심의 제 1 자석(10A-1)의 제 1 치수(DA(Y))는 중심의 제 2 자석(10B-1)의 대응하는 제 1 치수(DB(Y))보다 크다(DA(Y)>DB(Y)).
경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들 및 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들은 중심의 제 1 자석(10A-1)과 중첩 배열로 배열된다. 특히, 중심의 제 1 자석(10A-1)은, 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들의 내부 단부(10B-2I, 10B-3I)들을 넘어; 그리고 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 내부 단부(10C-2I, 10C-3I)들을 넘어 직축(dr-n)으로부터 외측으로 연장한다. 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들의 내부 단부(10B-2I, 10B-3I)들 사이의 제 2 거리(W2)는 중심의 제 1 자석(10A-1)의 횡방향 축(Y1)을 따른 제 1 치수(DA(Y))보다 작다. 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 내부의 단부(10C-2I, 10C-3I)들 사이의 제 3 거리(W3)는 중심의 제 1 자석(10A-1)의 횡방향 축을 따른 제 1 치수(DA(Y))보다 작다. 이 중첩 배열은 로터 어셈블리(3)와 스테이터 어셈블리(4) 사이의 에어 갭에서 자속을 제어하는데 효과적이다. 예를 들어, 이러한 배열은, 에어 갭에 있는 자속의 중단들 또는 불연속성들을 감소시킬 수 있다. 에어 갭에 확립된 결과적인 자속은 제 1 로터 폴(9-n)을 가로질러 점진적으로 변할 수 있다. 각각의 로터 폴(9-n)에서 영구 자석(10)들의 위상은 형태가 일반적으로 사인파인 크기를 갖는 에어 갭에서의 자속을 발생시킨다. 자속의 크기는, 로터 폴(9-n)의 직축(dr-n)들에서 또는 그 근위에서 가장 크고; 로터 폴(9-n)의 횡축(qr-1)에서 또는 그 근위에서 가장 작다. 에어 갭에서의 자속의 크기는 횡축(qr-n)에서 실질적으로 0일 수 있다. 자속의 크기에서 이 사인파 변동은 로터 폴(9-n)들의 각각에 대해 반복된다. 적어도 특정 실시예들에서, 이것은 전기 기계(1)의 작동 특성들을 개선할 수 있다.
중심의 제 1 자석(10A-1) 및 중심의 제 2 자석(10B-1)은 직축(dr-n) 상의 자속에 기여한다. 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들은 직축(dr-n) 상의 자속, 및 제 1 자석 층(A)과 제 2 자석 층(B) 사이에 형성된 로터 코어(6)에 형성된 채널에서의 자속에도 기여한다. 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B-3)들과 중심의 제 1 자석(10A-1) 사이의 중첩의 양은 자속의 분포를 결정한다. 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들은 직축(dr-n) 상의 자속, 및 제 2 자석 층(B)과 제 3 자석 층(C) 사이에 형성된 로터 코어(6)에 형성된 채널에서의 자속에도 기여한다.
중심의 제 1 자석(10A-1)은 제 1 로터 폴(9-1)의 직축(dr-n) 상에 배치된다. 중심의 제 1 자석(10A-1)의 수직방향 축(Z1)은 직축(dr-n)을 따라 배치된다. 횡방향 축(Y1)을 따른 중심의 제 1 자석(10A-1)의 횡방향의 제 1 치수(DA(Y))는 경사진 제 2 자석(10B-2, 10B)들의 내부 단부(10B-2I, 10B-3I)들 사이의 제 2 이격 거리(W2)보다 크고; 또한 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 내부의 단부(10C-2I, 10C-3I)들 사이의 제 3 이격 거리(W3)보다 크다. 제 2 이격 거리(W2)는 제 3 이격 거리(W3)보다 크다(W2>W3).
중심의 제 1 자석(10A-1)은 스테이터 코어(7)에서의 스테이터 치형부(8-n)들 중 적어도 2개의 치형부들에 걸치도록(span) 구성된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 치수(DA(Y))는, 중심의 제 1 자석(10A-1)이 스테이터 치형부(8-n)들 중 적어도 2개의 치형부들을 가로질러 연장하도록 규정된다. 제 1 치수(DA(Y))는 (스테이터 코어(7)의 반경에 수직으로 측정된) 스테이터 치형부(8-n)들 중 2개의 치형부들의 대응하는 횡방향 치수보다 크거나 그와 실질적으로 동일하다. 적어도 특정 실시예들에서, 결과적인 자속 분포는 전기 기계(1)의 개선된 작동적 특성들을 제공한다. 도 6에 도시된 로터 코어(6)는 8개의 폴들을 갖고 스테이터 코어(7)는 48개의 스테이터 치형부(8-n)들을 갖는다. 제 1 치수(DA(Y))는 (스테이터 코어(7)의 반경에 수직으로 측정된) 스테이터 치형부(8-n)들 중 3개의 치형부들의 대응하는 횡방향 치수보다 크거나 그와 실질적으로 동일할 수 있다. 로터 코어가 6개의 폴들을 갖고 스테이터 코어(7)가 42개의 스테이터 치형부(8-n)들을 갖는 변형예가 도 7에 도시된다. 제 1 치수(DA(Y))는 (스테이터 코어(7)의 반경에 수직으로 측정된) 스테이터 치형부(8-n)들 중 3개의 치형부들의 대응하는 횡방향 치수보다 크거나 그와 실질적으로 동일하다.
중심의 제 1 자석(10A-1)의 위치 및 범위(extent)는 제 1 중심각(A1)을 참조로 규정된다. 중심의 제 1 자석(10A-1)은 직축(dr-n)과 일치하는 중심 라인 및 중심각(A1)을 갖는 제 1 원형 섹터를 형성한다. 제 1 중심각(A1)은 중심의 제 1 자석(10A-1)의 반대되는 단부들과 일치하는 2개의 제 1 방사상 라인(r1)들 사이에서 측정된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 중심각(A1)은, 로터 코어(6)의 종방향 축(X)으로부터 연장하고 중심의 제 1 자석(10A-1)의 제 1 단부(10A-1L) 및 제 2 단부(10A-1R)와 일치하는 2개의 제 1 방사상 라인(r1)들 사이의 끼인각이다. 본 실시예에서, 제 1 방사상 라인(r1)들은, 그 반대되는 단부들에서 중심의 제 1 자석(10A-1)의 방사상으로 내부 코너들과 일치한다. 제 1 중심각(A1)은 다음 식에 의해 규정된다:
Figure pct00022
p는 로터 코어에서의 폴 쌍들의 수이다.
로터 코어(5)는 4개의 폴 쌍들을 포함하고 결과적인 제 1 중심각(A1)은 11.25° 내지 22.5°가 포함된 범위에 있다. 제 1 중심각(A1)의 상한 및 하한은 도 8에 도시된다. 제 1 중심각(A1)은 다음 식에 의해 더 정확히 규정될 수 있다:
Figure pct00023
p는 로터 코어에서의 폴 쌍들의 수이다.
이 정제된 식은, 15° 내지 17°가 포함된 범위에서 제 1 중심각(A1)을 규정한다. 제 1 중심각(A1)은 16°±1°로 규정될 수 있다. 도 8에 도시된 제 1 중심 자석(10A-1)의 제 1 중심각(A1)은 대략 16°이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 이 접근법은, 6개의 로터 폴(9-n)들을 갖는, 즉 3개의 로터 쌍들(p=3)을 갖는 로터 코어(6)에도 적용 가능하다. 6개의 로터 폴(9-n)들을 갖는 로터에 대한 상술한 식의 적용은, 제 1 중심각(A1)을 15° 내지 30°의 범위에서 규정한다. 정제된 식은, 20° 내지 22.7°의 범위에서 제 1 중심각(A1)을 규정한다. 제 1 중심각(A1)은 21.3°±1.3°일 수 있다. 도 9에 도시된 제 1 중심각(A1)은 대략 21.3°이다.
각각의 로터(9-n)에서 반대되는 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 가장 바깥쪽 범위는 외부의 제 3 중심각(A3O)을 참조로 규정된다. 외부의 제 3 중심각(A3O)은, 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 반대되는 외부 단부들과 일치하는 2개의 제 3 방사상 라인(r3O)들 사이에서 측정된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 외부의 제 3 중심각(A3O)은, 로터 코어(6)의 종방향 축(X)으로부터 연장하고 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 외부 단부(10C-2O, 10C-3O)들과 일치하는 제 3 방사상 라인(r3O)들 사이의 끼인각이다. 본 실시예에서, 제 3 방사상 라인(r3O)들은 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 외부 코너들(즉, 횡축(qr-n)들에 가장 근접하게 배치된 코너들)과 일치한다.
외부의 제 3 중심각(A3O)은 다음 식에 의해 규정된다:
Figure pct00024
로터 코어(5)는 4개의 폴 쌍들을 포함하고 결과적인 외부의 제 3 중심각(A3O)은 37.5° 내지 42.5°가 포함된 범위에 있다. 외부의 제 3 중심각(A3O)의 상한 및 하한은 도 9에 도시된다. 외부의 제 3 중심각(A3O)은 다음 식에 의해 더 정확히 규정될 수 있다:
Figure pct00025
이 정제된 식은, 40° 내지 42°가 포함된 범위에서 외부의 제 3 중심각(A3O)을 규정한다. 외부의 제 3 중심각(A3O)은 41°±1°로 규정될 수 있다. 도 9에 도시된 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 외부의 제 3 중심각(A3O)은 대략 40°이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 이 접근법은, 6개의 로터 폴(9-n)들을 갖는, 즉 3개의 로터 쌍들(p=3)을 갖는 로터 코어(6)에도 적용 가능하다. 6개의 로터 폴(9-n)들을 갖는 로터에 대한 상술한 식의 적용은, 외부의 제 3 중심각(A3O)을 50° 내지 56.7°의 범위에서 규정한다. 정제된 식은, 53.3° 내지 56°의 범위에서 외부 제 3 중심각(A3O)을 규정한다. 외부의 제 3 중심각(A3O)은 54.7°±1.3°일 수 있다. 도 11에 도시된 배열에서 외부의 제 3 중심각(A3O)은 대략 54°이다.
각각의 로터(9-n)에서 반대되는 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 가장 안쪽 범위는, 도 10에 도시된 바와 같이, 내부의 제 3 중심각(A3I)을 참조로 규정된다. 내부의 제 3 중심각(A3I)은 제 1 중심각(A1)보다 작다(A3I<A1). 내부의 제 3 중심각(A3I)은 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 반대되는 내부 단부들과 일치하는 2개의 내부의 제 3 방사상 라인(r3I)들 사이에서 측정된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 내부의 제 3 중심각(A3I)은, 로터 코어(6)의 종방향 축(X)으로부터 연장하고 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 내부 단부(10C-2O, 10C-3O)들과 일치하는 제 3 방사상 라인(r3I)들 사이의 끼인각이다. 본 실시예에서, 제 3 방사상 라인(r3I)들은 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 내부 코너들(즉, 직축(dr-n)에 가장 근접하게 배치된 코너들)과 일치한다.
내부의 제 3 중심각(A3I)은 다음 식에 의해 규정된다:
Figure pct00026
로터 코어(5)는 4개의 폴 쌍들을 포함하고 결과적인 내부의 제 3 중심각(A3I)은 15° 내지 22°가 포함된 범위에 있다. 내부의 제 3 중심각(A3I)은 18.5°±3.5°로 규정될 수 있다. 내부의 제 3 중심각(A3I)의 상한 및 하한은 도 11에 도시된다. 내부의 제 3 중심각(A3I)은 다음 식에 의해 더 정확히 규정될 수 있다:
Figure pct00027
이 정제된 식은, 내부의 제 3 중심각(A3I)을 17.5° 내지 20°가 포함된 범위에서 규정한다. 도 10에 도시된 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 내부의 제 3 중심각(A3I)은 대략 16°이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 이 접근법은, 6개의 로터 폴(9-n)들을 갖는, 즉 3개의 로터 쌍들(p=3)을 갖는 로터 코어(6)에도 적용 가능하다. 6개의 로터 폴(9-n)들을 갖는 로터에 대한 상기 식의 적용은, 내부의 제 3 중심각(A3I)을 20° 내지 30°가 포함된 범위에서 규정한다. 내부의 제 3 중심각(A3I)은 24.7°±4.7°일 수 있다. 정제된 식은, 내부의 제 3 중심각(A3I)을 23.3° 내지 26.6°의 범위에서 규정한다. 도 11에 도시된 배열에서 외부의 제 3 중심각(A3O)은 대략 24°이다.
내부의 제 3 방사상 라인(r3I) 및 외부의 제 3 방사상 라인(r3O)은, 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들이 위치되는 2개의 제 3 원형 섹터들의 범위를 규정한다. 제 3 원형 섹터들은 비중첩 배열에서 직축(dr-n)의 반대되는 제 1 측부 및 제 2 측부 상에 배치된다. 제 3 원형 섹터들은 직축(dr-n)에 대해 대칭이다. 직축(dr-n)에 대하여, 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 내부 말단 및 외부 말단은 각각의 원형 섹터들의 경계들과 일치한다. 각각의 제 3 원형 섹터의 각도 범위는, 내부의 제 3 중심각(A3I)과 외부의 제 3 중심각(A3O) 사이의 차이에 의해 규정된다. 직축(dr-n)에 대한 제 3 원형 섹터들의 각도 위치는 내부의 제 3 중심각(A3I)에 의해 규정된다. 내부의 제 3 중심각(A3I)은, 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들이 내측에 배치된 각각의 폴(9-n)에서의 영역들의 내부 한계(경계)를 규정한다. 외부의 제 3 중심각(A3O)은, 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들이 내측에 배치된 각각의 폴(9-n)에서의 영역들의 외부 한계(경계)를 나타낸다. 변형예에서, 제 3 원형 섹터(S1, S2)들의 내부 경계는, 직축(dr-n)에 평행하게 연장하고 중심의 제 1 자석(10A-1)의 외부 에지(10A-1L, 10A-2R)들과 일치하는 (또는 에지들로부터 끼워 넣어진) 경계에 의해 규정될 수 있다.
경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 각각의 횡방향 축(Y1)은 직축(dr-n)에 대해 제 3 예각(α3)으로 연장한다. 끼인각(V3)은 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 횡방향 축(Y1)들 사이에서 규정된다(V3=2*α3). 끼인각(V3)의 값들의 범위는 다음 식에 의해 규정된다:
Figure pct00028
8개의 폴들을 갖는 로터 코어(6)에 대한 끼인각(V3)은 67.5° 내지 112.5°가 포함된 범위에 있다. 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 끼인각(V3)은 80°±5°일 수 있다. 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 끼인각(V3)은 84°±4°일 수 있거나; 84°±2°일 수 있다. 도 12에 도시된 배열에서 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 끼인각(V3)은 대략 84°이다. 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들은, 이 경사진 형태에서 위에서 전술한 제 3 원형 섹터(S1, S2)들 내에 배치됨이 이해될 것이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 이 접근법은, 6개의 로터 폴(9-n)들을 갖는, 즉 3개의 로터 쌍들(p=3)을 갖는 로터 코어(6)에도 적용 가능하다. 6개의 로터 폴(9-n)들을 갖는 로터에 대한 상술한 식의 적용은, 끼인각(V3)을 90° 내지 150°가 포함된 범위에서 규정한다. 전형적인 끼인각(V3)은 100° 내지 120°가 포함된 범위에 있을 것이다. 바람직한 배열에서, 끼인각(V3)은 106.7°±6.7°에 포함될 수 있다. 도 13에 도시된 배열에서, 끼인각(V3)은 대략 104°이다.
끼인각(V3)은 다음 식에 의해 더 정확하게 규정될 수 있다.
Figure pct00029
이 정제된 식은, 75° 내지 85°가 포함된 범위에서 8개의 폴들을 갖는 로터 코어(6)에 대한 끼인각(V3)을 규정한다. 6개의 폴들을 갖는 로터 코어(6)에 대한 끼인각(V3)은 100° 내지 113.3°가 포함된 범위에 있다.
이전 실시예의 로터 코어(6)의 위상은 이전 실시예의 로터 코어(6)의 위상으로부터 실질적으로 변경되지 않는다. 중심의 제 1 자석(10A-1) 및 경사진 제 3 자석(10C-2, 10C-3)들의 위치, 크기 및 배향은 실질적으로 변경되지 않는다. 반대로 나타내지 않는 한(또는 달리 호환되지 않는 한), 로터 코어(6)의 위상의 설명은 상이한 실시예들에 적용 가능하다.
첨부된 청구범위의 범위를 벗어나지 않고 본원에 기술된 실시예(들)에 대해 다양한 변경들이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다.
로터 코어(6)는 영구 자석(10)들의 3개 층(A, B, C)들을 포함하는 것으로 본원에서 설명되어 왔다. 하나의 로터 코어(6)는 영구 자석들의 3개 미만의 층을 포함할 수 있음이 이해될 것이다. 로터 코어(6)는 영구 자석(10)들의 2개의 층들을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 2 (중간) 층(B)은 생략될 수 있다. 적어도 특정 실시예들에서, 로터 코어(6)는 3개보다 많은 층들을 포함할 수 있다.

Claims (15)

  1. 전기 기계를 위한 로터 어셈블리에 있어서,
    상기 로터 어셈블리는 로터 및 복수 개의 자석들을 포함하고, 상기 자석들은 복수 개의 로터 폴들을 형성하도록 구성되고, 각각의 로터 폴은 상기 로터의 종방향 축으로부터 방사상 방향으로 연장하는 중심 폴 축을 갖고;
    각각의 로터 폴은,
    하나 이상의 제 1 자석을 포함하는 제 1 자석 층으로서, 상기 하나 이상의 제 1 자석은, 상기 중심 폴 축에 실질적으로 수직으로 배치된 제 1 횡방향 축을 갖는 중심의 제 1 자석을 포함하는, 상기 제 1 자석 층;
    상기 제 1 자석 층으로부터 방사상으로 끼워 넣어지고 2개 이상의 제 2 자석들을 포함하는 제 2 자석 층으로서, 상기 제 2 자석들은, 상기 중심 폴 축에 예각으로 연장하는 제 1 횡방향 축을 각각 가진 한 쌍의 경사진 제 2 자석들을 포함하는, 상기 제 2 자석 층
    을 포함하고,
    상기 중심 폴 축과 관련하여, 상기 경사진 제 2 자석들의 각각의 일 부분은 중첩 배열을 형성하기 위해 상기 하나 이상의 중심의 제 1 자석의 일 단부의 내부에 배치되는 로터 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중심의 제 1 자석은 반대되는 제 1 단부 및 제 2 단부를 포함하고, 제 1 중심각(A1)은, 상기 종방향 축으로부터 연장하고 상기 중심의 제 1 자석의 제 1 단부 및 제 2 단부와 각각 일치하는 2개의 제 1 방사상 라인들 사이에 형성되고, 상기 제 1 중심각(A1)은 다음 식에 의해 규정되고:
    Figure pct00030

    A1은 상기 제 1 중심각이고, p는 상기 로터 코어에서의 폴 쌍들의 수인 로터 어셈블리.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 중심각(A1)은 다음 식에 의해 규정되고:
    Figure pct00031

    A1은 상기 제 1 중심각이고, p는 상기 로터 코어에서의 폴 쌍들의 수인 로터 어셈블리.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 경사진 제 2 자석은 내부 단부를 포함하고, 내부의 제 2 중심각(A3I)은, 상기 종방향 축으로부터 연장하고 상기 경사진 제 2 자석들의 내부 단부들과 일치하는 2개의 내부 방사상 라인들 사이에 형성되고, 상기 내부의 제 2 중심각(A3I)은 다음 식에 의해 규정되고:
    Figure pct00032

    A3I는 상기 내부의 제 2 중심각이고, p는 상기 로터 코어에서의 폴 쌍들의 수인 로터 어셈블리.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부의 제 2 중심각(A3I)은 다음 식에 의해 규정되고:
    Figure pct00033

    A3I는 상기 내부의 제 2 중심각이고, p는 상기 로터 코어에서의 폴 쌍들의 수인 로터 어셈블리.
  6. 직접적으로 또는 간접적으로 제 2 항을 인용할 때 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 내부의 제 3 중심각(A3I)은 상기 제 1 중심각(A1)보다 작은 로터 어셈블리.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 경사진 제 2 자석은 외부 단부를 포함하고, 외부의 제 2 중심각(A3O)은, 상기 종방향 축으로부터 연장하고 상기 경사진 제 2 자석들의 외부 단부들과 일치하는 2개의 외부 방사상 라인들 사이에 형성되고, 상기 외부의 제 2 중심각(A3O)은 다음 식에 의해 규정되고:
    Figure pct00034

    A3O는 상기 외부의 제 2 중심각이고, p는 상기 로터 코어에서의 폴 쌍들의 수인 로터 어셈블리.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부의 제 2 중심각(A3O)은 상기 식에 의해 규정되고:
    Figure pct00035

    A3O는 상기 외부의 제 2 중심각이고, p는 상기 로터 코어에서의 폴 쌍들의 수인 로터 어셈블리.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 경사진 자석들은 서로에 대해 끼인각(V3)으로 배향된 횡방향 축들을 갖고, 상기 끼인각(V3)은 다음 식에 의해 규정되고:
    Figure pct00036

    V3는 상기 끼인각이고, p는 상기 로터 코어에서의 폴 쌍들의 수인 로터 어셈블리.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 끼인각(V3)은 다음 식에 의해 규정되고:
    Figure pct00037

    V3는 상기 끼인각이고, p는 상기 로터 코어에서의 폴 쌍들의 수인 로터 어셈블리.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 로터 폴은 제 3 자석 층을 포함하고, 상기 제 3 자석 층은 상기 제 1 자석 층과 상기 제 2 자석 층 사이에 배치되는 로터 어셈블리.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 3 자석 층은 2개 이상의 제 3 자석들을 포함하고, 상기 제 3 자석들은 상기 중심 폴 축에 예각으로 연장하는 제 1 횡방향 축을 각각 갖는 한 쌍의 경사진 제 3 자석들을 포함하는 로터 어셈블리.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 중심 폴 축과 관련하여, 상기 경사진 제 3 자석들의 각각의 일 부분은 중첩 배열을 형성하기 위해 상기 하나 이상의 중심의 제 1 자석의 일 단부의 내부에 배치되는 로터 어셈블리.
  14. 전기 기계에 있어서,
    제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 로터 어셈블리를 포함하는 전기 기계.
  15. 차량에 있어서,
    제 14 항에 따른 전기 기계를 포함하는 차량.
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