KR20230112740A - 축방향 필드 회전 에너지 장치용 시스템 및 장치 - Google Patents
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Abstract
축방향 필드 회전 에너지 장치는 축을 갖는 하우징을 포함할 수 있다. 고정자 어셈블리는 하우징에 장착되며 축방향으로 적층된 고정자 패널과 서로 분리된 패널이 있다. 각각의 고정자 패널은 각각의 PCB 내에서 전기 전도성이고 상호 연결된 각각의 코일을 갖는 각각의 인쇄 회로 기판 (PCB)을 포함한다. 또한, 회전자를 포함하는 회전자 어셈블리는 고정자 어셈블리의 반대쪽 축 방향 단부에 있는 하우징 내에 회전 가능하게 장착된다. 회전자는 기계적으로 함께 결합될 수 있다. 각 회전자에는 선행 및 후행 에지가 있는 자석이 포함될 수 있다. 하나의 자석의 후행 에지와 인접한 자석의 선행 에지는 인접한 자석 사이에서 축에 대해 일관된 원주 간격을 정의하기 위해 서로 평행할 수 있다.
Description
본 발명은 일반적으로 축방향 필드 회전 에너지 장치에 관한 것으로, 특히 하나 이상의 인쇄 회로 기판(PCB) 고정자를 갖는 모듈형 모터 및 발전기용 시스템, 방법 및 장치에 관한 것이다.
US 5789841과 같이 층상 디스크 고정자를 갖는 종래의 축방향 에어 갭 브러시리스 모터가 알려져 있다. 이 특허는 웨이브 또는 랩 구성으로 상호 연결된 와이어를 사용하는 고정자 권선을 공개한다. 이러한 모터는 비교적 크고 제조하기 어렵다. US 6411002, US 7109625 및 US 8823241과 같이 PCB 고정자를 사용하는 축방향 전기 장치도 알려져 있다. 그러나 이러한 디자인 중 일부는 복잡하고 상대적으로 비싸며 모듈식이 아니다. 따라서 비용 효율적인 축 방향 필드 회전 에너지 장치의 개선은 계속해서 관심을 받고 있다.
축방향 필드 회전 에너지 장치용 시스템, 방법 및 장치의 실시예가 개시된다. 예를 들어, 축방향 필드 회전 에너지 장치는 축방향을 갖는 축을 갖는 하우징을 포함할 수 있다. 고정자 어셈블리는 하우징에 장착될 수 있으며, 축방향으로 적층된 복수의 고정자 패널과 서로 분리된 패널을 포함한다. 각각의 고정자 패널은 각각의 PCB 내에서 전기 전도성이고 상호 연결된 각각의 복수의 코일을 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)를 포함한다. 각각의 PCB는 각각의 복수의 코일 중 어느 하나를 통해 흐르는 전류가 마찬가지로 각각의 복수의 코일 모두를 통해 흐르도록 구성될 수 있어서, 각각의 고정자 패널은 단일 전기상으로 구성된다. 또한, 복수의 회전자를 포함하는 회전자 어셈블리는 고정자 어셈블리의 대향 축 방향 단부에서 하우징 내에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 각각의 회전자는 기계적으로 함께 결합될 수 있다. 각 회전자에는 앞(선행)(leading )뒤(후행)(trailing) 에지가 있는 자석이 포함될 수 있다. 하나의 자석의 뒤 에지와 인접한 자석의 앞 에지는 인접한 자석 사이에서 축에 대해 일관된 원주 간격을 정의하기 위해 서로 평행할 수 있다.
이들 실시예의 전술한 목적 및 다른 목적 및 이점은 첨부된 청구항 및 첨부 도면과 함께 취해진 다음의 상세한 설명을 고려하여 당업자에게 명백할 것이다.
실시예의 특징 및 장점이 달성되고 보다 상세하게 이해될 수 있는 방식으로, 첨부된 도면에 도시된 실시 예를 참조하여보다 구체적인 설명을 가질 수 있다. 그러나, 도면은 단지 일부 실시예를 예시하고 따라서 다른 동등하게 효과적인 실시예가 있을 수 있으므로 범위를 제한하는 것으로 간주 되어서는 안 된다.
도 1은 축방향 필드 회전 에너지 장치의 실시예의 평면도이다.
도 2는 도 1의 라인 2-2를 따라서 취해진 도 1의 장치의 측 단면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 장치의 실시예의 분해 등각 투상도이다.
도 4는 인쇄회로기판(PCB)을 갖는 단상 고정자의 실시예의 평면도이다.
도 5는 고정자의 코일 층만의 실시예의 확대 등각 투상도이다.
도 6a는 고정자의 코일 층만의 다른 실시예의 확대, 분해, 등각 투상도이다.
도 6b는 도 5에 도시된 고정자의 일부의 확대 등각 투상도이다.
도 6c는 도 5에 도시된 고정자의 일부의 확대, 분해 등각 투상도이다.
도 6d는 도 5에 도시된 고정자의 일부의 확대된 등각 투상도이다.
도 7은 고정자의 층상의 트레이스의 실시예의 개략적인 부분 분해 측면도이다.
도 8은 PCB를 갖는 다상 고정자의 실시예의 평면도이다.
도 9는 수직으로 인접한 회전자의 자석과 고정자의 상부 코일 층의 대안적인 실시예의 평면도이다.
도 10은 축방향 필드 회전 에너지 장치의 다른 실시예의 실시예의 단순화된 평면도이다.
도 11은 도 10의 장치의 단순화된 측단면도이다.
도 12는 도 10 및 도 11의 장치의 실시예의 단순화된, 분해 등각 투상도이다.
도 13은 분할된 고정자의 실시예의 단순화된 평면도이다.
도 14는 분할된 고정자의 다른 실시예의 단순화된 평면도이다.
도 15는 PCB에 대한 트레이스의 실시예의 단순화된 평면도이다.
도 16은 도 15의 실시예의 단순화된 등각 투상도이다.
도 17은 도 15 및 도 16의 PCB의 트레이스 층의 실시예의 개략적인, 분해 등각 투상도이다.
도 18은 모듈의 실시예의 평면도이다.
도 19는 도 18의 라인 19-19를 따라서, 도 18의 모듈의 측 단면도이다.
도 20a는 도 18 및 19의 모듈의 실시예의 분해 등각 투상도이다.
도 20b 내지 20h는 도 20a의 모듈의 실시예의 등각 및 단면도이다.
도 21은 모듈의 다른 실시예의 분해 등각 투상도이다.
도 22는 도 21의 모듈의 실시예의 조립된 등각 투상도이다.
도 23 및 도 24는 래치가 각각 개방 및 폐쇄된 스택형 모듈의 실시예의 등각 투상도이다.
도 25는 모듈 실시예의 내부 평면도이다.
도 26은 모듈용 바디의 실시예의 분해 등각 투상도이다.
도 27은 축방향 필드 회전 장치용 PCB 고정자의 실시예의 평면도이다.
도 28은 도 27의 PCB 고정자의 실시예의 일부의 확대된 평면도이다.
도 29는 부착된 센서를 포함하는 고정자의 실시예의 등각 투상도이다.
도 30은 내장된 센서를 포함하는 고정자의 실시예의 등각 투상도이다.
도 31은 고정자 세그먼트용 어셈블리의 실시예의 등각 투상도이다.
도 32는 고정자 세그먼트를 위한 어셈블리의 실시예의 대향 등각 투상도이다.
도 33은 장치의 다른 실시예의 분해 등각 투상도이다.
도 34는 도 33의 장치의 축방향 단면도이다.
도 35는 고정자 패널의 다른 실시예의 평면도이다.
도 36은 고정자 패널의 또 다른 실시예의 상부 분해도이다.
도 37은 고정자 패널의 다른 실시예의 확대된 부분 평면도이다.
도 38은 고정자 패널의 다른 실시예의 확대 부분 평면도이다.
도 39는 축방향 필드 회전 에너지 장치의 다른 실시예의 측단면도이다.
도 40은 도 39의 장치의 정면도이다.
도 41은 라인 41-41을 따라 도 39의 장치의 정면도인 것으로, 하우징의 일부와 고정자 어셈블리를 제거한 상태이다.
도 42는 회전자 어셈블리의 실시예의 반단면 측면도이다.
도 43은 도 42의 회전자 어셈블리의 등각 투상도이다.
도 44는 라인 44-44를 따라서 하우징의 일부와 회전자 어셈블리의 일부가 제거된 도 39의 장치의 정면도이다.
도 45는 도 44의 장치의 등각 투상도이다.
도 46은 회전자 허브의 실시예의 등각 투상도이다.
다른 도면에서 동일한 참조 기호의 사용은 유사하거나 동일한 항목을 나타낸다.
도 1은 축방향 필드 회전 에너지 장치의 실시예의 평면도이다.
도 2는 도 1의 라인 2-2를 따라서 취해진 도 1의 장치의 측 단면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 장치의 실시예의 분해 등각 투상도이다.
도 4는 인쇄회로기판(PCB)을 갖는 단상 고정자의 실시예의 평면도이다.
도 5는 고정자의 코일 층만의 실시예의 확대 등각 투상도이다.
도 6a는 고정자의 코일 층만의 다른 실시예의 확대, 분해, 등각 투상도이다.
도 6b는 도 5에 도시된 고정자의 일부의 확대 등각 투상도이다.
도 6c는 도 5에 도시된 고정자의 일부의 확대, 분해 등각 투상도이다.
도 6d는 도 5에 도시된 고정자의 일부의 확대된 등각 투상도이다.
도 7은 고정자의 층상의 트레이스의 실시예의 개략적인 부분 분해 측면도이다.
도 8은 PCB를 갖는 다상 고정자의 실시예의 평면도이다.
도 9는 수직으로 인접한 회전자의 자석과 고정자의 상부 코일 층의 대안적인 실시예의 평면도이다.
도 10은 축방향 필드 회전 에너지 장치의 다른 실시예의 실시예의 단순화된 평면도이다.
도 11은 도 10의 장치의 단순화된 측단면도이다.
도 12는 도 10 및 도 11의 장치의 실시예의 단순화된, 분해 등각 투상도이다.
도 13은 분할된 고정자의 실시예의 단순화된 평면도이다.
도 14는 분할된 고정자의 다른 실시예의 단순화된 평면도이다.
도 15는 PCB에 대한 트레이스의 실시예의 단순화된 평면도이다.
도 16은 도 15의 실시예의 단순화된 등각 투상도이다.
도 17은 도 15 및 도 16의 PCB의 트레이스 층의 실시예의 개략적인, 분해 등각 투상도이다.
도 18은 모듈의 실시예의 평면도이다.
도 19는 도 18의 라인 19-19를 따라서, 도 18의 모듈의 측 단면도이다.
도 20a는 도 18 및 19의 모듈의 실시예의 분해 등각 투상도이다.
도 20b 내지 20h는 도 20a의 모듈의 실시예의 등각 및 단면도이다.
도 21은 모듈의 다른 실시예의 분해 등각 투상도이다.
도 22는 도 21의 모듈의 실시예의 조립된 등각 투상도이다.
도 23 및 도 24는 래치가 각각 개방 및 폐쇄된 스택형 모듈의 실시예의 등각 투상도이다.
도 25는 모듈 실시예의 내부 평면도이다.
도 26은 모듈용 바디의 실시예의 분해 등각 투상도이다.
도 27은 축방향 필드 회전 장치용 PCB 고정자의 실시예의 평면도이다.
도 28은 도 27의 PCB 고정자의 실시예의 일부의 확대된 평면도이다.
도 29는 부착된 센서를 포함하는 고정자의 실시예의 등각 투상도이다.
도 30은 내장된 센서를 포함하는 고정자의 실시예의 등각 투상도이다.
도 31은 고정자 세그먼트용 어셈블리의 실시예의 등각 투상도이다.
도 32는 고정자 세그먼트를 위한 어셈블리의 실시예의 대향 등각 투상도이다.
도 33은 장치의 다른 실시예의 분해 등각 투상도이다.
도 34는 도 33의 장치의 축방향 단면도이다.
도 35는 고정자 패널의 다른 실시예의 평면도이다.
도 36은 고정자 패널의 또 다른 실시예의 상부 분해도이다.
도 37은 고정자 패널의 다른 실시예의 확대된 부분 평면도이다.
도 38은 고정자 패널의 다른 실시예의 확대 부분 평면도이다.
도 39는 축방향 필드 회전 에너지 장치의 다른 실시예의 측단면도이다.
도 40은 도 39의 장치의 정면도이다.
도 41은 라인 41-41을 따라 도 39의 장치의 정면도인 것으로, 하우징의 일부와 고정자 어셈블리를 제거한 상태이다.
도 42는 회전자 어셈블리의 실시예의 반단면 측면도이다.
도 43은 도 42의 회전자 어셈블리의 등각 투상도이다.
도 44는 라인 44-44를 따라서 하우징의 일부와 회전자 어셈블리의 일부가 제거된 도 39의 장치의 정면도이다.
도 45는 도 44의 장치의 등각 투상도이다.
도 46은 회전자 허브의 실시예의 등각 투상도이다.
다른 도면에서 동일한 참조 기호의 사용은 유사하거나 동일한 항목을 나타낸다.
도 1 내지 3은 축방향 필드 회전 에너지 장치(axial field rotary energy device: AFRED)를 포함하는 장치(31)의 실시예의 다양한 도면을 도시한다. 적용에 따라, 장치(31)는 전기 에너지를 기계 동력으로 변환하는 모터, 또는 기계 동력을 전기 에너지로 변환하는 모터를 포함할 수 있다.
I. 패널(panels)
장치(31)의 실시예는 회전축(35 및 자석(즉, 적어도 하나의 자석(37))을 포함하는 적어도 하나의 회전자(33)를 포함할 수 있다. 복수의 자석(37)은 도 3의 실시예에 도시되어 있다. 각 자석(37)은 적어도 하나의 자극을 포함할 수 있다. 자석(37)은 사다리꼴, 원추형 등과 같은 다양한 형상을 포함할 수 있다.
장치(31)는 또한 회전자(33)와 동축인 고정자(41)를 포함할 수 있다. 회전자(33)는 샤프트(43)에 결합될 수 있으며, 마운트 플레이트(mount plate), 패스너(fastener), 와셔(washer), 베어링(bearing), 스페이서(spacer) 또는 정렬 요소(alignment element) 중 하나 이상과 같은 다른 하드웨어와 결합될 수 있다. 고정자(41)의 실시예는 도 5에 도시된 인쇄 회로 기판(PCB)(45)와 같은 단일 단일 패널(single unitary panel)을 포함할 수 있다. PCB(45)는 적어도 하나의 PCB 층(47)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 여기에 설명된 특정 실시 예는 12개의 PPCB 층(47)을 포함할 수 있다. PCB 층(47)은 축방향으로 평행하고 이격될 수 있다. 각각의 PCB 층(47)은 적어도 하나의 전도성 트레이스(49)를 포함할 수 있다. 각각의 트레이스(49)는 주어진 PCB 층(47) 상에 형성된 별도의 전도성 피처(feature)이다. 예를 들어, 도 4에는 여덟개의 트레이스(traces)(49)가 도시된다. 트레이스(49)는 도 4에 도시된 코일과 같은 원하는 패턴으로 구성될 수 있다.
도 4는 12층의 PCB(45) 내의 하나의 PCB 층(47)의 실시예를 도시한다. 다른 11개의 PCB 층은 유사하지만 후속 도면과 관련하여 아래에 설명된 차이점이 있다. 도시된 PCB 층(47)에서, 각각의 트레이스(49)(단일 코일을 형성)는 코일의 외부 에지에 있는 제 1 단자(51) 및 코일의 중앙에 있는 제 2 단자(53)를 포함한다. 트레이스(49)는 비아(vias)(55)를 사용하여 다른 트레이스(49)에 연결된다. 제 1 세트의 비아(55)는 각 코일의 외부 에지에서 제 1 단자 (51)에 인접하게 배치되고, 제 2 세트의 비아(55)는 각 코일의 중앙에서 제 2 단자에 인접하게 배치된다. 이 실시 예에서, 예시된 PCB 층(47)상의 트레이스 (49)는 예시된 PCB 층(47)상의 인접한 트레이스(49)에 직접 연결되지 않고, 오히려 도 4와 관련하여 보다 철저하게 설명된 바와 같이, 도 5 및 도 6a 내지 도 6d에 더 철저히 설명된 바와 같이, 각각 다른 PCB 층 (47)상의 대응하는 트레이스 (49)에 각각 직접 연결된다.
이 실시예에서, 각 트레이스(49)는 연속적이며 제 1 단자(51)로부터 제 2 단자(53)로의 중단 없이, 이러한 트레이스(49)에 대한 연결은 제 1 및 제 2 단자(51, 53)에만 이루어진다. 각 트레이스(49)는 전기 연결을 위한 다른 단자를 포함하지 않는다. 다시 말해서, 각 트레이스(49)는 제 1 및 제 2 단자(51, 53) 사이에 추가 비아(55)를 포함하여 다른 전기 연결없이 끊김없이 연속될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 주어진 트레이스(49)의 폭은 균일하지 않을 수 있다. 예를 들어, 외부 트레이스 코너에 대응하는 폭(171)은 내부 트레이스 코너에 대응하는 폭(173)보다 더 넓을 수 있다. 단일 코일을 형성하는 인접한 동심 트레이스 부분 사이의 갭(175)은 인접한 트레이스(즉, 개별 코일) 사이의 갭(177)과 동일하거나 상이할 수 있다. 일부 실시예에서, 주어진 트레이스는 PCB의 외경에 인접하고 축(35)에 수직인 평면에서 외부 폭, 및 PCB의 낸경에 인접하고 평면에서 내부 폭을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 외부 폭은 내부 폭보다 클 수 있다. 일부 실시예에서, 주어진 트레이스는 서로 평행하지 않은 내부 및 외부 대향 에지를 포함할 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 PCB 층(47)을 포함하는 12개의 층 PCB(45)의 실시예를 도시한다. 12개의 PCB 층(47)은 각각 밀접하게 이격되어 있고, 47.1-12로 라벨링된 PCB 층(47)의 "샌드위치"를 형성한다. 최상부 PCB 층(47.1)은 제 1 트레이스(49.11)(본 명세서에서 "코일(49.11")로도 설명됨)가 도시되어 있으며, 제 1 단자(51.1)은 장치(31)용 외부 단자(61)에 결합된다. 최하부 PCB 층(47.12)에는 제 1 단자(51.12)가 장치(31)의 외부 단자(63)에 결합된 트레이스(49.128)이 도시되어 있다. 이 실시예에서, 12개의 PCB 층(47.1-12) 각각에 8개의 트레이스(49)(코일)이 있다. 이러한 트레이스는(아래에서 보다 자세히 설명하는 바와 같이) 함께 결합되어 외부 단자(61)로 흐르는 전류가 96 개의 코일을 통해 흐를 것이고, 이후 외부 단자(63)를 유출한다(또는 반대로 외부 단자(63)로 유입되고 외부 단자(61) 밖으로 유출된다). 이 실시예에서, 오직 하나의 트레이스(49)(예를 들어, 코일 (49.11))만이 장치(31)를 위한 외부 단자(61)에 결합되고, 오직 하나의 트레이스(49)(예를 들어, 코일 (49.128))만이 장치(31)를 위한 외부 단자 (63)에 결합된다. 모터의 경우 외부 단자 (61, 63)는 모두 입력 단자이고, 발전기의 경우 외부 단자 (61, 63)는 모두 출력 단자이다. 이 실시 예에서 알 수 있듯이, 각각의 PCB 층은 동일 평면에 있고 축을 중심으로 서로 대칭적으로 이격된 복수의 코일을 포함하고, 축에 대해 인접한 PCB층의 코일은 축 방향으로 코일의 대칭 스택(symmetric stacks)을 정의하기 위해 축에 대해 서로 원주 방향으로 정렬된다.
도 6a는 도 5에 도시된 12 층 PCB(45)의 일부의 분해도인 것으로, 코일이 비아(55, 59)에 의해 어떻게 함께 결합되는지를 더 잘 설명하기 위해 라벨링되어 있으며, 따라서, 전류가 96개의 코일을 통해 외부 단자(63)로 흐르고 외부 단자(63)로 흘러 나오는 방식을 더 잘 설명하기 위해 표시된다. 입력 전류(81.1)이 외부 단자(61)로 흐른다고 가정한다. 이 전류는 전류(81.2)(81.3)으로 코일(49.11)(PCB 층 (47.1)) 주위에 "나선형"으로 흐르고 코일(49.11)의 제 2 단자(53)에 도달한다. 비아(55.1)은 코일(49.11)의 제 2 단자(53)를 코일(49.11)의 바로 아래의 PCB 층(47.2) 상의 대응 코일(49.21)의 제 2 단자에 연결한다. 따라서, 전류는 전류(81.4)로 55.1을 통해 흐르고, 코일(49.21)의 제 1 단자(51)에 도달할 때까지 전류(81.5)로 코일(49.21) 주위를 나선형으로 흐른다. 비아(55.2)는 코일(49.21)의 제 1 단자(51)을 제 1 코일(49.11)에 인접한 PCB 층(47.1) 상의 코일(49.12)의 제 1 단자에 연결한다. 이 실시예에서, 제 1 PCB 층(47.1) 상의 트레이스(49)는 일반적으로 제 2 PCB 층(47.2)상의 트레이스에 비해 반전(거울 이미지화)되어, 비아(55.1)가 코일(49.11 및 49.21)의 제 2 단자(53)에 있는 두 "탭"가 겹치도록, 그리고 마찬가지로, 비아(55.2)가 코일(49.12 및 49.21)의 각각의 제 1 단자(51)상의 두 "탭"과 겹치도록, 이는 후속 도면들과 관련하여 아래에서 더 자세히 설명된다. 따라서, 전류는 전류(82.1)로서 55.2를 통해 PCB 층 (47.1)상의 코일 (49.12)의 제 1 단자 (51)로 흐른다.
이 단자에서, 전류는 코일(49.11) 및 코일(49.21)에 대해 설명된 것과 유사하게 코일 (49.12) 및 코일(49.22)를 통해 흐른다. 예를 들어, 전류는 전류 82.2 및 82.3으로 코일(49.21)(PCB 층 47.1) 주변에서 코일(49.21)의 제 2 단자(53)으로 흐르고, 전류(82.4)로 55.3을 통해 코일(49.22)의 제 2 단자(53)로 흐르고, 그 이후, 코일(49.22)의 제 1 단자(51)에 도달할 때까지 코일(49.22) 주변에서 전류82.5 및 82.6으로 흐른다. 이전과 같이, 비아(55.4)는 코일 (49.22)의 제 1 단자(51)를 코일(49.12)에 인접한 PCB 층(47.1)상의 코일 (49.13)의 제 1 단자(51)에 연결한다. 이 커플링(coupling) 구성은 상위 2 개의 PCB 층(47.1, 47.2)에 있는 나머지 모든 트레이스(49)에 대해 복제되며, 전류는 PCB 층(47.2)의 마지막 코일(49.28)에 도달할 때까지 나머지 트레이스(49)를 통해 흐른다. 전류는, 이미 상위 2 개의 PCB 층(47.1, 47.2)의 16개 코일 모두를 통해 흐른 후 다음 PCB 층(47.3)으로 향한다. 구체적으로, 비아(59.1)은 코일 (49.28)의 제 1 단자(51)를 코일(49.11) 및 (49.21) 바로 아래 에있는 PCB 층 (47.3) 상의 코일(49.31)의 제 1 단자에 연결한다. 이 실시 예에서 PCB 층 (47.2)상의 코일을 PCB 층(47.3)상의 코일에 결합하는 이러한 비아(59)만이 존재한다. 반대로, PCB 층(47.1, 47.2)에 코일을 함께 결합하는 15 개의 이러한 비아(55)가 있다. 이 실시 예에서 이러한 결합은 코일의 제 1 및 제 2 단자(51, 53)에서만 발생한다.
제 3 및 제 4 PCB 층 47.4, 47.4) 사이의 비아(55)는 전술한 제 1 및 제 2 PCB 층(47.1, 47.2) 사이의 비아(55)와 동일하게 구성되고, 따라서 비아 구성과 해당 전류 흐름을 반복할 필요가 없다. 이것은 가장 낮은 PCB 층(47.12) (여기에 표시되지 않음)에 도달 할 때까지 PCB 층 "샌드위치"를 통해 아래로 계속된다. 전술 한 바와 같이, 트레이스(코일)용 제 1 단자(51)(49.128)는 외부 단자(63)에 결합된다. 결과적으로, 모든 96개의 코일을 통해 흐른 후 외부 단자 (61)를 통해 내부로 흐르는 전류는 외부 단자(63)를 통해 외부로 흐른다.
도 6b는 도 5에 도시된 비아(55)의 그룹의 확대도이다. 이 비아 그룹은 12 개의 PCB 층(47.1-12) 각각에서 수직으로 정렬된 코일(49.1-12)의 그룹 각각에 대해 각각의 제 2 단자(53)에 인접한다. 위에서 언급한 바와 같이, 제 2 PCB 층(47.2)상의 트레이스(49)는 일반적으로 제 1 PCB 층(47.1)상의 트레이스와 비교하여 반전(거울 이미지화)된다. 비아(55)는 이들 수직으로 인접한 코일의 각각의 제 2 단자(53)상의 두 "탭"과 중첩된다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 코일(49.18)(제 1층, 제 8코일)에서 제 2 단자(53.18)는 트레이스의 측면으로 연장되는 탭을 포함한다. 거울 이미지 방식(mirror-image fashion)으로, 코일(49.28)(제 2층, 8 번째 코일)에서 제 2 단자(53.28)는 트레이스의 측면과 반대 방향으로 연장되는 탭을 포함하여 이 두 탭이 겹친다. 비아(55)는 이 두 개의 겹치는 탭을 함께 연결한다. 같은 방식으로, 실시예는 12 개의 PCB 층(47)를 포함하기 때문에, 5 개의 추가 비아(55)는 각각 오버랩핑(중첩되는) 단자(53.38) 및 (53.48), 오버랩핑(중첩되는) 단자(53.58) 및 (53.68), 오버랩핑(중첩되는) 단자(53.78) 및 (53.88), 오버랩핑(중첩되는) 단자(53.98) 및 (53.108), 오버랩핑(중첩되는) 단자(53.118) 및 (53.128)과 결합한다.
도 6c는 분해된 형식으로 이들 비아(55) 중 2개를 도시한다. 코일 (49.38)의 단자(53.38)은 코일(49.48)의 단자(53.48)과 겹치고 제 1 비아(55)에 의해 함께 연결된다. 코일(49.58)의 단자(53.58)은 코일(49.68)의 단자(53.68)과 겹치며 제 2 비아(55)에 의해 함께 연결된다. 도면에서 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 이들 쌍의 오버랩핑(중첩) 탭은 대응하는 비아(55)와 함께 방사상 으로 엇갈리게 배치되어 이러한 비아(55)는 도금된 관통 구멍 비아를 사용하여 구현될 수 있다. 대안적으로, 그러한 비아(55)는 매립된 비아로서 구현 될 수 있으며, 이 경우 비아는 엇갈리게 될 필요가 없고 오히려 수직으로 정렬 될 수 있다.
도 6d는 도 5에 도시된 비아(59) 그룹의 확대도이다. 이 실시예에서, 이들 비아(59)는 수직으로 정렬된 하나의 특정 인접한 쌍의 코일(49) 사이(예를 들어, 최상층 코일(49.11 및 49.18) 사이) 사이에 배치되고, 반면에 비아(55)는 수직으로 정렬된 코일(49)의 다른 인접한 쌍 사이의 다른 갭에 배치된다. 이 도면에서, 비아(59)는 도금 된 스루-홀(through-hole) 비아로 도시되어 있다. 비아(55, 59)는 대응하는 코일의 각각의 제 1 단자(51)상의 두 "탭"과 중첩된다. 비아(55)는 도 6a에 모두 도시된 바와 같이, 수직으로 인접한 층에 수평으로 인접한 코일을 연결하고, 비아(59)는 수직으로 인접한 층에 수평으로 정렬된 코일을 연결한다. 본 실시 예에서는 비아(59)가 5 개밖에 없는데, 이는 최상부 코일 (49.11)의 제 1 단자 (51)가 외부 단자 (61)에 연결되고, 최하부 PCB 층(47.12)의 코일(49.128)의 제 1 단자(51)가 외부 단자(63)에 연결되기 때문이다. 각각의 제 1 단자(51)가 쌍으로 함께 결합된 코일을 갖는 단지 10 개의 PCB 층(47.2-11)을 남긴다. 예를 들어, 가장 안쪽의 비아(59.5)는 PCB 층(47.10)의 각 코일을 PCB층(47.11)의 각 코일에 연결한다.
다양한 실시예에서, 각각의 트레이스(49)는 적어도 하나의 비아(55)를 사용하여 다른 트레이스(49)에 전기적으로 결합될 수 있다. 도 6a의 예시에서, 각 PCB 층(47)은 8개의 트레이스(49)와 트레이스(49)사이에 오로지 하나의 비아(55)를 갖는다. 일부 실시예에서, 모든 트레이스(49)는 다른 트레이스(49)에 전기적으로 결합된다. 두 개의 트레이스(49)는 함께 트레이스 쌍(57)을 정의한다. 도 7에는 12개의 PCB 층(47.1-12)가 있고 6 개의 트레이스 쌍(57.1-6)이 있다.
각각의 트레이스 쌍(57)은 적어도 하나의 비아(59)를 통해 다른 트레이스 쌍(57)에 전기적으로 연결될 수 있다(예를 들어, 단지 하나의 비아(59)와 같이). 일부 버전에서는, 도 6a에 도시된 바와 같이, 각 트레이스 쌍(57)(예: 코일 쌍)의 트레이스(49)(예: 코일)가 서로 다른 PCB 층(47)에 위치할 수 있다. 그러나 다른 버전에서, 각 트레이스 쌍(57)의 트레이스(49)는 동일 평면(co-planar)에 있을 수 있고 동일한 PCB 층(47)에 위치 할 수 있다.
일부 실시 예에서, 트레이스(49)(예를 들어, 코일) 중 적어도 2 개는 직렬로 전기적으로 결합된다. 다른 버전에서, 트레이스(49) 중 적어도 2 개 (예를 들어, 코일)는 전기적으로 병렬로 결합된다. 또 다른 버전에서, 트레이스(49) 중 적어도 2 개는 병렬로 전기적으로 연결되고, 적어도 2 개의 다른 트레이스(49)는 직렬로 전기적으로 연결된다.
장치(31)의 실시예는 병렬로 전기적으로 연결된 적어도 2개의 트레이스 쌍(57)을 포함할 수 있다. 다른 버전에서, 트레이스 쌍(57) 중 적어도 2 개는 전기적으로 직렬로 결합된다. 또 다른 버전에서, 적어도 2개의 트레이스쌍 (57)은 전기적으로 병렬로 연결되고, 적어도 2 개의 다른 트레이스 쌍(57)은 직렬로 전기적으로 연결된다.
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 PCB층(47)(상부 PCB 층 (47)만이 평면도에 도시됨)은 PCB(45)의 전체(상부) 표면의 총 표면적(Total Surface Area: TSA) 인 PCB층 표면적(Layer surface area: LSA)을 포함한다. TSA는 도시된 중앙 구멍 및 장착 구멍과 같은 PCB(45)의 구멍을 포함하지 않는다. PCB 층(47)상의 하나 이상의 트레이스(49) (도 4에 도시 된 8 개의 코일)는 코일 표면적 (CSA)을 포함 할 수 있다. CSA에는 "구리 표면적(copper surface area)"뿐만 아니라 코일의 전체 풋프린트(즉, 둘레 내)가 포함된다. CSA는 PCB 층 표면적의 적어도 약 50 %, 예를 들어 약 55 % 이상, 약 60 % 이상, 약 65 % 이상, 약 70 % 이상, 약 75 % 이상, 약 80 % 이상, 약 85 % 이상, 약 90 % 이상, 약 95 % 이상, 약 97 %, 또는 심지어 적어도 약 99 %의 범위에 있을 수 있다. 다른 실시 예에서, 코일 표면적은 PCB 층 표면적의 99 % 이하, 예컨대 PCB 층 표면의 약 95 % 이하, 약 90 % 이하, 약 85 % 이하, 약 80 % 이하, 약 75 % 이하, 또는 심지어 약 70 % 이하일 수 있다. 다른 실시 예에서, 코일 표면적은 이들 값 중 임의의 값 사이의 범위에 있을 수 있다.
CSA는 또한 PCB 상의 또는 내부의 임의의 센서 또는 회로(IOT 소자)와 관련하여 계산될 수 있다. IOT 소자는 TSA의 50%이하로 제한될 수 있다. 또한, IOT 소자는 CSA 내에 포함되거나 CSA 에 포함되지 않은 TSA의 적어도 일부에 포함될 수 있다.
코일을 형성하는 각 트레이스의 전체 면적(즉, 전도성 트레이스를 포함하지만 반드시 전도성 트레이스 사이의 공간을 포함 할 수는 없음)은 코일 표면 영역으로 볼 수 있다. 장치(31)의 성능은 코일(들)이 형성되는 밑에 있는(underlying) PCB 층 표면적에 비해 총 코일 표면적이 증가함에 따라 개선되는 것으로 믿어진다.
일부 실시예(도 4)에서, 장치(31)는 단일 전기상을 포함하는 고정자 (41)를 포함할 수 있다. 고정자(41)의 버전은 단일 전기 상으로 구성될 수 있다. 각각의 PCB 층(47)은 동일 평면이고 축(35)을 중심으로 대칭적으로 이격된 복수의 코일을 포함할 수 있다 (도 2 및 3). 일 예시에서, 각 코일은 단일 전기 상으로 구성된다.
도 8은 적어도 2 개의 전기 상(위상)(예를 들어, 3 개의 상이 도시됨)을 포함하는 고정자(41)의 실시 예를 도시한다. 각각의 PCB 층(47)은 각각의 전기 위상에 대해 도시된 바와 같이 복수의 코일(예: 트레이스(49))을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 8은 3 상 A, B, C에 대응하는 코일을 나타낸다. 각 전기 위상 A, B, C에 대한 코일은 전기 위상 A, B 사이에서 원하는 위상 각도 이동을 정의하기 위해 각 PCB 층(47) 내의 축(35)(도 2 및 3)에 대해 서로 각도 오프셋(angularly offset) 될 수 있다. 도 6에서, 각 PCB 층(47) 상에 9 개의 트레이스(49)가 있다. 도 8의 고정자(41)의 실시예는 3상이고, 위상 A의 각 트레이스(49)는 위상 A의 경우 다른 트레이스 (49)와 전기적으로 120도 떨어져 있고, 위상 B 및 C의 경우 인접한 트레이스(49)와는 40도 떨어져 있다. 위상 B (상 A 및 C에 대하여) 및 위상 C(상단 위상 A 및 B에 대하여)에 대한 트레이스(49)는 마찬가지로 간격을 두고 있다.
일부 실시예에서, 각 코일(예를 들어, 트레이스 (49))은 단일 전기상으로 구성될 수 있다. 대안적으로, 코일은 2개 이상의 전기상(예를 들어, 도 8에 도시 된 3 상)을 갖는 고정자(41)를 가능하게 하도록 구성될 수 있다.
도 9의 예시는 장치(31)의 실시예의 일부 내부 구성 요소의 단순화된 도면이다. 각각의 자석(37)은 자석 방사상 에지 또는 소자(67)(본 명세서에서 "자석 방사상 에지(magnet radial edge)(67)"라고도 함)를 포함 할 수 있고, 트레이스(49) 각각은 트레이스 방사상 에지(trace radial edge) 또는 소자(69) (본원에서 "코일 방사상 에지(coil radial edge)(69)"). 자석(37)은 회전자 (33)(도 2)의 일부이고 정지 고정자(41)에 대해 축(35)을 중심으로 회전한다. 자석(37) 및 트레이스(49)의 방사상 에지 부분이 장치(31)의 작동 동안 축에 대해 회전 정렬 될 때, 반경방향 소자(radial elements)(67, 69)의 적어도 일부는 서로에 대해 비뚤어 질 수 있다(즉, 평행하지 않음). 일부 실시 예에서, 자석 및 코일의 반경방향 에지 부분이 축에 대해 회전 정렬 될 때, 자석 방사상 에지 및 코일 방사상 에지는 평행하지 않고 서로에 대해 각지게 기울어진다(angularly skewed). 도 9는 자석(37)의 방사상 에지 부분(즉, 자석(37)의 코너에 근접한 자석 방사상 에지(69))이 코일 (49)의 방사상 에지 부분과 회전 정렬되는 자석 (37)의 회전 위치를 도시하고, 이는 자석 방사상 에지(69)와 코일 방사상 에지(67) 사이의 비뚤어짐(skew)를 도시한다. 하나의 버전에서, 방사상 소자(67, 69)는 자석 (37) 및 트레이스(49)의 선행 방사상 에지 또는 후행 방사상 에지일 수 있다. 다른 예에서, 자석 및 트레이스 방사상 에지 또는 소자(67, 69)는 도시된 바와 같이 선형일 수 있고, 자석(37, 49)이 축 방향으로 회전 정렬 될 때 자석 및 트레이스 방사상 소자(67, 69)의 어떤 부분도 평행하지 않다.
일부 실시 예에서, 자석 방사형 소자(67)는 트레이스 방사형 소자(69)에 대해 각지게 기울일 수 있고, 각 비뚤어짐(angular skew)는 0 도보 다 클 수 있으며, 예컨대 0.1도 초과, 적어도 약 1도, 적어도 약 2도, 적어도 약 3도, 적어도 약 4도, 또는 심지어 적어도 약 5도보다 클 수 있다. 다른 버전에서는 각 비뚤어짐이 약 90도 이하, 예를 들어 약 60도 이하, 약 45도 이하, 약 30도 이하, 약 25도 이하, 약 15도 이하, 약 10도 이하, 또는 약 5도이하 일 수 있다. 또는 각 비뚤어짐(angular skew)는 이러한 값 사이의 범위에 있을 수 있다.
대안적인 실시 예에서, 방사형 소자(67, 69)의 적어도 일부는 회전 정렬 동안 서로 평행할 수 있다.
II. 세그먼트(segments)
축방향 필드 회전 에너지 장치의 일부 실시예는 고정자가 다소 다르게 구성될 수 있다는 점을 제외하고는 어셈블리 하드웨어를 포함하여 장치(31)에 대해 설명된 것과 유사한 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 10-12는 이해의 편의를 위해 단지 일부 요소만을 도시한 장치(131)의 단순화된 버전을 도시한다. 장치(131)는 회전자(133)와 동축인 고정자(141)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 각각의 회전자(133)는 그를 통해 연장되는 하나 이상의 슬릿 또는 슬롯(136)(도 10)을 포함할 수 있다. 일부 버전에서, 슬롯(136)은 축 (135) (도 12)에 대해 각을 이루고, 따라서 단순히 수직이 아니다. 슬롯 (136)의 각도는 일정한 기울기로 제공될 수 있으며, 장치(131) 내의 냉각 공기 흐름을 용이하게 할 수 있다. 슬롯(136)은 공기 흐름이 회전자(133)를 통해 및/또는 주위로 밀려나가거나 흐르고, 고정자(141)를 효과적으로 냉각시킬 수 있다. 특히 복수의 고정자 세그먼트를 갖는 실시 예에서, 특히 외부 직경 (R-EXT)에 관계없이 고정자 세그먼트(도 14)의 내부 직경(R-INT)을 갖는 실시 예에서 특히, 회전자 스페이서(143)(도 12)와 같은 추가 슬롯이 회전자 스페이서에 제공될 수 있다.
고정자(41)에 대해 설명된 바와 같이 단일 패널 PCB(45)를 포함하는 대신, 고정자(141)는 각각 별도의 PCB(145)일 수 있는 복수의 고정자 세그먼트(142)를 포함할 수 있다. 고정자 세그먼트(142)는 기계적으로 및 전기적으로 함께 결합되는 것과 같이 함께 결합 될 수 있다. 각각의 고정자 세그먼트(142)는 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이 하나 이상의 PCB 층(147)(도 13)을 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함할 수 있다. 일 예에서, 각각의 PCB(145)는 짝수의 PCB 층(147)을 가질 수 있다. 대안적인 실시 예에서, PCB(145)는 홀수의 PCB 층 (147)을 가질 수 있다.
고정자 세그먼트(142)의 실시예는 단 하나의 전기 위상을 포함하거나 이에 대응할 수 있다. 더욱이, 장치(131)의 고정자(141)는 단 하나의 전기상으로 구성되거나 이에 대응할 수 있다. 다른 버전에서, 고정자(141)는 복수의 전기 상을 포함하거나 이에 대응할 수 있다. 도 13에 도시 된 바와 같이, 각각의 고정자 세그먼트(142)는 예시된 코일과 같은 적어도 하나의 전도성 트레이스 (149)를 갖는 적어도 하나의 PCB 층 (147)을 포함한다. 일부 버전 (도 14)에서, 각각의 고정자 세그먼트(142)는 축(135)(도 14)에 대해 서로 동일 평면이고 각도로 이격된 복수의 트레이스(149) (예를 들어, 코일)를 갖는 적어도 하나의 PCB 층 (147)을 가질 수 있다(도 11 및 12). 일 예에서, 각 트레이스(149)는 단일 전기상을 포함할 수 있다. 다른 버전에서, 각각의 고정자 세그먼트(142)는 복수의 PCB 층(147)을 포함 할 수 있으며, 각각은 하나의 전기 위상에만 대응하도록 구성 될 수 있다. 일부 버전에서, 각각의 고정자 세그먼트(142)상의 각각의 PCB 층(147)은 단지 하나의 전기 위상에 대응하도록 구성되는 복수의 축 방향 동일 평면 트레이스(149)를 포함할 수 있다.
일부 실시예(도 13)에서, 각각의 PCB 층(147)은 PCB(145)의 약(about) 내경(inner diameter: ID)에서 PCB(145)의 약 외경(outer diameter: OD)까지 연장되는 적어도 하나의 방사형 트레이스(radial trace)(150)를 포함할 수 있다. 일 예에서, 각각의 PCB 층(147)은 최외곽 트레이스 부분(152)으로부터 동심의 최 내측 트레이스 부분(154)까지 연속적인 트레이스(149)를 포함할 수 있다. 트레이스(149)는 선형 측면(linear sides) 및 chamfered 코너(156)를 갖는 방사형 트레이스(150)를 포함할 수 있다. 방사형 트레이스의 선형 측면은 테이퍼 될(tapered) 수 있으며 방사형 거리가 증가함에 따라 트레이스 폭이 증가한다. 내부 단부 턴 트레이스(inner end turn traces)(146) 및 외부 단부 턴 트레이스(outer end turn traces)(148)는 동심 코일(concentric coil)을 형성하기 위해 방사형 트레이스(150) 사이에서 연장된다.
테이퍼된 트레이스 및 코일과 관련하여, 테이퍼는 PCB 고정자에 포함될 수 있는 전도성 재료 (예를 들어, 구리)의 양을 개선할 수 있다. 많은 모터와 발전기가 둥근 모양을 구성하기 때문에 코일은 일반적으로 원형일 수 있으며, 고정자에 집합적으로 맞물리기 위해 코일의 둘레는 다소 파이-슬라이스- 모양(pie-slice-shaped)이거나 삼각형일 수 있다. 일부 버전에서는 코일이 축에 수직인 평면에서 동일한 폭을 가질 수 있으며, 다른 버전에서는 코일의 도체 (예: 구리) 밀도를 높이기 위해 코일을 테이퍼링(tapered) 할 수 있다. 구리 밀도를 개선하면 전기 저항, I2R 손실 및 열 생성을 줄이고 더 높은 전류를 전달하여 기계에 더 높은 효율을 제공하는 능력을 높이는 데 상당한 가치가 있을 수 있다.
다른 버전에서, 각각의 PCB 층(147)은 선형 트레이스(149)만을 포함할 수 있다(도 15-17). 선형 트레이스(149)는 최외곽 트레이스 (152)로부터 동심의 최내측 트레이스(154)까지 연속될 수 있다. 일 예에서, PCB 층(147)의 트레이스 (149)는 비선형이 아니다. 그러나, 유일한 선형 트레이스(149)의 실시 예는 예를 들어 둥근 모서리 또는 chamfered 코너와 같은 회전을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "턴"은 방사상 트레이스를 말단 턴 트레이스(end turn trace)에 연결하는 트레이스 부분을 포함한다. 다른 실시 예에서, PCB 층(147)은 곡선 트레이스(curvilinear traces)와 같은 하나 이상의 비선형을 포함할 수 있다.
본 명세서에 언급된 바와 같이, PCB(145)는 축 방향으로 서로 이격된 복수의 PCB 층 (147)을 포함할 수 있다. PCB 층(147)은 층 쌍(157)을 포함할 수 있다 (도 17; 쌍 157.1 내지 157.4 참조). 각각의 층 쌍(157)은 함께 전기적으로 결합된 2 개의 PCB 층으로 정의될 수 있다. 하나의 버전에서, PCB 층(147) 중 적어도 하나는 직렬 또는 병렬로 다른 PCB 층(147)에 전기적으로 결합된다. 다른 버전에서, 적어도 하나의 층 쌍(157)은 직렬 또는 병렬로 다른 층 쌍(157)에 전기적으로 결합된다. 일 실시 예에서, 층 쌍 (157) 중 적어도 하나는 서로 축 방향으로 인접한 2 개의 PCB 층 (147.6 및 147.7)을 포함한다. 다른 실시 예에서, 층 쌍(157) 중 적어도 하나는 서로 축 방향으로 인접하지 않은 2 개의 PCB 층 (147.1 및 147.3)을 포함한다. 유사하게, 층 쌍(157) 중 적어도 하나는 상기 층 쌍 중 적어도 하나가 전기적으로 결합되는 층 쌍(157)에 축 방향으로 인접 할 수 있다. 반대로, 층 쌍(157) 중 적어도 하나는 상기 층 쌍(157) 중 적어도 하나가 전기적으로 결합되는 층 쌍(157)에 축 방향으로 인접하지 않을 수 있다.
PCB 층(147)의 실시예는 적어도 하나의 층 세트(181)(도 17)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 층 세트(181)는 제 1 층(147.1), 제 2 층(147.2), 제 3 층(147.3) 및 제 4 층(147.4)를 포함할 수 있다. 일부 버전에서, 제 1 비아 (159)는 제 1 층(147.1)을 제 3 층(147.3)에 결합할 수 있고, 제 2 비아 (155)는 제 3 층 (147.3)을 제 2 층 (147.2)에 결합시킬 수 있고, 제 3 비아(159)는 제 2 층(147.2)을 제 4 층(147.4)에 결합시킬 수 있다. 일 예에서, 제 1, 제 2 및 제 3 비아(159, 155, 159)는 층 세트(181)를 인트라 결합(intra-couple)하는 유일한 비아 이다. 이러한 예에서, 축 방향으로 직접 인접한 2 개의 PCB 층(147.1 및 147.2)은 서로 직접 전기적으로 결합되지 않는다. 도 17에서, 각각의 비아 (159)는 사이(intervening) PCB 층(147)을 우회(bypassing)(즉, 접촉하지 않음)하면서 한 쌍의 인접하지 않은 PCB 층(147)을 결합한다. 예를 들어, 비아(159.1)은 PCB 층(147.1)을 PCB 층(147.3)에 연결하고 PCB 층(147.2)과 접촉하지 않는다. 반대로, 각각의 비아(155)는 한 쌍의 인접한 PCB 층(147)을 결합한다. 예를 들어 비아(155.2)는 PCB 층(147.2)를 PCB 층(147.3)에 연결한다. 각각의 PCB 층 쌍을 함께 결합하는 각각의 비아(155, 159)는 대응하는 층 쌍 (157)을 형성한다. 예를 들어, 층 쌍(157.1)은 PCB 층(147.1) 및 PCB 층(147.3)을 포함한다. 층 쌍(157.2)는 PCB 층(147.2) 및 PCB 층(147.3)을 포함한다. 층 쌍(157.3)은 PCB 층(147.2) 및 PCB 층(147.4)를 포함한다. 층 쌍 (157.4)는 PCB 층(147.4) 및 PCB 층(147.5)를 포함한다. 층 쌍(157.5)는 PCB 층 (147.5) 및 PCB 층(147.7)을 포함한다. 층 쌍(157.6)은 PCB 층(147.6) 및 PCB 층 (147.7)을 포함한다. 층 쌍(157.7)은 PCB 층(147.6) 및 PCB 층(147.8)을 포함한다.
도 17에서, 각 비아는 무딘(blunt) 단부와 뾰족한(pointed) 단부를 갖는 것으로 도시된다. 이 모양은 각 비아의 두 끝 사이의 구조적 차이를 의미하지 않는다. 오히려 각 비아를 통과하는 전류 흐름의 방향을 일관되게 표시하기 위한 것이다. 더욱이, 각각의 비아는 대응하는 PCB 층(147) 쌍을 결합하는 데 필요한 만큼만 수직으로 연장되는 것으로 도시되어 있지만, 특정 실시 예에서 각각의 비아는 전체 PCB를 통해 연장되는 도금된 스루-홀(plated through-hole) 비아로 구현될 수 있다(예를 들어, 도 6d의 비아 (59)). 이러한 도금된 스루-홀 비아들 각각은 그러한 비아와 겹치는 트레이스(149)를 갖는 임의의 PCB 층(147)과 접촉 할 수 있다. 도 17에 도시 된 바와 같이, 주어진 스루-홀 비아는 겹치고(오버랩) 단지 2개의 PCB 층(147)과 연결을 만드는 반면, 나머지 모든 PCB 층(147)의 트레이스(149)는 주어진 비아와 겹치지 않고 주어진 비아에 연결되지 않는다. 대안적으로, 일부 실시예는 연결될 대응 PCB 층(147) 사이에서만 수직으로 연장되는 매립 비아(buried vias)를 포함할 수 있다.
III. 모듈(modules)
도 18, 19, 20a-20h는 하나 이상의 축방향 필드 회전 에너지 장치 (231)를 위한 모듈(201)의 실시예를 개시한다. 장치(들)(231)는 본 명세서에 개시된 임의의 축방향 필드 회전 에너지 장치 실시 예를 포함할 수 있다. 이들 도면에 도시 된 실시 예에서, 모듈 (201)은 측벽(211), 3 개의 고정자 (PCB 고정자 패널 (245)로 도시됨) 및 4 개의 회전자 어셈블리(242, 244)를 갖는 하우징(203)을 포함한다. 각각의 회전자 어셈블리(244)는 2개의 고정자(245) 사이에 수직으로 배치되고, 한쌍의 동일한 회전자 패널(236) 및 회전자 영구 자석 그룹(237)을 포함한다. 각각의 회전자 패널(236)은 각각의 회전자 자석(237)을 위치시키기 위한 한 세트의 오목한 홈(recessed indentations)을 포함하고, 2 개의 회전자 패널(236)은 대향하는 상부 및 하부 회전자 패널(236) 사이에 각각의 회전자 자석 그룹을 끼우기위해(sandwich) 함께 고정된다. 각각의 회전자 어셈블리 (242)는 고정자(245)와 하우징(203) 사이에 수직으로 배치되고, 토크 플레이트 (233), 회전자 패널(234) 및 회전자 영구 자석 그룹(237)을 포함한다.
회전자 어셈블리(예를 들어, 242, 244) 사이의 수직 간격은 하나의 회 전자 어셈블리에서 사이 고정자 패널(245)의 구멍을 통해 인접한 회전자 어셈블리로 연장되는 스페이서(예를 들어, 262, 263)에 의해 유지된다. 회전자 간격은 고정자 패널(245)의 두께 및 고정자 패널(245)의 원하는 공극 간격(air gap spacing)(예: 위 및/또는 아래)에 대응한다. 각 회전자 스페이서는 회전자 어셈블리와 고정자 사이의 공극을 정의할 수 있다(또한 아래에 언급된 바와 같이, 측벽 슬롯의 높이(215)를 정의 할 수 있다). 각 회전자 스페이서는 두 회전자 어셈블리 사이에 위치한다. 예를 들어, 회전자 스페이서 (262)는 최상부 회전자 어셈블리 (242)와 인접한 내부 회전자 어셈블리 (244) 사이에 위치한다 (그리고 최하부 회전자 어셈블리 (242)에 대해서도 마찬가지). 각각의 회전자 스페이서 (263)는 인접한 내부 회전자 어셈블리 (244) 사이에 위치된다. 여기에 도시된 바와 같이, 이러한 회전자 스페이서(263)는 회전자 스페이서(262)와 다른 두께를 가질 수 있으며, 내부 회전자 어셈블리(244)에 대한 최상부 및 최하부 회전자 어셈블리(242)의 기계적 차이로 인해, 모든 회전자와 고정자 사이에 동일한 공극 간격을 정의한다. 회전자 스페이서 (262, 263)의 사용은 모듈(201)의 구성에 상당한 유연성을 제공할 수 있는 다중 회전자(예를 들어, 회전자 어셈블리(242, 244))를 적층할 수 있게 한다.
하우징(203)의 실시예는 측벽(211)(도 20a-20h 및 21)을 포함할 수 있다. 측벽(211)은 축(235)에 대해 원하는 각도 배향으로 고정자(예를 들어, 고정자 패널(245))를 배향하도록 구성될 수 있다. 복수의 고정자(245)를 포함하는 애플리케이션의 경우, 측벽(211)은 복수의 측벽 세그먼트(212)를 포함할 수 있다. 측벽 세그먼트(212)는 축에 대해 모듈(201)에 대해 원하는 전기 위상 각도 (예를 들어, 도 20c 및 25 참조)에서 복수의 고정자(245)를 각도 오프셋하도록 구성 될 수 있다. 일 예에서, 측벽 (211)은 내부에 형성된 하나 이상의 슬롯 (214)을 갖는 방사상 내부 표면을 포함할 수 있다. 각 슬롯 (214)은 축 (235)에 대해 고정자 (245)의 원하는 각도 배향을 유지하기 위해 고정자 (245)의 외부 에지를 수용하고 유지하도록 구성될 수 있다. 도 20a-20h에 도시 된 바와 같이, 각각의 측벽(211)은 정합 쌍(mating pairs)의 측벽 세그먼트(212) 사이에 형성된 3 개의 슬롯(214)을 포함한다. 일부 실시 예에서, 이러한 정합 쌍의 상부 및 하부 측벽 세그먼트(212)는 동일하므로 상호교환적으로 사용될 수 있으나, 다른 고려된 실시 예에서 상부 및 하부 측벽 세그먼트(212)는 비대칭 슬롯(214), 장착 구멍 배치의 차이 또는 일부 다른 측면으로 인해 상이할 수 있다.
전술한 바와 같이 고정자(245)의 각도 오프셋을 제공하는 것 외에도, 슬롯(214)은 수직과 같이 축 방향으로 각 고정자(245)의 외부 에지를 다른 고정자(41)에 대해 규정된 축 위치에 위치시키도록 구성될 수 있다. 회전자 스페이서(262, 263)가 각각의 고정자(245) (최내측 범위에서)와 각 고정자(245)의 축방향 측면 상의 대응하는 회전자 어셈블리(예를 들어, 도 20a, 20b 및 20d의 242, 244) 사이의 축방향 간격을 결정하기 때문에, 측벽 슬롯(214) (즉, 이러한 슬롯(214)의 높이 (215))와 회전자 스페이서(262, 263)의 조합은 고정자(245)와 회전자 어셈블리(242, 244) 사이의 정확한 공극 간격을 유지하는 역할을 한다. 단일 고정자(245)를 갖는 다른 실시 예에서, 각각의 측벽 세그먼트 (212)는 하나의 측벽 슬롯(214)을 제공하도록 구성될 수 있다. 측벽 세그먼트 (212) 그룹은 모듈(201) 주위에 방사형으로 이격된 다수의 슬롯(214)(예를 들어, 8개의 이러한 슬롯(214)을 함께 제공한다. 총괄적으로 이러한 측벽 슬롯(214)은 고정자와 인접한 회전자 사이의 공극 간격을 용이하게 하는 것으로 볼 수 있다.
모듈(201)의 버전은 하우징(203)을 제 2 모듈(201)의 제 2 하우징(203)에 기계적으로 결합하도록 구성된 기계적 특징(예를 들어, 도 21의 키 샤프트(keyed shafts)(209))을 갖는 하우징(203)을 포함할 수 있다. 또한, 하우징(203)은 하우징(203)을 제 2 하우징(203)에 전기적으로 결합하기 위해 전기 소자(예를 들어, 도 21 및 22의 전기 커넥터 커플링(204))로 구성될 수 있다. 일 예에서, 모듈(201)은 공냉식(air cooled)이고 수냉식(liguid cooled)이 아니다. 다른 버전에서, 수냉식 실시 예가 사용될 수 있다.
일부 예들에서, 모듈(201)은 프레임(205)(도 21-22)과 같은 사이 구조(intervening structure)로 제 2 모듈(201)에 간접적으로 결합되도록 구성 될 수 있다. 모듈(201)은 프레임(205)에 직접 결합되도록 구성될 수 있으며, 모듈(201)은 애플리케이션에 따라 다른 구성 요소들과 함께 제 2 모듈(201)에 간접적으로 결합되도록 구성될 수 있다. 다른 예에서, 모듈(201)은 프레임, 섀시 또는 다른 사이 구조(intervening structure)없이 제 2 모듈(201)에 직접 결합되도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 트레이스(149)를 갖는 적어도 하나의 PCB 층(147)을 갖는 적어도 하나의 PCB(245)를 갖는 적어도 하나의 고정자(241)와 적어도 하나의 자석(237), 및 적어도 하나의 회전자(233)는 하우징(203) 내부에 위치할 수 있고 둘러쌓일 수 있다.
일부 버전에서, 각 모듈 (201)은 단일 전기상으로 구성된다. 다른 버전에서 각 모듈 (201)은 복수의 전기상을 포함한다. 각 모듈 (201)의 예는 복수의 PCB 패널 (245) (도 20a-20h)을 포함 할 수 있다. 각각의 PCB 패널 (245)은 단일 전기상 또는 복수의 전기상을 포함 할 수있다. PCB 패널은 단일 패널 일 수 있거나 본원의 다른 곳에서 설명된 고정자 세그먼트를 포함 할 수 있다.
하나의 버전에서, 모듈(201)과 제 2 모듈(201)은 서로 동일하도록 구성 될 수 있다. 다른 버전에서, 모듈(201) 및 제 2 모듈(201)은 상이할 수 있다. 예를 들어, 모듈(201)은 다음 변수 중 적어도 하나에 의해 제 2 모듈(201)과 다를 수 있다: 전원 입력 또는 출력, 회전자(233) 수, 자석(237) 수, 고정자(41) 수 (이전 도면 참조), PCB(245) 수, PCB 층(47) 수 (이전 도면 참조), 트레이스(49) 수(이전 도면 참조) 및 축 (235)에 대한 각도 배향. 예를 들어, 일부 실시예에서 이러한 변수 중 하나 이상은 전력 효율, 토크, 분당 달성 가능한 회전 수(RPM)의 차이를 달성하도록 수정될 수 있다. 따라서 다른 모듈 (201)이 부하 또는 다른 원하는 작동 매개 변수의 함수로서 작동을 더 잘 맞출 수 있도록 활용될 수 있다.
모듈(201)의 일부 실시예는 모듈을 함께 기계적으로 고정하도록 구성된 적어도 하나의 래치(latch)(207)(도 23 및 24)를 포함할 수 있다. 도 23은 래치 (207)가 개방된 상태에서 함께 중첩된(nested) 모듈을 도시하고, 도 24는 닫힌 래치(207)와 함께 중첩된 모듈을 도시한다. 일 예시에서, 래치(207)는 축 (235)에 대해 대칭적으로 배열될 수 있다. 다른 버전에서, 상단 모듈 (미도시)은 다른 모듈의 상단에 축 방향으로 구성될 수 있으며 상단 모듈은 구조적으로 두 번째 모듈과 다를 수 있다. 예를 들어, 상단 모듈(201)은 그 하부 측에만 래치(207)를 포함 할 수 있고, 상부 측에 이러한 래치(207)를 생략 할 수 있다. 다른 예로서, 샤프트(209)는 하부 모듈(201)로부터 연장될 수 있지만 상부 모듈(201)로부터 연장되지는 않는다.
도 21 내지 도 24에 도시된 바와 같이, 모듈(201)은 키 샤프트(209)를 포함할 수 있다. 모듈(201)은 다른 모듈(201)에 기계적으로 결합하도록 구성된 키 샤프트에 장착될 수 있다.
일부 실시예는 본체(213)(도26)(본원에서 "인클로저(enclosure)"라고도 함)를 추가로 포함 할 수 있다. 본체(213)는 본체(213) 내에 복수의 모듈(201)을 수용하고 동축으로 장착하도록 구성될 수 있다. 예시된 바, 본체(213)는 패스너(fasteners)와 함께 결합되는 2 개의 반쪽을 포함한다. 각 모듈(201)이 단일 전기 위상을 포함하는 버전의 경우, 본체(213)는 축(235)에 대해 원하는 전기 위상 각도로 모듈(201)을 유지하도록 구성될 수 있다. 본체(213)가 복수의 전기상을 포함하는 버전의 경우, 본체(213)는 축(235)에 대해 원하는 전기 위상 각도로 모듈 (201)을 유지하도록 구성될 수 있다.
다른 버전에서, 복수의 본체(213)가 있을 수 있다. 각각의 본체(213)는 각각의 본체(213)를 적어도 하나의 다른 본체(213)에 기계적으로 결합하도록 구성된 결합 구조 및 각각의 본체(213)를 적어도 하나의 다른 본체(213)에 전기적으로 결합하도록 구성된 전기 요소와 같은 기계적 특징을 포함할 수 있다. 각각의 본체(213)는 적어도 하나의 다른 본체(213)에 직접 또는 간접적으로 결합하도록 구성될 수 있다.
일부 발전기 실시 예에서, 본체(또는 하나 이상의 상호결합된 본체)는 교류 출력의 다수의 전기상(예: 약 4 내지 99개, 예를 들어, 적어도 10, 11, 12, 13, 14, 15 개 또는 그 이상)을 포함 할 수 있다. 따라서 AC 전류 출력은 정류되거나 전력 변환 없이도 DC와 유사한 출력 리플(output ripple)처럼 작동 할 수 있다. 다른 버전에서는 이러한 AC 전류 출력을 정류할 수 있다.
에너지를 제공하기 위한 시스템의 실시 예가 또한 개시된다. 예를 들어, 시스템은 축 방향 필드 회전 에너지 장치를 포함하는 복수의 모듈(201)을 포함 할 수 있다. 모듈(201)은 원하는 전력 출력을 위해 시스템을 구성하기 위해 서로 교환 가능하게 연결될 수 있다. 각 모듈은 여기에 설명된 임의의 실시 예에 기초하여 구성될 수 있다. 시스템은 발전기 또는 모터를 포함 할 수 있다. 시스템의 실시 예는 상이하도록 구성된 모듈(201) 중 적어도 2 개를 포함할 수 있다. 예를 들어, 모듈 (201)은 다음 변수 중 적어도 하나에 의해 서로 다를 수 있다: 전력 출력 또는 입력, 회전자 수, 자석 수, 고정자 수, PCB 수, PCB 층 수, 코일 수 및 축에 대한 각도 방향.
축 방향 필드 회전 에너지 장치를 수리하는 방법의 실시예도 개시된다. 예를 들어, 방법은 다음 단계를 포함할 수 있다: 복수의 모듈 (201)을 갖는 본체 (213)를 제공하는 단계. 각 모듈(201)은 본 명세서에 개시된 임의의 실시 예에 대해 설명 된 바와 같이 구성 될 수 있다. 방법은 또한 모듈(201)이 동축이 되도록 모듈(201)을 기계적으로 및 전기적으로 결합하는 단계; 축방향 필드 에너지 장치를 작동시키는 단계; 모듈(201) 중 하나의 문제를 감지하고 축 방향 필드 에너지 장치의 작동을 중지하는 단계; 본체(213)를 열고 문제 모듈(201)이 부착된 다른 모든 모듈(201)로부터 문제 모듈(201)을 분리하는 단계; 문제 모듈 (201) 대신 본체(213)에 교체 모듈(201)을 설치하고 문제 모듈(201)이 부착된 다른 모듈(201)에 교체 모듈(201)을 부착하는 단계; 그 다음 축 방향 장 에너지 장치를 다시 작동시키는 단계;를 포함할 수 있다.
방법의 다른 실시 예는 축에 대해 모듈을 적어도 하나의 원하는 전기 위상 각으로 각도 정렬하는 것을 포함한다. 다른 버전에서, 방법은 복수의 본체 (213)를 제공하고 본체(213)를 기계적으로 및 전기적으로 결합하는 단계를 포함 할 수 있다.
축 방향 필드 회전 에너지 장치를 작동하는 방법의 또 다른 실시예는 복수의 모듈을 갖는 인클로저를 제공하는 것을 포함 할 수 있다. 각 모듈은 하우징, 하우징에 회전 가능하게 장착된 회전자- 여기서 각 회전자는 축과 자석으로 구성되며, 회전자와 동축으로 하우징에 장착된 고정자- 여기서 각 고정자는 코일을 갖는 인쇄 회로 기판 (PCB)을 포함하고, 각 고정자는 단일 전기 위상으로 구성되며, 고정자 중 선택된 고정자는 축에 대해 원하는 위상 각도로 설정되고; 모듈이 인클로저 내에서 동축이 되도록 모듈을 기계적으로 그리고 전기적으로 결합하는 단계; 이후 축방향 필드 에너지 장치를 작동시킨다. 즉, 단상 고정자를 동일한 위상 각도로 설정하면 단상 기계를 형성할 수 있고, 단상 고정자를 다양한 위상 각도로 설정하면 다상 기계(또는 2 상 이상)을 형성할 수 있다.
선택적으로, 인클로저 및 각 모듈은 단일 전기 위상을 포함할 수 있으며, 방법은 축에 대해 원하는 전기 위상 각도로 모듈을 각도 정렬하는 단계를 포함 할 수 있다. 상기 방법은 복수의 전기 위상을 갖는 인클로저를 포함할 수 있고, 각 모듈은 단일 전기 위상을 포함하고, 축에 대해 원하는 전기 위상 각도로 모듈을 각도 방향으로 배향시킨다. 인클로저 및 각 모듈은 복수의 전기 위상을 포함할 수 있으며, 축에 대해 원하는 전기 위상 각도로 모듈을 각도로 오정렬할 수 있다.
방법의 일부 버전은 복수의 본체를 제공하는 것을 포함할 수 있으며, 방법은 본체를 기계적으로 및 전기적으로 결합하여 통합 시스템을 형성하는 단계를 더 포함한다. 각 모듈은 원하는 전기 위상 각도에서 축에 대해 서로 각도 오프셋 된 복수의 고정자를 포함할 수 있다. 일 예시에서, 각 고정자는 하나의 PCB로만 구성된다. 다른 예시에서, 각각의 고정자는 함께 결합되어 각각의 고정자를 형성하는 2 개 이상의 PCB를 포함한다. 또 다른 버전에서, 인클로저는 여기에 설명된 바와 같이 전력 변환 없이 깨끗한 직류(DC)와 같은 리플과 실질적으로 동등한 교류(AC) 출력의 다수의 전기 위상을 가질 수 있다.
다른 버전에서, 축방향 필드 회전 에너지 장치를 수리하는 방법은, 함께 결합되는 복수의 본체를 제공하는 단계- 여기서 각각의 인클로저는 복수의 모듈을 가지며, 각 모듈은 하우징, 하우징에 회전 가능하게 장착된 회전자를 포함하고, 회전자는 축과 자석을 포함하고, 고정자는 하우징과 동축으로 장착되고, 고정자는 인쇄 회로 기판 (PCB)을 포함하고; 모듈을 기계적으로 그리고 전기적으로 결합하는 단계; 축방향 필드 회전 에너지 장치를 작동시키는 단계; 제 1 인클로저 내의 제 1 모듈의 문제를 감지하고 축방향 필드 회전 에너지 장치의 작동을 중지하는 단계; 제 1 인클로저를 열고 제 1 인클로저 및 제 1 모듈이 부착된 임의의 다른 모듈로부터 제 1 모듈을 분해하는 단계; 제 1 모듈 대신 제 1 인클로저에 제 2 모듈을 설치하고 제 1 모듈이 부착된 임의의 다른 모듈에 제 2 모듈을 부착하는 단계; 이후 축방향 필드 회전 에너지 장치를 다시 작동시키는 단계;를 포함한다.
각 모듈의 실시예는 인클로저 내에서 오직 하나의 방향만을 가질 수 있으므로, 각 모듈은 단일 방식으로 인클로저에 대해 설치 또는 제거될 수 있다. 이러한 설계의 목적은 시스템에서 작업하는 사람이 잘못된 위치에 있는 기존 시스템에 새 모듈을 다시 설치할 수 없도록 하는 것이다. 이는 한 방향으로만 수행할 수 있다. 이 방법은 AFRED의 작동이 중단되는 동안 발생할 수 있으며, 제 1 모듈의 처리는 상기 다른 모듈을 중단하지 않고 다른 모듈을 수정하거나 영향을 주지 않고 발생한다.
도 27은 본 명세서에 개시된 것과 같은 축방향 필드 회전 에너지 장치를 위한 PCB 고정자(311)의 다른 실시 예를 도시한다. PCB 고정자(311)는 전기 전도성인 하나 이상의 트레이스(313)를 갖는 기판을 포함한다. 도시된 버전에서, PCB 고정자(311)는 트레이스 (313)의 8개 코일을 포함한다. 추가로, PCB 고정자 (311)는 하나 이상의 트레이스 층 (313)을 포함할 수 있다. 각 층의 트레이스 (313)는 층과 동일 평면 상에 있다. 또한, 트레이스 (313)는 PCB 고정자의 중심 축 (315) 주위에 배열된다.
도 28은 도 27의 PCB 고정자의 일부의 확대된 평면도이다. 도시된 실시 예에서, 각각의 트레이스(313)는 방사형 부분(317)(축(315)에 대해) 및 방사형 부분(317) 사이에서 연장되는 단부 턴(end turns)(319)을 포함한다. 각 트레이스 (313)는 슬릿(321)으로 분할될 수 있다. 일부 버전에서, 방사형 부분(317)만이 슬릿(321)을 포함한다. 슬릿(321)은 작동 중에 와전류 손실을 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 와전류는 작동 중에 자기장에 반대한다. 와전류를 줄이면 자기 강도가 증가하고 시스템의 효율성이 증가한다. 반대로, 넓은 트레이스는 와전류를 생성할 수 있다. 트레이스(313)의 슬릿은 와전류가 형성될 기회를 줄일 수 있다. 슬릿은 전류가 트레이스(313)를 통해 더 효과적으로 흐르도록 할 수 있다.
축방향 필드 회전 에너지 장치는 그와 통합된 하나 이상의 센서를 포함하는 "스마트 기계"를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 그러한 센서는 축방향 필드 회전 에너지 장치의 작동에 관한 데이터를 모니터링, 검출 또는 생성하도록 구성될 수 있다. 특정 실시예에서, 작동 데이터는 전력, 온도, 회전 속도, 회전자 위치 또는 진동 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
축방향 필드 회전 에너지 장치의 버전은 그와 통합된 하나 이상의 제어 회로를 포함하는 통합 기계를 포함할 수 있다. 축방향 필드 회전 에너지 장치의 다른 버전은 하나 이상의 센서 및 그와 통합된 하나 이상의 제어 회로를 포함하는 완전히 통합된 기계를 포함 할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 센서 및/또는 제어 회로는 PCB와 통합 및/또는 하우징과 통합될 수 있다. 모터 실시 예의 경우, 이러한 제어 회로는 기계를 구동하거나 추진하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 모터 실시 예에서, 이러한 제어 회로는 외부 전원을 수신하도록 결합된 입력을 포함할 수 있고, 하나 이상의 고정자 코일을 통해 흐르는 전류를 제공하도록 결합된 출력을 또한 포함할 수 있다. 일부 실시예에서 제어 회로는 기계에 토크 및/또는 토크 명령을 공급하도록 구성된다. 일부 발생기 실시 예에서, 이러한 제어 회로는 코일을 통해 흐르는 전류를 수신하도록 결합된 입력을 포함할 수 있고, 외부 전원을 생성하도록 결합된 출력을 또한 포함할 수 있다.
예를 들어, 하나 이상의 센서 및/도는 제어 회로가 PCB 고정자(311)와 통합될 수 있다. 도 29는 최상부 PCB 층(47)에 부착된 통합 센서(예: 345, 346)을 갖는 다른 예시적인 고정자(340)를 도시한다. 이러한 센서(342) 중 하나는 외부 장치로(to)/로부터(from) 데이터를 송수신하는 데 사용될 수 있는 2 차 코일(344)에 결합되고, 센서(342)에 전력을 결합하는 데에도 사용될 수 있다. 일부 실시 예에서 2차 코일은 센서(342)에 전력을 제공하기 위해 작동 중에 발생 된 자속을 이용하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서 2차 코일은 외부 코일 (미도시)로부터 유도 결합 전력을 수신하도록 구성될 수 있다. 2차 코일(344)은 또한 특정 실시 예에서 이러한 2차 코일이 고정자 코일 (49)보다 훨씬 작을 수 있지만, 상대적인 크기 추론은 의도되지 않기 때문에, 본 명세서에서 마이크로 코일 또는 소형 코일이라고도 지칭될 수 있다. 오히려, 이러한 2차 코일(344)은 전술한 바와 같이 회전자 자석과 협력하는 고정자 코일(49)과 구별된다. PCB 고정자(311)와 통합된 이러한 2 차 코일은 특정 실시 예에서 PCB 고정자(311) 상에 배치될 수 있다(예를 들어, PCB 고정자(311)의 최상부 PCB 층(47) 상에 제조되거나 부착됨). PCB 고정자 (311)와 통합된 이러한 2차 코일은 특정 실시예에서 PCB 고정자 (311)내에 배치될 수 있다(즉, 내부에 매립될 수 있다). 일부 실시 예에서, 2 차 코일(344)은 그에 연결된 센서에 전력을 제공한다. 이러한 결합 전력은 센서의 1 차 또는 보조 전력이 될 수 있다.
센서(346)는 상부 PCB 층(47)상의 트레이스(49) 중 하나를 위해 제 1 단자(51)에 결합되고, 그 위치에서 전압, 온도와 같은 작동 파라미터를 감지할 수 있으며, 부착된 코일(예: 코일 49 중 하나)에 의해 전력을 공급받을 수도 있다. 센서(348)는 외부 단자(350)에 결합되고, 마찬가지로 전압, 그 위치에서의 온도와 같은 작동 매개 변수를 감지할 수 있으며, 외부 단자(350)에 결합된 전압에 의해 전력을 공급받을 수도 있다. 센서 (350)는 PCB 고정자(340)의 외부 에지에 배치되지만 PCB 층(47)상의 어떠한 전도체에도 결합되지 않는다.
일부 실시예에서, 이러한 센서는 코일(49)중 하나에 직접 내장될 수 있고 및 코일(49)에 의해 직접 전기적으로 전력이 공급될 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 센서는 제 1 단자(51)와 센서(346) 사이의 연결과 같이 PCB 층(47) 상에 또는 내부에 배치된 별도의 연결을 통해 전력을 공급 받고 코일(49)에 연결될 수 있다. 이러한 연결은 PCB 층(47) 상에 배치되거나 PCB 내에 배치될 수 있다 (예를 들어, PCB의 내부 층 상에). 다른 실시예에서, 센서 및/또는 회로는 외부 전원으로부터 전력을 얻을 수 있다. 예를 들어, 외부 전원의 한 유형은 모터 또는 발전기의 하우징에 결합될 수 있는 기존의 벽 전기 소켓(wall electrical socket)일 수 있다.
센서는 발전기 또는 모터 제품의 운영자에게 실시간 작동 데이터뿐만 아니라 특정 실시예에서 제품의 다양한 파라미터에 대한 예측 데이터를 제공할 수 있다. 여기에는 장비 작동 방식, 유지 관리 일정 및 시기가 포함될 수 있다. 이러한 정보는 제품 가동 중지 시간을 줄이고 제품 수명을 늘릴 수 있다. 일부 실시 예에서, 센서는 하우징 내에 통합될 수 있다. 일부 예에서, 센서는 도 30에 도시된 바와 같이 PCB 고정자(340) 내에 내장 될 수 있다(예: 362, 366, 368, 372 및 코일 364).
이러한 응용을 위한 센서의 한 예는 홀 효과(Hall effect) 센서이다. 홀 효과 센서는 근접 스위칭, 포지셔닝, 속도 감지 및 전류 감지 애플리케이션에 사용된다. 가장 간단한 형태의 홀 효과 센서는 아날로그 변환기로 작동하여 전압을 직접 반환한다.
센서의 또 다른 예는 광학 센서이다. 광학 센서는 자외선과 근적외선 사이의 파장 범위에서 전자파의 강도를 측정할 수 있다. 기본 측정 장치는 포토 다이오드이다. 포토 다이오드와 전자 장치를 결합하면 픽셀이 만들어진다. 일 예시에서, 광학 센서는 광학 장치를 사용하여 자기 회전자의 위치를 측정하거나 검출하는 광학 인코더를 포함할 수 있다.
센서의 또 다른 예는 온도를 측정하기 위한 열전대(thermocouple) 센서이다. 열전대는 서로 다른 금속으로 만들어진 두 개의 와이어 다리로 구성된다. 전선 다리는 한쪽 끝이 함께 용접되어 접합부를 만든다. 접합부는 온도가 측정되는 곳이다. 접합부가 온도 변화를 경험하면 전압이 생성된다.
또 다른 선택적 센서는 가속도계(accelerometer)이다. 가속도계는 가속력을 측정하는 데 사용되는 전자 기계 장치이다. 이러한 힘은 지속적인 중력과 같이 정적이거나 많은 모바일 장치의 경우처럼 동적으로 움직임이나 진동을 감지할 수 있다. 가속도는 속도의 변화 또는 속도를 시간으로 나눈 값이다.
자이로스코프(gyroscope)와 같은 기능을 하는 자이로 센서도 이러한 시스템에 사용될 수 있다. 자이로 센서는 내비게이션 시스템, 자동 조종사 및 안정 장치에서 안정성을 제공하거나 기준 방향을 유지하는 데 사용할 수 있다.
PCB 고정자(340)는 또한 토크 센서를 포함할 수 있다. 토크 센서, 토크 변환기(transducer) 또는 토크 미터는 축방향 필드 회전 에너지 장치와 같은 회전 시스템에서 토크를 측정하고 기록하는 장치이다.
또 다른 선택적 센서는 진동 센서이다. 진동 센서는 선형 속도, 변위 및 근접성 또는 가속도를 측정, 표시 및 분석 할 수 있다. 진동은 사소한 진동이라도 기계 상태를 알려주는 신호가 될 수 있다.
다양한 실시예에서, 도 29 및 도 30에 도시된 센서는 PCB 고정자(45)와 통합된 제어 회로를 나타낼 수 있다. 이러한 제어 회로는 PCB의 표면에 배치(도 29에 나타난 센서와 유사)되거나 PCB(도 30에 도시된 센서와 유사하게) 내에 배치(즉, 내부에 내장됨)되거나 및/또는 하우징(예를 들어, 도 18의 하우징 (203))과 또는 내부에 통합된다.
일부 발전기 실시예에서, 제어 회로는 고정자 코일에서 발생된 AC 전압에서 원하는 외부 전원으로 전력 변환을 구현할 수 있다(예: 코일 전압과 크기가 다른 AC 전압, 코일 전압을 정류하여 생성된 DC 전압). 일부 모터 실시 예에서, 제어 회로는 모터를 구동하기 위해 원하는 AC 전류 파형을 고정자 코일에 제공할 수 있는 집적 구동 회로를 구현할 수 있다. 일부 예에서, 통합 드라이브는 가변 주파수 드라이브(VFD)일 수 있으며 모터와 동일한 하우징 내에 통합될 수 있다. 본 명세서에 개시된 센서 및/또는 회로는 하우징의 내부, 내부 또는 내부의 임의의 요소에 무선으로 또는 유선으로 연결될 수 있다. 대안으로 센서 및/또는 회로는 하우징에 대해 원격으로 위치할 수 있다. 일 예시에서, 제어 회로(566)(도 39)는 도면에 도시된 PCB 고정자와 유사한 원형의 도넛형 형상을 포함할 수 있다. 이러한 디자인은 장치가 폼 팩터(form factor)를 유지할 수 있도록 하거나 및/또는 가능하게 할 수 있다.
이들 센서 및 제어 회로 각각은 무선 네트워크 환경을 통해 외부 장치와 통신하도록 구성된 무선 통신 회로를 포함할 수 있다. 이러한 무선 통신은 단방향 또는 양방향 일 수 있으며 시스템 상태 모니터링, 시스템 운영, 예측 데이터 통신 등에 유용할 수 있다. 네트워크를 통한 무선 통신은 예를 들어, LTE, LTE-advanced (LTE-A), 코드 분할 다중 액세스 (CDMA), 광대역 CDMA (WCDMA), 범용 이동 통신 시스템 (UMTS), 무선 광대역 (WiBro) 또는 이동 통신을 위한 글로벌 시스템 (GSM), 셀룰러 통신 프로토콜 중 적어도 하나를 사용하여 수행될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 무선 통신은 예를 들어 근거리 통신을 포함 할 수 있는 바, 근거리 통신은 예를 들어, WiFi, 블루투스®, 근거리 무선 통신 (NFC) 또는 GNSS 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. GNSS는 예를 들어, GPS (Global Positioning System), Glonass® 글로벌 내비게이션 위성 시스템, Beidou® 내비게이션 위성 시스템, 또는 유럽 전역 위성 기반 내비게이션 시스템 인 Galileo® 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 'GPS'와 'GNSS'라는 용어는 서로 혼용되어 사용된다. 네트워크는 통신 네트워크, 예를 들어 컴퓨터 네트워크(예: 근거리 통신망 (LAN) 또는 광역 네트워크 (WAN)), 인터넷 또는 전화 네트워크 중 하나 이상일 수 있다.
특정 실시 예에서, 이러한 무선 통신 회로는 전술한 동작 데이터와 같은 원격측정 정보(telemetry information)을 통신하기 위해 2차 코일(예를 들어, 2 차 코일(344))에 결합될 수 있다.
도 31 및 32는 고정자를 형성하기 위해 고정자 세그먼트(380)를 함께 기계적으로 결합하기 위한 어셈블리의 실시예를 도시한다. 걸쇠(clasp)(382)는 2 개의 인접한 고정자 세그먼트(380)상의 장착 패드(381)의 부분 위로 미끄러지며, 이는 2 개의 볼트(예를 들어, 볼트(384)) 각각에 있는 한 쌍의 너트에 의해 고정된다. 걸쇠(382)는 전술한 바와 같이 측벽 슬롯(214)에 위치될 수 있는 정렬 탭(392)을 포함한다. 2 개의 인접한 고정자 세그먼트 (380)의 내경 에지는 환형 링의 형태로 채널링된 회전자 스페이서(390)로 미끄러진다. 일부 실시 예에서, 이 회전자 스페이서(390)는 회전자가 회전하는 동안 회전자 스페이서(390) 및 고정자가 고정된 상태로 유지되도록 회전자와 함께 스러스트 베어링(thrust bearing)에 탈 수 있다(ride). 다른 실시예에서, 전술한 바와 같은 회전자 스페이서(예를 들어, 도 18, 20a-20h)는 채널형 회전자 스페이서(390)의 개방 중심 내에 끼워질 수 있다.
인접한 고정자 세그먼트 (380, 381) 사이의 전기적 연결은 각 회로(386, 388)사이의 와이어(387)를 사용하여 구현될 수 있다. 회로(386)는 고정자 세그먼트(380)의 상위 층(또는 비아를 사용하는 다른 층)상의 트레이스에 연결될 수 있다. 유사하게, 회로(388)는 고정자 세그먼트(381)의 임의의 층상의 트레이스에 연결될 수 있다. 이러한 회로 (386, 388)는 전술한 센서(도 29-30) 중 임의의 것을 포함할 수 있지만, 단순히 각각의 PCB로부터 와이어(387)로의 전기적 연결을 제공할 수도 있다. 다른 실시 예에서, 전기적 연결은 또한 전도성 재료인 PCB의 장착 표면을 통해 만들어지고 코일에 연결된 다음 그 내부 표면에 전도성 재료를 포함할 수있는 걸쇠를 통해 이들 구성 요소를 결합할 수도 있다.
전기적 연결은 또한 전기 전도성 장착 패드(383)와 결합된 걸쇠(382)를 사용하여 구현될 수 있다. 장착 패드(383)가 연속적이고 파손되지 않은 경우, 걸쇠(382)는 고정자의 원주 둘레에 공통 전기 연결을 제공할 수 있다. 그러한 마운팅 패드가 불연속적이고 두 조각으로 분리된 경우(점선으로 나타낸 바와 같이, 각 조각은 해당 세그먼트상의 트레이스의 각 단자에 결합됨), 걸쇠 (382)는 이러한 고정자 세그먼트를 직렬로 연결할 수 있다.
축방향 필드 회전 에너지 장치는 많은 응용에 적합하다. PCB 고정자 (340)는 영구자석형 발전기 및 모터와 같은 장치에 대해 원하는 전력 기준 및 폼 팩터에 대해 구성될 수 있다. 이러한 디자인은 무게가 가볍고 생산하기 쉽고 유지 관리가 쉽고 효율성이 더 높다.
영구 자석 발전기(permanent magnet generator: PMG) 애플리케이션의 예는 다음을 포함할 수 있다: 풍력 터빈 발전기, 마이크로 발전기 애플리케이션, 영구 자석 직접 구동 발전기, 증기 터빈 발전기, 수력 발전기, 열 발전기, 가스 발전기, 장작 발전기, 석탄 발전기, 고주파 발전기(예: 60Hz 이상의 주파수), 휴대용 발전기, 보조 동력 장치, 자동차, 교류 발전기, 회생 제동 장치, 회생 제동 장치용 PCB 고정자, 백업 또는 대기 발전, 백업 또는 대기 발전용 PMG, 군사용 PMG 및 항공 우주용 PMG.
다른 실시 예에서, 영구 자석 모터 (permanent magnet motor: PMM)의 예는 다음을 포함 할 수 있다: AC 모터, DC 모터, 서보 모터, 스테퍼 모터, 드론 모터, 가전 제품, 팬 모터, 전자 레인지, 진공 기계, 자동차, 전기 자동차 용 구동계, 산업 기계, 생산 라인 모터, 사물 인터넷 센서 (IOT) 지원 , 난방, 환기 및 공조 (HVAC), HVAC 팬 모터, 실험실 장비, 정밀 모터, 군사, 자율 주행 차량용 모터, 항공 우주 및 항공기 모터.
도 33 및 34는 축방향 필드 회전 에너지 장치(401)의 다른 실시예를 도시한다. 이러한 예에서, 장치(401)는 여기에 개시된 특징, 요소 또는 구성 요소 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 예시된 버전은 축방향을 갖는 축(405)을 갖는 하우징(예를 들어, 도 18의 하우징(203))을 포함할 수 있다. 고정자 어셈블리(411)는 서로 분리된 패널인 복수의 고정자 패널(445)을 포함할 수 있다. 고정자 패널(445)은 하우징에 기계적으로 고정적으로 결합될 수 있다. 각각의 고정자 패널(445)은 본 명세서에 개시된 바와 같이 전기 전도성인 코일을 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함할 수 있다. 각 고정자 패널(445)의 실시 예는 단일 전기상으로 구성될 수 있다. 장치(401)는 또한 고정자 어셈블리(411)의 대향 축 방향 단부상의 하우징 내에 회전 가능하게 장착된 회전자(442)를 포함할 수 있다. 회전자(442)는 회전자 스페이서(443)와 같은 구성 요소와 함께 기계적으로 결합될 수 있다. 각 회전자(442)의 버전은 자석(437)을 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 회전자(442)는 축방향으로 인접한 고정자 패널(445) 사이에 배치되지 않는다.
고정자 패널(445)은 축방향으로 접하는 관계로 결합될 수 있다. 더욱이, 고정자 패널(445)은 축방향으로 접하는 관계로 서로 직접 기계적으로 결합될 수 있다. 또한, 고정자 패널(445)은 축(405)에 대해 단일 각도로 회전 정렬될 수 있다. 일부 예에서, 고정자 패널(445)은 장치(401)를 위한 단일 전기 회로를 형성하기 위해 함께 전기적으로 결합될 수 있다. 장치(401)의 다른 실시 예에서, 축방향으로 인접한 고정자 패널(445) 사이에 축방향 스페이서가 배치되지 않는다. 본원의 다른 예에 대해 도시되고 설명 된 바와 같이, 고정자 패널(445)의 코일은 축(405)에 대해 방사형 방향으로 연장할 수 있으며, 각 코일은 방사형 방향으로 연장되는 에지를 포함할 수 있으며, 코일 에지는 서로 실질적으로 평행할 수 있다. 즉, 코일은 서로 평행한 내부 및 외부 반대 에지를 가질 수 있다.
장치(401)의 실시예는 복수의 전기 위상을 갖는 고정자 어셈블리(411)를 포함할 수 있다. 고정자 패널(445)은 축(405)에 대해 서로로부터 회전식으로 오프셋될 수 있다. 일부 예에서, 고정자 패널(445)은 장치(401)를 위한 단일 전기 회로를 형성하기 위해 함께 전기적으로 결합되지 않는다. 하나의 특정 버전에서, 고정자 어셈블리(411)는 3개의 고정자 패널(442)로만 구성될 수 있다. 다른 특정 예에서, 회전자(442)는 2 개의 회전자(442)로만 구성될 수 있다. 장치 (401)는 축 방향으로 인접한 고정자 패널 (445) 사이에 배치 된 임의의 유형 (예를 들어, 금속, 종이 등)의 스페이서 (미도시)를 더 포함할 수 있다. 장치(401)의 실시예는 고정자 어셈블리(411)와 회전자(442) 사이에 축방향 스페이서(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 축방향 스페이서의 버전은 고정자 어셈블리(411)와 회전자(442) 사이의 축방향 공극 간격을 설정할 수 있다.
도 35에 도시된 바와 같이, 코일(459)의 실시예는 축(405)을 중심으로 비대칭적으로 배열될 수 있다. 일부 버전에서, 각각의 고정자 패널(455)은 내부 반경(IR), 외부 반경(OR) 및 내부 반경(IR)과 외부 반경(OR) 사이에서 방사형 방향으로 연속적으로 연장되는 슬롯(S)을 포함할 수 있다. 일 예에서, 슬롯 (S)은 회전자(442)를 함께 결합하는 회전자 스페이서(예를 들어, 도 33의 회전자 스페이서(443))의 직경보다 작지 않은 축(405)에 대한 원주 폭(W)을 포함할 수 있다. 슬롯(S)의 실시예는 서로 평행한 측벽(453)에 의해 정의될 수 있고, 원주 폭(W)은 내부 반경(IR)으로부터 외부 반경(OR)까지 일관될 수 있다. 그러한 버전에서, 슬롯(S)은 장치(401)의 동작 동안 빈 상태(void)로 유지되고 방해 받지 않도록(unencumbered) 구성될 수 있어서, 장치(401)의 동작 동안 다른 구성 요소가 슬롯(S) 내에 위치하지 않도록 한다.
대안적으로, 도 36에 도시된 바와 같이, 슬롯(S)의 대안적인 실시예는 평행하지 않은 측벽(463)에 의해 정의될 수 있고, 원주 폭(W)은 내부 반경 (IR)으로부터 외부 반경(OR)으로 테이퍼진다(taper). 일부 실시예에서, 각각의 고정자 패널(465)의 코일(469) 중 적어도 하나는 상기 각각의 고정자 패널 (465)에 각각 기계적으로 및 전기적으로 결합되는 또 다른 PCB를 포함하는 고정자 패널 세그먼트(468)상에 위치될 수 있다. 각각의 고정자 패널(465)의 예시는 축방향 필드 회전 에너지 장치(401)로부터 회전자(442)를 분해하지 않고 슬롯(S)을 통해 고정자 어셈블리(411)(예를 들어, 도 33 및 34 참조)로부터 개별적으로 제거되도록 구성될 수 있다. 또한, 고정자 패널(465) 및 고정자 패널 세그먼트(468) 각각은 예를 들어 동일 평면 배열로 서로 장착될 수 있다.
특정 실시예에서, 장치(401)는 복수의 고정자 패널 및 회전자의 일치하지 않는 수(개수)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 장치는 2개의 고정자 패널과 1 개의 회전자, 3개의 고정자 패널과 2개의 회전자, 5개의 고정자 패널 및 2개의 회전자 등을 가질 수 있다. 일부 버전에서, 회전자는 고정자 어셈블리(411) 내에 삽입되지 않는다(즉, 고정자 패널의 축방향으로 인접한 패널 사이에 축 방향으로 배치됨). 더욱이, 장치(401)는 단일 전기상 또는 하나 이상의 전기상을 포함할 수 있다. 다른 실시예는 인클로저 내에 위치한 둘 이상의 장치(401)(동일 할 수 있음)를 갖는 인클로저를 포함할 수 있다.
도 37은 고정자 패널(475)의 또 다른 실시예의 확대 부분 평면도이다. 고정자 패널(475)의 코일(476)의 예시는 각각의 내경 및 외경 부분(477, 478)에 인접한 더 높은 밀도의 구리를 가질 수 있으며, 내경 부분 및 외경 부분(477, 478)보다 더 멀어질 수 있는 방사형 부분(479)과 비교된다.
도 38은 고정자 패널(485)의 다른 실시 예의 확대 부분 평면도이다. 고정자 패널(485)의 예는 코일(486)의 방사상 트레이스(489) 내에 가변 개수의 슬릿을 가질 수 있다. 예를 들어, 방사형 트레이스는 도시된 바와 같이 동일한 방사형 트레이스(489) 내에 2개, 3개, 4개, 5개 또는 그 이상의 슬릿을 포함할 수 있다.
도 39-46은 축방향 필드 회전 에너지 장치의 또 다른 실시예를 도시한다. 장치의 다른 버전에 대해 여기에 설명된 임의의 요소, 특징 및 구성 요소는 이러한 실시 예에서도 사용될 수 있다. 일부 버전에서, 축방향 필드 회전 에너지 장치(501)는 축방향을 갖는 축(505)을 갖는 하우징(503)(예를 들어, 도 39의 하우징 쉘(503a, 503b))을 포함할 수 있다. 하우징 쉘(503a, 503b)은 함께 결합 될 수 있다. 각각의 하우징 쉘(503a, 503b)은 내부에 형성된 축 선반(504)을 갖는 내부 둘레(internal perimeter)(507)를 포함할 수 있다.
예시는 하우징(503)에 장착 된 고정자 어셈블리(511)를 포함할 수 있다. 고정자 어셈블리(511)는 축방향으로 적층 되고 서로 분리된 패널인 복수의 고정자 패널(545)을 포함할 수 있다. 각각의 고정자 패널(545)은 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 전기 전도성이고 각각의 PCB 내에서 상호 연결된 각각의 복수의 코일을 갖는 각각의 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함할 수 있다. 각각의 PCB는 각각의 복수의 코일 중 어느 하나를 통해 흐르는 전류가 마찬가지로 각각의 복수의 코일 모두를 통해 흐르도록 구성될 수 있다. 일 예시에서, 각각의 고정자 패널(545)은 단일 전기상으로 구성될 수 있다.
각 고정자 패널(545)의 버전은 2개의 동일한 C-형 PCB 세그먼트 절반부 (545a, 545b)를 포함할 수 있다(도 44 및 45). PCB 세그먼트 절반부(545a, 545b)는 (전기 커넥터(554)를 통해; 도 44에 도시된 것과 같이) 함께 결합되어 각각의 고정자 패널(545)을 형성할 수 있다. 전기 커넥터는 각 조립(assembly) 및 분해(disassembly)를 위한 U 자형 와이어 클립일 수 있다. 예시된 예에서, 서로 동일하고 시스템 내에서 상호 교환 가능한 총 6개의 PCB 세그먼트 절반부 (545a, 545b)에 대해 고정자 어셈블리(511)에 3 개의 고정자 패널(545)이 있다. 또한, 이 도면에서 3 개의 고정자 패널(545)은 P1 및 P2에 의해 오프셋 될 수 있으며, 이는 하부 고정자 패널(545)상의 와이어 클립 영역이 노출되어 커넥터 (554)가 조립 및 분해의 용이성을 위해 위에서 삽입될 수 있도록 허용한다.
일부 버전에서, 고정자 패널(545)은 강화된 열 전도율을 위해 축 방향-부팅 관계(axial-abutting relationship)로 패스너(506)를 사용하여 서로에 그리고 적어도 하나의 축방향 선반(504)(도 39)에 기계적으로 결합된다. 고정자 어셈블리(511)는 축 방향 선반(504) 중 적어도 하나에 기계적으로 결합될 수 있다. 또한, 고정자 패널(545)은 내부 둘레(507)에서 하우징 쉘(503a, 503b)의 방사형 방향 내부 표면과 접촉하는 외부 주변 에지를 가질 수 있다. 더욱이, 열 퍼티(thermal putty)는 또한 PCB와 하우징(503) 사이의 열 전달을 향상시키기 위해 접촉 표면에서 사용될 수 있다. 하우징(503)은 장치(501)에 대한 추가 냉각을 제공하기 위해 기판 설계로서 외부 핀(508)을 더 포함할 수 있다.
각각의 고정자 패널(545)은 축 (505)에 대해, 복수의 고정자 패널 (545)이 (a)회전 정렬 단일 전기 위상 장치를 형성하기 위해 축(505)에 대해 단일 각도로, 또는 (b) 원하는 위상 각도(P1, P2)에서 서로로부터 회전 오프셋 (도 44)하여 다중 위상 장치를 형성하도록, 구성되는 복수의 둘레 장착 구멍 (547)(도 44 및 45)을 더 포함할 수 있다.
실시예는 하우징(503) 내에 회전 가능하게 장착된 하나 이상의 회전자(542)(도 39 및 41-43)를 갖는 회전자 어셈블리를 더 포함할 수 있다. 전자(542)는 고정자 어셈블리(511)의 대향 축방향 단부에 위치할 수 있다. 회전자(542)는 함께 기계적으로 결합될 수 있다. 각각의 회전자(542)는 복수의 자석(537)을 포함할 수 있다. 일부 버전(도 41)에서, 자석(537)은 선행 및 후행 에지(539)를 포함할 수 있다. 하나의 자석의 선행 에지(539)는 인접한 자석 (537) 사이에서 축(505)에 대해 일관된 원주 간격을 정의하기 위해 인접한 자석 (537)의 후행 에지에 평행할 수 있다. 자석(537)의 평행한 선행 및 후행 에지 (539)로 구성된 장치(501)는, 예를 들어, 자석(37) 중 인접한 자석(37) 상에 평행하지 않은 선행 및 후행 에지(69)를 갖는 자석(37)(도 9)을 갖는 장치에 비교하여 장치(501)의 자속 용량을 약 3% 증가시킬 수 있다.
자석(537)의 실시예는 도시된 바와 같이 사다리꼴 형상일 수 있다. 각각의 자석(537)의 버전은 축(505)에 대해, 그 외부 방사형 에지(540)에 평행 한 내부 방사형 에지(538)(도 41)를 포함할 수 있다. 자석(537)은 짝수 또는 홀수의 자석(537)을 포함할 수 있다. 축(505)에 대해, 자석(537) 중 원주 방향으로 인접한 자석은 반대의 자극을 포함한다. 대향하는 회전자(542)에서, 자석(537) 중 정반대하는 것은 대향 자극을 포함할 수 있다.
일부 실시예(도 42, 43 및 46)에서, 각각의 회전자(542)는 회전자 허브 (544)의 하나의 축방향 측면에 장착된 자기 백킹(magnetic backing)(546)을 갖는 회전자 허브(544)를 포함할 수 있다. 자석(537)은 회전자 허브(544)의 축방향 반대쪽에 장착될 수 있다. 종합적으로, 도 42는 자석(537)이 자석 방사형 스팬 (magnet radial span)(560)을 정의하기 위해 축(505)에 대해 자석 내부 반경 또는 직경(magnet inner radius or diameter: MID) 및 자석 외부 반경 또는 직경 (magnet outer radius or diameter: MOD)을 정의할 수 있는 방법을 예시한다. 자기 배킹(magnetic backing)(546)은 자석 내부 직경 MID보다 작은 배킹 내경 또는 직경(backing inner radius or diameter:BID)을 포함할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 자기 배킹(magnetic backing)(546)는 배킹 방사형 스팬(backing radial span)(561)을 정의하기 위해 자석 외경 MOD보다 큰 배킹 외부 직경(backing outer diameter: BOD)을 가질 수 있다. 또한, 배킹 외부 직경 (BOD)은 도시된 바와 같이 회전자 허브 (544)의 외부 둘레와 같은 높이(flush with) 일 수 있다.
다른 예에서, 회전자 허브(544)는 자석(537)과 더 큰 자기 배킹(지지체) (546) 사이에 직접(축 방향으로) 위치하는 더 작은 자기 배킹(지지체) (548)뿐만 아니라 더 큰 자기 배킹(지지체)(546)를 가질 수있다. 더 작은 자기 배킹 (548)은 더 작은 배킹 방사형 스팬(562)을 정의할 수 있다. 자기 백킹(546, 548)은 단일 모놀리식 층, 복수의 적층된 층(도시된 바와 같이)일 수 있고, 탄소, 실리콘, 강자성 재료 등을 포함하는 임의의 자성 재료를 포함할 수 있다. 회전자 허브(544)의 버전은 각각의 자석(537)을 위한 사다리꼴 구멍(550)(도 46)을 포함 할 수 있다. 자석(537)은 하나의 버전에서 자기 백킹(546, 548)에 대한 자기 인력에 의해서만 회전자 허브에 고정될 수 있다. 다른 버전에서는 접착제도 사용할 수 있다.
회전자 어셈블리는 회전자(542)를 샤프트(551)에 연결하기위한 다양한 하드웨어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 39, 42 및 45는 회전자 허브(544)를 패스너로 샤프트(551)에 고정할 수있는 4중 분할링 클램프 구조(quad-split-ring clamp structure)(553)를 도시한다. 회전자 허브(544)는 4중 분할링 클램프 구조 (553)의 외부 베벨 버전(outer beveled versions)을 수용하기위한 내부 베벨(inner bevel)을 포함할 수 있다. 샤프트 베어링(shaft bearings)은 샤프트(551) 및 회전자 어셈블리를 하우징에 회전 가능하게 장착할 수 있다.
장치(501)의 또 다른 실시 예는 복수의 코어(580)(도 44-45)를 갖는 고정자 패널(545)을 포함할 수 있다. 각각의 코어(580)는 자성 재료(예를 들어, 탄소강, 철, 페라이트 등) 및 도시된 사다리꼴과 같은 다양한 형상을 포함할 수 있다. 각각의 코어(580)는 고정자 패널(545)의 각각의 코일(549)의 중심(582)에 위치할 수 있다. 코어(580)는 코일(549)로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 코어(580)의 버전은 고정자 패널(545)의 각각의 축방향 표면과 동일한 높이 또는 실질적으로 동일한 높이(flush or substantially flush with)인 하나 또는 두 축방향 표면을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 각각의 코일 (549)의 중심 (582)은 각각의 코일 (549)의 가장 안쪽 트레이스 (552) 내부에 위치한 볼륨 (예를 들어, 오목한 볼륨(a recessed volume))을 포함할 수 있다.
하나의 버전에서, 코어(580)가 PCB의 제조 동안 포함 될 수 있도록, 고정자 패널(545)의 PCB를 제조하는 동안 볼륨이 형성될 수 있다. 다른 버전에서, PCB가 제조된 후에 볼륨이 PCB로부터 제거될 수 있어서, 코어(580)가 PCB 제조 후에 PCB에 추가된다. 자기 코어(580)는 장치(501)의 자속 용량을 증가시킬 수 있으며, 이는 장치(501)의 고효율을 유지하면서 약한 자석의 사용을 허용할 수 있으며, 및/또는 장치(501)의 직경은 성능 저하 없이 더 작을 수 있다.
다른 버전은 다음 실시예 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
1. 축방향 필드 회전 에너지 장치에 있어서,
회전축 및 자석을 포함하는 회전자;
상기 회전자와 동축인 고정자, 상기 고정자는 축방향으로 이격된 복수의 PCB 층을 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함하고, 각 PCB 층은 전기 연결용 단자가 두개 뿐인 코일로 구성되고, 각 코일은 연속적이고 단 두 단자 사이에서 중단되지 않고, 각 코일은 단일 전기 위상으로 구성되어 있고, 및 각각의 코일의 두 단자 중 하나는 코일쌍을 정의하기 위해 비아를 통해 다른 코일에 전기적으로 결합되고; 및
각각의 코일 쌍은 다른 비아와 함께 다른 코일 쌍에 전기적으로 결합한다.
2. 각 PCB 층은 복수의 코일을 포함하고, 각 코일 쌍의 코일은 동일 평면이고 동일한 PCB 층에 위치하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
3. 각 코일 쌍에 있는 상기 코일은 상이한 PCB 층에 위치하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
4. 코일의 적어도 2개는 전기적으로 직렬로 연결되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
5. 코일의 적어도 2개는 전기적으로 병렬로 연결되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
6. 코일의 적어도 2개는 전기적으로 병렬로 연결되고, 코일의 다른 적어도 2개는 전기적으로 직렬로 연결되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
7. 적어도 2개의 코일 쌍이 전기적으로 병렬로 연결되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
8. 적어도 2개의 코일 쌍이 전기적으로 직렬로 연결되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
9. 적어도 2개의 코일 쌍이 전기적으로 병렬로 연결되고, 적어도 2개의 코일 쌍이 전기적으로 직렬로 연결되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
10. 각각의 PCB 층은 PCB 층 표면적을 포함하고, 각 PCB 층상의 코일은 PCB 층 표면적의 적어도 약 75% 내지 약 99% 범위에 있는 코일 표면적을 갖는 복수의 코일을 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
11. 각각의 PCB 층은 동일 평면이고 축을 중심으로 대칭적으로 이격된 복수의 코일을 포함하고, 축에 대해 인접한 PCB 층의 코일은 축 방향으로 코일의 대칭 스택을 정의하기 위해 축에 대해 서로 원주 방향으로 정렬되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
12. 상기 고정자는 적어도 단일 전기 위상을 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
13. 상기 고정자는 적어도 2개의 전기 위상을 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
14. 각 PCB 층은 각 전기 위상용 복수의 코일을 포함하고, 각 전기 위상용 코일은 전기 위상 사이의 원하는 위상 각도를 정의하기 위해 각 P{CB 층 내에 축에 대해 서로 각 오프셋인, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
15. 상기 고정자는 단일 단일(single unitary) 패널을 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
16. 각 코일은 오로지 하나의 비아를 갖는 다른 코일에 결합되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
17. 각 코일 쌍은 오로지 하나의 비아를 갖는 다른 코일 쌍에 결합되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
18. 상기 비아는 복수의 비아를 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
19. 상기 다른 비아는 복수의 비아를 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
20. 상기 축방향 필드 회전 에너지 장치는 발전기인, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
21. 상기 축방향 필드 회전 에너지 장치는 모터인, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
22. 상기 축방향 필드 회전 에너지 장치는 두개 이상의 전기 위상 및 두개 이상의 외부 단자를 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
23. 상기 코일은 서로 동일한, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
24. 상기 적어도 2개의 코일은 서로 동일하지 않고, 서로 적어도 크기 또는 모형이 상이한, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
25. 축방향 필드 회전 에너지 장치에 있어서,
회전 축 및 자석을 포함하는 회전자; 및
상기 회전자에 동축인 고정자 - 여기서 상기 고정자는 축방향으로 이격된 복수의 PCB 층을 포함하는 PCB를 포함하고, 각 PCB 층은 코일을 포함하고, 상기 복수의 PCB 층은:
복수의 코일 층 쌍을 포함하고, 각 코일 층 쌍의 코일은 서로 다른 PCB 층에 있고, 코일 층 쌍 중 적어도 두 개는 병렬로 함께 연결되고, 코일 층 쌍 중 적어도 다른 두 개는 직렬로 함께 연결된다.
26. 상기 고정자는 적어도 2개의 전기 위상을 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
27. 각 PCB 층은 각 전기 위상에 대한 복수의 코일을 포함하고, 각 전기 위상에 대한 코일은 전기 위상 사이의 원하는 위상 각도 이동을 정의하기 위해 각 PCB 층 내의 축에 대해 서로 각도 오프셋되어 있는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
28. 각 코일은 단일 전기 위상을 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
29. 축방향 필드 회전 에너지 장치에 있어서,
회전 축 및 자석을 포함하는 회전자;
상기 회전자에 동축인 고정자- 여기서, 상기 고정자는 축 방향으로 서로 이격된 제 1 PCB 층과 제 2 PCB 층을 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함하고, 각 PCB 층은 연속적인 코일을 포함하고 각 코일에는 전기 연결을 위한 두 개의 단자 만 가지고; 및
상기 하나의 비아는 각 코일의 하나의 단자를 통해 코일을 전기적으로 결합한다.
30. 축방향 필드 회전 에너지 장치에 있어서,
회전 축 및 자석을 포함하는 회전자;
회전자와 동축인 고정자, 상기 고정자는 2개 이상의 전기 위상을 갖는 단일 단일(single unitary) 패널로 구성된 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함하고, 상기 PCB는 축방향으로 이격된 복수의 PCB 층을 포함하며, 각 PCB 층은 복수의 코일로 구성되며, 각 코일에는 전기 연결 용 단자가 두 개 뿐이고, 각 코일은 연속적이고 단 두 단자 사이에서 중단되지 않고(uninterrupted), 각 코일은 단일 전기 위상으로 구성되어 있고, 각 코일의 두 단자 중 하나는 코일 쌍을 정의하기 위해 하나의 비아만으로 다른 코일에 전기적으로 연결되고, 각 코일 쌍은 다른 하나의 비아를 사용하여 다른 코일 쌍에 전기적으로 연결되고;
각 PCB 층의 코일은 동일 평면에 있고 축에 대해 대칭적으로 이격되어 있고, 인접한 PCB층의 코일은 축방향으로 코일의 대칭 스택을 정의하기 위해 서로 원주 방향으로 정렬되고;
각 PCB 층은 각 전기 위상에 대한 복수의 코일을 포함하고, 각 전기 위상에 대한 코일은 전기 위상 사이에서 원하는 위상 각도 이동을 정의하기 위해 각 PCB 층안의 축에 대해 서로 각도 오프셋 되어 있다.
1. 축방향 필드 회전 에너지 장치에 있어서,
회전 축 및 자석을 포함하는 회전자; 및
상기 회전자에 동축인 고정자, 상기 고정자는 상기 축에 대해 같이 결합되는 복수의 고정자 세그먼트를 포함하고, 각 고정자 세그먼트는 코일을 포함하는 PCB 층을 가지는 인쇄 회로 기판(PCB)르 포함하고, 상기 각 고정자 세그먼트는 오로지 하나의 전기 위상을 포함한다.
2. 상기 고정자는 오로지 하나의 전기 위상을 구성하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
3. 상기 고정자는 복수의 전기 위상을 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
4. 상기 코일은 서로 동일한, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
5. 각각의 PCB 층은 동일 평면에 있고 축에 대해 서로 각도로 이격된 복수의 코일을 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
6. 각각의 고정자 세그먼트는 복수의 PCB 층을 포함하고, 각각은 상기 단 하나의 전기 상을 제공하도록 구성되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
7. 각 고정자 세그먼트상의 각 PCB 층은 동일 평면이고 상기 단 하나의 전기적 위상을 제공하도록 구성된 복수의 코일을 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
8. 각 코일은 PCB의 약(about) 내부 직경에서 PCB의 약 외부 직경까지 연장되는 방사형 트레이스를 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
9. 각 코일은 최외곽 트레이스 부분에서 동심의 최내측 트레이스 부분까지 연속적인 트레이스를 포함하고, 코일은 선형 측면(linear sides)과 턴(turns)을 갖는 방사형 소자를 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
10. 각 코일은 최외곽 트레이스에서 동심원 최내측 트레이스까지 연속적인 선형 트레이스만을 포함하고, PCB 층의 트레이스가 선형이 아니고, 상기 각 코일은 유일한 선형 트레이스를 결합하기 위한 코너를 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
11. 각 PCB 층은 PCB 층 표면적을 포함하고, 각 PCB 층상의 코일은 PCB 층 표면적의 적어도 약 75% 내지 약 99%의 범위에 있는 코일 표면적을 갖는 복수의 코일을 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
12. 각각의 PCB 층은 동일 평면에 있고 축에 대해 대칭적으로 이격된 복수의 코일을 포함하고, 인접한 PCB 층의 코일은 축방향으로 코일의 대칭 스택(stack)을 정의하기 위해 축에 대해 서로 원주 방향으로 정렬되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
13. 축방향 필드 회전 에너지 장치에 있어서,
회전 축 및 자석을 포함하는 회전자;
상기 회전자에 동축인 고정자,- 여기서 상기 고정자는
고정자는 축을 중심으로 함께 결합된 복수의 고정자 세그먼트를 포함하고, 각각의 고정자 세그먼트는 각각 코일을 포함하는 복수의 PCB층을 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함하고, PCB층은 축 방향으로 서로 이격되어 있고,각 PCB에는 짝수의 PCB 층이 있고, PCB 층은 층 쌍으로 구성되고, 각 층 쌍은 비아와 함께 전기적으로 연결된 두 개의 PCB 층으로 정의되고, 각 층 쌍은 다른 비아와 다른 층 쌍에 결합된다.
14. 상기 적어도 하나의 PCB 층은 다른 PCB 층과 직렬로 전기적으로 결합되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
15. 상기 적어도 하나의 PCB 층은 다른 PCB 층과 병렬로 전기적으로 결합되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
16. 상기 적어도 하나의 층 쌍은 다른 층 쌍과 직렬로 전기적으로 결합되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
17. 상기 적어도 하나의 층 쌍은 다른 층 쌍과 병렬로 전기적으로 결합되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
18. 상기 적어도 하나의 층 쌍은 서로 축방향으로 이격되고 축방향으로 인접하는 2개의 PCB 층을 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
19. 층 쌍 중 적어도 하나는 서로 축 방향으로 인접하지 않은 2개의 PCB 층을 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
20. 층 쌍 중 적어도 하나는 상기 층 쌍 중 적어도 하나가 전기적으로 결합되는 층 쌍에 축 방향으로 인접하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
21. 적어도 하나의 층 쌍은 상기 적어도 하나의 층 쌍이 전기적으로 결합되는 층 쌍에 축 방향으로 인접하지 않는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
22. 상기 코일은 서로 동일한, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
23. 상기 적어도 2개의 코일은 서로 동일하지 않고, 적어도 크기, 모형 또는 구조가 상이한, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
24. 상기 축방향 필드 회전 에너지 장치는,
회전 축 및 자석을 포함하는 회전자; 및
상기 회전축에 동축인 고정자- 여기서 상기 고정자는 복수의 고정자 세그먼트 및 복수의 전기 위상을 포함하고, 각 고정자 세그먼트는 코일이 있는 적어도 하나의 PCB 층을 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함하고, 각 고정자 세그먼트는 단 하나의 전기 위상을 포함한다.
25. 상기 축방향 필드 회전 에너지 장치는,
회전 축 및 자석을 포함하는 회전자; 및
회전자와 동축인 고정자, 여기서 고정자는 축을 중심으로 함께 결합된 복수의 고정자 세그먼트를 포함하며, 각각의 고정자 세그먼트는 각각 코일을 포함하는 복수의 PCB 층을 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함하고, PCB층은 축 방향으로 서로 이격되어 있고, 각 PCB에는 짝수의 PCB 층이 있고, PCB층은 층 쌍으로 구성되고, 각 층 쌍은 전기적으로 함께 연결된 두 개의 PCB 층으로 정의되고; 및
각 PCB 층 내 상기 코일은 동일 평면 상에 있고, 각도 및 대칭적으로 상기 축에 대하여 서로 이격되고, 인접한 PCB 층 내 상기 코일은 축방향 내 코일의 대칭적인 스택을 정의하기 위해 서로 원주를 따라 정렬된다.
26. 상기 고정자는 오로지 하나의 전기 위상을 포함하고, 상기 코일은 서로 동일한, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
27. 상기 고정자는 복수의 전기 위상을 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
28. 각 PCB 층은 오로지 하나의 전기 위상을 제공하도록 구성된, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
29. 각 고정자 세그먼트 상의 각 PCB 층 상의 코일은 오로지 하나의 전기 위상을 제공하도록 구성된, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
*30. 축방향 필드 회전 에너지 장치는 단일 전기 위상을 구성하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
1. 축방향 필드 회전 에너지 장치용 모듈에 있어서,
하우징을 제 2 모듈의 제 2 하우징에 기계적으로 결합하도록 구성된 결합 구조 및 하우징을 제 2 하우징에 전기적으로 결합하도록 구성된 전기 소자를 갖는 하우징;
하우징에 회전 가능하게 장착되고, 축과 자석을 포함하는 회전자;와
회전자와 동축으로 하우징에 장착된 고정자, 여기서 고정자는 코일을 포함하는 PCB 층을 갖는 인쇄 회로 기판 (PCB)을 포함한다.
2. 상기 회전자 및 고정자는 상기 하우징에 의해 둘러쌓이고 내부에 위치하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
3. 회전자는 복수의 회전자를 포함하고, 자석은 복수의 자석을 포함하고, 고정자는 복수의 고정자를 포함하고, 각각의 고정자는 복수의 PCB 층을 포함하고, 각 PCB 층은 복수의 코일을 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
4. 모듈은 프레임에 직접 연결되도록 구성되고 모듈은 제 2 모듈에 간접적으로 연결되도록 구성되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
5. 상기 하우징은 상기 축에 대해 원하는 각도 방향으로 고정자를 배향시키는 측벽을 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
6. 상기 고정자는 복수의 고정자를 포함하고, 상기 측벽은 상기 축에 대해 원하는 각도 배향에서 복수의 고정자를 각도 오프셋하는 복수의 측벽 세그먼트를 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
7. 각각의 측벽 세그먼트는 내부에 형성된 슬롯을 갖는 방사형 내부 표면을 포함하고, 슬롯은 축에 대해 고정자의 원하는 각도 방향을 수용하고 유지하고, 슬롯은 집합적으로 고정자와 회전자 사이의 공극 간격에서 고정자의 외부 에지를 유지하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
8. 상기 고정자는 공냉식 이며 수냉식이 아닌, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
9. 상기 PCB 층은 복수의 PCB 층을 포함하고, 각각은 복수의 코일을 가지고, 각 코일은 오로지 두개의 단자를 갖고, 각 코일은 단지 두개의 단자 사이에서 연속적이고 중단되지 않으며, 및 각 코일은 전기적으로 다른 코일과 비아를 통해 결합되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
10. 두개의 코일은 코일 쌍을 정의하기 위하여 함께 결합하고, 각 코일 쌍은 다른 비아를 통해 다른 코일 쌍과 결합하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
11. 각 코일 쌍은 다른 PCB 층상에 위치하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
12. 각 코일은 오로지 하나의 비아로 다른 코일과 결합하고, 각 코일 쌍은 오로지 하나의 다른 비아로 다른 코일 쌍과 결합하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
13. 상기 고정자는 복수의 고정자 세그먼트를 포함하고, 각각은 PCB를 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
14. 상기 고정자는 오로지 하나의 전기 위상을 구성하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
15. 상기 고정자는 복수의 전기 위상을 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
16. 축방향 필드 회전 에너지 장치용 모듈에 있어서,
하우징을 제 2 모듈의 제 2 하우징에 기계적으로 결합하도록 구성된 결합 구조, 및 하우징을 제 2 하우징에 전기적으로 결합하도록 구성된 전기 요소를 포함하는 하우징;
상기 하우징에 회전가능하게 설치된 복수의 회전자, 및 상기 회전자는 축과 자석을 포함하고; 및
상기 복수의 고정자는 상기 회전자와 동축으로 상기 하우징에 설치되고, 각 고정자는 코일을 포함하는 PCB 층을 갖는 인쇄 회로 기판 PCB를 포함하고, 상기 고정자는 상기 하우징 내에 함께 전기적으로 결합된다.
17. 축방향 필드 회전 에너지 장치용 모듈에 있어서,
하우징을 제 2 모듈의 제 2 하우징에 기계적으로 결합하도록 구성된 결합 구조, 및 하우징을 제 2 하우징에 전기적으로 결합하도록 구성된 전기 소자를 갖는 하우징;
축에 대하여 상기 하우징에 회전가능하게 설치된 회전자, 및 각 회전자는 자석을 포함하고;
회전자와 동축으로 하우징에 장착된 고정자, 각각의 고정자는 PCB 층을 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함하고, 각 PCB 층은 코일을 포함하고; 및
하우징은 축에 대해 원하는 각도 방향으로 고정자를 배향시키는 복수의 측벽 세그먼트를 포함하고, 원하는 위상 각도에서 고정자를 각도로 오프셋하고, 측벽 세그먼트는 내부에 슬롯이 형성된 방사형 내부 표면을 포함하고, 슬롯은 고정자 각각의 원하는 각도 방향 및 축 간격을 유지하고, 슬롯은 집합적으로 고정자와 회전자 사이의 원하는 공극 간격에서 고정자의 외부 가장자리를 유지한다.
18. 회전자와 고정자는 내부에 위치하고 하우징으로 둘러싸여 있고, 추가로:
프레임, 모듈은 프레임에 직접 결합되도록 구성되고 모듈은 제 2 모듈에 간접적으로 결합되도록 구성되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
19. 각 코일에는 두 개의 단자만 있고 각 코일은 두 단자 사이에서 연속적이고 중단되지 않으며 각 코일은 비아를 통해 다른 코일에 전기적으로 연결되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
20. 각 코일은 하나의 비아로 다른 코일에 연결되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
21. 두 개의 코일이 함께 결합되어 코일 쌍을 정의하고, 각 코일 쌍은 다른 비아와 함께 다른 코일 쌍에 전기적으로 결합되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
22. 상기 모듈은 상이한 PCB 층에 위치하는 각각의 코일 쌍의 코일; 또는
오로지 하나의 비아로 다른 코일 쌍과 결합하는 각 코일 쌍; 중 적어도 하나을 포함하는, 이들 실시예 중 적어도 하나의 모듈.
23. 각각의 고정자는 복수의 고정자 세그먼트를 포함하고, 각각의 고정자 세그먼트는 PCB를 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
24. 각 고정자는 오로지 하나의 전기 위상을 구성하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
25. 각 고정자는 복수의 전기 위상을 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
26. 축방향 필드 회전 에너지 장치용 모듈에 있어서,
축을 갖는 하우징;
상기 축에 대해 상기 하우징에 회전가능하게 설치되는 회전자, 및 각 회전자는 자석을 포함하고;
고정자는 상기 회전자에 동축으로 상기 하우징에 설치되고, 각 고정자는 코일을 포함하는 PCB 층을 갖는 인쇄 회로 기판 PCB를 포함하고, 각 고정자는 단일 전기 위상으로 구성되고,
선택된 고정자들은 모듈이 하나 이상의 전기적 위상을 포함하도록 원하는 위상 각도에서 축에 대해 서로 각도 오프셋 되어있다.
27. 상기 하우징은 복수의 측벽 세그먼트를 갖는 측벽을 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
28. 각각의 측벽 세그먼트는 그 내부 표면에 슬롯을 포함하고, 측벽 세그먼트는 축에 대해 원하는 각도 방향으로 고정자를 맞물리고 방향을 정하고, 각 고정자는 원하는 위상 각도에서 다른 고정자에 대해 각도 오프셋 되고, 고정자는 측벽 세그먼트의 슬롯에 안착되고 슬롯은 집합적으로 고정자와 회전자 사이의 원하는 공극 간격에서 고정자의 외부 가장자리를 유지하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
29. 상기 각 고정자는 오로지 하나의 PCB를 구성하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
30. 상기 고정자는 각 고정자를 형성하도록 서로 결합된 두개 이상의 PCB를 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 모듈.
1. 시스템에 있어서,
축방향 필드 회전 에너지 장치를 포함하는 복수의 모듈, 모듈은 원하는 전력 입력 또는 출력을 위해 함께 연결되며, 각 모듈은 다음을 포함한다:
축을 갖는 하우징; 여기서 상기 하우징은 적어도 하나의 다른 모듈에 기계적으로 결합되고, 하우징은 상기 적어도 하나의 다른 모듈에 전기적으로 결합되고;
하우징에 회전 가능하게 장착되고 각 회전자는 자석을 포함하는 회전자; 및
각각이 코일을 포함하는 PCB 층을 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함하는 고정자.
2. 상기 모듈은 서로 동일한, 이들 실시예 중 어느 하나의 시스템.
3. 모듈 중 적어도 두 개는 전력 출력, 회전자 수, 자석 수, 고정자 수, PCB 수, PCB 층 수, 코일 수 또는 축에 대한 각도 방향 중 적어도 하나가 상이한, 이들 실시예 중 어느 하나의 시스템.
4. 상기 모듈은 서로 직접 결합된, 이들 실시예 중 어느 하나의 시스템.
5. 상기 모듈은 서로 비직접적으로(indirectly) 결합된, 이들 실시예 중 어느 하나의 시스템.
6. 각 모듈은 상기 모듈을 기계적으로 고정하는 래치(latch)를 포함하고, 상기 래치는 축에 대해 대칭적으로 배열되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 시스템.
7. 모듈 중 하나는 다른 모듈에 축방향으로 연결된 제 1 모듈을 포함하고, 제 1 모듈은 상기 다른 모듈과 구조적으로 다른, 이들 실시예 중 어느 하나의 시스템.
8. 상기 모듈은 동축이며, 상기 모듈을 기계적을 결합시키는 키 샤프트(keyed shafts)에 장착되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 시스템.
9. 이들 실시예 중 어느 하나의 시스템은 인클로저(enclosure)를 더 포함하고, 상기 모듈은 상기 인클로저 내에 함께 장착되고 결합된다.
10. 인클로저는 각각 적어도 하나의 다른 인클로저에 기계적으로 결합되고 상기 적어도 하나의 다른 인클로저에 전기적으로 결합된 복수의 인클로저를 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 시스템.
11. 각 고정자는 단일 전기 위상으로 구성되고, 고정자 중 선택된 고정자는 축에 대해 원하는 전기 위상 각도에서 서로 오프셋되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 시스템.
12. 각 고정자는 복수의 전기 위상을 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 시스템.
13. 각 모듈은 단일 전기 위상을 포함하고, 각 모듈은 축에 대하여 원하는 전기 위상 각도에서 서로 각도 오프셋되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 시스템.
14. 각 모듈은 복수의 전기 위상을 포함하고, 각 모듈은 축에 대하여 원하는 전기 위상 각도에서 서로 각도 오프셋되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 시스템.
15. 상기 모듈은 축에 대해 서로 각도를 가지고 정렬되고, 모듈의 모든 위상 각도도 각도로 정렬되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 시스템.
16. 어셈블리에 있어서,
축방향 필드 회전 에너지 장치를 포함하는 모듈- 상기 모듈은 원하는 전력 입력 또는 출력을 위해 서로 기계적으로 전기적으로 연결되며, 각 모듈은 단일 전기 위상으로 구성되고;
내부에 모듈이 장착되고 결합되는 인클로저;- 각 모듈은:
축을 갖고 적어도 하나의 다른 모듈에 기계적으로 결합되고 상기 적어도 하나의 다른 모듈에 전기적으로 결합되는 하우징;
하우징에 회전 가능하게 장착된 회전자, 여기서 회전자는 자석을 포함하고; 및
고정자, 각각의 고정자는 PCB 층을 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함하고, 각 PCB 층은 코일을 포함하는, 어셈블리.
17. 상기 모듈은 서로 동일한, 이들 실시예 중 어느 하나의 어셈블리.
18. 모듈 중 적어도 두 개는 전력 출력, 회전자 수, 자석 수, 고정자 수, PCB 수, PCB 층 수, 코일 수 또는 축에 대한 각도 방향 중 적어도 하나가 상이한, 이들 실시예 중 어느 하나의 어셈블리.
19. 상기 모듈은 서로 직접 결합된, 이들 실시예 중 어느 하나의 어셈블리.
20. 상기 모듈은 서로 비직접적으로(indirectly) 결합된, 이들 실시예 중 어느 하나의 어셈블리.
21. 각 모듈은 상기 모듈을 기계적으로 고정하는 래치(latch)를 포함하고, 상기 래치는 축에 대해 대칭적으로 배열되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 시스템.
22. 모듈 중 하나는 다른 모듈에 축방향으로 연결된 제 1 모듈을 포함하고, 제 1 모듈은 상기 다른 모듈과 구조적으로 다른, 이들 실시예 중 어느 하나의 어셈블리.
23. 상기 모듈은 동축이며, 상기 모듈을 기계적을 결합시키는 키 샤프트(keyed shafts)에 장착되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 어셈블리.
24. 상기 인클로저는 복수의 인클로저를 포함하고, 각각은 인클로저를 적어도 하나의 다른 인클로저에 기계적으로 결합하는 결합 구조, 및 인클로저를 상기 적어도 하나의 다른 인클로저에 전기적으로 결합하는 전기 요소를 갖는, 이들 실시예 중 어느 하나의 어셈블리.
25. 상기 모듈은 축에 대하여 원하는 전기 위상 각도에서 서로 각도 오프셋되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 어셈블리.
26. 어셈블리에 있어서,
축방향 필드 회전 에너지 장치를 포함하는 복수의 모듈; -모듈은 원하는 전력 입력 또는 출력을 위해 동일하고 상호 교환 가능하게 연결될 수 있으며, 어셈블리는 단일 전기 위상으로 구성된 발전기 또는 모터;
내부에 모듈이 장착되고 결합되는 인클로저; 각 모듈은:
축, 하우징을 적어도 하나의 다른 모듈에 기계적으로 결합하는 결합 구조, 및 하우징을 적어도 하나의 다른 모듈에 전기적으로 결합하는 전기 요소를 갖는 하우징;
하우징에 회전 가능하게 장착된 복수의 회전자,-상기 회전자는 자석을 포함하고,
복수의 PCB 층을 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)을 각각 포함하고, 각각의 PCB 층은 복수의 코일을 포함하는 복수의 고정자;를 포함한다.
27. 상기 인클로저는 복수의 인클로저를 포함하고 , 각각은 인클로저를 적어도 하나의 다른 인클로저에 기계적으로 결합하는 결합 구조, 및 인클로저를 상기 적어도 하나의 다른 인클로저에 전기적으로 결합하는 전기 요소를 갖는, 이들 실시예 중 어느 하나의 어셈블리.
28. 상기 모듈은 축에 대하여 원하는 전기 위상 각도에서 서로 각도 오프셋되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 어셈블리.
29. 축방향 필드 회전 에너지 장치를 유지하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
(a) 복수의 모듈을 갖는 인클로저를 제공하고, 각 모듈은 하우징, 하우징에 회전 가능하게 장착된 회전자를 포함하고, 회전자는 축과 자석을 포함하고, 고정자는 회전자와 동축으로 하우징에 장착되고, 고정자는 인쇄 회로 기판 (PCB)을 포함하고;
(b) 모듈을 기계적으로 및 전기적으로 결합하는 단계;
(c) 축방향 필드 회전 에너지 장치를 작동시키는 단계;
(d) 제 1 모듈의 문제를 감지하고 축 방향 필드 회전 에너지 장치의 작동을 중지하는 단계;
(e) 인클로저를 열고 인클로저 및 제 1 모듈이 부착된 다른 모듈로부터 제 1 모듈을 분해하는 단계;
(f) 제 1 모듈 대신 인클로저에 제 2 모듈을 설치하고 제 1 모듈이 부착 된 임의의 다른 모듈에 제 2 모듈을 부착하는 단계; 그리고
(g) 축 방향 필드 회전 에너지 장치를 재 작동시키는 단계;를 포함한다.
30. 이 방법은,
제 1 모듈의 제 1 고정자에 대한 문제를 감지하고 축방향 필드 회전 에너지 장치의 작동을 중지하는 단계;
상기 제 1 모듈을 개방하고 상기 제 1 모듈로부터 제 1 고정자를 분해하는 단계;
상기 제 1 고정자를 대신하여 제 1 모듈에 제 2 고정자를 설치하는 단계;
이후, 축방향 필드 회전 에너지 장치의 재작동하는 단계;를 더 포함한다.
1. 축방향 필드 회전 에너지 장치에 있어서,
하우징;
하우징 내부에 장착되고 회전축과 자석을 갖는 회전자;
회전자와 동축으로 하우징 내부에 장착된 고정자로서, 코일이 있는 PCB 층을 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함하는 고정자;와
하우징 내에 통합된 센서;를 포함하고, 센서는 축방향 필드 회전 에너지 장치의 작동에 관한 데이터를 모니터링, 검출 또는 생성하도록 구성된다.
2. 상기 작동 데이터는 전력, 온도, 회전 속도, 회전자 위치 또는 진동 데이터 중 적어도 하나을 포함하는, 이들 실시예 중 적어도 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
3. 센서가 홀 효과 센서, 인코더, 광학 센서, 열전대, 가속도계, 자이로 스코프 또는 진동 센서 중 적어도 하나를 포함하는, 이들 실시 예 중 어느 하나의 축 방향 필드 회전 에너지 장치.
4. 상기 축방향 필드 회전 에너지 장치는 모터이고;
센서는 상기 모터에서 회전자의 위치에 관한 정보를 제공하도록 구성되고;
상기 센서는 상기 하우징에 장착되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
5. 센서가 무선 통신 회로를 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축 방향 필드 회전 에너지 장치.
6. 상기 센서는 축 방향 필드 회전 에너지 장치의 작동 데이터를 외부 장치로 전송하도록 구성된 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
7. 상기 센서는 PCB에 통합된, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
8. 여기서 센서는 코일에 직접 내장되고 코일에 의해 직접 전기적으로 전력이 공급되도록 구성되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
9. 센서가 PCB상에 또는 내부에 배치된 별도의 전기적 연결을 통해 코일에 연결되고 전력이 공급되도록 구성되는, 이들 실시 예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
10. 센서에 결합된 PCB와 통합된 2차 코일을 더 포함하는, 이들 실시 예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
11. 상기 2차 코일은 작동 중에 발생하는 자속을 활용하여 센서에 전원을 공급하도록 구성된, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
12. 축방향 필드 회전 에너지 장치에 있어서,
하우징;
상기 하우징 내부에 설치된 회전자; 여기서 회전자는 회전 축 및 자석을 포함하고,
상기 회전자에 동축인 상기 하우징 내측에 설치된 고정자; 여기서 상기 고정자는 코일을 갖는 PCB 층을 가지는 인쇄회로기판(PCB)을 포함하고,
하우징 내부에 장착 된 제어 회로;를 포함하고, 상기 제어 회로는 코일에 결합되고 코일을 통해 흐르는 전류를 수신하도록 결합 된 입력 또는 코일을 통해 흐르는 전류를 제공하도록 결합 된 출력 중 적어도 하나를 포함한다.
13. 제어 회로는 PCB 상에 통합되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
14. 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치에 있어서,
축방향 필드 회전 에너지 장치는 발전기이고; 및
제어 회로는 코일을 통해 흐르는 전류를 수신하도록 결합된 입력을 포함하고, 외부 전원을 생성하도록 결합 된 출력을 더 포함한다.
15. 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치에 있어서,
축방향 필드 회전 에너지 장치는 모터이고; 및
제어 회로는 외부 전원을 수신하도록 결합 된 입력을 포함하고, 코일을 통해 흐르는 전류를 제공하도록 결합 된 출력을 더 포함한다.
16. 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치에 있어서, 상기 하우징 내부에 통합된 센서를 더 포함하고,
상기 센서는 상기 모터 내 상기 회전자의 위치에 대한 정보를 제공하도록 구성되고; 및
상기 센서는 상기 하우징에 설치된다.
17. 축방향 필드 회전 에너지 장치에 있어서,
하우징;
회전 축 및 자석을 포함하고 상기 하우징 내부에 설치되는 회전자;
코일을 갖는 PCB 층을 가지는 인쇄회로기판(PCB)를 포함하고, 상기 회전자에 동축으로 하우징 내부에 설치되는 고정자;
PCB에 집적되는 센서; 및
상기 센서에 결합되고 상기 PCB 내 또는 위에 배치되는 2차 코일;을 포함한다.
18. 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치에 있어서, 상기 센서는 PCB 상에 또는 내부에 배치 된 별도의 전기 연결을 통해 전력을 공급 받고 코일에 연결되도록 구성되고;
센서는 축 방향 필드 회전 에너지 장치의 작동 데이터를 2 차 코일을 사용하여 외부 장치로 전송하도록 구성된다.
19. 축방향 필드 회전 에너지 장치에 있어서, 2차 코일은 작동 중에 발생된 자속을 이용하여 센서에 전력을 제공하도록 구성되며, 센서는 그렇지 않으면 코일에 연결되지 않는다.
20. 축방향 필드 회전 에너지 장치에 있어서,
센서는 홀 효과 센서, 인코더, 광학 센서, 열전대, 가속도계, 자이로 스코프 또는 진동 센서 중 적어도 하나를 포함하고; 및
센서는 무선 통신 회로를 포함한다.
1. 축방향 필드 회전 에너지 장치에 있어서,
회전 축 및 복수의 자석을 포함하는 회전자; 여기서 각 자석은 축에 대해 방사형 방향으로 연장되고, 상기 각 자석은 자석 방사형 에지를 포함하고,
상기 회전자에 동축인 고정자; 상기 고정자는 코일 방사형 에지를 포함하는 각 코일, 및 각각의 복수의 코일을 갖는 복수의 PCB 층을 포함하고,
자석 및 코일의 방사형 에지 부분이 축에 대해 회전 정렬될 때, 자석 방사형 에지 및 코일 방사형 에지는 평행하지 않고 서로에 대해 각지게 기울어진다(angularly skewed).
2. 각 비뚤어짐(angular skew)가 약 0.1도 이상인, 이들 실시 예 중 어느 하나의 축 방향 필드 회전 에너지 장치.
3. 각 비뚤어짐(angular skew)가 약 1도 이상인, 이들 실시 예 중 어느 하나의 축 방향 필드 회전 에너지 장치.
4. 각 비뚤어짐(angular skew)가 약 25도보다 크지 않은, 이들 실시 예 중 어느 하나의 축 방향 필드 회전 에너지 장치.
5. 이들 실시예 중 어느 하나에 있어서, 자석 방사형 에지 및 코일 방사형 에지는 각각 자석 및 코일의 선행 방사형 에지 또는 후행 방사형 에지인 축방향 필드 회전 에너지 장치.
6. 이들 실시 예 중 어느 하나의 축 방향 필드 회전 에너지 장치는,
여기서, 자석 방사형 에지 및 코일 방사형 에지 각각은 선형이고, 자석 및 코일의 방사형 에지 부분이 축에 대해 회전 정렬될 때 자석 방사형 에지 및 코일 방사형 에지의 어떤 부분도 평행하지 않다.
7. 자석 및 코일의 방사형 에지 부분이 회전 정렬될 때, 자석 방사형 에지 및 코일 방사형 에지의 적어도 일부는 서로 평행한, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
8. 상기 자석 방사형 에지 및 코일 방사형 에지는 전체적으로 선형이지는 않은, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
9. 축방향 필드 회전 에너지 장치에 있어서,
회전축과 자석을 포함하고, 각 자석은 자석 방사형 에지를 갖는 회 전자; 및
회전자와 동축인 고정자;를 포함하고, 고정자는 축을 중심으로 함께 결합 된 복수의 고정자 세그먼트를 포함하고, 각 고정자 세그먼트는 코일을 포함하는 PCB 층을 갖는 인쇄 회로 기판 (PCB)을 포함하고, 각 코일은 코일 방사형 에지를 가지고;
자석 및 코일의 방사형 에지 부분이 축에 대해 회전 정렬될 때, 자석 방사형 에지와 코일 방사형 에지는 평행하지 않고 서로에 대해 각도가 기울어진다.
10. 각 비뚤어짐(angular skew)가 약 0.1도 이상인, 이들 실시 예 중 어느 하나의 축 방향 필드 회전 에너지 장치.
11. 각 비뚤어짐(angular skew)가 약 1도 이상인, 이들 실시 예 중 어느 하나의 축 방향 필드 회전 에너지 장치.
12. 각 비뚤어짐(angular skew)가 약 25도보다 크지 않은, 이들 실시 예 중 어느 하나의 축 방향 필드 회전 에너지 장치.
13. 상기 자석 방사형 에지 및 코일 방사형 에지의 적어도 일부는 각각 자석 및 코일의 선행 방사형 에지 또는 후행 방사형 에지인, 이들 실시 예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
14. 자석 방사형 에지 및 코일 방사형 에지 각각은 선형이고, 자석 및 코일의 적어도 일부가 회전 정렬될 때 자석 방사형 에지 및 코일 방사형 에지의 어떤 부분도 평행하지 않은, 이들 실시 예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
15. 상기 자석 및 코일의 적어도 일부가 회전 정렬될 때, 자석 방사형 에지 및 코일 방사형 에지의 적어도 일부는 서로 평행한, 이들 실시 예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
16. 상기 자석 방사형 에지 및 코일 방사형 에지는 완전히 선형이지 않은, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
17. 축방향 필드 회전 에너지 장치용 모듈로서, 하우징을 제 2 모듈의 제 2 하우징에 기계적으로 결합하고 하우징을 제 2 하우징에 전기적으로 결합하도록 구성된 하우징;
하우징에 회전 가능하게 장착된 회전자; -회전자는 축과 자석을 포함하고, 자석은 자석 방사형 에지를 갖고,
회전자와 동축으로 하우징에 장착 된 고정자;로서, 고정자는 코일이있는 PCB 층을 갖는 인쇄 회로 기판 (PCB)을 포함하고, 코일은 코일 방사상 에지를 가지며,
자석 및 코일의 방사형 에지 부분이 축에 대해 회전 정렬 될 때, 자석 방사형 에지 및 코일 방사형 에지의 적어도 방사형 에지 부분은 평행하지 않고 서로에 대해 각도로 기울어진다.
18. 각 비뚤어짐은 적어도 약 0.1도이고, 약 25도 이하인, 이들 실시예 중 어느 하나의 축 방향 필드 회전 에너지 장치.
19. 이들 실시예 중 어느 하나의 축 방향 필드 회전 에너지 장치는, 여기서, 자석 방사형 에지 및 코일 방사형 에지는 각각 자석 및 코일의 선행 방사형 에지 또는 후행 방사형 에지이다.
20. 여기서, 자석 방사형 에지 및 코일 방사형 에지는 선형이고, 자석 및 코일의 방사형 에지 부분이 회전 정렬 될 때 자석 방사형 에지 및 코일 방사형 에지의 어떤 부분도 평행하지 않은, 이들 실시예 중 어느 하나의 축 방향 필드 회전 에너지 장치.
1. 축방향 필드 회전 에너지 장치에 있어서,
하우징;
하우징 내부에 장착되고 회전축과 자석을 갖는 로터;
회전자와 동축으로 하우징 내부에 장착된 고정자;를 포함하고, 상기 고정자는 전기 전도성 트레이스를 갖는 PCB 층을 갖는 인쇄 회로 기판 (PCB)을 포함하고, 트레이스는 축에 대해 반경 방향으로 연장되는 방사형 트레이스와 방사형 트레이스 사이에서 연장되는 말단 턴 트레이스를 포함하고, 트레이스는 트레이스의 적어도 일부를 통해 연장되는 슬릿을 포함한다.
2. 상기 슬릿은 오로지 방사형 트레이스인, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
*3. 각 슬릿은 선형인, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
4. 각각의 슬릿은 단지 선형이고, 슬릿은 비선형 부분을 포함하지 않는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축 방향 필드 회전 에너지 장치.
5. 상기 트레이스는 축에 대해 방사형 방향으로 테이퍼된, 이들 실시예 중 어느 하나의 축 방향 필드 회전 에너지 장치.
6. 트레이스는 PCB의 외경에 인접하고 축에 수직인 평면에서 외부 너비를 포함하고, 트레이스는 PCB의 내부 직경과 평면에 인접한 내부 너비를 포함하며 외부 너비는 내부 너비보다 큰, 이들 실시예 중 어느 하나의 축 방향 필드 회전 에너지 장치.
7. 트레이스는 내부 및 외부 대향 에지를 포함하고 내부 및 외부 대향 에지의 전체가 서로 평행하지 않은, 이들 실시예 중 어느 하나의 축 방향 필드 회전 에너지 장치.
8. 오로지 방사형 트레이스가 테이퍼된, 이들 실시예 중 어느 하나의 축 방향 필드 회전 에너지 장치.
9. 트레이스는 각 외부에 평행 내부 및 외부 반대 에지로 구성되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축 방향 필드 회전 에너지 장치.
10. 상기 엔드 턴 트레이스는 테이퍼된, 이들 실시예 중 어느 하나의 축 방향 필드 회전 에너지 장치.
11. PCB 층은 PCB 층 표면적을 포함하고, PCB 층상의 트레이스는 PCB 층 표면적의 적어도 약 75 % 내지 약 99 %의 범위에있는 트레이스 표면적을 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축 방향 필드 회전 에너지 장치.
12. 축방향 필드 회전 에너지 장치는,
하우징;
하우징 내부에 장착되고 회전축과 자석을 갖는 회전자;및
회전자와 동축으로 하우징 내부에 장착된 고정자;를 포함하고,
상기 고정자는 코일이있는 PCB 층을 갖는 인쇄 회로 기판 (PCB)을 포함하고, 각 코일은 트레이스를 포함하고, 트레이스 중 적어도 일부는 서로 평행하지 않은 내부 및 외부 반대 가장자리로 테이퍼되고, 트레이스는 PCB의 외경에 인접하고 축에 수직인 평면에서 외부 폭을 포함하고, 트레이스는 PCB의 내부 직경과 평면에 인접한 내부 폭로 구성되며 외부 폭은 내부 폭보다 크다.
13. 상기 코일은 트레이스의 적어도 일부를 통해 연장되는 슬릿을 포함하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
14. 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치에서, 트레이스는 축에 대해 방사형으로 연장되는 방사형 트레이스와 방사형 트레이스 사이에서 연장되는 엔드 턴 트레이스를 포함한다.
15. 오로지 상기 방사형 트레이스는 테이퍼되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
16. 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치는, 방사형 트레이스 내에만 오로지 슬릿을 더 포함한다.
17. 각 슬릿은 오로지 선형이고, 각 슬릿은 비선형 부분이 없는, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
18. 축방향 필드 회전 에너지 장치는,
하우징;
회전축 및 자석을 가지고, 상기 하우징 내에 설치되는 회전자; 및
상기 고정자와 동축으로 하우징 내부에 설치되는 고정자;를 포함하고, 고정자는 코일이 있는 PCB 층을 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함하고, 각 코일은 트레이스를 포함하고, 트레이스 중 적어도 일부는 테이퍼지고, 트레이스는 축에 대해 방사형으로 연장되는 방사형 트레이스와 방사형 트레이스 사이에서 연장되는 엔드 턴 트레이스를 포함하며, 방사형 트레이스만 테이퍼된다.
19. 방사형 트레이스에만 선형 슬릿을 더 포함하고, 선형 슬릿은 단지 선형이고, 선형 슬릿은 비선형 부분을 포함하지 않는, 이들 실시 예 중 어느 하나의 축 방향 필드 회전 에너지 장치.
20. 테이퍼진 방사형 트레이스 중 적어도 일부는 서로 평행하지 않은 내부 및 외부 대향 에지를 포함하며, 트레이스는 PCB의 외경에 인접한 외부 폭과 축에 수직인 평면으로 구성되고, 트레이스는 PCB의 내부 직경과 평면에 인접한 내부 폭으로 구성되며 외부 폭은 내부 폭보다 넓은, 이들 실시예 중 어느 하나의 축방향 필드 회전 에너지 장치.
1. 축방향 필드 회전 에너지 장치에 있어서,
축방향을 갖는 축을 가진 하우징;
상기 하우징에 장착되고, 축방향으로 적층된 복수의 고정자 패널과 서로 분리된 패널을 포함하는 고정자 어셈블리; 여기서 각각의 고정자 패널은 각각의 PCB 내에서 전기 전도성이고 상호 연결된 각각의 복수의 코일을 갖는 각각의 인쇄 회로 기판(PCB)를 포함하고, 상기 각각의 PCB는 각각의 복수의 코일 중 어느 하나를 통해 흐르는 전류가 마찬가지로 각각의 복수의 코일 모두를 통해 흐르도록 구성되어 각각의 고정자 패널이 단일 전기 상으로 구성되고; 및
상기 고정자 어셈블리의 대향(opposite) 축방향 단부에서 상기 하우징 내에 회전 가능하게 장착된 복수의 회전자를 포함하는 회전자 어셈블리;을 포함하고, 여기서 각 회전자는 자석을 포함하고, 축방향으로 인접한 고정자 패널들 사이에 회전자가 배치되지 않는다.
2. 고정자 패널은 실질적으로 축방향으로 접하는(abutting) 관계로 결합되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 장치.
3. 상기 고정자 패널은 축방향으로 접하는 관계로 서로 직접 기계적으로 결합되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 장치.
4. 상기 고정자 패널은 축에 대해 단일 각도에서 회전하도록 정렬되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 장치.
5. 상기 고정자 패널은 장치용 단일 전기 회로를 형성하도록 전기적으로 함께 결합되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 장치.
6. 축 방향으로 인접한 고정자 패널들 사이에 축방향 스페이서가 배치되지 않는, 이들 실시예 중 어느 하나의 장치.
7. 코일은 축에 대해 일반적으로 방사형 방향으로 연장되고, 각 코일은 방사형 방향으로 연장되는 에지를 포함하고, 코일 에지는 서로 실질적으로 평행한, 이들 실시예 중 어느 하나의 장치.
8. 고정자 어셈블리는 복수의 전기 상을 포함하고, 고정자 패널은 원하는 각도로 축에 대해 서로 회전 오프셋되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 장치.
9. 고정자 패널은 장치를 위한 단일 전기 회로를 형성하기 위해 함께 전기적으로 결합되지 않도록 구성되는, 이들 실시예 중 어느 하나의 장치.
10. 상기 고정자 어셈블리는 오로지 3개의 고정자 패널을 구성하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 장치.
11. 상기 회전자는 오로지 2개의 회전자를 구성하는, 이들 실시예 중 어느 하나의 장치.
12. 이들 실시예 중 어느 하나의 장치에 있어서,
축방향으로 인접한 고정자 패널들 사이에 배치된 각각의 스페이서; 및
고정자 어셈블리와 회전자 사이의 축방향 스페이서를 더 포함하고, 여기서 축방향 스페이서는 고정자 어셈블리와 회전자 사이의 축방향 공극 간격을 설정한다.
13. 이들 실시예 중 어느 하나의 장치에 있어서, 각각의 PCB는 PCB 층으로 구성되며, 각 고정자 패널의 각 코일은 각 PCB의 단일 PCB 층에 있는 단일 동심의 전기 전도성 트레이스에 의해 형성되고, 각 PCB 층의 코일은 PCB 층의 다른 층에있는 코일과 축을 기준으로 회전 정렬되고, 각각의 트레이스는 각각의 PCB 내에서 동일한 PCB 층 및 각각의 PCB의 상이한 PCB 층상의 다른 트레이스에 직렬 또는 병렬로 연결된다.
14. 축방향 필드 회전 에너지 장치에 있어서,
축방향 축을 가지는 하우징;
축방향으로 적층된 복수의 단상 고정자 패널과 서로 분리된 패널을 포함하는 고정자 어셈블리;를 포함하고, 고정자 패널은 하우징에 기계적으로 고정적으로 결합되고, 고정자 패널은 실질적으로 축방향으로 접하는 관계로 결합되고, 각각의 고정자 패널은 각각의 PCB 내에 전기 전도성이고 직렬로 연결된 각각의 코일을 갖는 각각의 인쇄 회로 기판 (PCB)을 포함하고; 및
각각의 PCB는 PCB 층을 포함하고, 각각의 고정자 패널상의 각 코일은 각각의 PCB의 단일 PCB 층상의 단일 동심의 전기 전도성 트레이스에 의해 형성되고, 각 PCB 층의 코일은 PCB 층의 다른 층에 있는 코일과 축을 기준으로 회전 정렬되고, 각각의 트레이스는 각각의 PCB 내에서 동일한 PCB 층 및 각각의 PCB의 다른 PCB 층상의 다른 트레이스에 직렬로 연결되고, 및
고정자 어셈블리의 축방향 반대쪽 단부에 하우징 내에 회전 가능하게 장착된 회전자;를 포함하고, 회전자는 회전자 스페이서와 함께 기계적으로 결합되고, 각 회전자는 자석을 포함하며, 축방향으로 인접한 고정자 패널 사이에 회전자가 배치되지 않는다.
15. 이들 실시예 중 어느 하나의 장치에 있어서, 고정자 패널은 축방향으로 접하는 관계로 서로에 직접 기계적으로 결합되는 장치.
16. 이들 실시예 중 어느 하나의 장치에 있어서, 고정자 패널은 축에 대해 단일 각도로 회전 정렬되어 고정자 패널이 함께 전기적으로 연결되어 장치를 위한 단일 전기 회로를 형성하는, 장치.
17. 이들 실시예 중 어느 하나의 장치에 있어서, 축방향으로 인접한 고정자 패널들 사이에 축 방향 스페이서가 배치되지 않는, 장치.
18. 이들 실시예 중 어느 하나의 장치에 있어서, 여기서 코일은 축에 대해 일반적으로 방사형 방향으로 연장하고, 각 코일은 방사형 방향으로 연장되는 에지를 포함하고, 코일 에지는 서로 실질적으로 평행한, 장치.
19. 고정자 어셈블리가 복수의 전기 위상을 포함하고, 상기 고정자 패널은 축에 대해 원하는 각도에서 서로 회전 오프셋되고, 상기 고정자 패널은 장치를 위한 단일 전기 회로를 형성하도록 전기적으로 함께 결합되지 않도록 구성되는, 장치.
20. 이들 실시예 중 어느 하나의 장치에 있어서, 상기 고정자 어셈블리는 오로지 3개의 고정자 패널을 포함하고, 상기 회전자는 오로지 2개의 회전자를 포함하고, 상기 장치는:
축방향으로 인접한 고정자 패널들 사이에 배치된 각각의 스페이서; 및
고정자 조립체와 회전자 사이의 축 방향 스페이서;를 더 포함하고, 여기서 축방향 스페이서는 고정자 조립체와 회전자 사이의 축방향 공극 간격을 설정한다.
1. 축방향 필드 회전 에너지 장치에 있어서,
축방향 축을 가지는 하우징;
상기 하우징에 장착되고, 축방향으로 적층된 복수의 고정자 패널과 서로 분리된 패널을 포함하는 고정자 어셈블리; 여기서 각각의 고정자 패널은 각각의 PCB 내에서 전기 전도성이고 상호 연결된 각각의 복수의 코일을 갖는 각각의 인쇄 회로 기판(PCB)를 포함하고, 상기 각각의 PCB는 각각의 복수의 코일 중 어느 하나를 통해 흐르는 전류가 마찬가지로 각각의 복수의 코일 모두를 통해 흐르도록 구성되어 각각의 고정자 패널이 단일 전기 상으로 구성되고; 및
상기 고정자 어셈블리의 대향(opposite) 축방향 단부에서 상기 하우징 내에 회전 가능하게 장착된 복수의 회전자를 포함하는 회전자 어셈블리;을 포함하고, 여기서 각 회전자는 자석을 포함하고, 상기 자석은 선행 및 후행 에지를 포함하고, 하나의 자석의 후행 에지와 인접한 자석의 선행 에지는 인접한 자석 사이에서 축에 대해 일관된 원주 간격을 정의하기 위해 서로 평행한, 장치이다.
2. 이들 실시예 중 어느 하나의 장치에 있어서, 각각의 고정자 패널은 상기 각각의 고정자 패널을 형성하기 위해 함께 전기적으로 결합되는 두개의 동일한, C-자형 PCB 세그먼트를 포함하는, 장치.
3. 이들 실시예 중 어느 하나의 장치에 있어서, 상기 고정자 패널은 축 방향으로 서로 접하고 축 방향 접힘(abutting) 관계로 패스너(fasteners)를 사용하여 상기 하우징에 집합적으로 기계적으로 결합되는, 장치.
4. 이들 실시예 중 어느 하나의 장치에 있어서, 각각의 고정자 패널은 상기 축에 대해, 상기 복수의 고정자 패널이 (a) 단일 전기 상 장치를 형성하기 위해 상기 축에 대해 단일 각도록 회전 정렬되거나, 또는 (b) 다중 상 장치를 형성하기 위해 원하는 상 각도에서 서로 회전 오프셋하도록, 구성된 복수의 주변 장착 구멍을 포함하는, 장치.
5. 이들 실시예 중 어느 하나의 장치에 있어서, 각 자석은 사다리꼴 모양인, 장치.
6. 이들 실시예 중 어느 하나의 장치에 있어서, 각각의 자석은 축에 대해 외부 방사형 에지에 평행한 내부 방사형 에지를 포함하는, 장치.
7. 이들 실시예 중 어느 하나의 장치에 있어서, 상기 자석은 짝수의 자석을 포함하고, 상기 축에 대해 원주 방향으로 인접한 자석은 반대의 자극을 포함하고, 대향하는 회전자에서 정반대의 자석은 반대의 자극을 포함하는, 장치.
8. 이들 실시예 중 어느 하나의 장치에 있어서, 각 회전자는 회전자 허브를 포함하고, 마그네틱 백킹(magnetic backing)은 상기 회전자 허브의 축방향 한쪽에 장착되고, 상기 자석은 상기 회전자 허브의 반대쪽 축방향에 장착되며, 집합적으로 상기 자석은 상기 축에 대해 자석 내경과 자석 외경을 정의하고, 상기 마그네틱 백킹은 상기 자석 내경보다 작은 백킹 내경(backing inner diameter)을 가지며, 상기 마그네틱 백킹은 상기 자석 외경보다 큰 백킹 외경(backing outer diameter)를 갖는, 장치.
9. 이들 실시예 중 어느 하나의 장치에 있어서, 상기 회전자 허브는 각각의 자석에 대한 사다리꼴 구멍을 포함하고, 상기 자석은 상기 마그네틱 백킹에 대한 자기 인력(magnetic attraction)에 의해서만 상기 회전자 허브에 고정되는, 장치.
10. 이들 실시예 중 어느 하나의 장치에 있어서, 상기 배킹 외경은 상기 회전자 허브의 외부 둘레와 같은 높이(flush with)인, 장치.
11. 이들 실시예 중 어느 하나의 장치에 있어서, 각 고정자 패널은 자성 재료를 포함하는 복수의 코어를 포함하고, 각 코어는 상기 고정자 패널의 각 코일의 중심에 위치하며, 상기 코어는 상기 코일로부터 전기적으로 절연되는, 장치.
12. 이들 실시예 중 어느 하나의 장치에 있어서, 상기 코어는 상기 고정자 패널의 축방향 표면과 실질적으로 같은 높이(flush with)인 축방향 표면을 포함하는, 장치.
13. 이들 실시예 중 어느 하나의 장치에 있어서, 상기 각각의 코일의 중심은 상기 각각의 코일의 가장 안쪽 트레이스(trace) 내부에 위치된 볼륨(volume)을 포함하는, 장치.
14. 이들 실시예 중 어느 하나의 장치에 있어서, 상기 볼륨은 상기 PCB 제조 중에 형성되어 상기 PCB 제조 중에 코어가 포함되는, 장치.
15. 이들 실시예 중 어느 하나의 장치에 있어서, 상기 볼륨은 상기 PCB가 제조된 이후에 상기 PCB로부터 제거되어 상기 PCB의 제조 후 상기 PCB에 상기 코어가 추가되는, 장치.
16. 이들 실시예 중 어느 하나의 장치에 있어서, 상기 하우징은 함께 결합된 하우징 쉘(housing shells)을 포함하고, 각각의 하우징 쉘은 각각 내부에 축방향 선반이 형성된 내부 둘레(internal perimeter)를 포함하고, 상기 고정자 어셈블리는 상기 축방향 선반 중 적어도 하나에 기계적으로 결합되고; 및
상기 고정자 패널은, 상기 내부 둘레에서 상기 하우징 쉘의 반경-방향 내부 표면과 접촉하는 외부 주변 에지를 포함하는, 장치.
17. 이들 실시예 중 어느 하나의 장치에 있어서, 상기 고정자 어셈블리는 3개의 고정자 패널을 포함하며, 각각은 각각의 전기 상으로 작동하도록 구성되고, 함께 복수의 전기 상으로 작동하도록 구성되는, 장치.
18. 이들 실시예 중 어느 하나의 장치에 있어서, 상기 하우징 내에 통합된 제어 회로를 더 포함하고, 상기 제어 회로는 상기 장치의 팩터(factor)의 보유(retention)을 용이하게 하기 위해 상기 고정자 패널의 형상에 상보적인 원형의, 도넛형 형상을 포함하는, 장치.
19. 축방향 필드 회전 에너지 장치에 있어서,
축방향 축을 가지는 하우징;
상기 하우징에 장착되고, 축방향으로 적층된 복수의 고정자 패널과 서로 분리된 패널을 포함하는 고정자 어셈블리; 여기서 각각의 고정자 패널은 각각의 PCB 내에서 전기 전도성이고 상호 연결된 각각의 복수의 코일을 갖는 각각의 인쇄 회로 기판(PCB)를 포함하고, 상기 각각의 PCB는 각각의 복수의 코일 중 어느 하나를 통해 흐르는 전류가 마찬가지로 각각의 복수의 코일 모두를 통해 흐르도록 구성되어 각각의 고정자 패널이 단일 전기 상으로 구성되고; 및
상기 고정자 어셈블리의 대향(opposite) 축방향 단부에서 상기 하우징 내에 회전 가능하게 장착된 복수의 회전자를 포함하는 회전자 어셈블리;을 포함하고, -여기서 각 회전자는 자석을 포함하고, 상기 자석은 선행 및 후행 에지를 포함하고, 하나의 자석의 후행 에지와 인접한 자석의 선행 에지는 인접한 자석 사이에서 축에 대해 일관된 원주 간격을 정의하기 위해 서로 평행하고, 및
각 회전자는 회전자 허브를 포함하고, 마그네틱 백킹(magnetic backing)은 상기 회전자 허브의 축방향 한쪽에 장착되고, 상기 자석은 상기 회전자 허브의 반대쪽 축방향에 장착되며, 집합적으로 상기 자석은 상기 축에 대해 자석 내경과 자석 외경을 정의하고, 상기 마그네틱 백킹은 상기 자석 내경보다 작은 백킹 내경(backing inner diameter)을 가지며, 상기 마그네틱 백킹은 상기 자석 외경보다 큰 백킹 외경(backing outer diameter)를 갖는, 장치.
20. 축방향 필드 회전 에너지 장치에 있어서,
축방향 축을 갖는 하우징;
상기 하우징에 장착되고, 축방향으로 적층된 복수의 고정자 패널과 서로 분리된 패널을 포함하는 고정자 어셈블리;를 포함하고, -여기서 각각의 고정자 패널은 각각의 PCB 내에서 전기 전도성이고 상호 연결된 각각의 복수의 코일을 갖는 각각의 인쇄 회로 기판(PCB)를 포함하고, 상기 각각의 PCB는 각각의 복수의 코일 중 어느 하나를 통해 흐르는 전류가 마찬가지로 각각의 복수의 코일 모두를 통해 흐르도록 구성되어 각각의 고정자 패널이 단일 전기 상으로 구성되고; 및
각 고정자 패널은 자성 재료를 포함하는 복수의 코어를 포함하고, 각 코어는 상기 고정자 패널의 각 코일의 중심에 위치하며, 상기 코어는 상기 코일로부터 전기적으로 절연되고, 및
상기 고정자 어셈블리의 대향(opposite) 축방향 단부에서 상기 하우징 내에 회전 가능하게 장착된 복수의 회전자를 포함하는 회전자 어셈블리;을 포함하고, -여기서 각 회전자는 자석을 포함하고, 상기 자석은 선행 및 후행 에지를 포함하고, 하나의 자석의 후행 에지와 인접한 자석의 선행 에지는 인접한 자석 사이에서 축에 대해 일관된 원주 간격을 정의하기 위해 서로 평행한, 장치.
이 기록된 설명은 최상의 모드를 포함하는 실시예를 개시하고 또한 당업자가 본 발명을 만들고 사용할 수 있도록 하기 위해 예를 사용한다. 특허 가능한 범위는 청구 범위에 의해 정의되며, 당업자에게 발생하는 다른 예를 포함 할 수 있다. 그러한 다른 예는 청구항의 문자적 언어와 다르지 않은 구조적 요소를 갖거나 청구항의 문자적 언어와 실질적인 차이가 없는 동등한 구조적 요소를 포함하는 경우 청구항의 범위 내에 있도록 의도된다.
일반적인 설명 또는 예에서 위에 설명된 모든 활동이 필요한 것은 아니며, 특정 활동의 일부가 필요하지 않을 수 있으며, 설명된 것에 추가하여 하나 이상의 추가 활동이 수행될 수 있다는 점에 유의한다. 또한 활동이 나열되는 순서가 반드시 수행되는 순서는 아니다.
전술한 명세서에서, 개념은 특정 실시예를 참조하여 설명되었다. 그러나, 당업자는 하기 청구 범위에 기재된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음을 인식한다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미가 아닌 예시적인 의미로 간주 되어야 하며, 이러한 모든 수정은 본 발명의 범위 내에 포함되도록 의도된다.
이 특허 문서 전체에서 사용되는 특정 단어 및 구의 정의를 제시하는 것이 유리할 수 있다. 용어 "통신하다" 및 그 파생어는 직접 및 간접 통신을 모두 포함한다. 용어 "포함하다(include)","포함하다(comprise)"및 그 파생어는 제한 없이 포함됨을 의미한다. 용어 "또는"은 포괄적인 것으로, 및/ 또는 이다. "associated with" 및 이의 파생어는 포함(include), 포함(be included within), 상호 연결(interconnect with), 포함(contain), 내부 포함(be contained within), 연결 또는 연결(connect to or with), 연결 또는 연결(couple to or with), 통신 가능(be communicable with), 협력(cooperate with), 인터리브(interleave), 병치(juxtapose), 인접(be proximate to), 결합 또는 결합(be bound to or with), 소유(have), 특성 보유(have a property of), 관계 또는 이와 유사한 것(have a relationship to or with) 등을 의미한다. 항목 목록과 함께 사용되는 경우 "적어도 하나"라는 문구는 나열된 항목 중 하나 이상의 다른 조합을 사용할 수 있으며 목록에서 하나의 항목 만 필요할 수 있음을 의미한다. 예를 들어, "A, B 및 C 중 하나 이상"에는 A, B, C, A와 B, A와 C, B와 C, A와 B와 C의 조합이 포함된다.
또한, "a"또는 "an"의 사용은 여기에 설명 된 요소 및 구성 요소를 설명하는 데 사용된다. 이것은 단지 편의를 위해 그리고 본 발명의 범위에 대한 일반적인 의미를 제공하기 위해 수행된다. 이 설명은 하나 또는 적어도 하나를 포함하도록 읽어야 하며, 단수는 달리 의미하는 것이 분명하지 않은 한 복수도 포함한다.
인쇄 회로 기판(PCB)은 또한 인쇄 배선 기판(printed wiring board: PWB)으로도 알려져 있는데, 이러한 기판은 제조된 바와 같이 일반적으로 하나 이상의 층에 배선을 포함하지만 실제 회로 소자는 포함하지 않기 때문이다. 이러한 회로 소자는 이후에 그러한 보드에 부착된다. 여기에 사용된 바와 같이 PCB와 PWB는 구별되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, PCB의 코일은 전기 전도성 코일이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 구조와 "통합 된(integrated with)"구성 요소 또는 물체는 구조 상에 또는 구조 내에 배치 될 수 있다. 이러한 구성 요소 또는 개체는 구조 자체가 제조 된 후 구조에 장착, 부착 또는 추가 될 수 있으며, 구성 요소 또는 개체는 구조 내부에 내장되거나 구조와 함께 제작될 수 있다.
본 명세서에 설명된 일부 실시 예는 2 개의 코일을 함께 결합하기 위해 하나의 비아를 사용한다. 다른 실시 예에서, 이러한 코일을 함께 결합하기 위해 단일 비아 대신에 복수의 비아가 제공될 수 있다.
본 출원에서의 설명은 임의의 특정 요소, 단계 또는 기능이 청구 범위에 포함되어야 하는 필수 또는 중요한 요소임을 암시하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 특허받은 주제의 범위는 허용된 청구 범위에 의해서만 정의된다. 더욱이 35 U.S.C.§112(f) 첨부된 청구 또는 청구 요소와 관련하여, 정확한 단어 "의미(means for)"또는 "단계(step for)"가 특정 주장에 명시적으로 사용되지 않는 한, 그 뒤에 기능을 식별하는 분사구가 뒤따른다. "메커니즘", "모듈", "장치(device)", "유닛", "구성 요소", "소자(element", "멤버(member)", "장치(apparatus)", "기계(machine)", "시스템(system)", "프로세서"또는 "컨트롤러"과 같은 (이에 국한되지 않음) 용어 사용은 청구범위 자체의 특징에 의해 추가로 수정되거나 강화된 관련 기술 분야의 숙련자에게 알려진 구조를 지칭하는 것으로 이해되고 의도되며, 35 U.S.C. § 112 (f)를 호출(invoke)하기 위한 것이 아니다.
이점(Benefits), 다른 이점(other advantages) 및 문제(solutions)에 대한 해결책은 특정 실시예와 관련하여 위에서 설명되었다. 그러나 이점(benefits), 이점(advantages), 문제에 대한 해결책 및 이점(benefits), 이점(advantages), 또는 해결책을 발생 시키거나 더 두드러지게 만들 수 있는 모든 기능은 일부 또는 모든 주장의 중요, 필수 기능으로 해석되지 않는다.
명세서를 읽은 후, 숙련 된 기술자는 명확성을 위해 별도의 실시 예의 맥락에서 본 명세서에 기술 된 특정 특징이 단일 실시 예에서 조합으로 제공 될 수도 있음을 이해할 것이다. 반대로, 간결함을 위해 단일 실시예의 맥락에서 설명된 다양한 특징은 또한 개별적으로 또는 임의의 하위 조합으로 제공될 수 있다. 또한 범위에 명시된 값에 대한 참조에는 해당 범위 내의 모든 값이 포함된다.
Claims (6)
- 축방향 필드 회전 에너지 장치에 있어서,
축방향의 축을 갖는 하우징; 및
상기 하우징에 장착되고, 동축인 복수의 고정자 패널을 포함하는 고정자 어셈블리;를 포함하며, 여기서 각각의 고정자 패널은 각각의 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함하고, 각각의 PCB는 전기 전도성이고 각각의 PCB 내에서 상호 연결된 각각의 복수의 코일을 포함하며,
상기 각각의 고정자 패널은 단일 전기 상에 연결되도록 마련되고,
각 고정자 패널의 상기 각각의 코일은 상기 각각의 PCB의 단일 PCB 층에 있는 단일 동심 전기 전도성 트레이스에 의해 형성되며,
상기 각각의 PCB 층의 상기 코일은 상기 PCB 층 중 다른 층의 코일과 상기 축에 대해 회전가능하게 배열되고,
상기 각각의 코일은 상기 각각의 PCB 내에서 동일한 PCB 층의 다른 코일 및 상기 각각의 PCB의 다른 PCB 층의 코일과 결합되며, 및
상기 각각의 고정자 패널은 복수의 자기 코어를 갖는 축방향 필드 회전 에너지 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 자기 코어들은 각 코일의 중심에 위치하는 축방향 필드 회전 에너지 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 각각의 자기 코어는 각각의 코일의 가장 안쪽 트레이스 내부에 위치한 오목한 볼륨에 위치하는 축방향 필드 회전 에너지 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 각각의 자기 코어는 상기 PCB 고정자 코일로부터 전기적으로 절연되는 축방향 필드 회전 에너지 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 각각의 자기 코어는 상기 고정자 패널의 각각의 축방향 표면과 실질적으로 동일한 높이인 적어도 하나의 축방향 표면을 갖는 축방향 필드 회전 에너지 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 자기 코어들은 탄소강, 실리콘강, 철, 또는 페라이트 중 적어도 하나를 포함하는 축방향 필드 회전 에너지 장치.
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