KR20210120082A - 축 방향 자속 전기 기계 - Google Patents

Abstract

분산된 권선 및 자속 가이드(30)를 갖는 요크 없는 축 방향 자속 전기 기계 고정자(1)용 전도성 코일(12), 복수의 이러한 코일을 포함하는 고정자(1), 이 고정자(1)를 포함하는 요크 없는 축 방향 자속 전기 기계(100), 및 고정자(1)를 제조하는 방법(500)이 제공된다. 전도성 코일(12)은 제1 활성 구획(121a) 및 제2 활성 구획(121b)을 포함하고, 각각의 활성 구획(121a, 121b)은 전기 기계의 회전 축에 실질적으로 수직인 대체로 반경 방향으로 연장되고, 각각의 활성 구획(121a, 121b)의 반경 방향에 수직인 단면이 회전 축에 평행한 주 치수를 갖는 세장형이도록 회전 축에 평행하게 적층된 복수의 권선 턴 부분(131a, 131b)을 포함한다. 제2 활성 구획(121b)은 제1 활성 구획(121a)으로부터 원주 방향으로 피치만큼 이격되고 축 방향으로 오프셋된다.

Description

축 방향 자속 전기 기계

본 발명은 축 방향 자속 전기 기계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축 방향 자속 전기 기계용 고정자 조립체에 관한 것이다.

전기 모터 및 전기 발전기를 포함하는 전기 기계는 이미 매우 널리 사용되고 있다. 그러나 내연 엔진에 동력을 공급하는 화석 연료에 대한 의존도와 이의 오염에 대한 우려로 인해 전기 기계의 사용을 새로운 응용 분야로 확장하고 기존 기계의 사용을 확대하려는 정치적 및 상업적 압력이 발생하고 있다. 전기 기계는 전기 자동차, 오토바이, 보트 및 항공기와 같은 차량에 점점 더 많이 사용되고 있다. 전기 기계는 풍력 터빈의 발전기와 같은 에너지 생성 분야에도 사용된다.

이러한 분야의 요구를 충족시키기 위해, 속도 및 토크와 같은 적절한 성능 특성과 고효율을 모두 갖는 전기 기계를 설계하는 것이 필요하다. 전기 기계의 효율은 거의 모든 분야에서 매우 중요하고; 이 효율은 예를 들어 전기 자동차의 주행 거리를 늘리고 필요한 배터리 용량을 줄일 수 있다. 필요한 배터리 용량을 줄이면 결국 차량의 중량이 줄어들어 효율 이득이 더욱 향상된다.

하나의 알려진 유형의 전기 기계는 축 방향 자속 기계이다. 이름이 암시하듯이, 축 방향 자속 기계의 동작 동안 차단되는 자속 라인의 방향은 기계의 회전 축과 평행하다. 이것은 기계의 동작 동안 차단되는 자속 라인의 방향이 기계의 회전 축에 수직인 반경 방향 자속 기계와 대조된다. 반경 방향 자속 기계가 보다 일반적이지만, 축 방향 자속 기계는 폼 팩터(상대적으로 작은 축 방향 범위)와 성능 특성(예를 들어, 높은 토크 대 중량 비율)이 인정되는 일부 응용 분야에 사용되었다.

집중된 권선 배열을 사용하는 요크 없는 축 방향 자속 기계의 일례는 국제 특허 출원 공개 번호 WO 2018/015293 A1에 설명되어 있다. 축 방향 자속 기계의 고정자 조립체는 전기 권선이 주위에 있는 강자성 재료를 각각 갖는 원주 방향으로 분포된 이산 고정자 톱니를 포함한다. 이것은 일반적으로 요크 없는 분할식 전기자 기계라고 지칭된다. 고정자 하우징의 반경 방향 내측으로 연장되는 세장형 부분은 냉각을 위해 그리고 고정자 톱니를 수용하기 위한 구조를 제공하기 위해 제공된다. 이러한 종류의 축 방향 자속 기계는 고효율을 달성할 수 있지만 특히 광범위한 동작 파라미터에 걸쳐 효율을 개선하는 것이 바람직하다. 또한, 하우징의 반경 방향 내측으로 연장되는 세장형 부분이 이산 고정자 톱니를 수용하기 위한 일부 구조를 제공한다 하더라도, 각각의 고정자 톱니를 고정자 하우징에 정확히 위치시켜 결합시키는 데 어려움이 있으며, 각각의 고정자 톱니는 강자성 재료를 포함하는 보빈형 구조 주위에 권취되어야 한다. 보다 쉽고 정확히 조립할 수 있는 고정자를 제공하는 것이 바람직하다.

본 명세서에 설명된 실시예는 높은 기계 효율, 제조 용이성, 및 전도성 코일로부터 고정자 하우징으로 양호한 열 전도를 제공하여 냉각을 보조하는, 전도성 코일 및 복수의 전도성 코일을 포함하는 축 방향 자속 기계용 고정자를 제공한다.

본 명세서 전반에 걸쳐, 달리 제시되지 않는 한, "반경 방향", "축 방향", "원주 방향" 및 "각도"와 같은 용어는 전기 기계의 회전 축 방향이 z축과 평행한 상태의 원통형 극좌표계(r,

, z)의 맥락에서 사용된다. 즉, "축 방향"은 회전 축에 평행한 방향(즉, z축을 따른 방향)을 의미하고, "반경 방향"은 회전 축에 수직인 임의의 방향을 의미하며, "각도"는 방위각 방향(

)의 각도이고, "원주 방향"은 회전 축 주위의 방위각 방향을 나타낸다.

"반경 방향으로 연장되는" 및 "축 방향으로 연장되는"과 같은 용어는 특징부가 정확히 반경 방향이거나 또는 축 방향과 정확히 평행하다는 것을 의미하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 예시를 위해, 자기장에서 전류가 흐르는 전도체가 받는 로렌츠 힘은 전류의 방향이 자속의 방향과 정확히 수직일 때 최대인 것으로 알려져 있지만, 전류가 흐르는 전도체는 90도 미만의 각도에서도 여전히 로렌츠 힘을 경험한다. 따라서 평행한 방향 및 수직인 방향을 벗어나는 경우에도 본 기본 동작 원리는 변하지 않는다.

본 발명은 이제 참조할 독립 청구항에서 한정된다. 바람직한 특징은 종속 청구항에 제시된다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 분산된 권선을 갖는 요크 없는 축 방향 자속 전기 기계 고정자용 전도성 코일이 제공된다. 전도성 코일은 제1 활성 구획(active section) 및 제2 활성 구획을 포함한다. 각각의 활성 구획은 전기 기계의 회전 축에 실질적으로 수직인 대체로 반경 방향으로 연장되고, 각각의 활성 구획의 반경 방향에 수직인 단면이 회전 축에 평행한 주 치수(major dimension)를 갖는 세장형이도록 회전 축에 평행하게 적층된 복수의 권선 턴 부분(winding turn portion)을 포함한다. 제2 활성 구획은 제1 활성 구획으로부터 원주 방향으로 피치만큼 이격되고 축 방향으로 오프셋된다.

이러한 유형의 전도성 코일은 전도성 코일을 사용하여 구성된 고정자의 제조 용이성과 높은 기계 효율을 제공한다. 예를 들어, 전도성 코일은 라미네이션 팩(lamination pack)과 같은 자속 가이드가 배치될 수 있는 구조를 형성할 수 있다. 이를 통해 전기 기계의 효율을 향상시키는 높은 정확도를 갖는 고정자를 신속히 제조할 수 있다. 추가적으로, 활성 구획의 축 방향 오프셋은 축 방향 및 원주 방향으로 코일의 적층을 용이하게 한다. 또한 축 방향으로 적층된 권선 턴을 사용하면 활성 구획에서 표피 및 근접 효과를 완화시킬 수 있다. 이는 각각의 권선 턴의 단면이 더 작고 권선 턴이 직렬로 연결된 경우 전류가 결정론적으로 각각의 활성 구획의 전체 축 방향 범위에 걸쳐 흐르도록 제어되기 때문이다. 이것은 가열을 줄이고 자속 결합을 향상시킨다.

이 제1 양태에 따르면, 전도성 코일은 직렬로 서로 연결된 복수의 활성 구획 쌍을 선택적으로 포함할 수 있다. 인접한 활성 구획 쌍들은 자속 가이드를 수용하기 위한 제2 유형의 공간을 형성하기 위해 원주 방향으로 중첩될 수 있다. 제2 유형의 공간은 코일의 다른 활성 구획 쌍의 2개의 인접한 활성 구획 사이의 원주 방향 공간이다. 원주 방향 공간은 이를 형성하는 활성 구획과 같이 실질적으로 반경 방향으로 연장되고 반경 방향으로 세장형일 수 있다. 코일당 이러한 각 활성 구획 쌍이 추가될 때마다 위상당 극당 슬롯의 수가 하나씩 유리하게 증가한다. 위상당 극당 슬롯의 수가 많아질수록 자속 밀도를 보다 정확한 정현파형으로 만들 수 있기 때문에 손실을 줄이고 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 코일당 활성 구획의 수는 기계의 반경에 따라 조정될 수 있다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 요크 없는 축 방향 자속 전기 기계의 고정자용 전도성 코일이 제공된다. 전도성 코일은 2개의 활성 구획 쌍을 포함한다. 각각의 활성 구획은 전기 기계의 회전 축에 실질적으로 수직인 대체로 반경 방향으로 연장된다. 각각의 쌍의 대체로 반경 방향으로 연장되는 활성 구획은 원주 방향으로 피치만큼 이격된다. 2개의 활성 구획 쌍은 자속 가이드를 수용하기 위한 제2 유형의 공간을 형성하도록 부분적으로 원주 방향으로 중첩된다. 제2 유형의 공간은 코일의 다른 활성 구획 쌍의 2개의 인접한 활성 구획 사이의 원주 방향 공간이다. 원주 방향 공간은 이를 형성하는 활성 구획과 같이 실질적으로 반경 방향으로 연장되고 세장형일 수 있다.

제2 양태 유형에 따른 전도성 코일은 전도성 코일을 사용하여 구성된 고정자의 제조 용이성과 높은 기계 효율을 제공한다. 예를 들어, 복수의 이러한 코일이 고정자-링 주위에 원주 방향으로 분포될 때, 그 결과로 생긴 코일 구조는 자속 가이드가 제공될 수 있는 원주 방향으로 분포된 (제2 유형의) 공간을 갖는다. 이를 통해 전기 기계의 효율을 향상시키는 높은 정확도를 갖는 많은 수의 자속 가이드를 갖는 고정자를 신속히 제조할 수 있다. 또한, 각각의 코일은 피치만큼 이격된 (적어도) 2개의 활성 구획 쌍을 갖기 때문에, 코일은 위상당 극당 (적어도) 2개의 슬롯이 있는 고정자를 제공하여 고정자에 의해 생성된 자속 밀도를 보다 정현파형으로 만들고 덜 상당한 고조파 성분을 만든다. 정현파형으로 변하는 전류의 경우 전기 기계에서 생성된 평균 토크는 고조파 성분이 아니라 기본 자기장 성분의 상호 작용으로 인해 발생한다. 이것은 원주 방향 공간 자속 밀도의 고조파 성분이 회전자의 영구 자석에 더 큰 와전류를 초래하고, 이는 손실을 높이고 가열을 증가시키기 때문에 유리하다. 더욱이, 권선 자기 기전력 분포의 임의의 추가 고조파 성분은 자속 가이드에서 손실을 증가시킬 수 있다. 더 나아가, 코일당 활성 구획 쌍의 수는 기계의 반경에 따라 및/또는 각각의 쌍을 형성하는 활성 구획들 사이의 스팬(피치)을 선택함으로써 조정될 수 있다. 따라서 코일당 각각의 활성 구획 쌍이 추가될 때마다 위상당 극당 슬롯의 수를 하나씩 증가시키므로 특히 기계의 크기가 증가함에 따라 더 높은 효율을 얻을 수 있다.

이 제2 양태에 따르면, 각각의 활성 구획은 각각의 활성 구획의 반경 방향에 수직인 단면이 회전 축에 평행한 주 치수를 갖는 세장형이도록 회전 축에 평행하게 적층된 복수의 권선 턴 부분을 선택적으로 포함할 수 있다. 축 방향으로 적층된 절연된 권선 턴은 활성 구획에서 표피 및 근접 효과를 완화시킨다. 이것은 전류가 전도체 단면을 통해 더 잘 퍼지고 자속 결합을 개선하기 때문에 가열을 감소시킨다.

제2 양태에 따르면, 각 활성 구획 쌍은 선택적으로 서로 축 방향으로 오프셋될 수 있다. 활성 구획을 축 방향으로 오프셋하면 축 방향 및 원주 방향으로 코일을 쉽게 적층할 수 있어서, 각 활성 구획 쌍 사이의 스팬(피치)에 유연성을 제공하고 또한 코일의 상호 맞물림 특성으로 인해 전체 권선의 구조적 강성을 향상시킨다. 이는 또한 코어의 자속 결합을 증가시킨다.

이하의 선택적인 특징은 제1 양태의 전도성 코일 및 제2 양태의 전도성 코일에도 적용될 수 있다.

사용 시, 전류는 활성 구획 쌍을 형성하는 활성 구획을 따라 반대 반경 방향으로 흐른다(즉, 전류는 제1 활성 구간을 따라 흐르는 전류와 반대 방향으로 제2 활성 구간을 따라 흐른다).

각각의 활성 구획은 단지 단일 권선 턴 폭일 수 있다. 대안적으로, 각각의 활성 구획은 복수의 권선 턴 폭일 수 있다. 즉, 각각의 활성 구획은 원주 방향으로 적층된 복수의 권선 턴 부분을 포함할 수 있다. 각각의 활성 구획이 복수의 원주 방향으로 적층된 권선 턴 부분을 포함하는 경우, 원주 방향으로 적층된 권선 턴 부분의 수는 바람직하게는 축 방향으로 적층된 권선 턴 부분의 수보다 적어, 활성 구획의 반경 방향으로 연장되는 방향에 수직인 코일 단면의 주 치수는 회전 축에 평행하다. 예를 들어, 활성 구획은 단지 2개의 권선 턴 부분 폭일 수 있지만 축 방향으로 2개를 초과하는 권선 턴 부분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 축 방향으로 적층된 권선 턴 부분의 수 대 원주 방향으로 적층된 권선 턴 부분의 수의 비는 3 이상, 바람직하게는 5 이상, 보다 바람직하게는 7 이상일 수 있다. 2개 이상의 권선 턴 부분 폭인 코일은 전도체의 전체 길이를 증가시켜 코일의 임피던스를 증가시킨다. 임피던스가 높으면 스위칭 속도가 낮은 제어기를 사용할 수 있으며, 이는 일부 경우에 비용을 절감할 수 있다.

활성 구획 쌍의 대체로 반경 방향으로 연장되는 제1 및 제2 활성 구획의 권선 턴 부분은 내부 반경에 위치된 근위 단부, 및 외부 반경에 위치된 원위 단부를 가질 수 있다. 권선 턴 부분의 근위 단부는 내부 루프 구획에 의해 연결될 수 있고, 원위 단부는 외부 루프 구획에 의해 연결되어, 사용 시 전류가 반경 방향으로 연장되는 활성 구획 쌍을 따라 반대 반경 방향으로 흐르도록 할 수 있다.

외부 루프 구획은 회전 축에 실질적으로 평행한 코일의 외부 부분을 형성하도록 구성될 수 있다. 코일의 축 방향으로 평행한 부분은 고정자 하우징의 구멍에 축 방향으로 삽입될 수 있으며, 이는 고정자 제조의 용이성을 향상시킨다. 또한, 코일의 외부 부분의 연장된 특성은 코일의 기계적 맞물림 및 고정자의 외측 원주의 냉각을 위해 더 큰 표면적을 제공한다.

각각의 외부 루프 구획은 임의의 형상을 가질 수 있지만, 바람직하게는 코일의 외부 부분이 반원판 또는 직사각형 표면이 되도록 실질적으로 반원형 또는 직사각형일 수 있다. 외부 부분의 표면은 또한 만곡될 수 있으며, 예를 들어, 인벌류트(involute) 형상일 수 있다. 이러한 표면은 넓은 표면적을 생성하지만, 상대적으로 제한된 길이의 전도체를 요구하므로 재료 비용이 절감된다.

추가적으로 또는 대안적으로, 외부 루프 구획은 코일의 실질적으로 인벌류트 부분을 형성하도록 구성될 수 있다. 인접한 전도성 요소들 사이에 실질적으로 일정한 갭을 유지하는 인벌류트 부분은 원주 방향으로 분포된 코일의 반경 방향으로 상호 맞물린 배열을 제공한다. 코일의 외부 부분을 2개의 활성 구획에 연결하는 코일의 2개의 실질적으로 인벌류트 외부 부분이 있을 수 있다.

내부 루프 구획은 회전 축에 실질적으로 평행한 코일의 내부 부분을 형성하도록 구성될 수 있다. 회전 축에 실질적으로 평행하기 때문에 내부 부분은 가능한 한 원주 방향 공간을 적게 차지한다. 이것은 물리적 공간이 고정자의 내부 반경에서 프리미엄이기 때문에 중요하다.

각 내부 루프 구획은 임의의 형상을 가질 수 있지만, 바람직하게는 코일의 내부 부분이 반원판 또는 직사각형 표면이 되도록 실질적으로 반원형 또는 직사각형일 수 있다. 내부 부분의 표면은 또한 만곡될 수 있으며, 예를 들어, 인벌류트 형상일 수 있다. 이러한 형상은 구현하는 데 상대적으로 제한된 길이의 전도체를 요구하므로 재료 비용이 절감된다.

내부 루프 구획은 실질적으로 인벌류트 부분을 형성하도록 구성될 수 있다. 인접한 전도성 요소들 사이에 실질적으로 일정한 갭을 유지하는 인벌류트 부분은 원주 방향으로 분포된 코일의 반경 방향으로 상호 맞물린 배열을 제공한다. 코일의 내부 부분을 2개의 활성 구획에 연결하는 코일의 2개의 실질적으로 인벌류트 내부 부분이 있을 수 있다.

활성 구획 쌍의 수는 2의 정수배일 수 있다. 2개의 활성 구획 쌍의 정수배를 사용하면 각각의 코일을 복수의 동일한 전도성 요소로 쉽게 만들 수 있어 제조 비용이 절감된다.

전도성 코일은 사용 시 전류가 자속 가이드를 위한 공간 중 하나의 공간에 의해 분리된 코일의 인접한 활성 구획을 따라 동일한 방향으로 흐르도록 구성될 수 있다. 이렇게 하면 인접한 활성 구획에 흐르는 전류가 토크 생성에 역효과가 되는 것을 방지할 수 있다.

하나의 코일을 구성하는 복수의 활성 구획 쌍은 하나의 활성 구획 쌍을 각각 포함하는 복수의 개별 요소를 직렬로 연결함으로써 형성되거나 일체로 형성될 수 있다. 연결은 예를 들어, 납땜 또는 용접에 의해 페룰(ferrule)을 사용하여 이루어질 수 있다. 별도의 요소는 구현하기에 비교적 저렴한 기술을 사용하여 수행될 수 있는 전도체를 감고, 결합하고 형성함으로써 형성될 수 있다. 요소를 일체로 형성하는 것은 비용이 많이 들지만 일반적인 권선 기술로는 달성할 수 없거나 달성하기 어려운 보다 복잡한 코일 토폴로지를 허용할 수도 있다. 또한, 일체로 형성된 요소를 사용하면 고정자의 구성 부품의 수가 감소한다.

전도성 코일은 전도성 코일을 전력 공급원에 연결하기 위한 제1 및 제2 연결 부분을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 연결 부분은 회전 축에 평행하게 연장될 수 있다. 연결 부분은 동일한 평행 방향 또는 반대 평행 방향으로 연장될 수 있다. 연결 부분이 평행하게 연장되면 코일을 전력 공급원에 매우 간단하게 연결할 수 있다.

코일의 제1 및 제2 연결 부분은 코일의 반경 방향 외부 단부에 근접하게 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 연결은 예를 들어 고정자 조립체의 내부 반경에서보다 더 많은 원주 방향 공간이 있는 고정자 조립체의 외부 반경에 근접하여 이루어질 수 있다. 이는 연결이 덜 조밀하게 패킹(packed)되어 제조가 용이하고 보다 신뢰성 있는 전기적 연결을 제공함을 의미한다.

축 방향 자속 전기 기계용 고정자로서, 제1 양태에 따른 복수의 전도성 코일을 포함하는 고정자가 또한 제공된다. 축 방향 자속 전기 기계용 고정자로서, 제2 양태에 따른 복수의 전도성 코일을 포함하는 고정자가 또한 제공된다. 어느 경우든, 복수의 전도성 코일은 고정자 주위에 원주 방향으로 분포될 수 있다.

복수의 전도성 코일은 복수의 그룹으로 제공될 수 있으며, 각각의 그룹은 고정자의 하나의 극에 대응한다.

각각의 전도성 코일은 다상 전력 공급원의 위상에 연결되도록 구성될 수 있다.

원주 방향으로 인접한 전도성 코일들은 다상 공급원의 서로 다른 위상에 연결되도록 구성될 수 있고, N상 전력 공급원의 경우, 고정자는 N개의 전도성 코일의 복수의 그룹을 포함하고, N개의 전도성 코일의 각각의 그룹은 N상 공급원의 각각의 위상에 대해 하나의 코일을 포함하고, 각각의 그룹은 고정자의 하나의 극에 대응한다.

다상 전력 공급원의 각각의 위상에 대해, 상기 위상에 연결된 고정자의 매 두 번째 코일은 공통 버스바(busbar)에 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 권선은 위상당 총 코일 수의 절반을 2개의 위상 버스바 중 하나에 연결하는 2개의 인터리브된 부분(interleaved portion)으로 분할될 수 있다.

원주 방향으로 인접한 전도성 코일들은 자속 가이드를 수용하기 위한 제1 유형의 공간을 형성하기 위해 원주 방향으로 중첩될 수 있다. 제1 유형의 각각의 공간은 2개의 상이한 코일의 2개의 인접한 활성 구획 사이의 원주 방향 공간일 수 있다. 이를 형성하는 활성 구획과 같이 제1 유형의 공간은 반경 방향으로 연장되고 반경 방향으로 세장형일 수 있다. 고정자의 코일은 자속 가이드를 수용하기 위한 구조를 자연스럽게 형성하기 때문에, 전기 기계의 효율을 향상시키는 높은 정확도를 갖는 고정자를 신속히 제조할 수 있다.

고정자는 제1 유형 및/또는 제2 유형의 공간에 위치된 자속 가이드를 더 포함할 수 있다.

고정자는 고정자 하우징을 더 포함할 수 있다. 고정자 하우징은 회전 축에 실질적으로 평행한 전도성 코일의 외부 부분을 수용하기 위해 원주 방향으로 분포되고 축 방향으로 연장되는 구멍을 포함할 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 이것은 고정자의 전도성 구성 요소로부터 고정자 하우징을 통해 더 쉽고 더 정확한 제조 및 열 전달을 제공한다.

이러한 고정자를 포함하는 축 방향 자속 전기 기계가 또한 제공된다. 축 방향 자속 기계는 고정자의 양측에 배치된 대향 회전자 쌍을 포함할 수 있다. 각각의 회전자는 하나의 고정자에만 전용될 수 있거나, 하나 이상의 회전자가 2개의 축 방향으로 정렬된 고정자 사이에 공유될 수 있다.

축 방향 자속 전기 기계의 고정자를 제조하는 방법이 또한 제공된다. 방법은 복수의 전도성 코일이 고정자 하우징 주위에 원주 방향으로 분포되도록 고정자 하우징에 복수의 전도성 코일을 위치시키는 단계를 포함한다. 각각의 전도성 코일은 제1 활성 구획 및 제2 활성 구획을 포함하고, 각 활성 구획은 전기 기계의 회전 축에 실질적으로 수직인 대체로 반경 방향으로 연장되고, 각각의 활성 구획의 반경 방향에 수직인 단면이 회전 축에 평행한 주 치수를 갖는 세장형이도록 회전 축에 평행하게 적층된 복수의 권선 턴 부분을 포함한다. 제2 활성 구획은 제1 활성 구획으로부터 원주 방향으로 피치만큼 이격되고 축 방향으로 오프셋된다.

고정자 하우징은 원주 방향으로 분포되고 축 방향으로 연장되는 복수의 구멍을 포함할 수 있다. 이 경우, 고정자 하우징에 복수의 전도성 코일을 위치시키는 것은 각각의 전도성 코일에 대해 축 방향으로 연장되는 구멍 중 하나에 각각의 코일의 축 방향으로 연장되는 부분을 위치시키는 것을 포함할 수 있다. 이는 조립의 용이성, 조립의 정확성, 기계적 맞물림, 및 사용 시 냉각 및 효율을 증가시킨다.

각각의 전도성 코일은 직렬로 서로 연결된 복수의 활성 구획 쌍을 포함할 수 있으며, 여기서 인접한 활성 구획 쌍들은 자속 가이드를 수용하기 위한 제2 유형의 공간을 형성하도록 원주 방향으로 중첩된다. 제2 유형의 공간은 동일한 코일의 2개의 인접한 활성 구획 사이이지만 코일의 상이한 활성 구획 쌍 사이의 원주 방향 공간일 수 있다. 방법은 공간에 자속 가이드를 위치시키는 단계를 더 포함한다. 위에서 언급한 바와 같이, 유리하게는 코일당 각각의 활성 구획 쌍을 추가할 때마다 위상당 극당 슬롯의 수를 하나씩 증가시킬 수 있고, 이는 손실을 줄이고 따라서 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 코일당 활성 구획의 수는 기계의 반경에 따라 조정될 수 있으므로 더 큰 기계에서 더 높은 효율이 가능하다.

축 방향 자속 전기 기계의 고정자를 제조하는 다른 방법이 제공된다. 방법은 복수의 전도성 코일이 고정자 하우징 주위에 원주 방향으로 분포되도록 고정자 하우징에 복수의 전도성 코일을 위치시키는 단계를 포함한다. 각각의 전도성 코일은 2개의 활성 구획 쌍을 포함하고, 각각의 활성 구획은 전기 기계의 회전 축에 실질적으로 수직인 대체로 반경 방향으로 연장된다. 각각의 쌍의 대체로 반경 방향으로 연장되는 활성 구획은 원주 방향으로 피치만큼 이격된다. 각각의 2개의 활성 구획 쌍은 자속 가이드를 수용하기 위한 제2 유형의 공간을 형성하도록 부분적으로 원주 방향으로 중첩된다. 제2 유형의 공간은 동일한 코일의 다른 활성 구획 쌍의 2개의 인접한 활성 구획 사이의 원주 방향 공간이다. 방법은 공간에 자속 가이드를 위치시키는 단계를 더 포함한다.

이 제2 방법에서, 각각의 활성 구획은 각각의 활성 구획의 반경 방향에 수직인 단면이 회전 축에 평행한 주 치수를 갖는 세장형이도록 회전 축에 평행하게 적층된 복수의 권선 턴 부분을 포함할 수 있다. 이것은 전류가 전도성 단면에 걸쳐 더 고르게 퍼지기 때문에 가열을 감소시킨다. 각각의 쌍의 활성 구획은 서로 축 방향으로 오프셋될 수 있다. 활성 구획을 축 방향으로 오프셋하면 축 방향 및 원주 방향으로 코일의 적층을 용이하게 하고, 각각의 활성 구획 쌍 사이의 스팬(피치)에 유연성을 제공하고, 또한 코일의 상호 맞물림 특성으로 인해 전체 권선의 구조적 강성을 향상시킨다.

두 방법에서, 전도성 코일은 원주 방향으로 인접한 전도성 코일들이 원주 방향으로 중첩되어 자속 가이드를 수용하기 위한 제1 유형의 공간을 형성하도록 위치될 수 있다. 제1 유형의 각각의 공간은 2개의 상이한 코일의 2개의 인접한 활성 구획 사이의 공간일 수 있다. 두 방법은 제1 유형의 공간에 자속 가이드를 위치시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

두 방법은 고정자의 적어도 일부를 수지와 같은 결합 화합물에 함침시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이것은 고정자 조립체를 강화시켜 사용 동안 고정자 조립체가 경험하는 기계적 및 전자기적 힘으로부터 고정자 조립체를 보호한다. 코일을 전력 공급원에 연결하기 위한 수단은 결합 화합물에 함침되지 않을 수 있고, 함침 후 연결부에 접근하는 것을 유리하게 허용한다.

본 발명의 일 양태의 임의의 특징은 본 발명의 다른 양태에 임의의 적절한 조합으로 적용될 수 있다. 특히, 방법 양태는 장치 양태에 적용될 수 있으며 그 반대도 마찬가지이다. 더욱이, 일 양태의 임의의, 일부의 및/또는 모든 특징은 임의의 다른 양태의 임의의, 일부의 및/또는 모든 특징에 임의의 적절한 조합으로 적용될 수 있다.

또한, 본 발명의 임의의 양태에서 설명되고 제시된 다양한 특징의 특정 조합은 독립적으로 구현되고/되거나 공급되고/되거나 사용될 수 있는 것으로 이해된다.

본 발명의 실시예는 이제 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 더 설명된다.
도 1a는 고정자 조립체, 회전자 및 샤프트를 보여주는 축 방향 자속 기계의 측면도이다.
도 1b는 도 1a의 축 방향 자속 기계의 사시도이다.
도 2a는 도 1a 내지 도 1b의 축 방향 자속 기계의 회전자와 샤프트의 사시도이다.
도 2b는 도 1a 내지 도 1b 및 도 2a의 축 방향 자속 기계의 하나의 회전자의 평면도로서, 회전자의 영구 자석을 보다 명확히 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1a 내지 도 1b 및 도 2a 내지 도 2b에서 보이지 않는 추가 상세를 보여주는 축 방향 자속 기계의 측단면도이다.
도 4a는 48개의 전도성 코일을 포함하는 축 방향 자속 기계의 고정자 조립체의 전도성 구성 요소의 사시도이다.
도 4b는 도 4a의 고정자 조립체의 전도성 구성 요소의 측면도이다.
도 4c는 도 4a 및 도 4b의 고정자 조립체의 전도성 구성 요소의 평면도이다.
도 5a는 반경 방향으로 연장되는 단일 활성 구획 쌍을 갖는 단일 전도성 코일 요소의 평면도 및 저면도를 도시한다.
도 5b는 도 5a의 전도성 코일 요소의 2개의 사시도를 도시한다.
도 5c는 도 5a 및 도 5b의 전도성 코일 요소의 2개의 측면도를 도시한다.
도 5d는 도 5a 내지 도 5c의 전도성 코일 요소의 정면도 및 배면도를 도시한다.
도 5e는 고정자 주위에 원주 방향으로 분포된 도 5a 내지 도 5d의 복수의 전도성 요소를 포함하는 고정자의 일부 평면도로서, 이들이 중첩되어 생긴 공간을 보여주는 도면이다.
도 5f는 도 5e의 고정자를 나타내는 평면도이다.
도 5g는 전도성 요소를 편평한 평면에서 권취할 수 있는 방식을 예시하는 전도성 요소의 평면도이다.
도 5h는 도 5g에 예시된 전도성 요소의 측면도이다.
도 5i는 도 5g 및 5h에 예시된 전도성 요소의 사시도이다.
도 5j는 대안적인 전도성 코일 요소의 평면도이다.
도 5k는 도 5j의 복수의 전도성 코일 요소를 이용하는 고정자의 평면도이다.
도 6a는 직렬로 연결된, 원주 방향으로 중첩되는, 반경 방향으로 연장되는 2개의 활성 구획 쌍을 포함하는 전도성 코일의 평면도 및 저면도를 도시한다.
도 6b는 도 6a의 전도성 코일의 2개의 사시도를 도시한다.
도 6c는 도 6a 및 도 6b의 전도성 코일 쌍의 2개의 측면도를 도시한다.
도 6d는 도 6a 내지 도 6c의 전도성 코일의 정면도 및 배면도를 도시한다.
도 7a는 버스바 쌍에 연결된 도 6a 내지 도 6d의 전도성 코일을 보여주는 정면도이다.
도 7b는 버스바 쌍에 연결된 도 6a 내지 도 6d의 전도성 코일의 사시도이다.
도 7c는 버스바 쌍에 연결된 도 6a 내지 도 6d의 전도성 코일 쌍의 평면도이다.
도 8a는 동일한 버스바 쌍에 연결된 8개의 전도성 코일의 사시도이다.
도 8b는 동일한 버스바 쌍에 연결된 8개의 전도성 코일의 평면도이다.
도 9a는 각각의 버스바 쌍에 연결된 2개의 원주 방향으로 인접한 전도성 코일의 정면도이다.
도 9b는 각각의 버스바 쌍에 연결된 2개의 원주 방향으로 인접한 전도성 코일의 사시도이다.
도 9c는 각각의 버스바 쌍에 연결된 2개의 원주 방향으로 인접한 전도성 코일의 평면도이다.
도 10은 전도성 코일을 3상 전력 공급원에 연결하는 대안적인 방법을 예시하는 6개의 인접한 전도성 코일의 사시도이다.
도 11a는 반경 방향으로 연장되는 2개의 활성 구획 쌍을 각각 갖는 24개의 전도성 코일을 포함하는 16극, 3상 고정자 조립체의 전도성 구성 요소의 절반에 대한 평면도이다.
도 11b는 도 11a의 고정자 조립체의 사시도이다.
도 12a는 고정자 조립체의 전도성 코일을 수용하는 고정자 하우징을 포함하는 고정자 조립체의 사시도이다.
도 12b는 도 12a의 고정자 조립체의 평면도로서, 전도성 코일이 고정자 하우징 구멍 내에 수용되는 방식을 도시한다.
도 12c는 버스바 및 위상 연결부를 보여주는 도 12a 및 도 12b의 고정자 조립체의 사시도이다.
도 13은 고정자를 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 14는 토크 및 속도 값의 범위에 대해 도 12a 내지 도 12c의 고정자 조립체를 포함하는 축 방향 자속 기계의 효율을 나타내는 효율 맵(efficiency map)이다.
상세한 설명 및 도면 전체에 걸쳐 유사한 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.

이제 본 발명의 일 실시예를 축 방향 자속 모터(100)를 참조하여 설명한다. 모터(100)를 설명하지만, 본 발명은 발전기와 같은 다른 유형의 축 방향 자속 전기 기계에도 동등하게 구현될 수 있는 것으로 이해된다.

축 방향 자속 기계의 개요

도 1a 및 도 1b는 축 방향 자속 모터(100)의 주요 구성 요소를 도시한다. 축 방향 자속 모터(100)는 고정자 조립체(1), 고정자 조립체(1)의 양측에 배치된 2개의 회전자(2a, 2b), 및 샤프트(3)를 포함한다. 샤프트는 구동 단부(3a) 및 비-구동 단부(3b)를 포함한다. 회전자(2a, 2b)는 샤프트(3)에 고정 장착된다. 사용 시, 축 방향 자속 모터(100)의 고정자(1)는 정지 상태를 유지하고, 회전자(2a, 2b) 및 샤프트(3)는 고정자(1)에 대해 함께 회전한다. 회전자 커버 플레이트, 및 고정자를 전력원에 연결하기 위한 수단과 같이 모터(100)에 일반적으로 존재하는 다양한 구성 요소는 명확성을 위해 도 1a 및 도 1b에서 생략된 것으로 이해된다.

도 1a 및 도 1b는 2개의 회전자(2a, 2b) 및 단일 고정자(1)를 도시하지만, 다른 구성도 가능한 것으로 이해된다. 예를 들어, 회전자(2a, 2b) 중 하나는 2개의 축 방향으로 정렬된 고정자 사이에서 공유될 수 있다. 즉, 2개의 고정자와 3개의 회전자가 있을 수 있으며, 3개의 회전자 중 하나는 2개의 고정자 사이에서 공유된다.

도 2a 및 도 2b는 고정자 조립체(1) 없는 모터(100)의 회전자(2a, 2b) 및 샤프트(3)를 도시한다. 도 2b로부터 특히 명백한 바와 같이, 각각의 회전자(2a, 2b)는 원주 방향으로 분포된 복수의 영구 자석(21, 22, 23, 24)을 포함한다. 자석(21, 22, 23, 24)은 예를 들어 NdFeB 자석과 같은 희토류 자석이다. 영구 자석(21 및 22)과 같이 원주 방향으로 인접한 자석은 극성이 반대이다. 즉, 각각의 북극(23)은 2개의 남극(22, 24)에 원주 방향으로 인접하고, 각각의 남극(22)은 2개의 북극(21, 23)에 원주 방향으로 인접한다.

도 2a 및 도 2b에서는 볼 수 없지만, 회전자(2a, 2b)는 대향하는 영구 자석이 반대 극을 갖도록 장착된다. 즉, 회전자(2a) 상의 북극은 회전자(2b) 상의 남극을 향하고 그 반대도 마찬가지이다. 그 결과, 2개의 회전자(2a, 2b)의 자석은 2개의 회전자(2a, 2b) 사이에 축 방향 자속 라인을 갖는 자기장을 생성한다.

이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 이해하는 바와 같이, 본 명세서에 설명된 고정자 조립체(1)는 요크가 없지만 철이 없는 것은 아니다. 요크는 회전자 자기장의 반대 극들 사이의 자속 라인을 안내하기 위해 일부 고정자에 존재하는 추가 구조 요소이다. 즉, 요크는 고정자 내부에 자기 회로를 완성한다. 본 명세서에 설명된 축 방향 자속 기계(100)는 대향하는 영구 자석이 반대 극성을 갖는 대향 회전자(2a, 2b) 쌍을 사용하기 때문에 자속이 단방향이기 때문에 자기 회로를 완성하기 위해 요크가 필요하지 않다. 요크 없는 고정자를 사용하면 축 방향 자속 기계의 전체 중량이 줄어들어 많은 실제 응용 분야에서 매우 유용하다. 또한 요크 영역의 자속 밀도 변화로 인한 손실이 없으므로 효율이 향상된다.

회전자(2a, 2b)의 2개의 인접한 영구 자석(21, 22)의 중심의 원주 방향 (각도 방향) 분리 거리(α)는 축 방향 자속 모터(100)의 극 피치를 형성한다. 영구 자석(β)의 평균 스팬은 모터(100)의 극 피치(α) 이하일 수 있다는 것이 주목된다. 도 2a 내지 도 2b에서, 인접한 자석들은 비-자성 스페이서에 의해 분리되어 영구 자석(21 내지 24)의 평균 스팬(β)은 모터(100)의 극 피치(α)보다 작다. 일례에서, β는 α의 약 3/4이다. β 대 α의 비율은 고정자(1)에서 영구 자석 자속 밀도의 원주 방향, 공간 조화 왜곡을 줄이기 위해 선택될 수 있다. 이해되는 바와 같이, 영구 자석(21 내지 24)의 스팬(β)이 모터(100)의 극 피치(α)보다 작을 수 있도록 비-자성 스페이서를 제공하는 것이 필수적인 것은 아니다. 예를 들어, 영구 자석(21 내지 24)은 필요한 이격 위치에서 접착제 등을 사용하여 회전자에 부착될 수 있다.

도 2a 내지 도 2b에 예시된 회전자(2a, 2b)는 16개의 원주 방향으로 분포된 영구 자석(21 내지 24)을 갖고 따라서 16개의 극을 갖는다. 그러나, 이것은 단지 일례일 뿐, 실제로 부분적으로 의도된 응용 분야에 따라 16극보다 크거나 작을 수 있다. 예를 들어, 극은 일반적으로 쌍으로 존재하고(따라서 일반적으로 극의 수는 짝수임), 극의 수는 회전자(2a, 2b)의 반경에 의해 어느 정도 제한되며, 이는 의도된 응용 분야에 적합한 모터의 크기에 따라 달라진다. 회전자(2a, 2b)는 예를 들어 8개 또는 32개의 극을 가질 수 있다.

도 3을 참조하면, 이것은 추가 상세와 함께 도 1 내지 도 2의 축 방향 자속 모터(100)의 단면도를 도시한다. 본 명세서에 설명된 발명은 주로 도 4 내지 도 12를 참조하여 아래에서 보다 상세히 설명될 고정자 조립체(1)의 전도성 구성 요소(10)에 관한 것이기 때문에, 도 3의 구성 요소에 대한 간략한 개요만이 제공될 것이다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 축 방향 자속 모터(100)와 같은 축 방향 자속 기계의 구성 요소에 익숙할 것이며, 또한 도 3에 도시된 모든 특징은 축 방향 자속 기계에 필수적인 것은 아니며, 존재하는 특징은 다양한 다른 방법으로 구현될 수 있는 것으로 이해된다.

고정자(1), 구동 단부 회전자(2a), 비-구동 단부 회전자(2b) 및 샤프트(3)에 더하여, 도 3은 회전자(2a, 2b)를 둘러싸고 외부 물질이 진입하는 것을 방지하기 위해 모터(100)를 일반적으로 밀봉하는 구동 단부 및 비-구동 단부 회전자 커버 플레이트(4a, 4b)를 도시한다. 회전자 스페이서 링(4c)은 회전자(2a, 2b)를 이격시킨다. O-링 밀봉부(8a, 8b) 및 동적 밀봉부(9)는 모터(100)의 내부를 추가로 밀봉한다. 회전자(2a, 2b)의 회전은 회전자(2a, 2b)의 영구 자석과 고정자(1) 사이에 공기갭(5)을 유지하는 구동 단부 및 비-구동 단부 베어링(6a, 6b)에 의해 보조된다. 인코더 마운트(71), 축상 위치 인코더(72) 및 관련 인코더 센서 자석(73)을 포함하는 인코더 조립체(7)도 도시되어 있다.

전도성 코일 및 고정자

이제 고정자 조립체(1)의 전도성 코일(12)을 포함하는 전도성 구성 요소(10)를 도 4 내지 도 12를 참조하여 설명한다. 특정 수의 고정자 극(11), 전도성 코일(12) 및 전류 위상과 함께 특정 예를 설명하지만, 이는 청구범위를 제한하려고 의도된 것이 아닌 것으로 이해된다.

도 12a 내지 도 12c를 간단히 참조하면, 고정자(1)의 전도성 구성 요소(10)를 수용하는 환형 또는 링-형상의 고정자 하우징(20)을 포함하는 것으로 볼 수 있는 고정자 조립체(1)가 도시되어 있다. 회전자 자석에 의해 제공되는 축 방향 자속이 전도성 구성 요소(10)를 통해 흐르는, 반경 방향으로 흐르는 전류와 상호 작용하여 회전자(2a, 2b)를 회전시키는 토크를 생성하는 곳인 고정자 조립체(1)의 코어는 고정자의 전도성 구성 요소(10)의 반경 방향으로 연장되는 활성 구획, 및 라미네이션 팩 형태의 자속 가이드(30)를 포함한다. 전기 절연물로 둘러싸인 결정립 배향된 전기 강철 시트를 포함할 수 있는 라미네이션 팩 형태의 자속 가이드(30)는 코어의 전도성 구성 요소(10)의 반경 방향으로 연장되는 활성 구획들 사이의 공간에 위치된다. 라미네이션 팩 형태의 자속 가이드(30)는 전류 운반 전도체들 사이에서 영구 자석(21 내지 24)에 의해 생성된 자속을 전달하는 역할을 한다.

이제 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 전도성 구성 요소(10)(이제부터는 단순히 "고정자(10)"로 지칭됨)는 라미네이션 팩 형태로 고정자 하우징(20) 또는 자속 가이드(30) 없이 도시된다. 도 4c의 평면도에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 고정자(10)는 분산된 권선을 갖고, 원주 방향으로 분산된 복수의 (이 경우에 16개의) 고정자 극(11a, 11b, ..., 11p)을 포함하며, 각각의 고정자 극은 복수의 전도성 코일(12)을 포함한다. 각각의 전도성 코일(12)은 이 예에서 버스바의 형태를 취하는 연결 수단(15, 16)을 통해 다상 전력 공급원의 하나의 위상에 연결된다. 이 특정 예에서, 고정자(10)는 3상 전력 공급원과 함께 사용하도록 구성되어 고정자의 극(11a 내지 11p)당 3개의 전도성 코일(12)이 있다.

16개의 극(11a 내지 11p) 및 극당 3개의 전도성 코일(12)을 통해 도 4a 내지 도 4c의 고정자(10)는 총 48개의 원주 방향으로 분포된 전도성 코일(12)을 갖는 것으로 이해된다. 그러나, 도 4c의 평면도로부터, 이 고정자(10)는 실제로 96개의 반경 방향으로 연장되는 활성 구획을 갖는다는 것을 볼 수 있다. 또한, 도 4b의 측면도로부터, 반경 방향으로 연장되는 활성 구획의 2개의 축 방향으로 오프셋된 층이 있어 총 192개의 반경 방향으로 연장되는 활성 구획을 제공한다는 것을 볼 수 있다. 그 이유는 도 5 내지 도 9의 설명으로부터 명백해질 것이다. 요약하면, 각각의 전도성 코일(12)은 하나 이상의 전도성 요소(120)를 포함하고, 각각의 전도성 요소는 축 방향으로 오프셋된 반경 방향으로 연장되는 활성 구획 쌍을 포함한다. 도 4a 내지 도 4b의 고정자(10)의 각각의 전도성 코일(12)은 2개의 이러한 전도성 요소(120)를 포함하고, 각각의 전도성 요소(120)는 축 방향으로 오프셋된 반경 방향으로 연장되는 구획 쌍을 포함하기 때문에, 총 192개의 반경 방향으로 연장되는 활성 구획이 고려된다.

고정자(10)의 전도성 구성 요소는 하나 이상의 전도성 재료의 임의의 조합으로 제조될 수 있다. 그러나, 전도성 구성 요소(10)는 바람직하게는 구리로 제조된다.

도 5a 내지 도 5d는 단일 전도성 요소(120)의 다양한 도면이다. 위에서 언급된 바와 같이 그리고 아래에서 보다 상세히 설명된 바와 같이, 각각의 전도성 코일(12)은 하나 이상의 전도성 요소(120)로 구성된다. 전도성 코일(12)당 하나의 전도성 요소(120)의 경우에, 전도성 코일(12)과 전도성 요소(120)는 동등한 것으로 이해된다. 도 6a 내지 도 6d는 2개의 전도성 요소(120 및 120')로 구성된 전도성 코일(12)을 예시하고, 이하에서 설명한다.

도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 회전 축이 페이지의 평면에 수직인 도 5a의 평면도로부터 가장 잘 이해되는 바와 같이, 전도성 요소(120)는 원주 방향으로 피치만큼 이격된, 반경 방향으로 연장되는 활성 전도성 구획(121a, 121b) 쌍을 포함한다. 이러한 반경 방향으로 연장되는 활성 구획(121a, 121b)은, 전도성 코일(12)이 고정자 내에 위치될 때 전도성 코일이 회전자 코어 내에 배치되고 회전자(2a, 2b)의 자석에 의해 제공되는 자기장과 상호작용하기 때문에 "활성" 구획이라고 지칭된다. 활성 구획이 코어의 축 방향 자속에 거의 수직인 대체로 반경 방향으로 연장되기 때문에, 자속 결합이 적어도 거의 최대화되는 것으로 이해된다.

2개의 활성 구획(121a, 121b)이 피치만큼 이격되는 각도(γ)는 코일 스팬이라 지칭된다. 코일 스팬은 극 피치(α)(회전자의 영구 자석의 중심들 사이의 각도로 정의됨)와 같거나 다를 수 있다(더 적거나 더 클 수 있다). 바람직하게는 코일 스팬(γ)은 극 피치(α)보다 작다. 예를 들어, γ는 α의 대략 5/6일 수 있다. γ를 α보다 작게 함으로써 권선을 짧은 코드화(short-chording)할 수 있고, 이는 권선 자기 기전력(mmf)의 공간 고조파 함량을 감소시킨다.

도 5e 및 도 5f를 참조하면, 이들 도면은 도 4a 내지 도 4c의 고정자(10)와 유사하지만, 고정자(10')의 각각의 코일(12)이 단 하나의 전도성 요소(120)(하나의 활성 구획(121a, 121b) 쌍)를 갖는다는 점에서 상이한 16극, 3상 고정자(10')를 보여준다. 즉, 도 5e 및 도 5f에서 코일(12)과 전도성 요소(120)는 동등하다. 고정자(10)와 같이, 고정자(10')의 전도성 코일(120a, 120b, 120c)은 고정자 주위에 원주 방향으로 분포되고, 원주 방향으로 인접한 코일들은 원주 방향으로 중첩된다.

도 5e로부터 특히 명백한 바와 같이, 코일(120a, 120b, 120c)의 원주 방향 중첩은 코일의 활성 구획들 사이의 원주 방향 공간을 형성한다. 반경 방향으로 세장형인 이러한 원주 방향 공간은 자속 가이드(30)를 수용할 수 있다. 명명된 공간(141a, 141b, 141c)과 같은 공간은 제1 유형의 공간으로 지칭된다. 볼 수 있는 바와 같이, 제1 유형의 공간(141a, 141b, 141c)은 상이한 코일의 활성 구획들 사이에 형성된다. 예를 들어, 공간(141b)은 코일(120a)의 2개의 활성 구획 중 하나와, 코일(120c)의 2개의 활성 구획 중 하나 사이에 있다. 하지만, 제1 유형의 특정 공간(141a, 141b, 141c)을 형성하는 2개의 코일은 고정자 극당 위상의 수, 극의 수 및 선택된 코일 스팬(γ)을 포함하는 다양한 인자에 의존할 수 있는 것으로 이해된다.

이제 도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 도 5b 및 도 5d에서 볼 수 있는 바와 같이, 2개의 활성 구획(121a, 121b)은 서로 축 방향으로 오프셋되어 있다. 이것은 원주 방향으로 전도성 코일(12)의 적층을 용이하게 하고, 또한 전도성 요소(120)의 원주 방향 적층을 용이하게 하고, 여기서 전도성 코일(12)당 다수의 전도성 요소(120)가 있다. 도 14를 참조하여 보다 상세히 논의되는 바와 같이, 이것은 위상당 극당 더 많은 고정자 극과 더 많은 슬롯을 허용하여 이는 더 큰 효율을 제공할 수 있다. 또한, 권선을 쉽게 짧은 코드화할 수 있다.

도 5b, 도 5c 및 도 5d 각각에서 볼 수 있는 바와 같이, 각각의 전도성 요소(120)는 연속 길이의 권취된 전도체로 형성된다. 이 길이의 전도체의 최외측 권선은 외부 테일(outer tail)(128)이라고 지칭되는 제1 연결 부분(128)에서 종료된다. 외부 테일(128)은 축 방향에 실질적으로 평행하게 연장된다. 아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 이것은 코일(12)을 다상 전력 공급원에 편리하게 연결하는 것을 용이하게 한다. 최내측 권선 턴 부분은 내부 테일(inner tail)(129)이라고 지칭되는 제2 연결 부분(129)에서 종료된다.

도 5b, 도 5c 및 도 5d 각각에서 볼 수 있는 바와 같이, 전기 기계의 회전 축에 평행하게 적층된 복수의 권선 턴 부분(131a, 131b)이 존재하도록 전도성 요소(120)를 형성하는 소정 길이의 전도체가 권취된다. 각각의 활성 구획(121a, 121b)의 반경 방향에 수직인 전도성 요소(120)의 결과적인 단면은 회전 축에 평행한 주 치수를 갖는 세장형이다. 도 5a 내지 도 5d의 예에서, 14개의 축 방향으로 적층된 권선 턴 부분(131a, 131b)이 있지만, 다른 수도 동등하게 가능하기 때문에 이것은 본 발명을 제한하려고 의도된 것은 아니다.

도 5g, 도 5h 및 도 5i는 소정 길이의 전도체를 권취함으로써 전도성 요소(120)를 형성할 수 있는 방식을 도시한다. 도 5g에 도시된 바와 같이, 전도체는 단일 평면에서 (페이지의 평면으로부터 수직으로 돌출하는) 지지 요소(301, 302) 쌍 주위에 권취되어 다수의 (이 경우에는 14개의) 턴 또는 층을 갖는 편평한 평면 권선을 형성한다. 권선이 편평하다는 것은 도 5h 및 도 5i에서 가장 잘 볼 수 있다. 최내측 권선은 내부 테일(129)에서 종료되고, 최외측 권선은 외부 테일(128)에서 종료된다.

도 5g 내지 도 5i에 도시된 편평한 권선을 형성하면, 전도성 요소(120)의 3차원 형상은 편평한 권선을 도 5a 내지 도 5d에 도시된 형상으로 굴곡시키거나 변형시킴으로써 형성된다. 이 굴곡은 이 기술 분야에 알려진 바와 같이 굴곡 도구를 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 축 방향으로 오프셋된 내부 수 형상 프로파일(male profile) 블록이 있는 굴곡 도구는 외부 암 형상 형태(female form)를 밀어서 활성 구획들이 서로 축 방향으로 오프셋되도록 편평한 권선을 굴곡시킬 수 있다. 외부 테일(128)과 내부 테일(129)은 원하는 대로 개별적으로 굴곡될 수 있다.

굴곡 공정을 더 쉽게 하기 위해, 편평한 권선에 먼저 추가적인 강도를 부여하여 굴곡 동안 권선의 형상을 유지하도록 할 수 있다. 일례에서, 전도체는 열 또는 용매로 활성화되는 외부 결합 층을 갖고 있어 권선 후에 턴/층이 형태를 유지하도록 함께 결합될 수 있다.

특히 도 5g 내지 도 5i로부터, 전도성 요소(120)는 다양한 상이한 방식으로 권취될 수 있고, 예시된 특정 권선이 본 발명을 제한하도록 의도된 것이 아닌 것으로 이해된다. 일부 대안은 다음과 같다:

- 도 5g의 권선은 지지 요소(301, 302) 주위에 반시계 방향으로 권취된 반면, 전도체의 길이는 시계 방향으로 동등하게 권취될 수 있다.

- 권선의 최외측 턴이 종료되어 외부 테일(128)이 전도성 요소(120)의 활성 구획(121a, 121b)으로 이어지지만, 이는 반드시 그럴 필요는 없다. 외부 턴은 예를 들어 외부 테일(128)이 활성 구획이 아닌 턴의 루프 구획으로 이어지도록 턴의 임의의 지점에서 종료될 수 있다.

- 도 5에는 14개의 축 방향으로 적층된 권선 턴이 예시되어 있지만 14개보다 많거나 적은 턴이 있을 수 있다.

- 권선이 하나의 턴/층 두께인 반면(특히 도 5h 참조), 둘 이상의 턴/층 두께일 수 있다. 이 경우에, 각각의 전도성 요소(120)는 원주 방향으로 적층된 복수의 권선 턴 부분을 포함한다. 임의의 수의 원주 방향으로 적층된 권선 턴 부분이 가능하지만, 이 수는 바람직하게는 축 방향으로 권선 턴 부분의 수보다 작아서, 각각의 활성 구획(121a, 121b)의 반경 방향에 수직인 전도성 요소(120)의 단면이 여전히 회전 축에 평행한 주 치수를 갖는다. 예를 들어, 축 방향으로 적층된 턴의 수 대 원주 방향으로 적층된 턴의 수의 비는 3보다 클 수 있고, 바람직하게는 5보다 클 수 있다.

위에서 알 수 있는 바와 같이, 사용 시 전류는 전도성 요소(120)의 2개의 활성 구획(121a, 121b)을 따라 반대 방향으로 (즉, 반경 방향으로 연장되는 방향에 평행하게 내측으로 및 외측으로) 흐른다. 전류 방향의 반전은 권선 턴 부분(131a, 131b)의 외부 루프 구획(122), 및 권선 턴 부분(131a, 131b)의 내부 루프 구획(125)에 의해 제공된다. 각각의 외부 루프 구획(122)은 제1 부분(123), 및 활성 구획(121a, 121b)을 제1 부분(123)에 연결하는 제2 부분(124a, 124b) 쌍(활성 구획(121a, 121b) 쌍 각각에 대해 하나씩)을 포함한다. 유사하게, 내부 루프 구획(125) 각각은 제1 부분(126), 및 활성 구획(121a, 121b)을 제1 부분(126)에 연결하는 제2 부분(127a, 127b) 쌍(활성 구획(121a, 121b) 쌍 각각에 대해 하나씩)을 포함한다.

도 5b, 도 5c및 도 5d에서 알 수 있는 바와 같이, 외부 제1 부분(123)은 회전 축에 실질적으로 평행한 표면을 갖는 코일 요소(120)의 외부 부분(133)을 함께 형성한다. 도 5a 내지 도 5d의 특정 예에서, 외부 제1 부분(123)은 실질적으로 반원형이고, 따라서 외부 부분(133)은 실질적으로 편평한 반원판(133)이지만, 다른 형상도 가능하다. 예를 들어, 각각의 외부 제1 부분(123)은 직사각형의 3개의 변에 대응하는 형상을 가질 수 있어, 이들 부분은 편평한 직사각형 표면을 갖는 외부 부분(133)을 함께 형성할 수 있다. 다른 예로서, 외부 제1 부분(123)에 의해 형성된 전도성 요소(120)의 외부 부분(133)은 편평하거나 평면일 필요는 없고: 이것은 도 5j에 도시되어 있으며, 이는 만곡된 프로파일 및 이에 따라 만곡된 표면을 갖는 외부 부분(133")이 있는 전도성 요소(120")를 도시한다. 도 5k는 도 4c와 비교될 수 있는 이러한 전도성 요소를 포함하는 고정자(10")의 평면도를 도시한다(고정자(10")는 임의의 연결 수단(15, 16)을 나타내지 않는다는 것이 주목된다).

외부 제1 부분(123)에 의해 형성된 표면(133)은 상대적으로 큰 표면적 때문에 냉각을 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 코일(120)의 외부 부분(133)은 회전 축과 실질적으로 평행하므로, 고정자 하우징(20)에는 기계적 맞물림 및 개선된 냉각을 제공하기 위해 코일 요소(120', 120")의 외부 부분(133)을 축 방향으로 수용하는, 축 방향으로 연장되는 구멍(25)이 제공될 수 있다. 이것은 아래에서 보다 상세히 설명한다.

내부 제1 부분(126)들은 코일 요소(120)의 내부 부분(136)을 함께 형성한다. 도 5b 내지 도 5d에 도시된 내부 부분(136)은 전술한 외부 부분(133)과 실질적으로 동일하고, 전술한 외부 부분(133)과 유사하게 회전 축에 평행할 수 있고, 다양한 형상 및 프로파일을 가질 수 있다. 그러나, 내부 부분(136)은 일반적으로 코일(12)을 냉각 및 적층하는 데 덜 역할을 할 것이고, 따라서 내부 부분(126)은 전도성 요소(120)당 전도체의 전체 수를 감소시켜 비용을 줄이도록 구성될 수 있다.

외부 제2 부분(124a, 124b) 및 내부 제2 부분(127a, 127b)과 관련하여, 이들 부분은 도 5a 내지 도 5d에서는 실질적으로 직선으로 보이지만 실제로는 약간 만곡되어 있다. 구체적으로, 외부 제1 부분(124a, 124b) 각각의 형상은 제1 인벌류트의 구획이고, 따라서 제1 부분(124a, 124b)은 함께 코일 요소(120)의 외부 실질적 인벌류트 부분(134a, 134b)을 형성한다. 유사하게, 내부 제2 부분(127a, 127b) 각각의 형상은 제2 인벌류트의 구획이고, 따라서 제1 부분(127a, 127b)은 함께 코일 요소(120)의 내부 실질적 인벌류트 부분(137a, 137b)을 형성한다. 인벌류트의 중요성은 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 설명된다.

전도성 요소(120)는 소정 길이의 전도체를 감아 형성되는 것으로 위에서 설명하였지만, 이것이 반드시 필요한 것은 아니다. 전도성 요소(120)는 일체로 형성되는 것을 포함하여 다른 방식으로 제조될 수 있다.

또한, 예시된 요소(120)는 소정의 길이의 전도체로부터 권취되고, 권선 턴 부분(131a, 131b)의 스택을 포함하지만, 이것은 바람직하지만 필수적인 것은 아니다. 예를 들어, 권선 턴 부분(131a, 131b)의 축 방향으로 연장되는 스택 대신에, 각각의 전도성 요소(120)는 단일 축 방향으로 연장되는 전도성 스트립에 의해 형성될 수 있다. 일부 경우에 단일 축 방향으로 연장되는 전도성 스트립이 축 방향으로 적층된 복수의 권선 턴 부분(131a, 131b)보다 바람직할 수 있지만, 아래에서 설명하는 바와 같이, 적층된 권선 턴 부분(131a, 131b)을 사용하면 유리하게는 손실 증가로 이어질 수 있는 표피 및 근접 효과를 완화시키는 데 도움이 된다.

위에서 언급한 바와 같이, 각각의 전도성 코일(12)은 단 하나의 전도성 요소(120)만을 포함할 수 있다. 그러나, 아래에 보다 상세히 설명되는 이유 때문에, 각각의 전도성 요소는 바람직하게는 둘 이상의 원주 방향으로 중첩되는 전도성 요소를 포함한다. 이제 2개의 원주 방향으로 중첩되는 전도성 요소(120, 120')를 포함하는 전도성 코일의 일례를 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 설명한다.

도 6a는 2개의 전도성 요소(120, 120')를 포함하는 전도성 코일(12)의 위 및 아래 도면을 도시한다. 2개의 전도성 요소(120, 120') 각각의 특징은 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 위에서 설명한 단일 전도성 요소(120)의 특징과 동일하므로, 그 특징은 다시 설명하지 않을 것이다.

전도성 코일(12)을 형성하기 위해, 2개의 동일한 전도성 요소(120, 120')를 내부 테일(129, 129')에서 직렬로 함께 전기적으로 연결한다. 본 명세서에 예시된 예에서, 내부 테일(129, 129')은 페룰(130)을 사용하여 연결된다. 그러나, 내부 테일(129, 129')을 연결하는 납땜 또는 용접과 같은 다른 방법이 있다. 2개의 요소(120, 120')를 연결하기 위해, 2개의 전도성 요소(120, 120') 중 하나는 도 6a의 페이지 평면에서 수직으로 이어지는 축을 중심으로 180° 회전되어서, 2개의 전도성 요소(120, 120')의 외부 테일(128, 128')은 반대 방향에 있고 내부 테일(129, 129')은 인접하고 따라서 페룰(130)에 의해 쉽게 연결된다. 대안적으로, 2개의 전도성 요소를 포함하는 전도성 코일(12)은 단일 조각으로서 일체로 형성될 수 있다.

그 결과로 생긴 전도성 코일(12)은 원주 방향으로 중첩되는, 피치만큼 이격되는 2개의 활성 구획(121a, 121b; 121a', 121b') 쌍을 갖는다. 특히, 2개의 활성 구획 쌍이 중첩되면 2개의 공간(142a, 142b)을 형성한다. 제1 공간(142a)은 코일(12)의 전도성 요소(120) 중 제1 전도성 요소의 하나의 (제1) 활성 구획(121a)과, 코일(12)의 전도성 요소(120') 중 제2 전도성 요소의 하나의 (제1) 활성 구획(121a') 사이에 형성된다. 제2 공간(142b)은 코일(12)의 제1 전도성 요소(120)의 다른 (제2) 활성 구획(121b)과, 코일(12)의 제2 전도성 요소(120')의 다른 (제2) 활성 구획(121b') 사이에 형성된다. 즉, 2개의 공간(142a, 142b)은 동일한 코일(12)의 2개의 상이한 활성 구획(121a, 121b; 121a', 121b') 쌍의 인접한 활성 구획(121a, 121a'; 121b, 121b') 사이의 원주 방향 공간이다. 이 유형의 공간은 제2 유형의 공간이라고 지칭된다. 제1 유형의 공간과 마찬가지로, 제2 유형의 공간(142a, 142b)은 라미네이션 팩과 같은 자속 가이드(30)를 위한 공간을 제공한다. 이것은 고정자 조립체(1)를 더 쉽게 구성할 수 있게 하고, 또한 고정자 조립체(1)의 위상당 극당 슬롯의 수를 증가시켜, 모터의 효율을 높일 수 있다.

이제 제1 유형의 공간(141a-c)(즉, 다른 코일의 활성 구획들 사이에 형성된 공간)과 제2 유형의 공간(142a-b)(즉, 동일한 코일 사이이지만 다른 쌍의 활성 구획들 사이에 형성된 공간)을 설명했지만, 제2 유형의 공간을 형성하는 복수의 코일(12)이 제1 유형의 공간을 형성하기 위해 고정자(10)에 제공될 때, 제1 유형의 공간과 제2 유형의 공간이 일치할 수 있다는 것이 주목된다. 이것은 각각의 코일(12)이 2개의 전도성 요소(120, 120')를 포함하는 16극, 3상 고정자를 예시하는 도 11a에서 가장 명확하게 볼 수 있다. 공간을 명확히 볼 수 있도록 전도성 코일(12)의 절반만이 도 11a 내지 도 11b에 도시되어 있다. 제1 유형의 공간과 제2 유형의 공간이 일치하는지 여부는 선택된 코일 스팬(γ), 고정자 극의 수 및 위상 수를 포함하는 다수의 인자에 따라 달라질 수 있다.

도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 도 6a 및 도 6b로부터, 2개의 전도성 요소(120, 120')의 하나의 외부 인벌류트 부분(134a, 134a') 쌍을 형성하는 외부 루프 구획(122, 122')의 제2 부분(124a, 124a') 사이에 갭(143a)이 있는 것을 볼 수 있다. 마찬가지로, 다른 외부 인벌류트 부분(134b, 134b') 쌍을 형성하는 외부 루프 구획(122, 122')의 제2 부분(124b, 124b')들 사이에 갭(143b)이 있다. 또한 하나의 내부 인벌류트 부분(137a, 137a') 쌍을 형성하는 내부 루프 구획(125, 125')의 제2 부분(127a, 127a')들 사이에 갭(144a)이 있다. 마지막으로, 다른 외부 인벌류트 부분(137b, 137b') 쌍을 형성하는 내부 루프 구획(125, 125')의 제2 부분(127b, 127b')들 사이에도 갭(144b)이 있다. 인벌류트의 기하학적 특성으로 인해, 이러한 갭(143a, 143b, 144a, 144b)의 폭은 전도성 요소(120, 120')의 인벌류트 구획의 길이를 따라 실질적으로 일정하게 유지된다. 이것은 유리하게는 코일의 주어진 정격 및 손실에 대해 모터의 직경을 감소시킨다.

2개의 전도성 요소(120, 120')를 갖는 전도성 코일(12)을 설명하였지만, 전도성 코일(12)은 2개를 초과하는 임의의 정수의 전도성 요소(120)를 가질 수 있는 것으로 이해된다. 전도성 코일(12)당 전도성 요소의 수를 증가시키면 전도성 요소(120)의 원주 방향으로 인접한 활성 구획에 의해 형성되는 제2 유형의 공간의 수를 증가시킬 수 있고, 이에 고정자(1)에서 위상당 극당 슬롯의 수를 증가시킬 수 있다. 이것은 고정자 자기장을 보다 정확히 정현파형 자속 밀도로 만들 수 있고 덜 상당한 고조파 왜곡을 만들 수 있다. 이는 회전자(2a, 2b)의 영구 자석에서 와전류의 발생을 유리하게 감소시키며, 이는 가열 손실을 감소시켜 더 높은 모터 효율을 제공한다. 그러나, 전도성 코일(12)당 전도성 요소(120)의 수는 일반적으로 크기 제약에 의해 제한되는 것으로 이해된다. 예를 들어, 전도체의 주어진 단면(즉, 권선이 권취된 와이어의 단면)과 고정자의 주어진 반경에 대해 단일 코일 스팬(γ)에 원주 방향으로 맞출 수 있는 전도체의 수는 제한된다.

코일(12)이 2개를 초과하는 전도성 요소를 갖는 경우, 몇 가지 추가 고려 사항이 있을 수 있다. 예를 들어,

- 코일이 (예를 들어, 페룰(130)에 의해) 다수의 전도성 요소(120)를 연결하여 형성되는 경우, 인접한 전도성 요소들을 보다 간단히 연결하는 것을 용이하게 하기 위해 여러 유형의 전도성 요소를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 위에서 설명된 전도성 요소(120)는 외부 테일(128)이 전력 공급원에 연결될 수 있기 때문에 2개의 원주 방향으로 외부 전도성 요소에 사용될 수 있다. 그러나, 외부 전도성 요소들 사이에 있는 하나 이상의 내부 전도성 요소는 내부 테일(129)과 외부 테일(128) 모두에서 전도성 요소에 연결되며, 따라서 외부 테일(128)이 유사한 방식으로 내부 테일(129)과 적응된, 제2 유형의 전도성 요소가 연결을 용이하게 하기 위해 제공될 수 있다. 대안적으로, 각각의 코일(12)은 3개 이상의 개별 전도성 요소를 연결하는 것에 의한 것이 아니라 일체형 유닛으로서 형성될 수 있다.

- 코일(12)당 2개의 전도성 요소(120)의 정수배는 코일(12)당 홀수개의 전도성 요소(120)보다 바람직할 수 있다. 2개의 요소(120)의 정수배를 사용하는 경우, 2개의 원주 방향으로 최외측 요소(120)의 외부 테일(128)은 도 6a 내지 도 6d에서와 같이 반대 평행 방향으로 향한다. 이것이 필수적인 것은 아니지만, 이것은 도 7 내지 도 10을 참조하여 아래에서 설명될 연결 수단을 사용하여 코일(12)을 보다 간단히 연결할 수 있게 한다.

원주 방향으로 분포된 코일(12)의 단일 축 방향 층(축 방향으로 오프셋된 활성 구획을 갖는 코일(12)을 가진 단일 층)을 갖는 고정자(10)를 설명하였지만, 고정자당 코일의 다수의 축 방향으로 적층된 층이 있을 수 있는 것으로 이해된다. 이 경우에, 각 층의 제1 유형의 공간 및/또는 제2 유형의 공간은 유리하게는 실질적으로 원주 방향으로 일치할 수 있다. 이는 다수의 축 방향으로 적층된 층의 축 방향 길이를 통해 연장될 수 있는, 축 방향으로 더 긴 자속 가이드(30)를 유리하게 삽입할 수 있게 하여 조립의 용이함 및 속도 면에서 추가 이득을 제공한다.

코일을 다상 전력 공급원에 연결

복수의 원주 방향으로 분포된 전도성 코일(12)을 다상 전력 공급원에 연결하는 방법을 이제 설명한다. 실제로 이를 달성할 수 있는 많은 상이한 방식이 있고, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 많은 다른 방식이 가능한 것으로 이해된다. 따라서, 본 발명은 임의의 특정 연결 배열로 제한되지 않는다. 그러나, 회전 축에 수직인 평면에서 축 방향으로 위/아래에 제공되고 전도성 코일에서 축 방향으로 위/아래에 제공되는 연결 수단(15 및 16)을 사용하는 전도성 코일(12)을 연결하는 설명된 방법은 특히 깔끔하고 잘 정리된 연결 세트를 제공한다. 또한, 이 연결은 제조를 용이하게 하고 연결이 불량할 가능성을 줄이고, 연결 수단을 함침시키지 않고 고정자를 수지에 함침시킬 수 있으므로 고정자 조립체를 함침한 후에도 연결을 점검하고 수리할 수 있다.

먼저 도 4b를 참조하면, 모터(100)의 회전 축에 수직인 평면에서 축 방향으로 위에 제공되고 전도성 코일(12)에서 축 방향으로 위에 있는 제1 연결 수단(15)이 있다. 또한 모터(100)의 회전 축에 수직인 평면에서 축 방향으로 아래에 제공되고 전도성 코일(12)에서 축 방향으로 아래에 있는 제2 연결 수단(16)이 있다. 3상 전력 공급원과 함께 사용하도록 구성된 고정자(10)의 경우, 연결 수단(15 및 16)은 3상 각각에 대한 제공을 포함한다. 그러나, 이것은 임의의 수의 위상을 갖는 다상 전력 공급원으로 확장될 수 있다.

병렬 연결 배열이라고 지칭되는 도 4a 내지 도 4c의 특정 연결 배열에서, 연결 수단(15, 16) 각각은 3개의 위상 연결부 및 하나의 스타형(star) 연결부를 포함한다. 즉, 제1 연결 수단(15)은 전력 공급원의 제1 위상을 위한 제1 위상 연결부(151), 전력 공급원의 제2 위상을 위한 제2 위상 연결부(152), 전력 공급원의 제3 위상을 위한 제3 위상 연결부(153), 및 스타형 연결부(154)를 포함한다. 유사하게, 제2 연결 수단(16)은 전력 공급원의 제1 위상을 위한 제1 위상 연결부(161), 전력 공급원의 제2 위상을 위한 제2 위상 연결부(162), 전력 공급원의 제3 위상을 위한 제3 위상 연결부(163), 및 스타형 연결부(164)를 포함한다.

설명된 예에서, 위상 연결부(151 내지 153, 161 내지 163) 및 스타형 연결부(154, 164)는 외부 원주(하지만 동등하게 이것은 내부 원주일 수 있음)가 전도성 코일의 축 방향으로 연장되는 외부 테일(128, 128')과 실질적으로 일치하는 환형 버스바의 형태이다. 위상 연결 버스바(151 내지 153, 161 내지 163) 자체는 입력(1510 내지 1530, 1610 내지 1630)을 통해 전력 공급원에 연결된다.

도시된 병렬 연결 배열에서, 각각의 전도성 코일(12)은, 코일(12)을 연결 수단(15, 16) 중 하나의 연결 수단의 위상 연결부 중 하나의 위상 연결부(일례로서, 위상 연결부(151))에 연결하고, 연결 수단(15, 16) 중 다른 연결 수단의 스타형 연결부(이 예에서, 스타형 연결부(164))에 연결함으로써 전력 공급원의 하나의 위상에 연결된다. 하나의 전도성 코일(12)을 하나의 위상 연결부(151) 및 하나의 스타형 링(164)에 연결하는 것은 도 7a 내지 도 7c에 도시하고 이제 이 도면을 참조하여 설명한다.

도 7a 내지 도 7c는 제1 연결 수단(15)의 제1 위상 연결부(151) 및 제2 연결 수단(16)의 스타형 연결부(164)에 연결된 2개의 전도성 요소(120, 120')를 갖는 하나의 전도성 코일(12)을 도시한다. 전도성 코일(12)의 외부 테일(128, 128')이 축 방향으로 반대 방향으로 연장되고, 버스바(151, 164)의 원주가 축 방향으로 연장되는 외부 테일(128, 128')과 일치하므로, 외부 테일(128, 128')은 연결부(151, 164)에 쉽게 연결된다.

연결을 더욱 쉽게 하기 위해, 환형 버스바(151, 164)에는 코일(12)의 축 방향으로 연장되는 외부 테일(128, 128')을 수용하기 위해 원주 방향으로 이격된 수용 수단(151a-h, 164a-x)이 제공된다. 도시된 3상 병렬 연결 배열에서, 각각의 스타형 연결부(154, 164)는 모든 코일(12)의 절반에 연결되는 반면, 각 위상 연결부(151 내지 153, 161 내지 163)는 6개의 코일(12) 중 하나에만 연결된다. 그 결과, 이 예에서, 스타형 연결부(164)는 제1 위상 연결부(151)보다 3배 더 많은 등간격으로 이격된 수용 수단(164a-x)을 갖는다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 고정자(10)의 각각의 극(11a 내지 11p)은 각각의 위상에 대해 하나의 전도성 코일(12)(즉, 고정자가 3상 전력 공급원과 함께 사용하도록 구성되어 있기 때문에 극(11a-p)당 3개의 전도성 코일(12))로 구성되고, 원주 방향으로 인접한 전도성 코일(12)은 다른 위상에 연결된다. 이것은 3상 전력 공급원에 연결된 16극 고정자(10)에 대해 도 11a 및 도 11b에 예시되어 있지만, 이는 전도체의 절반만이 도시되어 있어 원주 방향으로 분포된 24개의 전도성 코일(12)만을 볼 수 있다.

이러한 관점에서, 도 4, 도 7 내지 도 9 및 도 11 내지 도 12에 예시된 3상 병렬 연결 배열에서, 매 6번째 전도성 코일(12)은 동일한 방식으로 연결 수단(15, 16)에 연결된다. 이것은 도 8a 및 도 8b에 예시되어 있다. 동일한 위상 연결부(151) 및 동일한 스타형 링(164)에 연결된 8개의 등간격으로 이격된 전도성 코일(12a-g)이 있을 수 있다. 도 8a 내지 도 8b에 도시되지는 않았지만, 각각의 코일 사이의 중간에는 전력 공급원의 동일한 위상에 연결되지만 상보적 버스바 세트에 의해 연결된 다른 코일(12)이 있는 것으로 이해된다. 즉, 위상 연결부(161)와 스타형 연결부(154)에.

전력 공급원의 다른 위상에 대응하는 전도성 코일(12)은 하나의 위상에 대해 위에서 설명한 것과 본질적으로 동일한 방식으로 연결된다. 이를 예시하기 위해, 도 9a 내지 도 9c는 2개의 원주 방향으로 인접한 전도성 코일(12)이 병렬 연결 배열로 연결되는 방법을 도시한다.

도 9a 내지 도 9c는 2개의 원주 방향으로 인접한 전도성 코일(12a, 12b)을 도시한다. 전도성 코일(12a)은 도 7a 내지 도 7c의 전도성 코일(12)과 유사한 방식으로 연결된다. 즉, 코일(12a)은 제2 위상 연결부(152) 및 스타형 연결부(164)에 연결된다. 코일(12a)에 원주 방향으로 인접한 코일(12b)은 전력 공급원의 다른 위상에 연결되고 따라서 다른 버스바 쌍에 연결된다. 구체적으로, 그러나 일반성을 상실함이 없이, 원주 방향으로 인접한 코일(12b)은 제2 연결 수단(16)의 제3 위상 연결부(163) 및 제1 연결 수단의 스타형 연결부(154)에 연결된다.

전도성 코일(12)의 연결은 병렬 연결 배열을 참조하여 위에서 설명되었다. 그러나, 다른 연결 배열도 가능하다. 이를 설명하기 위해, 도 10은 직렬 연결 배열이라고 지칭되는 대안적인 배열을 보여준다.

도 10의 직렬 연결 배열에서, 전도성 코일(12) 위에 있는 제1 연결 수단(15')은 스타형 연결부를 포함하지 않는다는 점에서 도 4, 도 7 내지 도 9 및 도 11 내지 도 12의 연결 수단(15)과 다르며, 즉 제1 연결 수단은 제1 위상 연결부(151'), 제2 위상 연결부(152') 및 제3 위상 연결부(153')만을 포함한다. 그러나, 제2 연결 수단(16')은 3개의 위상 연결부(161', 162', 163')와 스타형 연결부(164')를 갖는다는 점에서 도 4, 도 7 내지 도 9 및 도 11 내지 도 12의 제2 연결 수단(16)과 동일하다. 제1 연결 수단(15')에서 스타형 연결부가 없는 것을 보상하기 위해 전도성 코일(12)은 다른 방식으로 연결된다. 제1 연결 수단(15')의 위상 연결부(151' 내지 153')는 또한 두 배의 전도성 코일(12) 역할을 하고, 따라서 병렬 연결 배열의 제1 및 제2 연결 수단(15, 16) 및 제2 연결 수단(16')의 수용 수단에 비해 추가 수용 수단을 갖는다.

도 10은 원주 방향으로 인접한 2개의 고정자 극(11, 11')에 대한 직렬 연결 배열을 예시한다. 병렬 연결 배열과 마찬가지로, 각각의 극(11, 11')은 극당 하나의 전도성 코일을 포함하고, 극당 3개의 코일을 제공하는 경우, 극(11)은 전도성 코일(12a, 12b 및 12c)로 구성되고, 극(11')은 전도성 코일(12a', 12b' 및 12c')로 구성된다. 또한 병렬 연결 배열과 마찬가지로 원주 방향으로 인접한 코일들은 서로 다른 위상에 연결된다. 그러나, 병렬 연결 배열에서 동일한 위상이지만 인접한 극(예를 들어, 12a 및 12a')의 코일은 본질적으로 독립적으로 연결되어 별도의 전류 경로를 형성하지만, 직렬 연결 배열에서 연결은 관련되어 있으며 동일한 전류 경로의 일부이다.

동일한 위상에 연결된 코일(12a, 12a')만을 고려하면, 제1 극(11)의 코일(12a)은 외부 테일에 의해 제1 연결 수단의 위상 연결부(153'), 및 제2 연결 수단의 위상 연결부(163')에 연결된다. 제2 인접한 극(11')의 코일(12a')은 제1 연결 수단(15')의 위상 연결부(153')와, 제2 연결 수단의 스타형 연결부(164')에 연결된다. 따라서 전류 경로는 위상 연결부(163')로부터 코일(12a)을 거쳐 위상 연결부(153')를 따라 그리고 코일(12a')을 통해 스타형 연결부(164')로 이어지는 것으로 간주될 수 있다.

다른 실제 응용 분야에서는 다른 연결 배열이 사용될 수 있다. 예를 들어, 위에서 설명된 직렬 연결 배열은 위에서 설명된 병렬 연결 배열에 의해 제공되는 것보다 두 배 높은 기계 토크 상수(Nm/A로 측정)를 이론적으로 제공한다. 이것은 모두는 아니지만 일부 실제 응용 분야에서 더 좋다.

연결 수단(15, 15')은 코일(12) 위에 있는 것으로 설명되고 연결 수단(16, 16')은 코일 아래에 있는 것으로 설명되었지만, 두 쌍(15, 16; 15', 16')이 코일 위에 있을 수 있고 또는 두 쌍(15, 16; 15', 16')이 코일 아래에 있을 수 있는 것으로 이해된다. 이 경우, 외부 테일(128, 128')이 반대 축 방향이 아니라 동일 축 방향으로 연장되는, 코일(12)을 생성하는 것이 바람직할 수 있다.

또한, 연결 수단(15, 16, 15' 및 16')이 연속적인 환형 버스바로 설명되었지만 이것은 연결 수단을 구현하는 하나의 방법일 뿐이다. 예를 들어, 연결 수단은 연속적이거나 환형이 아닐 수 있으며, 대신에 원주 방향으로 분포된 2개 이상의 일련의 버스바 구획의 형태를 취할 수 있다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 많은 다른 종류의 연결 수단이 가능할 것이다.

고정자의 제조

전술한 전도성 코일(12)의 특징 및 구성은 원주 방향으로 분포된 복수의 코일(12)을 포함하는 고정자를 특히 효율적이고 효과적으로 제조할 수 있게 한다. 특히 중요한 것은 코일(12) 자체가 예를 들어 라미네이션 팩 형태의 자속 가이드(30)가 제공될 수 있는 구조를 제공한다는 사실이다. 이것은 특히 라미네이션 팩을 수용하는 보빈형 구조 주위에 코일을 권취하고 나서 감긴 보빈형 구조를 고정자 하우징에 (예를 들어, 접합제를 사용하여) 별도로 고정하는 것을 포함할 수 있는 많은 알려진 제조 기술에 비해 비교적 간단하고 정밀하게 고정자 조립체(1)에 자속 가이드(30)를 배치할 수 있게 한다. 다양한 다른 장점이 설명된다.

도 13은 고정자를 제조하는 방법(500)을 예시하는 흐름도이다.

방법(500)은 전술한 전도성 코일(12)과 같은 복수의 전도성 코일을 제공하는 단계(510)를 포함한다. 바람직하게는, 전도성 코일(12)은 각 코일(12)이 제2 유형의 공간을 제공하도록 (도 6a 내지 도 6d의 코일(12)에서와 같이) 원주 방향으로 중첩되는, 원주 방향으로 피치만큼 이격되는, 반경 방향으로 연장되는 복수의 활성 구획 쌍을 갖는다. 그러나, 코일(12)은 (도 5a 내지 도 5d의 코일에서와 같이) 하나의 피치만큼 이격된 활성 구획 쌍만을 가질 수 있다. 전도성 코일(12)은 다수의 전도성 요소(120)를 직렬로 또는 임의의 다른 방식으로 연결함으로써 단일 일체 조각으로서 형성되었을 수 있다.

(520)에서, 방법(500)은 복수의 전도성 코일이 고정자 하우징 주위에 원주 방향으로 분포되도록 고정자 하우징에 복수의 전도성 코일(12)을 위치시키는 단계를 포함한다. 바람직하게 전도성 코일은 원주 방향으로 인접한 전도성 코일들이 원주 방향으로 중첩하여 자속 가이드를 수용하기 위한 제1 유형의 공간을 형성하도록 위치된다. 원주 방향으로 인접한 코일(12)의 원주 방향 중첩은 하우징 내에 적절한 코일 스팬(γ)의 적절한 수의 코일(12)을 제공함으로써 보장될 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 코일 각각이 제2 유형의 공간을 형성하도록 코일(12)이 다수의 활성 구획 쌍을 갖는 경우, 제1 유형의 공간과 제2 유형의 공간은 서로 일치할 수 있다.

고정자 하우징(20)에는 코일(12)을 수용하기 위해 복수의 원주 방향으로 이격된 축 방향으로 연장되는 구멍(25)이 제공될 수 있다. 이것은 고정자 하우징에서 코일(12)의 위치를 보다 쉽고 정확하게 만든다. 유리하게는, 코일(12)이 축 방향으로 연장되는 외부 부분(133)을 갖도록 형성되는 경우, 축 방향으로 연장되는 외부 부분(133)은 축 방향으로 연장되는 구멍(25) 내에 수용될 수 있다. 축 방향으로 연장되는 외부 부분(133)은 큰 표면적을 갖기 때문에, 이 외부 부분은 (예를 들어) 접합제 없이 조립을 위해 고정자 하우징에서 코일(12)의 우수한 기계적 맞물림을 제공하고 또한 고정자의 냉각 소스를 제공한다. 코일(12)을 수용하기 위해 원주 방향으로 분포된 구멍(25)은 도 12a 내지 도 12c에서 가장 명확하게 볼 수 있다.

선택적으로, (530)에서, 방법(500)은 코일(12)에 의해 형성된 (제1 유형 및/또는 제2 유형의) 공간에 라미네이션 팩과 같은 자속 가이드(30)를 위치시키는 단계를 포함한다. 위에서 설명한 바와 같이, 인접한 코일들이 중첩하면 서로 다른 코일의 활성 구획들 사이에 제1 유형의 공간(141a, 141b, 141c)을 생성한다. 코일(12) 각각이 (도 6a 내지 도 6d에서와 같이) 반경 방향으로 연장되는 하나를 초과하는 활성 구획 쌍을 포함하는 경우, 제2 유형의 공간(142a, 142a') 쌍은 또한 각각의 전도성 코일(12) 내에 형성된다. 어느 경우이든, 자속 가이드는 공간 내에 위치될 수도 있다. 코일(12) 자체가 공간이 형성된 구조를 제공하기 때문에, 라미네이션 팩을 구조 내에 위치시키는 것이 간단하고 빠르고 정확하다. 코일(12)을 수용하기 위해 고정자 하우징(20)에 구멍(25)을 제공하는 것과 함께, 이는 고정자 코어의 두 구성 요소(코일(12)의 활성 구획 및 자속 가이드(30))가 많은 알려진 기술에 비해 빠르고 매우 정확히 위치될 수 있다는 것을 의미한다. 정확히 위치된 코어 구성 요소는 손실을 감소시키고 따라서 기계 효율을 향상시키는 것으로 이해된다.

선택적으로, (540)에서, 방법(500)은 코일이 다상 전력 공급원에 연결될 수 있도록 복수의 코일(12)을 연결 수단(15, 16)에 연결하는 단계를 포함한다. 이것은 예를 들어 병렬 또는 직렬 연결 배열에서 버스바를 사용하여 위에서 설명한 바와 같이 임의의 원하는 방식으로 수행될 수 있다.

선택적으로, (550)에서, 방법(500)은 고정자 조립체(1)의 적어도 일부를 수지와 같은 결합 화합물에 함침시키는 단계를 포함한다. 이것은 고정자 구조를 강화하고 따라서 고정자 조립체(1)가 사용 중에 경험하는 전자석 및 기계적 힘에 대해 고정자 조립체를 보호한다. 또한, 이것은 결합 화합물이 공기보다 상당히 높은 열 전달 계수를 갖는 경우 고정자 구성 요소 사이의 열 전도를 개선할 수 있다.

연결 수단(15, 16)이 위에서 설명한 바와 같이 코일(12)에서 축 방향으로 위 및/또는 아래에 제공되는 경우, 고정자의 함침은 코일이 연결 수단에 연결되기 전 또는 후에 일어날 수 있다. 또한, 유리하게는 연결 수단(15, 16) 자체가 함침되지 않은 경우 연결이 테스트되고 변경될 수 있고, 필요한 경우 함침 후에 교체될 수 있다. 이것은 수지 함침된 고정자를 잘못 연결하면 전체 고정자를 사용할 수 없게 되고 수리할 수 없기 때문에 매우 바람직하다.

기계의 효율

본 명세서에 설명된 고정자 조립체(1)를 포함하는 축 방향 자속 기계(100)는 높은 피크 효율뿐만 아니라 광범위한 동작 파라미터에 걸쳐 높은 효율을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 높은 피크 효율이 종종 인용되지만 이는 실제로는 거의 달성되지 않으며, 특히 기계가 다양한 동작 파라미터에 걸쳐 수행해야 하는 응용 분야에서는 더욱 그렇다. 따라서 광범위한 파라미터에 대한 효율은 많은 응용 분야에서 보다 실제적으로 의미 있는 척도이다.

이를 예시하기 위해, 도 14는 많은 응용 분야에서 일반적으로 사용되는 다양한 토크 및 속도 값에 대해 도 12a 내지 도 12c의 고정자 조립체를 포함하는 축 방향 자속 기계의 측정된 효율을 보여주는 효율 맵이다. 일정한 효율의 윤곽은 효율 맵에 포함된다. 알 수 있는 바와 같이, 높은 피크 효율(93%)뿐만 아니라, 효율이 효율 맵의 거의 모든 영역에서 매우 높고, 30Nm의 토크까지 500rpm의 비교적 낮은 속도에서도 높이 (80% 이상) 유지된다.

고정자 조립체(1)가 달성할 수 있는 고효율에 대한 다수의 상이한 이유가 있을 수 있다. 이제 이들 중 일부를 설명한다.

먼저, 위에서 설명된 바와 같이, 코일(12)의 기하학적 형상에 의해 제공되는, 고정자(10)의 전도성 구성 요소의 거의 자가 형성 구조에 의해 고정자 코어의 구성 요소를 매우 정확히 배치할 수 있다. 코어의 구성 요소를 정확히 배치하면, 고정자와 회전자 필드를 더 잘 결합시킬 수 있고, 고정자의 원주 주위의 대칭성이 높아서 발전 또는 토크를 향상시킨다는 것을 의미한다.

또 다른 중요한 장점은 보다 정확히 정현파형의 자속 밀도를 갖는 고정자 필드를 생성한다는 것이다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 이해하는 바와 같이, 고정자의 위상당 극당 슬롯의 수가 많을수록 자속 밀도가 보다 정현파형일 수 있다. 위에서 설명한 코일(12) 및 고정자(10)는 전도성 코일(12)당 전도성 요소(120)의 수를 증가시킴으로써 위상당 극당 증가된 수의 슬롯을 제공할 수 있고, 이 수는 (예를 들어, 특정 응용 분야에서 고정자의 반경을 늘릴 수 있는 경우) 쉽게 확장될 수 있다. 높은 정현파 자속 밀도의 장점은 자속 밀도가 상대적으로 낮은 고조파 함량을 갖는다는 것이다. 고조파 함량이 낮으면 회전자와 고정자 필드의 결합이 자속 밀도의 기본 성분을 더 많이 포함하고, 고조파 성분과의 상호 작용을 덜 포함한다. 이것은 회전자 자석에서 와전류의 생성을 줄여 가열로 인한 손실을 줄인다. 대조적으로, 많은 알려진 축 방향 자속 모터는 위상당 극당 제한된 수(예를 들어, 분율)의 슬롯만을 제공하는 중앙 집중된 권선 배열을 사용하며, 이는 보다 상당한 고조파 성분을 갖는 훨씬 더 사다리꼴 자속 밀도를 생성한다.

코일(12)은 축 방향으로 연장되는 스트립을 사용하여 구현될 수 있지만, 코일은 바람직하게는 도 5a 내지 도 5d 및 도 6a 내지 도6d에 도시된 축 방향으로 적층된 권선 배열을 사용하여 구현된다. 많은 모터 제조업체는 이것이 고정자 코어의 충전율을 줄이는 것으로 간주될 수 있기 때문에 이것을 단점으로 생각할 수 있지만, 본 발명자들은 전도체 단면의 외측 및 주로 활성 구획의 축 방향 외부 부분 주위에 전류가 흐르게 하는 표피 및 근접 효과가 감소하는 것에 의해 이러한 단점이 보상된다는 것을 발견했다. 이 두 가지 고려 사항을 균형 맞추기 위해 축 방향의 권선의 수를 선택할 수 있다.

다양한 선택적인 특징을 갖는 다수의 실시예를 위에서 설명하였다. 상호 배타적인 특징을 제외하고 하나 이상의 선택적인 특징의 임의의 조합이 가능한 것으로 이해된다.

Claims (32)

1. 분산된 권선을 갖는 요크 없는 축 방향 자속 전기 기계 고정자(1)용 전도성 코일(12; 120)로서,
   상기 전도성 코일(12; 120)은 제1 활성 구획(121a) 및 제2 활성 구획(121b)을 포함하고, 각각의 활성 구획(121a, 121b)은 상기 전기 기계(100)의 회전 축에 실질적으로 수직인 대체로 반경 방향으로 연장되고, 각각의 활성 구획(121a, 121b)의 반경 방향에 수직인 단면이 상기 회전 축에 평행한 주 치수를 갖는 세장형이도록 상기 회전 축에 평행하게 적층된 복수의 권선 턴 부분(131a, 131b)을 포함하고, 상기 제2 활성 구획(121b)은 상기 제1 활성 구획(121a)으로부터 원주 방향으로 피치만큼 이격되고 축 방향으로 오프셋된, 전도성 코일.
2. 제1항에 있어서, 사용 시 전류는 반경 방향으로 연장되는 상기 제1 및 제2 활성 구획을 따라 반대 반경 방향으로 흐르는, 전도성 코일.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 활성 구획은 원주 방향으로 적층된 복수의 권선 턴 부분을 더 포함하는, 전도성 코일.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 대체로 반경 방향으로 연장되는 상기 제1 및 제2 활성 구획의 권선 턴 부분은 내부 반경에 위치된 근위 단부, 및 외부 반경에 위치된 원위 단부를 갖고, 상기 권선 턴 부분의 근위 단부는 내부 루프 구획에 의해 연결되고, 상기 원위 단부는 외부 루프 구획에 의해 연결되어, 사용 시 전류는 반경 방향으로 연장되는 활성 구획 쌍을 따라 반대 반경 방향으로 흐르도록 구성된, 전도성 코일.
5. 제4항에 있어서, 상기 외부 루프 구획은 상기 회전 축에 실질적으로 평행한 상기 코일의 외부 부분을 형성하도록 구성된, 전도성 코일.
6. 제5항에 있어서, 각각의 외부 루프 구획은 상기 외부 부분이 반원판 또는 직사각형 표면을 형성하도록 실질적으로 반원형 또는 직사각형 구획을 포함하는, 전도성 코일.
7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 루프 구획은 상기 코일의 실질적으로 인벌류트(involute) 부분을 형성하도록 구성된, 전도성 코일.
8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 루프 구획은 상기 회전 축에 실질적으로 평행한 상기 코일의 내부 부분을 형성하도록 구성된, 전도성 코일.
9. 제8항에 있어서, 각각의 내부 루프 구획은 상기 내부 부분이 반원판 또는 직사각형 표면을 형성하도록 실질적으로 반원형 또는 직사각형 구획을 포함하는, 전도성 코일.
10. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 루프 구획은 상기 코일의 실질적으로 인벌류트 부분을 형성하도록 구성된, 전도성 코일.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 직렬로 서로 연결된 복수의 활성 구획 쌍을 포함하고, 인접한 활성 구획 쌍들은 자속 가이드를 수용하기 위한 제2 유형의 공간을 형성하도록 원주 방향으로 중첩되고, 상기 제2 유형의 공간은 상기 코일의 다른 활성 구획 쌍의 2개의 인접한 활성 구획 사이의 원주 방향 공간인, 전도성 코일.
12. 제11항에 있어서, 활성 구획 쌍의 수는 2의 정수배인, 전도성 코일.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 사용 시 전류는 자속 가이드를 위한 상기 제2 유형의 공간 중 하나의 공간에 의해 분리된 상기 코일의 인접한 활성 구획을 따라 동일한 방향으로 흐르도록 구성된, 전도성 코일.
14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 활성 구획 쌍은 하나의 활성 구획 쌍을 각각 포함하는 복수의 개별 요소를 직렬로 연결함으로써 형성되거나 일체로 형성된, 전도성 코일.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도성 코일을 전력 공급원에 연결하기 위한 제1 및 제2 연결 부분을 포함하는, 전도성 코일.
16. 제15항에 있어서, 상기 제1 및 제2 연결 부분은 상기 회전 축과 평행하게 연장되는, 전도성 코일.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 코일의 제1 및 제2 연결 부분은 상기 코일의 반경 방향 외부 단부에 근접하게 제공된, 전도성 코일.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 복수의 전도성 코일을 포함하는 축 방향 자속 전기 기계용 고정자로서, 상기 복수의 전도성 코일은 상기 고정자 주위에 원주 방향으로 분산된, 고정자.
19. 제18항에 있어서, 상기 복수의 전도성 코일은 복수의 그룹으로 제공되고, 각각의 그룹은 상기 고정자의 하나의 극에 대응하는, 고정자.
20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 각각의 전도성 코일은 다상 전력 공급원의 위상에 연결되도록 구성된, 고정자.
21. 제20항에 있어서, 원주 방향으로 인접한 전도성 코일들은 상기 다상 공급원의 서로 다른 위상에 연결되도록 구성되고, N상 전력 공급원의 경우 상기 고정자는 N개의 전도성 코일의 복수의 그룹을 포함하고, N개의 전도성 코일의 각각의 그룹은 상기 N상 공급원의 각각의 위상에 대해 하나의 코일을 포함하고, 각각의 그룹은 상기 고정자의 하나의 극에 대응하는, 고정자.
22. 제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 다상 전력 공급원의 각각의 위상에 대해, 상기 위상에 연결된 상기 고정자의 매 두 번째 코일은 공통 버스바에 연결된, 고정자.
23. 제18항 또는 제22항에 있어서, 원주 방향으로 인접한 전도성 코일들은 자속 가이드를 수용하기 위한 제1 유형의 공간을 형성하도록 원주 방향으로 중첩되고, 상기 제1 유형의 각각의 공간은 2개의 상이한 코일의 2개의 인접한 활성 구획 사이의 원주 방향 공간인, 고정자.
24. 제23항에 있어서, 상기 제1 유형 및/또는 제2 유형의 공간에 위치된 자속 가이드를 더 포함하는, 고정자.
25. 제18항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 제5항을 인용할 때 고정자 하우징을 더 포함하고, 상기 고정자 하우징은 상기 회전 축에 실질적으로 평행한 상기 외부 부분을 수용하기 위해 원주 방향으로 분포되고 축 방향으로 연장되는 구멍을 포함하는, 고정자.
26. 제18항 내지 제25항 중 어느 한 항의 고정자를 포함하는 축 방향 자속 전기 기계로서, 상기 고정자의 양측에 배치된 대향 회전자 쌍을 포함하는, 축 방향 자속 전기 기계.
27. 제26항에 있어서, 상기 대향 회전자 중 하나는 상기 고정자와 축 방향으로 정렬된 제2 고정자 사이에 공유되는, 축 방향 자속 전기 기계.
28. 축 방향 자속 전기 기계의 고정자를 제조하는 방법으로서,
    복수의 전도성 코일이 고정자 하우징 주위에 원주 방향으로 분포되도록 상기 고정자 하우징에 상기 복수의 전도성 코일을 위치시키는 단계를 포함하되, 각각의 전도성 코일은 제1 활성 구획 및 제2 활성 구획을 포함하고, 각각의 활성 구획은 상기 전기 기계의 회전 축에 실질적으로 수직인 대체로 반경 방향으로 연장되고, 각각의 활성 구획의 반경 방향에 수직인 단면이 상기 회전 축에 평행한 주 치수를 갖는 세장형이도록 상기 회전 축에 평행하게 적층된 복수의 권선 턴 부분을 포함하고, 상기 제2 활성 구획은 상기 제1 활성 구획으로부터 원주 방향으로 피치만큼 이격되고 축 방향으로 오프셋된, 축 방향 자속 전기 기계의 고정자를 제조하는 방법.
29. 제28항에 있어서, 상기 고정자 하우징은 원주 방향으로 분포되고 축 방향으로 연장되는 복수의 구멍을 포함하고, 상기 고정자 하우징에 복수의 전도성 코일 각각을 위치시키는 단계는 상기 축 방향으로 연장되는 구멍 중 하나에 코일의 축 방향으로 연장되는 부분을 위치시키는 단계를 포함하는, 축 방향 자속 전기 기계의 고정자를 제조하는 방법.
30. 제28항 또는 제29항에 있어서, 상기 전도성 코일은 원주 방향으로 인접한 전도성 코일들이 원주 방향으로 중첩되어 자속 가이드를 수용하기 위한 제1 유형의 공간을 형성하도록 위치되고, 상기 제1 유형의 각각의 공간은 2개의 상이한 코일의 2개의 인접한 활성 구획 사이의 공간이고, 상기 방법은 상기 제1 유형의 공간에 자속 가이드를 위치시키는 단계를 더 포함하는, 축 방향 자속 전기 기계의 고정자를 제조하는 방법.
31. 제28항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 전도성 코일은 직렬로 서로 연결된 복수의 활성 구획 쌍을 포함하고, 인접한 활성 구획 쌍들은 자속 가이드를 수용하기 위한 제2 유형의 공간을 형성하도록 원주 방향으로 중첩되고, 상기 제2 유형의 공간은 동일한 코일의 2개의 인접한 활성 구획 사이이지만 상기 코일의 다른 활성 구획 쌍 사이의 원주 방향 공간이고, 상기 방법은 상기 공간에 자속 가이드를 위치시키는 단계를 더 포함하는, 축 방향 자속 전기 기계의 고정자를 제조하는 방법.
32. 제28항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정자의 적어도 일부를 결합 화합물에 함침시키는 단계를 더 포함하는, 축 방향 자속 전기 기계의 고정자를 제조하는 방법.

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