KR19980703186A

KR19980703186A - Double Extrusion Permanent Magnet Machine

Info

Publication number: KR19980703186A
Application number: KR1019970706589A
Authority: KR
Inventors: 라이포토마스에이; 리위
Original assignee: 우마노프 아담; 존드 에너지 시스템즈 인코퍼레이티드
Priority date: 1995-03-21
Filing date: 1996-03-20
Publication date: 1998-10-15
Also published as: JPH11511948A; NO974345L; MX9707118A; NO974345D0; EP0815633A4; IL116631A0; CA2215971A1; CN1214809A; AU5258596A; EP0815633A1; WO1996029774A1

Abstract

이중 돌출 영구 자석 머신은 측면 방향으로 설치되어 있는 한쌍의 고정자(100,104)의 사이에 설치되어 있는 고리 모양의 회전자(102)를 포함하고 있다. 이 회전자(102)는 강철로 제조된, 전자기적 돌출 폴(108)과 번갈아 설치되어 있는 복수의 영구 자석(106)을 포함하고 있다. 각각의 고정자(100,104)는, 동일한 간격을 유지하고 있고 길이 방향으로 방위 설정된 복수의 폴(110,112)을 가지고 있으며, 그리고 직렬로 결합되어 있는 복수의 구리 코일(126,128)을 지지하고 있다. 두 복수의 구리 코일은 A상 권선과 B상 권선을 구비하고 있다.The double projecting permanent magnet machine includes an annular rotor 102 which is provided between a pair of stators 100 and 104 which are installed in the lateral direction. This rotor 102 comprises a plurality of permanent magnets 106 alternately installed with electromagnetically protruding poles 108 made of steel. Each stator 100, 104 has a plurality of poles 110, 112 spaced in the same direction and oriented in the longitudinal direction, and supports a plurality of copper coils 126, 128 coupled in series. Two of the plurality of copper coils have an A phase winding and a B phase winding.

Description

이중 돌출 영구 자석 머신Double Extrusion Permanent Magnet Machine

최근에 풍력 터빈(wind turbine)은 환경 측면에서 안전하고 비교적 저렴한 대체 에너지원으로서 관심이 높아지고 있다. 이처럼 관심이 높아짐에 따라, 신뢰할 수 있고 그리고 효율적인 풍력 터빈을 개발하기 위한 많은 노력들이 행해지고 있다.Recently, wind turbines have gained increasing attention as environmentally safe and relatively inexpensive alternative energy sources. As this interest grows, much effort is being made to develop reliable and efficient wind turbines.

일반적으로, 풍력 터빈은 복수의 날개(blade)를 가지고 있는 회전자를 포함하고 있다. 이 회전자는 하우징내에 수평으로 장착되어 있으며, 이때 이 하우징은 트러스(truss) 또는 단일 관 타워(monotube tower)의 최상측에 위치되어 있다. 이 풍력 터빈의 날개는 바람 에너지를, 기어 박스를 통해 상기 회전자측에 회전가능하게 결합되어 있는 하나 이상의 발생기를 구동하는 회전력으로 변환한다. 상기 기어 박스는, 상기 발생기가 기계 에너지를 유틸리티 그리드에 공급되는 전기 에너지로 효율적으로 변환할 수 있도록, 터빈 회전자의 본질적으로 느린 회전 속도를 단계적으로 늘리는데 필요하다.In general, wind turbines include a rotor having a plurality of blades. The rotor is mounted horizontally in the housing, which is located on top of the truss or monotube tower. The blades of this wind turbine convert wind energy into rotational force that drives one or more generators rotatably coupled to the rotor side via a gearbox. The gear box is necessary to step up the inherently slow rotational speed of the turbine rotor so that the generator can efficiently convert mechanical energy into electrical energy supplied to the utility grid.

다수의 종래 풍력 터빈은 초당 60 사이클(60 Hz)의 전기를 생성하기 위해 일정한 속도로 회전하는데, 이는 교류에 경우에 미국 표준이 되고 있다. 풍속은 연속적으로 변동되기 때문에, 이들 풍력 터빈은 일정한 회전자 속도를 유지하기 위한 시스템을 가지고 있어야 한다. 한가지 그러한 시스템에서, 회전자 속도는, 풍속이 증가하면 날개의 피치를 증가시킴으로써 그리고 상기 풍속이 감소되면 상기 날개의 피치를 감소시킴으로써, 일정하게 유지되고 있다.Many conventional wind turbines rotate at a constant speed to generate 60 cycles per second (60 Hz) of electricity, which has become the US standard for alternating current. Since wind speeds vary continuously, these wind turbines must have a system for maintaining a constant rotor speed. In one such system, the rotor speed is kept constant by increasing the pitch of the wing as the wind speed increases and by decreasing the pitch of the wing as the wind speed decreases.

일부 터빈은 자신들의 출력을 조절하는데 전력 변환기를 사용함으로써 가변 속도로 동작한다. 터빈 회전자의 속도가 변동되면, 상기 발생기로부터 흐르는 교류 전류의 주파수도 변동된다. 상기 발생기와 상기 유틸리티 그리드사이에 위치되어 있는 상기 전력 변환기는 가변 주파수 교류 전류를 직류 전류로 변환한 후에, 다시 이 직류 전류를 초당 60 사이클의 일정 주파수를 가지고 있는 교류 전류로 변환한다.Some turbines operate at variable speeds by using power converters to regulate their output. If the speed of the turbine rotor changes, the frequency of the alternating current flowing from the generator also changes. The power converter located between the generator and the utility grid converts a variable frequency alternating current into a direct current, which in turn converts the direct current into an alternating current having a constant frequency of 60 cycles per second.

풍력 터빈은 견고하고 신뢰성이 있어야 한다. 상기 풍력 터빈의 상기 기어 박스는 고가이고, 무거우며, 그리고 유지에 많은 노력이 필요하므로, 상기 발생기를 상기 터빈 회전자에 직접 결합함으로써 상기 기어 박스를 제거하는 것이 바람직하다. 집적 구동식 풍력 터빈과 관련된 이점으로는 향상된 신뢰성, 보다 낮은 비용, 보다 조용한 동작, 보다 높은 효율, 및 토오크 제한이 없다는 점을 들 수 있다.Wind turbines must be robust and reliable. Since the gearbox of the wind turbine is expensive, heavy, and requires much effort to maintain, it is desirable to remove the gearbox by directly coupling the generator to the turbine rotor. Advantages associated with integrated powered wind turbines include improved reliability, lower cost, quieter operation, higher efficiency, and no torque limit.

하지만, 상기 터빈 회전자를 상기 발생기에 직접 결합하면 문제가 생기는데, 이는 종래 발생기는 30 내지 50 rpm 범위의 낮은 회전자 속도에서는 효율적으로 동작할 수 없기 때문이다. 낮은 회전자 속도에서 발생기로서 사용될 수도 있는 한가지 머신이 웨흐 에이치.(Weh, H.); 메이 에이치.(May, H.); 셀러비 엠.(Shalaby, M.) 공저의 "영구 자석 여기식 동기 머신용 고효율 자기 회로", Proc. ICEM 1990, Vol. 3, 페이지 1040-1045에 공개되어 있다.However, coupling the turbine rotor directly to the generator presents a problem, since conventional generators cannot operate efficiently at low rotor speeds in the range of 30 to 50 rpm. One machine that may be used as a generator at low rotor speeds is Weh, H .; May, H .; "Highly Efficient Magnetic Circuits for Permanent Magnet Excitation Synchronous Machines" by Shalaby, M., Proc. ICEM 1990, Vol. 3, pages 1040-1045.

도 1에 도시되어 있는 이 가로 방향 자속(TF) 머신은 고리 모양의 회전자(2)(이 회전자의 일부만이 도시되어 있음), 고정식 외부 전기자 권선(4), 고정식 내부 전기자 권선(6), 복수의 외부 고정자 코어 자속 가이드(8), 및 복수의 내부 고정자 코어 자속 가이드(10)를 구비하고 있다. 고리 모양의 회전자(2)는 영구 자석(12)으로 된 제1어레이와 영구 자석(14)으로 된 제2어레이를 포함하고 있다. 섬유 보강 수지와 같은 비자성 재료로 제조된 링(16)이 상기 두 영구 자석 어레이 사이에 설치되어 있다. 고리 모양의 회전자(2)는, 영구 자석(12)은 금속 소자(18)와 번갈아 설치되고 영구 자석(14)은 금속 소자(20)와 번갈아 설치되도록, 구성되어 있다.This transverse magnetic flux (TF) machine, shown in FIG. 1, has an annular rotor 2 (only part of this rotor is shown), a stationary outer armature winding 4, a stationary inner armature winding 6. And a plurality of external stator core magnetic flux guides 8 and a plurality of internal stator core magnetic flux guides 10. The annular rotor 2 comprises a first array of permanent magnets 12 and a second array of permanent magnets 14. A ring 16 made of nonmagnetic material such as fiber reinforced resin is provided between the two permanent magnet arrays. The annular rotor 2 is configured such that the permanent magnet 12 is alternately provided with the metal element 18 and the permanent magnet 14 is alternately provided with the metal element 20.

상기 TF 머신이 낮은 회전자 속도로 동작할 수 있지만, 이 TF 머신은 여러개의 돌출 플로(salient flaw)를 가지고 있다. 특히, 이 TF 머신에서는, 성능에 악영향을 미치는 상당한 슬롯 자속 누설이 생기기 쉽다. 이러한 문제의 성질을 이해하는데에는, 다음의 관계식을 고려하면 도움이 된다:Although the TF machine can operate at low rotor speeds, the TF machine has several salient flaws. In particular, in this TF machine, a significant slot flux leakage is likely to occur which adversely affects performance. To understand the nature of this problem, it is helpful to consider the following relationship:

P ≡ Γω, 여기서P ≡ Γω, where

P = 머신의 정격 전력P = rated power of the machine

Γ = 토오크Γ = torque

ω = 회전자의 각속도ω = angular velocity of the rotor

상기 관계식으로부터, 낮은 각속도(ω)에서 높은 정격 전력(P)을 얻기 위해서는, 상기 머신에 의해 생성되는 토오크(Γ)가 최대로 되어야 함은 명백하다. 높은 토오크를 얻기 위해서는, 상기 머신의 자속 용량을 최대로 하고 그리고 전기자 권선(4,6)의 전류를 증가시켜야 한다는 점은 일반적으로 알려진 사실이다. 열 발생에 의해 야기되는 부당한 에너지 손실없이 상기 전기자 권선(4,6)에 추가 전류를 지원하기 위해서는, 상기 전기자 권선(4,6)의 단면적이 증가되어야 한다.From the above equation, it is clear that in order to obtain a high rated power P at a low angular velocity ω, the torque Γ produced by the machine must be maximized. It is generally known that in order to obtain a high torque, the magnetic flux capacity of the machine must be maximized and the current in the armature windings 4, 6 must be increased. In order to support additional current to the armature windings 4 and 6 without undue energy loss caused by heat generation, the cross-sectional area of the armature windings 4 and 6 must be increased.

또한, 머신에 의해 생성되는 토오크는 상기 머신의 길이의 직경을 제곱(또는 세제곱, 또는 1보다 큰 기타 다른 승수 제곱)하고 이 직경 제곱에 상기 머신의 길이를 곱한 값에 비례한다는 점도 일반적으로 알려진 사실이다. 환언하면,It is also generally known that the torque produced by a machine is proportional to the diameter of the length of the machine squared (or cubic, or any other multiplier squared greater than 1) and multiplied by the length of the machine squared with the diameter squared. to be. In other words,

Γ = κd²L, 여기서,Γ = κd ² L, where

Γ = 토오크Γ = torque

κ = 상수κ = constant

L = 머신의 유효 재료 길이L = effective material length of the machine

d = 머신의 유효 재료 직경d = effective material diameter of the machine

상기 관계식으로부터, 컴팩트한 패키지에서 높은 토오크를 얻기 위한 최적의 해결책은 상기 머신의 길이보다는 그 직경을 증가시키는 것임을 알 수 있다. 도 1에 예시되어 있는 종래 시스템에서, 상기 TF 머신의 직경을 증가시키고 그리고 그 길이는 일정하게 유지하려면, 전기자 권선(4,6)을 각각 포함하고 있는 고정자 코어 자속 가이드(8,10)의 슬롯 깊이(D)만을, 전기자 권선(4,6)의 단면적 최대화를 위해, 증가시키는 반면에(깊이(D)는 상기 머신의 직경의 함수이므로), 고정자 코어 자속 가이드(8,10)의 슬롯 폭(W)(상기 머신의 길이의 함수임)은 동일하게 유지되도록 해야 한다.From the above relationship, it can be seen that the optimal solution for obtaining high torque in a compact package is to increase its diameter rather than the length of the machine. In the conventional system illustrated in FIG. 1, in order to increase the diameter of the TF machine and keep its length constant, the slots of the stator core magnetic flux guides 8, 10 each comprising an armature winding 4, 6. Only the depth D is increased for maximizing the cross-sectional area of the armature windings 4 and 6 (as the depth D is a function of the diameter of the machine), while the slot width of the stator core magnetic flux guides 8 and 10 (W) (which is a function of the length of the machine) should be kept the same.

도 2는, 슬롯 깊이(D)가 증가하면, 슬롯 공극의 단면적(A_a)과, 예컨대 외부 고정자 코어 자속 가이드(8)의 강철을 통한 자속 경로(L_S)의 길이도 증가하지만, 외부 고정자 코어 자속 가이드(8)의 단면적(A_S)과 상기 슬롯 공극을 통한 자속 경로(L_a)의 길이는 일정하게 유지되게 됨을 보여주고 있다. 리럭턴스(reluctance)(R)(자기 회로에 의해 자속에 제공되는 저항)는 L/μA이며, 여기서2 shows that as the slot depth D increases, the cross sectional area A _a of the slot void and the length of the magnetic flux path L _S through the steel of the external stator core magnetic flux guide 8, for example, also increase. the length of the cross section (a _S) and the magnetic flux path (L _a) through the slot air gap of the core flux guide 8 has shown that to be kept constant. Reluctance ( R ) (resistance provided to the magnetic flux by the magnetic circuit) is L / μA, where

μ = 매질의 투자율μ = permeability of the medium

L = 자속 경로 길이L = flux path length

A = 매질의 단면적이다.A = cross-sectional area of the medium.

슬롯 깊이(D)가 증가하면, 외부 고정자 코어 자속 가이드(8)의 강철을 통한 리럭턴스는 증가하지만, 상기 슬롯 공극을 통한 리럭턴스는 감소하게 됨은 도 2로부터 명백하다. 따라서, 슬롯 깊이(D)가 증가하면 자속 누설이 증대되며, 이때 자속 누설은 외부 고정자 코어 자속 가이드(8)를 통한 경로(L_S)를 따라가는 대신에, 경로(L_a)를 따라 상기 슬롯 공극을 통과하게 된다. 경로(L_S)를 따라가는 대신에 경로(L_a)을 따라 상기 슬롯 공극을 통해 누설되는 상기 자속은 상기 슬롯 공극내에 위치되어 있는 상기 권선(예컨대, 도 1의 권선(4))의 모든 코일과 링크되지 않으며, 따라서 상기 머신의 정격 토오크가 생성되지 않아, 상기 머신의 정격 전력이 감소되게 된다.It is apparent from FIG. 2 that as the slot depth D increases, the reluctance through the steel of the outer stator core magnetic flux guide 8 increases, while the reluctance through the slot void decreases. Thus, increasing slot depth D increases magnetic flux leakage, where the magnetic flux leakage follows the path L _a along the path L _a instead of following the path L _S through the external stator core magnetic flux guide 8. Will pass through. Instead of following the path L _S , the magnetic flux leaking through the slot gap along the path L _a may be combined with all coils of the winding (eg, winding 4 of FIG. 1) located within the slot gap. There is no linking, and thus the rated torque of the machine is not produced, so that the rated power of the machine is reduced.

상기 TF 머신의 또 다른 단점은 상기 2개의 고정자(즉, 외부 고정자 코어 자속 가이드(8)와 내부 고정자 코어 자속 가이드(10))의 비대칭적인 배치로 인해, 외부 전기자 권선(4)과 내부 전기자 권선(6)(도 1)에 의해 나타나는 리럭턴스가 다르며, 따라서 두 상(phase)에 전자기적인 불균형이 생긴다는 점이다. 상기 TF 머신의 전자기적 불균형의 원인은 도 3에서 알 수 있다. 공극(23)과 번갈아 설치되어 있는 외부 고정자 코어 자속 가이드(8)에 의해 형성된 외부 부피(22)는 공극(25)과 번갈아 설치되어 있는 내부 고정자 코어 자속 가이드(10)에 의해 형성된 내부 부피(24)보다 크다. 이들 두 부피(22,24)는 강철로 제조된 동일한 개수의 동일한 고정자 코어 자속 가이드를 포함하고 있지만, 외부 부피(22)는 내부 부피(24)보다 물리적으로 크므로, 외부 부피(22)에서 공기와 강철의 비율은 내부 부피(24)에서의 비율보다 작다. 따라서, 외부 부피(22)는 내부 부피(24)보다 큰, 자속에 대한 리릭턴스를 가지게 되며, 이에따라 외부 전기자 권선(4)과 내부 전기자 권선(6)(도 3에는 도시되어 있지 않음)의 두 상사이에 자기적 불균형이 생긴다. 상기 TF 머신의 두 상사이에서의 자기적 불균형은 열손실, 회전자 베어링의 고장을 일으킬 수도 있는 베어링 전류, 및 상기 회전자에의 일정하지 않은 부하 제공에 기여하는 순환 전류를 유발하며, 이 순환 전류는 상기 머신의 기계적, 전기적 설계에 있어서 어려움을 가중시킨다.Another disadvantage of the TF machine is that due to the asymmetrical arrangement of the two stators (ie the outer stator core magnetic flux guide 8 and the inner stator core magnetic flux guide 10), the outer armature winding 4 and the inner armature winding The reluctance represented by (6) (Fig. 1) is different, and thus an electromagnetic imbalance occurs in the two phases. The cause of the electromagnetic imbalance of the TF machine can be seen in FIG. The outer volume 22 formed by the outer stator core magnetic flux guide 8 alternately provided with the air gap 23 is the inner volume 24 formed by the inner stator core magnetic flux guide 10 alternately with the air gap 25. Greater than) These two volumes 22, 24 contain the same number of identical stator core flux guides made of steel, but the outer volume 22 is physically larger than the inner volume 24, so air in the outer volume 22 The proportion of and steel is less than that in the inner volume 24. Thus, the outer volume 22 will have a reluctance to the magnetic flux, which is larger than the inner volume 24, thus providing two of the outer armature winding 4 and the inner armature winding 6 (not shown in FIG. 3). There is a magnetic imbalance between the phases. Magnetic imbalance between the two phases of the TF machine causes heat loss, bearing current that may cause rotor bearing failure, and circulating current that contributes to an inconsistent load on the rotor, which is the circulating current Increases the mechanical and electrical design of the machine.

또한, 대형 TF 머신의 제조 실현(이 대형 TF 머신은 이 머신의 폴(pole)의 개수가, 따라서 그 크기가 증가하면 낮은 회전자 속도에서의 그 성능을 향상시킬 수 있으므로 바람직할 수도 있음)은 힘든 작업임이 판명되었는데, 이는 고리 모양의 회전자(2)와 외부 및 내부 고정자 코어 자속 가이드(8,10)사이에서, 도 4에 예시되어 있는 바와같이, 작은 공극(26,28)을 유지하는 것이 상기 구성 요소의 크기 증가로 보다 어려워지기 때문이다. (전기 머신의 가동 구성 요소와 고정 구성 요소 사이의 공극은 최대 전력과 최대 효율을 위해 최소로 되어야 함은 일반적으로 알려진 사실이다.) 또한, 상기 TF 머신은 고속 동작을 위해서는 부적합한데, 이는 고정식 외부 고정자 코어 자속 가이드(8)와 고리 모양의 회전자(2)의 동심원적 방위 설정에 의해, 회전자 속도의 증가시에 고리 모양의 회전자(2)의 반경 방향 팽창이 상기 고리 모양의 회전자(2)가 외부 고정자 코어 자속 가이드(8)와 충돌할 때까지 공극(26)을 점진적으로 감소시킴으로써, 상기 TF 머신에 심각한 고장이 발생되기 때문이다.In addition, manufacturing realization of large TF machines (which may be desirable as the number of poles of this large TF machine can therefore improve its performance at low rotor speeds as its size increases) It has proved to be a difficult task, which maintains small voids 26, 28 between the annular rotor 2 and the outer and inner stator core magnetic flux guides 8, 10, as illustrated in FIG. 4. This is because the size of the component becomes more difficult. (It is generally known that the air gap between the moving and stationary components of an electrical machine should be minimized for maximum power and maximum efficiency.) The TF machine is also unsuitable for high speed operation, which is fixed external By concentric orientation of the stator core magnetic flux guide 8 and the annular rotor 2, the radial expansion of the annular rotor 2 at the increase of the rotor speed results in the annular rotor. This is because by gradually decreasing the gap 26 until (2) collides with the external stator core magnetic flux guide 8, a serious failure occurs in the TF machine.

또한, 상기 TF 머신은 비교적 고가인데, 이는 외부 및 내부 고정자 코어 자속 가이드(8,10)와 전기자 권선(4,6)을 구비하고 있는 복잡한 고정식 어셈블리를 제조하기가 어렵기 때문이다. 상기 TF 머신은 그 권선에 상당한 양의 구리를 사용하고 있으며, 이에따라 제조 비용이 더 증가한다. 상기 권선의 구리는 효율적으로 사용되지 않고 있는데, 이는 두께(T)를 가지고 있는 전기자 권선(4,6)의 부분들(도 4)만이 토오크 발생에 사용되기 때문이다(상기 권선의 그 부분들만이 자속에 의해 링크되므로). 두께(G)(여기서, G>T)를 가지고 있는 나머지 부분들의 기능은 단순히 전기 회로를 완성하는 것이다.The TF machine is also relatively expensive because it is difficult to manufacture complex stationary assemblies with external and internal stator core magnetic flux guides 8, 10 and armature windings 4, 6. The TF machine uses a significant amount of copper in its windings, which further increases manufacturing costs. The copper of the winding is not used efficiently because only parts of the armature windings 4 and 6 having a thickness T (Fig. 4) are used for torque generation (only those parts of the winding) Link by magnetic flux). The function of the remaining parts, having a thickness G (where G> T), is simply to complete the electrical circuit.

상기 TF 머신은 또한, 내측 부분에 접근할 수 없으므로, 상기 머신이 동작하는 중에 내부 고정자 코어 자속 가이드(10)에서 발생되는 열을 제거하기가 어렵다는 문제점을 가지고 있으며, 이때 상기 열은 효율성을 저하시키고 전원 출력을 감소시킨다.The TF machine also has a problem that it is difficult to remove heat generated in the internal stator core flux guide 10 while the machine is in operation, since the inner part is inaccessible, where the heat reduces efficiency and Reduce power output

본 발명은 저속 전기 발생기에 관한 것으로, 특히 직접 구동식 풍력 터빈용 전기 발생기에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a low speed electricity generator, and more particularly to an electric generator for a direct drive wind turbine.

도 1은 종래 가로 방향 자속(TF) 머신의 사시도.1 is a perspective view of a conventional transverse flux (TF) machine.

도 2는 도 1의 종래 TF 머신의 고정자 코어 자속 가이드의 사시도.2 is a perspective view of a stator core flux guide of the conventional TF machine of FIG.

도 3은 도 1의 종래 TF 머신의 측면도.3 is a side view of the conventional TF machine of FIG.

도 4는 도 3의 종래 TF 머신의 상세도.4 is a detailed view of the conventional TF machine of FIG.

도 5는 본 발명에 따라 구성된 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석(DSAFPM) 머신의 주요 구성 요소의 전개 사시도.5 is an exploded perspective view of the main components of a double projecting axial magnetic flux permanent magnet (DSAFPM) machine constructed in accordance with the present invention.

도 6은 도 5에 도시된 DSAFPM의 회전자의 개략적인 측면도.FIG. 6 is a schematic side view of the rotor of the DSAFPM shown in FIG. 5; FIG.

도 7은 도 5에 도시된 고정자의 제조 기술을 보인 사시도.7 is a perspective view showing a manufacturing technique of the stator shown in FIG.

도 8은 본 발명에 따라 구성된 DSAFPM 머신의 사시도이며, 부분 단면도.8 is a perspective view, in partial cross section, of a DSAFPM machine constructed in accordance with the present invention;

도 9는 도 8의 DSAFPM 머신의 코일의 사시도.9 is a perspective view of the coil of the DSAFPM machine of FIG.

도 10은 상이한 길이의 단부 권선을 가지고 있는 도 8의 코일의 사시도.10 is a perspective view of the coil of FIG. 8 with end windings of different lengths.

도 11은 도 8의 DSAFPM 머신을 유틸리티 그리드에 결합하는데 적합한 변환기 토포로지를 나타낸 개략도로서, 상기 DSAFPM 머신이 풍력 터빈 회전자에 결합되어 있는 개략도.FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a converter topology suitable for coupling the DSAFPM machine of FIG. 8 to a utility grid, wherein the DSAFPM machine is coupled to a wind turbine rotor. FIG.

도 12는 도 11의 변환기 토포로지의 상세 개략도.12 is a detailed schematic of the converter topology of FIG.

도 13는 도 8의 DSAFPM 머신의 등가 전기 회로를 나타낸 도면.13 shows an equivalent electrical circuit of the DSAFPM machine of FIG. 8.

도 14는 정상 속도에서의 도 8의 DSAFPM 머신의 토오크 생성을 나타낸 도면.14 shows torque generation of the DSAFPM machine of FIG. 8 at normal speed.

도 15는 높은 속도에서의 도 8의 DSAFPM 머신의 토오크 생성을 나타낸 도면.FIG. 15 shows torque generation of the DSAFPM machine of FIG. 8 at high speed.

도 16은 도 8의 DSAFPM 머신의 단면도.FIG. 16 is a cross sectional view of the DSAFPM machine of FIG. 8; FIG.

도 17 내지 도 24는 도 8의 DSAFPM 머신의 자속 분포의 변동을 보인 도면.17 to 24 show variation in magnetic flux distribution of the DSAFPM machine of FIG.

도 25 및 도 26은 도 17 내지 도 24의 DSAFPM 머신의 자속 분포의 변동에 대응하는 자속 링크를 나타낸 도면.25 and 26 show magnetic flux links corresponding to variations in the magnetic flux distribution of the DSAFPM machines of FIGS. 17-24.

도 27은 각각의 고정자가 A상 권선 및 B상 권선의 코일을 포함하고 있는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신을 나타낸 개략도.FIG. 27 is a schematic representation of a double projecting axial magnetic flux permanent magnet machine in which each stator comprises coils of phase A and winding B;

도 28은 이중 회전자 구조를 가지고 있는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신의 단면도.28 is a cross sectional view of a double projecting axial flux permanent magnet machine having a dual rotor structure;

도 29 및 도 30은 도 28의 머신의 상이한 회전자 방위 설정을 보인 개략도.29 and 30 are schematic views showing different rotor orientation settings of the machine of FIG. 28.

도 31은 본 발명에 따른 이중 돌출 반경 방향 자속 영구 자석 머신의 단면도.31 is a cross sectional view of a double projecting radial magnetic flux permanent magnet machine according to the present invention;

따라서, 상기 단점을 극복하고, 예컨대 슬롯 자속 누설을 최소로 하고, 전자기적으로 균형을 이룬 권선 위상을 가지고 있으며, 제조하기가 간단하고 저렴하며, 저속과 고속으로 동작할 수 있고, 그리고 컴팩트하고 효율적인 이중 돌출(doubly-salient) 영구 자석 머신을 제공하는 것이 바람직하다.Thus, it overcomes the above disadvantages, for example, minimizes slot flux leakage, has an electromagnetically balanced winding phase, is simple and inexpensive to manufacture, can operate at low speeds and high speeds, and is compact and efficient It is desirable to provide a double-salient permanent magnet machine.

또한, 영구 자석 머신은 낮은 각속도에서 높은 전력 밀도를 달성하고, 많은 개수의 폴을 수용할 수 있으며, 낮은 인덕턴스의 권선을 가지고 있는 종래 권선 디자인을 이용하고, 그리고 간단한 지지 구조를 가지고 있는 것이 바람직하다.It is also desirable for permanent magnet machines to achieve high power densities at low angular velocities, to accommodate large numbers of poles, to use conventional winding designs with low inductance windings, and to have a simple support structure. .

본 발명의 다른 이점은 명확한 설명과 첨부 도면을 참조하면 명백해진다.Other advantages of the present invention will become apparent with reference to the clear description and the accompanying drawings.

일실시예에서, 본 발명의 상기 이중 돌출 축방향 영구 자석 머신은 동축방향으로 그리고 측면 방향으로 방위 설정된 한쌍의 고정자 사이에 장착되어 있는 회전자를 구비하고 있다. 이 회전자는 강철로 제조된, 전자기적 돌출 폴과 번갈아 설치되어 있는 복수의 영구 자석으로 구성되어 있다. 각각의 고정자는 길이 방향으로 방위 설정된 복수의 돌출 폴을 가지고 있다. 상기 회전자 폴은 두 복수의 구리 코일을 지지하고 있으며, 이에따라 단일의 코일이 각각의 고정자 폴의 주위에 감겨진다. 각각의 복수의 코일은 직렬로 링크되어 있으며, 따라서 2상 권선이 형성되게 된다.In one embodiment, the double projecting axial permanent magnet machine of the present invention has a rotor mounted between a pair of stators oriented coaxially and laterally. The rotor consists of a plurality of permanent magnets alternated with electromagnetically protruding poles made of steel. Each stator has a plurality of protruding poles oriented in the longitudinal direction. The rotor poles support two plural copper coils, such that a single coil is wound around each stator pole. Each of the plurality of coils is linked in series, thus forming a two-phase winding.

본 발명은 첨부된 도면에 한정하는 것이 아닌 예로서 예시되어 있다.The invention is illustrated by way of example and not by way of limitation in the figures of the accompanying drawings.

예시를 위해, 이들 도면은 반드시 실제 치수로 도시된 것은 아니다. 모든 도면에서, 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호에 의해 표시되어 있다.For purposes of illustration, these drawings are not necessarily drawn to scale. In all drawings, like elements are denoted by like reference numerals.

이하의 설명 전반에 걸쳐 본 발명의 보다 철저한 이해를 제공하기 위해 특정 상세 사항에 대해 설명된다. 하지만, 본 발명은 이들 특정 사항없이도 실시될 수 있다. 다른 예에서, 본 발명이 불필요하게 불명료해지지 않도록, 잘 알려져 있는 소자에 대해서는 도시 또는 설명하지 않는다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미가 아닌 예시적인 의미로 간주되어야 한다.Specific details are set forth in order to provide a more thorough understanding of the present invention throughout the following description. However, the present invention may be practiced without these specific details. In other instances, well-known devices are not shown or described in order not to unnecessarily obscure the present invention. The specification and drawings are, accordingly, to be regarded in an illustrative rather than a restrictive sense.

도 5에는 본 발명에 따른 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신의 주요 구성 요소가 도시되어 있다. 본 머신은 제1고정자(100), 회전자(102), 및 제2고정자(104)를 구비하고 있으며, 이들 각각은 고리 형상을 가지고 있다. 고정자(100,104)는 회전자(102)의 외경과 동일한 외경(d)을 가지고 있다.5 shows the main components of a double projecting axial magnetic flux permanent magnet machine according to the invention. The machine includes a first stator 100, a rotor 102, and a second stator 104, each of which has a ring shape. The stators 100 and 104 have an outer diameter d equal to the outer diameter of the rotor 102.

회전자(102)는 희토 산화물 영구 자석 또는 페라이트 영구 자석과 같은 길이 방향으로 방위 설정된 복수의 영구 자석(106)을 포함하고 있다. 영구 자석(106)은 회전자(102)의 주위에서 일정한 간격을 유지하고 있고 그리고 복수의 전자기적 돌출 회전자 폴(108)과 번갈아 설치되어 있으며, 이때 이 폴은 자기적으로 투과성이 있는 재료, 예컨대 적층된 강철로 제조되어 있고 상기 영구 자석(106)과 개수가 동일하다. 각각의 영구 자석(106)은 반경 방향 치수(t)와 각치수(θ_m)를 정의하고 있다. 영구 자석(106)은 가로 방향으로 분극되어 있으며, 이에따라 회전자 폴(108)은 자속 라인(107)의 방향이 예시되어 있는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 회전자의 양측상에 동일하게 분극될 수 있다.The rotor 102 includes a plurality of permanent magnets 106 oriented in the longitudinal direction, such as rare earth oxide permanent magnets or ferrite permanent magnets. The permanent magnets 106 are spaced at constant intervals around the rotor 102 and are alternately installed with a plurality of electromagnetically projecting rotor poles 108, wherein the poles are magnetically permeable materials, For example, it is made of laminated steel and has the same number as the permanent magnet 106. Each permanent magnet 106 defines a radial dimension t and an angular dimension θ _m . The permanent magnets 106 are polarized in the transverse direction, so that the rotor poles 108 are equally polarized on both sides of the rotor, as shown in FIG. 6 where the direction of the magnetic flux lines 107 is illustrated. Can be.

고정자(100)(도 5)는 길이 방향으로 방위 설정된 복수의 돌출 고정자 폴(110), 및 후방 아이언(back iron)(111)을 가지고 있다. 고정자(104)는 길이 방향으로 방위 설정된 복수의 돌출 고정자 폴(112)과 후방 아이언(113)을 가지고 있다. 고정자 폴(110,112)은 각각의 고정자(100,104)의 주위에서 일정한 간격을 유지하고 있다. 각각의 고정자는 회전자 폴(108)의 개수와 동일한 개수의 고정자 폴을 가지고 있다. 각각의 고정자 폴은 반경 방향 치수(t)와 각치수(θ_s)를 정의하고 있다.The stator 100 (FIG. 5) has a plurality of protruding stator poles 110 oriented in the longitudinal direction, and a back iron 111. The stator 104 has a plurality of protruding stator poles 112 and rear irons 113 oriented in the longitudinal direction. Stator poles 110 and 112 maintain a constant spacing around each stator 100 and 104. Each stator has the same number of stator poles as the number of rotor poles 108. Each stator pole defines a radial dimension t and an angular dimension θ _s .

각각의 고정자(100,104)는 복수의 별개의 적층된 강철층을 구비하고 있고 그리고 도 7에 도시된 바와 같은 강철 적층의 리본을 둥글게 말고 펀칭함으로써 저렴하게 제조될 수도 있다.Each stator 100, 104 has a plurality of separate laminated steel layers and may be inexpensively manufactured by roundly punching the ribbon of the steel stack as shown in FIG. 7.

도 8은 본 발명에 따른 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신의 단면 사시도이다. 상기 머신의 회전자(102)는 메인 샤프트(114)에 단단히 부착되어 있으며, 이 샤프트는 풍력 터빈 회전자(도시되지 않음)에 직접 결합되어 있을 수도 있다. 메인 샤프트(114)는 단면(118,120)을 가지고 있는 원통형 하우징(116)내에 지지되어 있다. 샤프트(114)는 각각 단면(118,120)에 중심 방향으로 장착되어 있는 베어링(122,124)내에서 회전한다.8 is a cross-sectional perspective view of a double projecting axial magnetic flux permanent magnet machine according to the present invention. The rotor 102 of the machine is firmly attached to the main shaft 114, which may be directly coupled to the wind turbine rotor (not shown). The main shaft 114 is supported in a cylindrical housing 116 having cross sections 118, 120. The shaft 114 rotates in the bearings 122 and 124 which are mounted in the center directions on the cross sections 118 and 120, respectively.

고정자(100)의 후방 아이언(111)은 단면(118)의 내부면에 단단히 부착되어 있고, 고정자(104)의 후방 아이언(113)은 단면(120)의 내부면에 단단히 부착되어 있다. 고정자(100,104)의 이러한 배치에 의해, 와전류와 코일 전류에 의해 상기 고정자에서 발생되는 열은 하우징(116)측으로 전도된 후에, 주위 대기로의 대류에 의해 효율적으로 방열된다.The rear iron 111 of the stator 100 is firmly attached to the inner surface of the cross section 118, and the rear iron 113 of the stator 104 is firmly attached to the inner surface of the cross section 120. With this arrangement of stators 100 and 104, the heat generated in the stator by eddy currents and coil currents are conducted to the housing 116 side and then efficiently radiated by convection to the surrounding atmosphere.

고정자(100,104)는, 고정자 폴(112)이 영구 자석(106)과 완전하게 정렬될 때, 고정자 폴(110)들이 회전자 폴(108)과 완전하게 정렬될 수 있도록, 그리고 그 역으로도 될 수 있도록, 방위 설정되어 있다. 고정자 폴(110)은 구리 코일(126)을 지지하게 되고 고정자 폴(112)은 구리 코일(128)을 지지하게 되며, 이에따라 하나의 코일이 각각의 고정자 폴의 주위에 위치될 수 있다. 코일(126,128)은 종래 형상 및 디자인을 가지고 있으며, 따라서 저렴하고 용이하게 제조되어 고정자 폴(110,112)에 의해 형성된 슬롯내에 설치될 수 있다.The stator 100, 104 may be such that when the stator pole 112 is completely aligned with the permanent magnet 106, the stator poles 110 can be completely aligned with the rotor pole 108, and vice versa. So that the orientation is set. The stator poles 110 support the copper coils 126 and the stator poles 112 support the copper coils 128, so that one coil can be located around each stator pole. The coils 126 and 128 have a conventional shape and design and therefore can be manufactured inexpensively and easily and installed in the slots formed by the stator poles 110 and 112.

도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 코일(128)은 말단 권선부(E)와 도체부(C)를 구비하고 있다. 말단 권선부(E)(토오크 발생에 참여하지 않음)의 길이는 도체부(C)의 길이에 비해 짧다. 코일(126,128)의 이러한 구조에 의해, 상기 코일의 인덕턴스가 감소되는데(인덕턴스는 가변 전류에 의해, 동일 회로 또는 인접 회로에 전압을 유도하는 가변 자계를 생성하는 전기 회로의 특성임), 이는 전류가 머신 단자에 인가된 펄스폭 변조 전압에 의해 제어되는 변환기 구동 머신의 경우에 이점으로 작용한다. 이 이점은, 전류가 큰 위상 지연없이 인가 또는 발생 전압을 바로 뒤따르므로 낮은 인덕턴스의 권선에 의해 고속의 동적 전류 제어가 가능하기 때문에, 얻어진다. 또한, 말단 권선부(E)가 작으므로, 상기 권선의 구리는 효율적으로 사용되며 그리고 상기 머신의 비용은 더 감소된다. 코일(126,128)은 또한 도 10에 도시된 구조를 가지고 있을 수도 있으며, 이때 말단 권선(E1,E2)은 상이한 길이를 가지고 있다.As shown in FIG. 9, the coil 128 has an end winding portion E and a conductor portion C. As shown in FIG. The length of the end winding E (not participating in torque generation) is short compared to the length of the conductor C. This structure of the coils 126 and 128 reduces the inductance of the coil (inductance is a characteristic of an electrical circuit that generates a variable magnetic field that induces a voltage in the same or adjacent circuits by means of a variable current), This is an advantage in the case of a converter drive machine controlled by a pulse width modulation voltage applied to the machine terminal. This advantage is obtained because high-speed dynamic current control is possible with a low inductance winding since the current immediately follows the applied or generated voltage without a large phase delay. In addition, since the end winding E is small, the copper of the winding is used efficiently and the cost of the machine is further reduced. Coils 126 and 128 may also have the structure shown in FIG. 10, with end windings E1 and E2 having different lengths.

도 11에 예시되어 있는 바와 같이, 코일(126)은 직렬로 결합되어 있고, A상 권선(133)을 구비하고 있다. 코일(128)도 또한 직렬로 결합되어 있고, B 상 권선(135)을 구비하고 있다. A상 및 B상 권선(133,135)은 전력 전자 변환기(129)에 접속되어 있고, 이 전력 전자 변환기는 윌리엄 엘. 에르드먼(William L. Erdman) 명의의 미국 특허 제5,225,712호에 설명되어 있는 인버터와 같은 3상 DC/AC 인버터(134), 및 각각의 상 권선을 통한 양방향의 전류의 크기를 제어하는 바이폴라 2상 인버터(136)를 구비하고 있다. 전류는, 풍력 터빈 회전자(235)가 이 풍력 터빈 회전자(235)에 단단히 결합되어 있는 샤프트(114)를 회전시킬 때, 생성된다. 인버터(134)는 유틸리티 그리드(137)에 전기 접속되어 있고, 그리고 인버터(136)는 A상 및 B상 권선(133,135)에 전기 접속되어 있다. 인버터(134,136)는 DC 링크(138)에 의해 상호 접속되어 있다. 변환기(129)는 펄스폭 변조 전압 파형을 통해 상전류 조절을 제공한다. 또한, 변환기(129)에 의해, 상기 머신은 모터 또는 발전기로서 동작할 수 있고 그리고 또한 상기 머신의 가변 전압, 가변 주파수 동작이 가능해지고 상기 유틸리티 그리드에의 정전압, 일정 주파수 접속이 유지된다.As illustrated in FIG. 11, the coils 126 are coupled in series and have an A-phase winding 133. Coil 128 is also coupled in series and has a B-phase winding 135. A-phase and B-phase windings 133 and 135 are connected to a power electronic converter 129, which is converted to William El. Three-phase DC / AC inverter 134, such as the inverter described in US Pat. No. 5,225,712 to William L. Erdman, and bipolar two-phase controlling the magnitude of bidirectional current through each phase winding. An inverter 136 is provided. Current is generated when the wind turbine rotor 235 rotates the shaft 114, which is tightly coupled to the wind turbine rotor 235. The inverter 134 is electrically connected to the utility grid 137, and the inverter 136 is electrically connected to the A-phase and B-phase windings 133 and 135. Inverters 134 and 136 are interconnected by DC link 138. Converter 129 provides phase current regulation through a pulse width modulated voltage waveform. In addition, the converter 129 allows the machine to operate as a motor or a generator, and also enables variable voltage and variable frequency operation of the machine and maintains a constant voltage, constant frequency connection to the utility grid.

도 12는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)와 같은 복수의 스위치(137), 복수의 프리 휠링(free-wheeling) 다이오드(139), 및 전압원(140), 예컨대 배터리를 포함하고 있는 인버터(136)의 개략도이다.12 shows an inverter 136 including a plurality of switches 137, such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a plurality of free-wheeling diodes 139, and a voltage source 140, such as a battery. Schematic diagram.

FEM(Finite Element Modeling) 분석을 기초로 개발된 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신의 선형 모델은 상기 머신의 성능을 연구하고 상기 머신의 가능한 제어 방법을 조사하는데 사용될 수 있다. 이 선형 모델에 대해 행해진 가정은 다음과 같다: (1) 인덕턴스 대 회전자 각의 변동은 선형적이며, (2) 인덕턴스는 전류 레벨과 무관하다는 것이다. 도 13에 도시되어 있는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신의 선형 모델의 등가 전기 회로는 다음과 같이 유도된다:A linear model of a double projecting axial flux permanent magnet machine developed based on Finite Element Modeling (FEM) analysis can be used to study the performance of the machine and investigate possible control methods of the machine. The assumptions made for this linear model are as follows: (1) the variation in inductance versus rotor angle is linear, and (2) the inductance is independent of the current level. The equivalent electrical circuit of the linear model of the double projecting axial flux permanent magnet machine shown in FIG. 13 is derived as follows:

여기서, u_a= A상의 단자 전압;Where u _a = terminal voltage on A phase;

u_b= B상의 단자 전압;u _b = terminal voltage of phase B;

i_a= A상의 상전류;i _a = phase current of phase A;

i_b= B상의 상전류;i _b = phase current of phase B;

r_a= A상의 저항;r _a = resistance of phase A;

r_b= B상의 저항;r _b = resistance of phase B;

λ_a= A상의 전기자 반응 자속 링크;armature reactive flux link on λ _a = A;

λ_b= B상의 전기자 반응 자속 링크;λ _b = armature reactive flux link on phase B;

또한,Also,

여기서, Ψ_ma= A상에 의해 링크된 영구 자석 자속Where Ψ _ma = permanent magnetic flux linked by phase A

Ψ_mb= B상에 의해 링크된 영구 자석 자속Ψ _mb = permanent magnetic flux linked by phase B

또한,Also,

λ_a=L_aa×i_a+M_ba×i_b λ _a = L _aa × i _a + M _ba × i _b

λ_b=M_ab×i_a+L_bb×i_b λ _b = M _ab × i _a + L _bb × i _b

여기서, M_ab= A상과 B상간의 상호 인덕턴스(B상에 의해 링크된 자속을 A상의 여기 전류로 나눈 값);Where M _ab = mutual inductance between phase A and phase B (the magnetic flux linked by phase B divided by the excitation current of phase A);

M_ba= A상과 B상간의 상호 인덕턴스(A상에 의해 링크된 자속을 B상의 여기 전류로 나눈 값);M _ba = mutual inductance between phase A and phase B (magnetic flux linked by phase A divided by the excitation current of phase B);

이상의 식으로부터,From the above formula,

여기서,here,

q_r= 회전자 회전의 기계각q _r = mechanical angle of rotor rotation

w_r= 회전자의 각속도w _r = angular velocity of the rotor

이 세트의 방정식은 도 13에 개략적으로 표현되어 있으며, 이때 다음의 정의가 적용된다:This set of equations is schematically represented in FIG. 13, where the following definitions apply:

e_ma= 영구 자석 자속 변동에 의해 생성된 A상의 유도 전압;e _ma = induced voltage of phase A generated by the permanent magnet flux variation;

e_mb= 영구 자석 자속 변동에 의해 생성된 B상의 유도 전압;e _mb = induced voltage of phase B generated by permanent magnet flux variation;

e_ra= A상의 자기 인덕턴스의 변동에 의해 생성된 A상의 리럭턴스 전압;e _ra = reluctance voltage in phase A generated by the variation in magnetic inductance in phase A;

e_rb= B상의 자기 인덕턴스의 변동에 의해 생성된 B상의 리럭턴스 전압;e _rb = reluctance voltage of phase B generated by the variation of the magnetic inductance of phase B;

e_rma= A상과 B상간의 상호 인덕턴스의 변동에 의해 생성된 A상의 리럭턴스 전압;e _rma = reluctance voltage of phase A generated by variation of mutual inductance between phases A and B;

e_rmb= A상과 B상간의 상호 인덕턴스의 변동에 의해 생성된 B상의 리럭턴스 전압;e _rmb = reluctance voltage of phase B generated by the variation of mutual inductance between phases A and B;

L_aa= A상의 자기 인덕턴스;L _aa = magnetic inductance on A phase;

L_bb= B상의 자기 인덕턴스;L _bb = magnetic inductance of phase B;

M_ab= A상과 B상간의 상호 인덕턴스.M _ab = mutual inductance between phases A and B.

토오크는 다음과 같이 주어진다:The torque is given by:

e_ma×i_a+e_mb×i_b=ω_Τ(T_ma+T_mb)e _ma × i _a + e _mb × i _b = ω _Τ (T _ma + T _mb )

여기서,here,

A상에 의해 생성된 기계적 토오크 Mechanical Torque Generated by Phase A

B상에 의해 생성된 기계적 토오크 Mechanical torque produced by phase B

정상 동작 조건하에서는, A상과 B상의 자기 리럭턴스 토오크는 도 14에 도시되어 있는 바와 같이, 서로 상쇄된다. 상호 리럭턴스 토오크는 제로 평균값을 갖는다. 피크 리럭턴스 토오크는 작은데, 이는 상호 인덕턴스의 변동이 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신의 이중 공극 구조로 인해 비교적 작기 때문이다. 결과적으로, 토오크 생성은 매우 완만하다.Under normal operating conditions, the magnetic reluctance torques of phase A and phase B cancel each other, as shown in FIG. The mutual reluctance torque has a zero mean value. The peak reluctance torque is small because the variation in mutual inductance is relatively small due to the double pore structure of the double projecting axial flux permanent magnet machine. As a result, the torque generation is very gentle.

상기 머신의 동작 속도가 정격치보다 크면, 상기 자기 리럭턴스 토오크는 도 15에 예시되어 있는 제어 방법을 사용함으로써 불규칙한 전류 파형으로 인한 전력 손실을 보상해 주는데 사용될 수 있다. 그러므로, 상기 이중 돌출 축방향 영구 자석 머신은 공지된 영구 자석 머신보다 고속일 수 있다. 보다 높은 속도로, 상기 상호 리럭턴스는 여전히 제로 평균 토오크에 기여한다.If the operating speed of the machine is greater than the rated value, the magnetic reluctance torque can be used to compensate for power loss due to irregular current waveforms by using the control method illustrated in FIG. Therefore, the double projecting axial permanent magnet machine can be faster than the known permanent magnet machine. At higher speeds, the mutual reluctance still contributes to a zero mean torque.

고정자(100,104)는 동일한 형상을 가지고 있으므로, A상 권선과 B상 권선에 의해 나타나는 리럭턴스는 동일하며, 이에 따라 이들 두 상간에 전자기적 균형이 형성된다. 상기 두 상의 전자기적 균형은, 상기 회전자의 순환 전류, 베어링 전류, 및 일정하지 않은 부하가 이론적으로 제거되어, 상기 머신의 효율성과 신뢰성이 개선된다는 점에서, 유익하다.Since the stators 100 and 104 have the same shape, the reluctance exhibited by the A-phase winding and the B-phase winding is the same, and an electromagnetic balance is formed between these two phases. The electromagnetic balance of the two phases is beneficial in that the circulating currents, bearing currents, and inconsistent loads of the rotor are theoretically eliminated, thereby improving the efficiency and reliability of the machine.

도 16에 도시되어 있는 바와 같이, 공극(130)은 회전자(102)와 고정자(100)의 폴(110)(외형이 점선으로 지시되어 있음)사이에 존재한다. 이와 유사하게, 공극(130)과 동일한 폭을 가지고 있는 공극(132)이 회전자(102)와 고정자 폴(112)사이에 존재하고 있다. 전기 머신의 회전자와 고정자사이의 공극을 최소로 하면 전력과 효율이 증가한다는 것은 널리 알려진 사실이다. 고정자(100), 회전자(102), 및 고정자(104)의 축방향 구조에 의해 회전자(102)와 고정자(100,104)의 크기에 관계없이 공극(130,132)이 작아지며, 이에따라 물리적으로 대형인 머신의 제조 비용이 줄어든다. 이러한 머신은 다수의 폴을 수용할 수 있으며, 이에따라 낮은 회전자 속도에서 높은 출력이 가능하다. 또한, 상기 축 방향 구조 때문에, 회전자(102)의 반경 방향 확장은, 회전자(102)의 완만한 형상이 풍손(windage)(공기마찰로 인한 손실)을 줄여 준다는 사실과 조합되어, 높은 회전자 속도에서 공극(130,132)을 감소시키지 않으며, 이에따라 고속 동작 성능이라는 추가적인 이점이 제공된다.As shown in FIG. 16, the void 130 is between the rotor 102 and the pole 110 of the stator 100 (the outline is indicated by a dashed line). Similarly, an air gap 132 having the same width as the air gap 130 is present between the rotor 102 and the stator pole 112. It is well known that minimizing the air gap between the rotor and stator of an electric machine increases power and efficiency. The axial structure of the stator 100, the rotor 102, and the stator 104 reduces the voids 130, 132 regardless of the size of the rotor 102 and the stator 100, 104, thereby physically large. The manufacturing cost of the machine is reduced. Such machines can accommodate multiple poles, thus allowing high power at low rotor speeds. In addition, because of the axial structure, the radial expansion of the rotor 102 is combined with the fact that the gentle shape of the rotor 102 reduces windage (loss due to air friction), which is why It does not reduce the voids 130 and 132 in the electron speed, thus providing an additional advantage of high speed operating performance.

또한, 상기 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신의 슬롯 자속 누설이 최소로 되는데, 이는 높은 토오크 발생을 얻기 위해 슬롯 깊이(D_s)가 아니라 상기 코일(126,128)의 폭(W_c)이 증가하기 때문이다. 명세서의 앞부분에서 상세히 설명한 바와 같이, 슬롯 깊이(D_s)가 최소로 되면, 슬롯 자속 누설이 감소된다.In addition, the slot flux leakage of the double projecting axial flux permanent magnet machine is minimized because the width W _c of the coils 126, 128 is increased rather than the slot depth D _s to obtain high torque generation. to be. As described in detail earlier in the specification, when the slot depth D _s is minimized, the slot magnetic flux leakage is reduced.

본 발명의 앞서 설명한 실시예의 동작은 도 17 내지 도 24에 예시되어 있다. 회전자 폴(108)이 고정자 폴(110)과 완전하게 정렬되면, 영구 자석(106)은 고정자 폴(112)과 완전하게 정렬된다(도 17). 회전자(102)의 이러한 방위 설정(회전자 회전의 0°에 해당)에 의해, 영구 자석(106)에 의해 생성된 모든 자속 링크는 고정자(100)의 A상 권선(도 17에 도시되지 않음)을 링크할 수 있다. 이 순간에는 어떠한 자속도 고정자(104)의 B상 권선(도 17에 도시되지 않음)을 링크하지 않는다.The operation of the above-described embodiment of the present invention is illustrated in Figs. 17-24. Once the rotor poles 108 are fully aligned with the stator poles 110, the permanent magnets 106 are completely aligned with the stator poles 112 (FIG. 17). With this orientation setting of the rotor 102 (corresponding to 0 ° of rotor rotation), all magnetic flux links produced by the permanent magnets 106 are phase A windings of the stator 100 (not shown in FIG. 17). ) Can be linked. At this moment, no B-phase winding (not shown in FIG. 17) of the magnetic flux stator 104 is linked.

회전자(102)가 22.5°만큼 회전하면(도 18), 폴(110,112)은 회전자(102)의 폴(108)과 부분적으로 정렬되며, 이에따라 영구 자석(106)에 의해 생성된 자속 링크(127)는 고정자(100)와 고정자(104)사이에서 동일하게 분포될 수 있다. 이 순간에, A상 권선(도 18에 도시되지 않음)을 링크하는 자속은 B상 권선(도 18에 도시되지 않음)을 링크하는 자속과 동일하다.When the rotor 102 rotates by 22.5 ° (FIG. 18), the poles 110, 112 are partially aligned with the poles 108 of the rotor 102, and thus the magnetic flux link generated by the permanent magnet 106 ( 127 may be equally distributed between stator 100 and stator 104. At this moment, the magnetic flux linking the A phase windings (not shown in Fig. 18) is the same as the magnetic flux linking the B phase windings (not shown in Fig. 18).

45°에서(도 19), 회전자(102)는, 고정자 폴(110)은 영구 자석(106)과 완전하게 정렬되고 고정자 폴(112)은 회전자 폴(108)과 완전하게 정렬되도록, 위치되어 있다. 회전자(102)의 이 방위 설정에서, 영구 자석(106)에 의해 생성된 모든 자속 링크(127)는 고정자(104)의 B상 권선(도 19에 도시되지 않음)을 링크한다.At 45 ° (FIG. 19), the rotor 102 is positioned such that the stator poles 110 are fully aligned with the permanent magnets 106 and the stator poles 112 are fully aligned with the rotor poles 108. It is. In this orientation of the rotor 102, all of the magnetic flux links 127 produced by the permanent magnets 106 link the B-phase windings (not shown in FIG. 19) of the stator 104.

회전자(102)의 67.5°, 90°, 112.5°, 135°, 및 157.5°회전에서의 자속 분포는 도 20, 도 21, 도 22, 도 23, 및 도 24에 각각 도시되어 있다. 0 내지 180의 기계각 회전에 해당하는 A상 권선 및 B상 권선의 자속 링크(127)는 도 25와 도 26에 각각 나타내어져 있다. 상기 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신의 A상 전류와 B상 전류간의 위상 시프트는 전기각 90°이다.The flux distribution at 67.5 °, 90 °, 112.5 °, 135 °, and 157.5 ° rotations of the rotor 102 are shown in FIGS. 20, 21, 22, 23, and 24, respectively. The magnetic flux links 127 of the A-phase and B-phase windings corresponding to 0-180 mechanical angular rotations are shown in FIGS. 25 and 26, respectively. The phase shift between the A phase current and the B phase current of the double projecting axial magnetic flux permanent magnet machine is 90 ° electric angle.

이와같이, 상기 단점을 극복하고, 예컨대 슬롯 자속 누설을 최소로 하고, 전자기적으로 균형된 위상을 가지고 있으며, 제조하기가 간단하고 저렴하며, 저속 동작 및 고속 동작을 할 수 있고, 열 제거를 용이하게 해 주며, 그리고 컴팩트하고 효율적인 영구 자석 머신이 제공된다.As such, it overcomes the above disadvantages, for example, minimizes slot flux leakage, has an electromagnetically balanced phase, is simple and inexpensive to manufacture, allows for low speed and high speed operation, and facilitates heat removal. And a compact and efficient permanent magnet machine is provided.

또한, 상기 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신은, 낮은 각속도로 높은 전력 밀도를 달성하고, 많은 개수의 폴을 수용할 수 있으며, 낮은 인덕턴스의 권선을 가지고 있는 종래 권선 디자인을 이용하고, 그리고 간단한 지지 구조를 이용할 수 있기 때문에, 이점이 있다.In addition, the double projecting axial magnetic flux permanent magnet machine achieves high power density at low angular velocity, can accommodate a large number of poles, uses a conventional winding design with a low inductance winding, and simple support Since the structure can be used, there is an advantage.

상기 장치의 다수의 다른 변형예도 가능하며, 이중 일부는 본 명세서에서 설명하였다. 예컨대, 상기 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신은 2보다 큰 짝수 개의 고정자 폴을 가지고 있을 수도 있다. 또한, 회전자 폴에 대한 고정자 폴(예컨대, 고정자(100))의 비율이 1 대 1일 필요는 없다. 상기 머신의 크기에 따라, 상기 비율은 다음 식에 따라 변동될 수도 있다:Many other variations of the device are possible, some of which have been described herein. For example, the double projecting axial flux permanent magnet machine may have an even number of stator poles greater than two. In addition, the ratio of stator poles (eg, stator 100) to rotor poles need not be one to one. Depending on the size of the machine, the ratio may vary according to the following equation:

R = S + 2, 여기서,R = S + 2, where

S = 고정자 폴의 개수S = number of stator poles

R = 회전자 폴의 개수R = number of rotor poles

또한, 다른 적합한 고정자/회전자 폴 배열도 가능하다. 예컨대, 두 고정자 폴의 조합, 및 4 이상의 기타 다른 짝수 개의 회전자 폴, 예컨대 2/6, 2/8,..., 2/100 등의 개수의 회전자 폴을 갖는 것도 가능하다. 기타 다른 조합, 예컨대 4/8, 4/10, 4/12,..., 6/10, 6/12, 6/14,... 등도 제공될 수 있다.Other suitable stator / rotor pole arrangements are also possible. For example, it is also possible to have a combination of two stator poles, and four or more other even number of rotor poles, such as 2/6, 2/8, ..., 2/100, etc. Other combinations may also be provided, such as 4/8, 4/10, 4/12, ..., 6/10, 6/12, 6/14, ..., and the like.

또한, A상 및 B상 권선의 코일은 각각의 고정자가 B상 코일외에 A상 코일을 포함할 수 있도록 위치되어 있을 수도 있다. 도 27에는 6 폴 회전자(150), 제1의 2부분 고정자(152), 및 제2의 2부분 고정자(156)를 가지고 있는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신이 개략적으로 예시되어 있다. 회전자(150)는 영구 자석(155)과 전자기적 돌출 폴(157)을 포함하고 있다. 고정자(152)는 폴(151)을 가지고 있는 A상 부분(160), 및 폴(153)을 가지고 있는 B상 부분(162)을 구비하고 있다. 고정자(156)는 폴(154)을 가지고 있는 B상 부분(164), 및 폴(158)을 가지고 있는 A상 부분(168)을 구비하고 있다. A상 부분(160,168)의 폴은, 직렬로 링크되어 있고 그리고 A상 권선을 구비하고 있는 코일(170)을 지지하고 있다. B상 부분(162,164)의 폴은, 직렬로 결합되어 있고 그리고 B상 권선을 구비하고 있는 코일(172)을 지지하고 있다. 도 27에서, 고정자(152,156)에 대한 회전자(150)의 방위는, 영구 자석(155)에 의해 생성된 모든 자속 링크(127)가 A상 권선의 코일(170)을 링크하도록, 설정되어 있다. 이 실시예의 토포로지의 다른 구현예에서는, 회전자 폴의 개수(R)는 10의 정수배인 반면에, 고정자 폴의 개수(S)는 식 S = R(4/5)에 따라 산출된다.In addition, the coils of the A-phase and B-phase windings may be positioned such that each stator can include an A-phase coil in addition to the B-phase coil. 27 schematically illustrates a double projecting axial flux permanent magnet machine having a six pole rotor 150, a first two part stator 152, and a second two part stator 156. The rotor 150 includes a permanent magnet 155 and an electromagnetic protruding pole 157. The stator 152 has an A phase portion 160 having a pole 151 and a B phase portion 162 having a pole 153. The stator 156 has a phase B portion 164 having a pole 154 and an phase A portion 168 having a pole 158. The poles of the A phase portions 160 and 168 are connected in series and support the coil 170 provided with the A phase winding. The poles of the B phase portions 162 and 164 are coupled in series and support the coil 172 having the B phase winding. In FIG. 27, the orientation of the rotor 150 relative to the stators 152, 156 is set such that all magnetic flux links 127 generated by the permanent magnet 155 link the coil 170 of the A phase winding. . In another embodiment of the topology of this embodiment, the number of rotor poles R is an integer multiple of 10, while the number of stator poles S is calculated according to the equation S = R (4/5).

도 28에는 이중 회전자 구조를 가지고 있는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신의 일실시예가 도시되어 있다. 이 머신은 제1고정자(200), 제1회전자(202), 제2고정자(204), 제2회전자(206), 및 제3고정자(208)를 구비하고 있으며, 이들은 각각 고리 모양을 가지고 있다. 고정자(200,204,208)는 후방 아이언(210,212,214)을 각각 포함하고 있다. 고정자(200)는 길이 방향으로 방위 설정된 복수의 돌출 고정자 폴(216)을 가지고 있고, 그리고 고정자(208)는 길이 방향으로 방위 설정되어 있는 복수의 돌출 고정자 폴(218)을 가지고 있다. 폴(216,218)은 각각의 고정자(200,208)의 주위에서 일정한 간격을 유지하고 있다. 고정자(204)는 길이 방향으로 방위 설정된 병렬인 두 복수의 돌출 폴(220(a),220(b))을 가지고 있고, 이때 폴((220(a),220(b))은 고정자(204)의 주위에서 일정한 간격을 유지하고 있다.28 shows one embodiment of a double projecting axial flux permanent magnet machine having a dual rotor structure. The machine includes a first stator 200, a first rotor 202, a second stator 204, a second rotor 206, and a third stator 208, each of which has a ring shape. Have. Stator 200, 204, 208 includes rear irons 210, 212, 214, respectively. The stator 200 has a plurality of protruding stator poles 216 oriented in the longitudinal direction, and the stator 208 has a plurality of protruding stator poles 218 oriented in the longitudinal direction. The pawls 216 and 218 maintain a constant spacing around each of the stators 200 and 208. The stator 204 has a plurality of protruding poles 220 (a) and 220 (b) in parallel longitudinally oriented, with the poles 220 (a) and 220 (b) being the stator 204. Maintain a certain distance around.

복수의 구리 코일(222,224(a),224(b),226)이, 코일(222,226)은 A상 권선을 구비하고 코일(224(a),224(b))은 B상 권선을 구비하도록, 링크되어 있다. 개별적인 코일(222,226)은 고정자 폴(216,218)의 주위에 위치되어 있다. 개별적인 코일(224(a),224(b))은 고정자 폴(220(a),220(b))의 주위에 위치되어 있다.The plurality of copper coils 222, 224 (a), 224 (b), 226, the coils 222, 226 have an A phase winding and the coils 224 (a), 224 (b) have a B phase winding, Linked. Individual coils 222, 226 are located around the stator poles 216, 218. Individual coils 224 (a) and 224 (b) are located around the stator poles 220 (a) and 220 (b).

도 29에는 길이 방향으로 방위 설정되어 있는 복수의 영구 자석(203,205)으로 각각 구성되어 있는 회전자(202,206)가 예시되어 있으며, 이들 영구 자석은, 예컨대 적층된 강철로 각각 제조된 복수의 전자기적 돌출 회전자 폴(207,209)과 번갈아 설치되어 있다. 공극(G₁,G₂,G₃,G₄)은 고정자(200)와 회전자(202), 회전자(202)와 고정자(204), 고정자(204)와 회전자(206), 및 회전자(206)와 고정자(208)를 분리시키고 있다.FIG. 29 illustrates rotors 202 and 206, which are each composed of a plurality of permanent magnets 203 and 205 oriented in the longitudinal direction, and these permanent magnets are, for example, a plurality of electromagnetic protrusions each made of laminated steel, for example. It is alternately installed with the rotor poles 207 and 209. The voids G ₁ , G ₂ , G ₃ , G ₄ are stator 200 and rotor 202, rotor 202 and stator 204, stator 204 and rotor 206, and rotor The electron 206 and the stator 208 are separated.

도 28에 도시되어 있는 바와 같이, 회전자(202,206)는, 예컨대 나사형 패스너(fastener)(230,231)에 의해 회전자 지지체(228)에 단단히 부착되어 있다. 회전자 지지체(228)는, 예컨대 용접(도시되지 않음)에 의해 메인 샤프트(232)에 고정되어 있다. 샤프트(232)는 단면(236,238)과 원통형 몸체(240)를 가지고 있는 하우징(234)내에 회전가능하게 지지되어 있고, 그리고 예컨대, 풍력 터빈 회전자(235)에 직접 결합되어 있을 수도 있다. 고정자(200,208)는, 예컨대 나사형 패스너(242,244)에 의해 단면(236,238)에 각각 단단히 부착되어 있다. 고정자(204)는, 예컨대 나사형 패스너(246)에 의해 원통형 몸체(240)에 단단히 부착되어 있다.As shown in FIG. 28, the rotors 202, 206 are securely attached to the rotor support 228, for example by threaded fasteners 230, 231. The rotor support 228 is fixed to the main shaft 232 by welding (not shown), for example. The shaft 232 is rotatably supported in a housing 234 having cross sections 236, 238 and a cylindrical body 240, and may be coupled directly to the wind turbine rotor 235, for example. Stators 200 and 208 are firmly attached to end faces 236 and 238, for example, by threaded fasteners 242 and 244, respectively. The stator 204 is securely attached to the cylindrical body 240 by, for example, a threaded fastener 246.

고정자 폴의 개수가 회전자 폴의 개수와 동일한 경우에는(도 29), 고정자(200,204,208)는, 폴(207,209)이 고정자(204)의 폴(220)과 완전하게 정렬될 때 영구 자석(203)은 폴(216)과 완전하게 정렬되고 영구 자석(205)은 폴(218)과 완전하게 정렬되도록, 방위 설정된다. 회전자(202,206)의 이 방위 설정에 의해서, 영구 자석(203,205)에 의해 생성된 자속 링크(127)는 B상 권선의 코일(224(a),224(b))을 링크할 수 있다. 이와 유사하게, 영구 자석(203,205)이 폴(220)과 완전하게 정렬되면(도 30), 폴(207,209)은 폴(216,218)과 각각 완전하게 정렬된다. 회전자(202,206)의 이 방위 설정에 의해서, 영구 자석(203,205)에 의해 생성된 자속 링크(127)는 A상 권선의 코일(222,226)(도 30에는 도시 되지 않음)을 링크할 수 있다.If the number of stator poles is equal to the number of rotor poles (FIG. 29), the stator 200, 204, 208 may be a permanent magnet 203 when the poles 207, 209 are completely aligned with the poles 220 of the stator 204. Is oriented so that it is perfectly aligned with the pole 216 and the permanent magnet 205 is fully aligned with the pole 218. This orientation of the rotors 202 and 206 allows the magnetic flux links 127 generated by the permanent magnets 203 and 205 to link the coils 224 (a) and 224 (b) of the B-phase winding. Similarly, if permanent magnets 203 and 205 are perfectly aligned with pole 220 (FIG. 30), poles 207 and 209 are perfectly aligned with poles 216 and 218, respectively. This orientation of the rotors 202 and 206 allows the magnetic flux links 127 generated by the permanent magnets 203 and 205 to link the coils 222 and 226 (not shown in FIG. 30) of the A-phase winding.

상기 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신은 단일 또는 이중 회전자 구조에 한정되지 않는다. 3개 이상의 회전자, 및 고정자 폴에 대한 회전자의 상이한 비율을 가지고 있는 변동도 또한 가능하다.The double projecting axial magnetic flux permanent magnet machine is not limited to a single or double rotor structure. Variations with three or more rotors and different ratios of rotor to stator poles are also possible.

또한, 도 31에 예시되어 있는 이중 돌출 영구 자석 머신의 반경 방향 자속 변형도 구현될 수 있다. 이러한 머신은 외부 고정자(300), 및 이 외부 고정자(300)에 대해 동심원적으로 방위 설정되어 있는 내부 고정자(302)를 구비하고 있다. 고정자(300)는, 내측과 마주하고 있고 그리고 반경 방향으로 방위 설정되어 동일한 간격을 유지하고 있는 복수의 돌출 폴(304)을 포함하고 있다. 폴(304)을 둘러싸고 있고 직렬로 결합되어 있는 복수의 구리 코일(306)은 A상 권선을 구비하고 있다. 고정자(302)는, 외측과 마주하고 있고 그리고 반경 방향으로 방위 설정되어 동일한 간격을 유지하고 있는 복수의 돌출 폴(308)을 포함하고 있다. 폴(308)을 둘러싸고 있고 직렬로 결합되어 있는 복수의 구리 코일(310)은 B상 권선을 구비하고 있다. 고정자(300,302)는 후방 아이언(312,314)을 각각 가지고 있다.Further, radial magnetic flux deformation of the double projecting permanent magnet machine illustrated in FIG. 31 can also be implemented. This machine has an external stator 300 and an internal stator 302 which is concentrically oriented with respect to the external stator 300. The stator 300 includes a plurality of protruding pawls 304 facing the inside and oriented in the radial direction to maintain the same spacing. The plurality of copper coils 306 surrounding the pole 304 and coupled in series have an A-phase winding. The stator 302 includes a plurality of protruding pawls 308 facing the outside and oriented in the radial direction to maintain the same spacing. The plurality of copper coils 310 surrounding the poles 308 and coupled in series have a B-phase winding. Stators 300 and 302 have rear irons 312 and 314, respectively.

동심원적 회전자(316)가 외부 고정자(300)와 내부 회전자(302)의 사이에 위치되어 있다. 회전자(316)는, 예컨대 적층된 강철로 제조된 동일 개수의 전자기적 돌출 회전자 폴(320)과 번갈아 설치되어 있는 복수의 영구 자석(318)을 구비하고 있다. 영구 자석은 회전자(316)의 주위에서 동일한 간격을 유지하고 있고 그리고 폴(304,308)과 개수가 동일하다. 회전자(316)는 풍력 터빈 회전자(도시되지 않음)에 직접 결합되어 있을 수도 있다. 본 발명의 이 실시예의 동작 원리는 앞서 설명한 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신의 동작 원리와 동일하다.A concentric rotor 316 is located between the outer stator 300 and the inner rotor 302. The rotor 316 has a plurality of permanent magnets 318 alternately provided with the same number of electromagnetically projecting rotor poles 320 made of, for example, laminated steel. The permanent magnets are equally spaced around the rotor 316 and are equal in number to the poles 304, 308. The rotor 316 may be coupled directly to the wind turbine rotor (not shown). The operating principle of this embodiment of the present invention is the same as that of the double projecting axial magnetic flux permanent magnet machine described above.

본 발명의 축방향 자속 실시예의 경우에서는, 회전자 폴의 개수와 고정자 폴의 개수간의 관계가 변동될 수도 있다. 또한, 이 머신의 코일은, 하나의 고정자의 코일은 A상 권선을 구비하고 다른 하나의 고정자의 코일은 B상 권선을 구비하도록, 결합될 필요가 없다.In the case of the axial magnetic flux embodiment of the present invention, the relationship between the number of rotor poles and the number of stator poles may vary. Also, the coils of this machine do not need to be coupled such that the coil of one stator has an A phase winding and the coil of the other stator has a B phase winding.

이중 돌출 영구 자석 머신의 상기 구성은 단지 예로서 주어진 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 주어진 예에 의해서 결정되지 않고, 첨부된 청구의 범위와 그 등가물에 의해 결정되어야 한다.The above configuration of the double projecting permanent magnet machine is given by way of example only. Therefore, the scope of the present invention should not be determined by the examples given, but by the appended claims and their equivalents.

Claims

서로에 대해 동축 방향으로 고정되어 있는 적어도 2개의 고정자;At least two stators fixed coaxially with respect to each other;

상기 적어도 2개의 고정자사이에 삽입되어 있는 적어도 1개의 회전자; 및At least one rotor inserted between the at least two stators; And

상기 적어도 2개의 고정자에 의해 지지되어 있는 2상 권선을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 이중 돌출 영구 자석 머신.And a two-phase winding supported by said at least two stators.

제 1 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 고정자 각각은 복수의 돌출 고정자 폴을 포함하고 있고 그리고 대칭 축을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 이중 돌출 영구 자석 머신.2. The double projecting permanent magnet machine of claim 1, wherein each of the at least two stators includes a plurality of projecting stator poles and has an axis of symmetry.

제 2 항에 있어서, 상기 돌출 고정자 폴은 상기 대칭 축에 대해 길이 방향으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이중 돌출 영구 자석 머신.3. The double projecting permanent magnet machine according to claim 2, wherein the projecting stator poles are formed longitudinally with respect to the axis of symmetry.

제 2 항에 있어서, 상기 돌출 고정자 폴은 상기 대칭 축에 대해 반경 방향으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이중 돌출 영구 자석 머신.3. The double projecting permanent magnet machine according to claim 2, wherein the projecting stator poles are formed radially with respect to the axis of symmetry.

제 1 항에 있어서, 상기 적어도 1개의 회전자는 복수의 영구 자석을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 이중 돌출 영구 자석 머신.2. The double projecting permanent magnet machine of claim 1, wherein the at least one rotor comprises a plurality of permanent magnets.

제 5 항에 있어서, 상기 영구 자석은 자기적으로 투과성이 있는 재료로 제조된 전자기적 돌출 회전자 폴과 번갈아 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 이중 돌출 영구 자석 머신.6. The double projecting permanent magnet machine according to claim 5, wherein the permanent magnet is alternately installed with an electromagnetic projecting rotor pole made of a magnetically permeable material.

제 6 항에 있어서, 상기 전자기적 돌출 회전자 폴 각각은 제1 및 제2측면을 가지고 있고, 상기 영구 자석은, 상기 제1측면이 상기 제2측면과 동일한 자기 분극을 가지도록, 분극되어 있는 것을 특징으로 하는 이중 돌출 영구 자석 머신.7. The magnetic pole of claim 6 wherein each of the electromagnetically projecting rotor poles has first and second sides, and the permanent magnet is polarized such that the first side has the same magnetic polarization as the second side. Double projecting permanent magnet machine, characterized in that.

제 1 항에 있어서, 상기 2 상 권선은 제1 및 제2복수의 코일을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 이중 돌출 영구 자석 머신.The double projecting permanent magnet machine according to claim 1, wherein the two-phase winding has a first coil and a plurality of coils.

서로에 대해 동축 방향으로 그리고 측면 방향으로 설치되어 있는 적어도 2개의 고정자;At least two stators provided coaxially and laterally with respect to each other;

상기 적어도 2개의 고정자 사이에 삽입되어 있는 적어도 1개의 회전자; 및At least one rotor inserted between the at least two stators; And

제1상과 제2상을 가지고 있고 상기 적어도 2개의 고정자에 의해 지지되어 있는 권선을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신.A double projecting axial flux permanent magnet machine having a first phase and a second phase and having a winding supported by said at least two stators.

제 9 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 고정자 각각은 복수의 돌출 고정자 폴과 대칭 축을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신.10. The double projecting axial flux permanent magnet machine of claim 9, wherein each of the at least two stators has a plurality of projecting stator poles and an axis of symmetry.

제 10 항에 있어서, 상기 돌출 고정자 폴은 상기 적어도 2개의 고정자 각각의 주위에서 일정한 간격을 유지하고 있고 상기 대칭 축에 대해 길이 방향으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신.11. The double projecting axial magnetic flux permanent magnet machine according to claim 10, wherein the projecting stator poles are spaced at constant intervals around each of the at least two stators and formed longitudinally with respect to the axis of symmetry.

제 9 항에 있어서, 상기 적어도 1개의 회전자는 상기 적어도 1개의 회전자의 주위에서 일정한 간격을 유지하고 있고 자기적으로 투과성이 있는 재료로 제조된 복수의 전자기적 돌출 회전자 폴에 삽입되어 있는 복수의 영구 자석을 포함하고 있고, 상기 전자기적 돌출 회전자 폴 각각은 제1 및 제2측면을 가지고 있으며, 상기 영구 자석은, 상기 제1측면이 상기 제2측면과 동일한 자기 분극을 가지도록, 분극되어 있는 것을 특징으로 하는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신.10. The plurality of rotors of claim 9, wherein the at least one rotor is inserted into a plurality of electromagnetically projecting rotor poles made of a magnetically permeable material at regular intervals around the at least one rotor. A permanent magnet, the electromagnetically protruding rotor poles each having a first side and a second side, the permanent magnet being polarized such that the first side has the same magnetic polarization as the second side. Double projecting axial magnetic flux permanent magnet machine, characterized in that.

제 9 항에 있어서, 상기 제1상은 직렬로 링크된 제1복수의 코일을 구비하고 있고, 상기 제2상은 직렬로 링크된 제2복수의 코일을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신.10. The dual projecting axial magnetic flux according to claim 9, wherein the first phase has a first plurality of coils linked in series, and the second phase has a second plurality of coils linked in series. Permanent magnet machine.

제 13 항에 있어서, 상기 제1복수의 코일은 상기 적어도 2개의 고정자중 1개의 고정자에 의해 지지되어 있고, 상기 제2복수의 코일은 상기 적어도 2개의 고정자중 다른 1개의 고정자에 의해 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신.The coil of claim 13, wherein the first plurality of coils are supported by one stator of the at least two stators, and the second plurality of coils is supported by another stator of the at least two stators. A double projecting axial magnetic flux permanent magnet machine.

서로에 대해 동축 방향으로 그리고 측면 방향으로 설치되어 있는 적어도 2개의 고정자로서, 상기 적어도 2개의 고정자 각각은 대칭 축과 S개의 돌출 고정자 폴을 가지고 있고, 여기서 S는 2이거나 2보다 큰 짝수이고, 상기 돌출 고정자 폴은 상기 적어도 2개의 고정자 각각의 주위에서 일정한 간격을 유지하고 있으며, 상기 돌출 고정자 폴은 상기 대칭 축에 대해 길이 방향으로 형성되어 있는 적어도 2개의 고정자;At least two stators installed coaxially and laterally with respect to each other, each of the at least two stators having an axis of symmetry and S protruding stator poles, where S is 2 or an even number greater than 2 The protruding stator poles maintain a constant spacing around each of the at least two stators, the protruding stator poles comprising at least two stators formed longitudinally relative to the axis of symmetry;

상기 적어도 2개의 고정자 사이에 삽입되어 있는 적어도 1개의 회전자로서, 이 적어도 1개의 회전자는 P개의 영구 자석을 포함하고 있고, 여기서 P는 2이거나 2보다 큰 짝수이고, 상기 영구 자석은 상기 적어도 1개의 회전자의 주위에서 일정한 간격을 유지하고 있고, 그리고 자기적으로 투과성이 있는 재료로 제조된 R개의 전자기적 돌출 회전자 폴과 번갈아 설치되어 있으며, 여기서 R은 P와 동일한 정수인 적어도 1개의 회전자; 및At least one rotor inserted between the at least two stators, the at least one rotor comprising P permanent magnets, where P is two or greater than two and the permanent magnets are at least one At least one rotor with a constant spacing around the two rotors and alternating with R electromagnetic salient rotor poles made of magnetically permeable material, where R is an integer equal to P ; And

제1상 및 제2상을 가지고 있는 권선으로서, 이 권선이 상기 적어도 2개의 고정자에 의해 지지되어 있고, 상기 제1상은 직렬로 링크된 제1복수의 코일을 가지고 있으며, 상기 제2상은 직렬로 링크된 제2복수의 코일을 가지고 있는 권선을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신.A winding having a first phase and a second phase, the winding being supported by the at least two stators, the first phase having a first plurality of coils linked in series and the second phase being in series A dual projecting axial magnetic flux permanent magnet machine comprising a winding having a second plurality of coils linked thereto.

제 15 항에 있어서, R = S인 것을 특징으로 하는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신.16. The double projecting axial magnetic flux permanent magnet machine according to claim 15, wherein R = S.

제 15 항에 있어서, R = S + 2인 것을 특징으로 하는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신.16. The double projecting axial magnetic flux permanent magnet machine according to claim 15, wherein R = S + 2.

제 15 항에 있어서, R = S + X이고, 여기서 X는 4이거나 4보다 큰 짝수인 것을 특징으로 하는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신.16. The double projecting axial magnetic flux permanent magnet machine according to claim 15, wherein R = S + X, wherein X is 4 or an even number greater than four.

제 15 항에 있어서, 상기 제1복수의 코일은 상기 적어도 2개의 고정자중 1개의 고정자의 돌출 고정자 폴의 주위에 감겨 있고, 상기 제2복수의 코일은 상기 적어도 2개의 고정자중 다른 1개의 고정자의 돌출 고정자 폴의 주위에 감겨 있는 것을 특징으로 하는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신.16. The method of claim 15, wherein the first plurality of coils are wound around the protruding stator poles of one of the at least two stators, and the second plurality of coils are formed of the other of the at least two stators. A double projecting axial magnetic flux permanent magnet machine, wound around a protruding stator pole.

제 15 항에 있어서, 상기 제1복수의 코일은 상기 적어도 2개의 고정자의 돌출 고정자 폴의 주위에 감겨 있고, 상기 제2복수의 코일도 또한 상기 적어도 2개의 고정자의 돌출 고정자 폴의 주위에 감겨 있는 것을 특징으로 하는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신.16. The coil of claim 15 wherein the first plurality of coils are wound around the protruding stator poles of the at least two stators, and the second plurality of coils are also wound around the protruding stator poles of the at least two stators. A double projecting axial magnetic flux permanent magnet machine.

제 20 항에 있어서, R은 10의 배수이고, S = R(4/5)인 것을 특징으로 하는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신.21. The double projecting axial magnetic flux permanent magnet machine according to claim 20, wherein R is a multiple of 10 and S = R (4/5).

제 15 항에 있어서, 상기 코일은 구리로 구성되어 있고, 상기 자기적으로 투과성이 있는 재료는 강철을 구비하고 있으며, 상기 적어도 2개의 고정자는 강철 적층을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신.16. The dual projecting axial direction of Claim 15 wherein said coil is comprised of copper, said magnetically permeable material comprises steel, and said at least two stators comprise a steel stack. Magnetic flux permanent magnet machine.

서로에 대해 동축 방향으로 그리고 측면 방향으로 설치되어 있는 적어도 3개의 고정자;At least three stators provided coaxially and laterally with respect to each other;

상기 적어도 3개의 고정자 사이에 삽입되어 있는 적어도 2개의 고정자; 및At least two stators inserted between the at least three stators; And

제1상 및 제2상을 가지고 있고 상기 적어도 3개의 고정자에 의해 지지되어 있는 권선을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신.And a winding having a first phase and a second phase and supported by said at least three stators.

제 23 항에 있어서, 상기 적어도 3개의 고정자는 제1측면 방향 고정자, 제2측면 방향 고정자, 및 중간 고정자를 형성하고 있고, 상기 적어도 3개의 고정자 각각은 S개의 돌출 고정자 폴을 가지고 있으며, 여기서 S는 2이거나 2보다 큰 짝수이고, 상기 제1상은 제1복수의 코일을 구비하고 있고, 상기 제2상은 제2복수의 코일을 구비하고 있으며, 상기 제1복수의 코일은 상기 중간 고정자의 돌출 고정자 폴의 주위에 감겨 있고, 상기 제2복수의 코일은 상기 제1측면 방향 및 제2측면 방향 고정자의 상기 돌출 고정자 폴의 주위에 감겨 있는 것을 특징으로 하는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신.24. The stator of claim 23, wherein the at least three stators form a first lateral stator, a second lateral stator, and an intermediate stator, each of the at least three stators having S protruding stator poles, wherein S Is an even number greater than or equal to 2, wherein the first phase has a first plurality of coils, the second phase has a second plurality of coils, and the first plurality of coils has a protruding stator of the intermediate stator. And the second plurality of coils are wound around the protruding stator poles of the first side direction and the second side direction stators.

제 24 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 회전자 각각은 P개의 영구 자석을 가지고 있으며, 여기서 P는 2이거나 2보다 큰 짝수이고, 상기 영구 자석은 자기적으로 투과성이 있는 재료로 제조된 R개의 전자기적 돌출 회전자 폴과 번갈아 설치되어 있으며, 여기서 R은 P와 동일한 정수인 것을 특징으로 하는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신.25. The device of claim 24, wherein each of the at least two rotors has P permanent magnets, where P is two or greater than two, and the permanent magnets are R electrons made of a magnetically permeable material. A dual projecting axial flux permanent magnet machine, alternately installed with a miracle projecting rotor pole, wherein R is an integer equal to P.

제 25 항에 있어서, R = S인 것을 특징으로 하는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신.26. The double projecting axial magnetic flux permanent magnet machine according to claim 25, wherein R = S.

제 25 항에 있어서, R = S + 2인 것을 특징으로 하는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신.26. The double projecting axial flux permanent magnet machine of claim 25, wherein R = S + 2.

제 25 항에 있어서, R = S + X이고, 여기서 X는 4이거나 4보다 큰 짝수인 것을 특징으로 하는 이중 돌출 축방향 자속 영구 자석 머신.27. The double projecting axial magnetic flux permanent magnet machine according to claim 25, wherein R = S + X, wherein X is 4 or an even number greater than four.

서로에 대해 동축 방향으로 설치되어 있는 적어도 2개의 고정자;At least two stators provided coaxially with respect to each other;

상기 적어도 2개의 고정자 사이에 삽입되어 있고 풍력 터빈 회전자에 단단히 결합되어 있는 적어도 1개의 회전자; 및At least one rotor inserted between the at least two stators and firmly coupled to the wind turbine rotor; And

상기 적어도 2개의 고정자에 의해 지지되어 있고 전자 변환기에 의해 유틸리티 그리드에 전기 접속되어 있는 2상 권선을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 직접 구동 풍력 터빈용 이중 돌출 영구 자석 머신.And a two-phase winding supported by said at least two stators and electrically connected to the utility grid by an electronic transducer.

제 29 항에 있어서, 상기 전자 변환기는 상기 유틸리티 그리드에 전기 접속되어 있는 3상 인버터, 및 상기 2상 권선에 전기 접속되어 있는 2상 인버터를 구비하고 있고, 이때 상기 3상 인버터는 DC 링크에 의해 상기 2상 인버터와 상호 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 직접 구동 풍력 터빈용 이중 돌출 영구 자석 머신.30. The electronic converter of claim 29, wherein the electronic converter comprises a three-phase inverter electrically connected to the utility grid, and a two-phase inverter electrically connected to the two-phase winding, wherein the three-phase inverter is connected by a DC link. And a dual projecting permanent magnet machine for direct drive wind turbines, interconnected with said two-phase inverter.