부분턴 코일 권선

부분턴 코일 권선{FRACTIONAL TURN COIL WINDING}

본 명세서에 기술된 실시예들은 일반적으로 코일의 루프 전압(loop voltage)에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 단일턴(single turn) 및 멀티턴(multi-turn) 코일의 루프 전압을 코일이 결합되어 있는 전원 또는 스위치가 생성하거나 공급할 수 있는 것보다 턴 값당 더 높은 볼트(volt)로 높이는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

다수의 애플리케이션들은 단일턴 코일을 필요로 한다. 그러나, 단일턴 코일의 루프 전압을 증가시키기 위해 단일턴 코일에 대해 커패시터 또는 다른 전원에 의해 제공된 전압을 증가시키는 것이 때때로 바람직하다. 제공된 전압을 증가시키기 위한 필요성은 통상적으로 애플리케이션을 위해 필요한 것보다 낮은 연관된 스위치 또는 커패시터의 전압 정격(voltage rating)에 기인한다. 커패시터 또는 스위치의 전압 정격을 증가시키는 것은 대개 비용 효율성이 낮은 해결책이다.

현재 하나의 해결책은 반대 극성 전압들을 이용하여 커패시터가 생성할 수 있거나 스위치가 공급할 수 있는 것보다 단일턴 코일에 대해 턴당 더 높은 볼트를 제공하는 것이다. 그러나, 반대 극성 기술은, 커패시터가 생성할 수 있는 전압의 오직 두 배로만 단일턴 코일의 루프 전압을 증가시키는 것으로 제한된다.

따라서, 커패시터 또는 다른 전원에 저장된 전압의 임의의 원하는 배수로 코일의 루프 전압을 증가시키는 것을 용이하게 하는 시스템 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다.

본 명세서에 기술된 실시예들은 커패시터, 커패시터 뱅크, 또는 코일이 연결된 다른 전원에 저장된 전압의 원하는 배수를 코일의 턴들 주위의 루프 전압으로서 생성하기 위해 부분턴 권선의 이용에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 명세서에 기술된 실시예들은, 코일 아크 섹션들의 수에 동일한 인자만큼 루프 전압을 증대시키기 위해 다수의 코일 섹션들을 이용하여 단일턴 또는 멀티턴 코일의 루프 전압을 증대시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

부분턴 권선을 생성하기 위한 시스템 및 방법은 커패시터의 전압의 원하는 전체 배수만큼 커패시터에서 초기 피드 라인을 분할하는 단계, 및 코일의 아크 섹션 또는 개개의 부분턴에 피드를 적용하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 루프 전압을 두 배로 만들기 위해, 커패시터 피드 라인을 두 개의 피드로 분할하여, 이들을 180 도 이격시켜 커넥션에 적용한다. 피드 라인이 동축 케이블인 경우, 각각의 동축 피드의 중심 도체는 코일의 아크 섹션 또는 인접 턴의 동축 피드의 실드로 리턴한다. 따라서, 전압은 코일이 실질적으로 분할될 수 있는 만큼 증가될 수 있다.

유도 결합 시스템에 관한 본 명세서에 제공된 시스템 및 방법은, 임의의 AC 회로 시스템에서 완전히 이용 가능하다.

예시적인 실시예들의 다른 시스템, 방법, 특징 및 장점은 다음의 도면 및 상세한 설명의 검토를 통해 당업자에게 명백해질 것이다.

구조 및 동작을 포함하는 예시적인 실시예들의 세부 사항들은, 첨부 도면들의 검토에 의해 부분적으로 얻어질 수 있으며, 첨부 도면들에서 동일한 참조 번호들은 동일한 부분들을 가리킨다. 도면들에 있는 구성 요소들은 반드시 실척도로 도시되는 것이 아니며, 대신에 본 발명의 원리를 예시할 때 강조된다. 뿐만 아니라, 모든 실례들이 본 발명 개념들을 전달하도록 의도되었으며, 상대적인 크기, 형상, 및 다른 세부적인 속성들은 글자 그대로 또는 정확하게 예시된 것이라기보다는 개략적으로 예시될 수 있다.
도 1은 단일턴 코일을 포함하는 부하에 스위치를 통해 결합된 커패시터 또는 커패시터 뱅크를 갖는 종래 회로의 개략도이다.
도 2는 단일턴 코일의 루프 전압을 커패시터 또는 커패시터 뱅크의 저장된 전압의 N 배로 생성하는 N 아크 섹션을 갖는 단일턴 코일을 포함하는 부하에 스위치를 통해 결합된 커패시터 또는 커패시터 뱅크를 갖는 회로의 개략도이다.
도 3은 단일턴 코일의 루프 전압을 커패시터 또는 커패시터 뱅크의 저장된 전압의 N 배로 생성하는 N 아크 섹션을 갖는 단일턴 코일을 포함하는 부하에 하나 이상의 3-포지션 스위치 매커니즘을 갖는 스위치를 통해 결합된 커패시터 또는 커패시터 뱅크를 갖는 회로의 개략도이다.
도 4는 단일턴 코일의 루프 전압을 커패시터 또는 커패시터 뱅크의 저장된 전압의 N 배로 생성하는 N 아크 섹션을 갖는 단일턴 코일을 포함하는 부하에 다수의 스위치들을 통해 결합된 커패시터 또는 커패시터 뱅크를 갖는 회로의 개략도이다.
도 5는 멀티턴 코일의 루프 전압을 커패시터 또는 커패시터 뱅크의 저장된 전압의 N/M 배로 생성하는 N 아크 섹션을 갖는 멀티턴 코일(여기서 M=2)을 포함하는 부하에 스위치를 통해 결합된 커패시터 또는 커패시터 뱅크를 갖는 회로의 개략도이다.
도 6은 멀티턴 코일의 루프 전압을 커패시터 또는 커패시터 뱅크의 저장된 전압의 N/M 배로 생성하는 N 아크 섹션을 갖는 멀티턴 코일(여기서 M=3)을 포함하는 부하에 스위치를 통해 결합된 커패시터 또는 커패시터 뱅크를 갖는 회로의 개략도이다.
도 7은 멀티턴 코일의 루프 전압을 커패시터 또는 커패시터 뱅크의 저장된 전압의 N/M 배로 생성하는 N 아크 섹션을 갖는 멀티턴 코일(여기서 M=1.5)을 포함하는 부하에 스위치를 통해 결합된 커패시터 또는 커패시터 뱅크를 갖는 회로의 개략도이다.
도 8은 8-8을 따라 취해지고 자기장 변화도를 도시하는 도 7의 회로의 개략적인 횡단면도이다.
도 9는 N 아크 섹션을 갖는 부분턴 코일(여기서, M<1)을 포함하는 부하에 스위치를 통해 결합된 커패시터 또는 커패시터 뱅크를 갖는 회로의 개략도이다.
유사한 구조물 또는 기능부의 요소들은 일반적으로 도면들에 걸쳐 예시적인 목적을 위해 동일한 참조 번호로 표시되어 있음을 유념해야 한다. 또한, 도면들은 단지 바람직한 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해 의도된 것임을 유념해야 한다.

아래에 개시된 추가적인 특징 및 교시 각각은 커패시터, 커패시터 뱅크, 또는 코일이 연결된 다른 전원에 저장된 전압의 임의의 원하는 배수로 단일턴 및 멀티턴 코일의 루프 전압을 증가시키는 것을 용이하게 하는 시스템 및 방법을 생성하기 위한 다른 특징 및 교시와 별도로 또는 함께 이용될 수 있다. 다수의 이러한 추가적인 특징 및 교시를 별도로 그리고 조합하여 양자 모두로 이용하는 본 발명의 대표적인 예들이, 이제 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 기술될 것이다. 이러한 상세한 설명은 단지 당업자가 본 교시의 바람직한 양태들을 실시하기 위한 추가의 세부 사항을 가르치도록 의도되는 것이며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 그러므로, 다음의 상세한 설명에 개시된 특징 및 단계의 조합은 가장 넓은 의미로 본 발명을 실시하기 위해 필요한 것이 아니라, 대신에 단지 본 교시의 대표적인 예들을 구체적으로 기술하기 위한 것이다.

더욱이, 대표적인 예 및 종속 청구항의 다양한 특징들은 본 교시의 추가적인 유용한 실시예들을 제공하기 위해서 구체적으로 그리고 명시적으로 열거되지 않은 방식으로 조합될 수 있다. 게다가, 상세한 설명 및/또는 청구항에 개시된 모든 특징들은, 실시예들 및/또는 청구항의 특징들의 구성에 독립적인 특허청구되는 대상을 제한하기 위한 것뿐만 아니라, 원래의 발명개시를 위해 서로 독립적으로 그리고 별도로 개시되도록 의도된 것임을 명확히 주목한다. 또한, 엔티티 그룹의 모든 값의 범위 또는 표시는 특허청구되는 대상을 제한하기 위한 것뿐만 아니라, 원래의 발명개시를 위해 모든 가능한 중간 값 또는 중간 엔티티를 개시한다는 것을 명확히 주목한다.

본 명세서에 기술된 실시예들은 코일 아크 섹션의 수에 동일한 인자(factor)만큼 루프 전압을 증대시키기 위해서, 다수의 코일 섹션을 이용하여 전체 유효 단일턴 코일의 루프 전압을 증대시키는 것에 관한 것이다. 본 명세서에 기술된 다른 실시예들은 코일 아크 섹션의 수에 동일한 인자만큼 루프 전압을 증대시키기 위해서, 다수의 코일 섹션을 이용하여 멀티턴 코일의 루프 전압을 증대시키는 것에 관한 것이다.

도 1을 참조하면, 단일턴 코일(12)을 포함하는 부하를 갖는 종래 회로(10)가 도시된다. 도 1에 도시된 단일턴 코일과 같은, 단일턴 코일은 다수의 애플리케이션들에 이용될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 단일턴 코일(12)은 입력단(11) 및 출력단(13)을 포함하고, 스위치(30)를 통해 커패시터 또는 커패시터 뱅크(20)에 결합되며, 스위치(30)는 커패시터(20)에 저장된 전하 또는 전압을 부하, 즉, 단일턴 코일(12)에 전달할 수 있는 정격을 갖는 것이 바람직하다. 예컨대, 동축 케이블, 스트립 라인 등과 같은 전송 라인(40)이 코일(12)의 입력단(11)에 결합된 피드 컴포넌트(42F) 및 코일(12)의 출력단(13)에 결합된 리턴 컴포넌트(42R)를 포함한다.

동작 시에, 2-포지션 또는 3-포지션 스위치 메커니즘(32)이 커패시터(20)에 저장된 전압을 코일(12)에 전송하기 위해 폐쇄된다. 앞서 주목한 바와 같이, 단일턴 코일(12)의 루프 전압은 커패시터(20) 또는 스위치(30)의 전압 정격으로 제한된다.

본 명세서에 기술된 실시예들은 커패시터, 커패시터 뱅크, 또는 코일이 연결된 외부 전원에 저장된 전압의 원하는 배수를 단일턴 코일 또는 멀티턴 코일 주변의 루프 전압으로서 생성하기 위해 부분턴 권선을 이용하는 것에 관한 것이다. 부분턴 권선을 생성하기 위한 시스템 및 방법은, 커패시터의 전압의 원하는 전체 배수만큼 커패시터에서 초기 피드 라인을 분할하는 단계, 및 코일의 아크 섹션 또는 개개의 부분턴에 피드를 적용하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 루프 전압을 두 배로 만들기 위해, 커패시터 피드 라인을 두 개의 피드로 분할하여, 이들을 180 도 이격시켜 커넥션에 적용한다. 피드 라인이 동축 케이블인 경우, 각각의 동축 피드의 중심 도체는 단일턴 코일의 아크 섹션 또는 인접 턴의 동축 피드의 실드로 리턴한다. 따라서, 전압은 턴 코일이 실질적으로 분할될 수 있는 만큼 증가될 수 있다. 이론적으로, 큰 코일은 더욱 자주 분할될 수 있다. 이로써, 분할의 최대 수는 양극 또는 음극 코일 종단 간의 최소 항복 길이 및 커넥션의 유한 크기에 관련된다.

단일턴 코일에 전송된 전력은, 회로 인덕턴스 및 전송 라인 저항 양자 모두가 낮아짐에 따라, 더욱 큰 전류가 커패시터 또는 커피시터 뱅크로부터 이동하기 때문에, 유리하게 증가된다는 것을 또한 주목한다.

도 2를 참조하면, 분분턴 권선들(112, 115 및 118)을 포함하는 단일턴 코일(110)을 포함하는 부하를 갖는 회로(100)의 바람직한 실시예가 도시된다. 오직 예시를 위해 세 개의 전기적으로 개별인 부분턴 권선 세그먼트들 또는 아크 섹션들(112, 115, 및 118)을 갖는 것으로 도시되었지만, 부분턴 권선을 갖는 단일턴 코일은 단일턴 코일이 실현 가능한 많은 아크 섹션들로 분할될 수 있는 경우 두 개 이상의 전기적으로 개별인 아크 섹션들을 갖는 것이 바람직할 것이다. 도시된 바와 같이, 아크 섹션은 방위각으로 대칭이지만, 방위각으로 비대칭일 수 있다. 즉, 상이한 아크 길이를 가질 수 있다.

단일턴 코일(110)은 커패시터, 커패시터 뱅크, 또는 다른 전원(120)(커패시터)에 스위치(130)를 통해 결합된다. 스위치(130)는 단일 2-포지션 또는 2-상태 스위치 메커니즘(131)을 포함하는 것이 바람직하다. 코일에 동력을 공급하기 위해 이용되는 스위치(130)는 철저하게 낮은 전압 요건을 가질 수 있지만, 오직 하나의 스위치 메커니즘(131)이 도 2에 도시된 바와 같이 이용되면, 더욱 높은 통전 용량(current carrying capability)을 가져야 한다. 고체 상태 스위치를 향한 움직임은 주어진 전압에 더욱 큰 전류 용량을 제공한다.

도 2에 또한 도시된 바와 같이, 커패시터(120)로부터의 전송 피드 라인(140)은 세 개의 아크 섹션들(112, 115 및 118)의 입력들(111, 114 및 117)에 각각 결합된 세 개의 피드들(142F, 144F 및 146F)로 분할된다. 동축이든 스트립 라인이든, 각각의 피드(142F, 144F 및 146F)의 리턴 전류는, 다른 아크 섹션, 바람직하게, 다음 아크 섹션의 피드에 대한 리턴 경로 상으로 흐르고, 동축 피드의 경우, 각각의 동축 피드의 전류는 다른 아크 섹션의 동축 피드에 대한 실드 상으로 흐른다. 예를 들어, 제 2 아크 섹션(115)에 대한 피드(144F)의 리턴(144R)은 제 1 아크 섹션(112)의 출력(113)에 결합되므로, 제 1 아크 섹션(112)에 대한 피드(142F)의 리턴 전류는 제 2 아크 섹션(115)에 대한 피드(144F)의 리턴(144R) 상으로 흐른다. 마찬가지로, 제 3 아크 섹션(118)에 대한 피드(146F)의 리턴(146R)은 제 2 아크 섹션(115)의 출력(116)에 결합되므로, 제 2 아크 섹션(115)에 대한 피드(144F)의 리턴 전류는 제 3 아크 섹션(118)에 대한 피드(146F)의 리턴(146R) 상으로 흐른다. 또한 마찬가지로, 제 1 아크 섹션(112)에 대한 피드(142F)의 리턴(142R)은 제 3 아크 섹션(118)의 출력(119)에 결합되므로, 제 3 아크 섹션(118)에 대한 피드(146F)의 리턴 전류는 제 1 아크 섹션(112)에 대한 피드(142F)의 리턴(142R) 상으로 흐른다.

도 3에 도시된 바와 같이, 회로(200)의 대안적인 실시예는 스위치(230)를 포함하고, 이 스위치(230)는 커패시터(120)로부터 나오는 전송 피드 라인(140)의 피드(141F) 및 리턴(141R)에 스플릿 피드들(142F, 144F 및 146F) 및 스플릿 리턴들(142R, 144R 및 146R)을 동작 가능하게 결합시키는 두 개(2)의 3-포지션 스위치 메커니즘들(231 및 232)을 포함하는 것이 바람직하다.

그러나, 각각의 피드는 또한 도 4에 도시된 회로(300)의 또 다른 대안적인 실시예에 도시된 바와 같은 분리된 스위치에 의해 제어될 수도 있어, 이에 의해, 각각의 개별 스위치 상의 전류 요건을 줄이면서, 개시된 설계에 의해 인에이블된 하강된 전압 요건을 유지한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스위치(330)는 커패시터(120)로부터 나오는 전송 피드 라인(140)의 피드(141F) 및 리턴(141R)에 스플릿 피드들(142F, 144F 및 146F) 및 스플릿 리턴들(142R, 144R 및 146R)을 결합시키는 분리된 스위치들(331, 332, 333, 334, 335 및 336)을 포함하는 것이 바람직하다.

그러나, 다수의 스위치들의 경우, 스위치들 간의 동기 및 타이밍 지터가 적절히 제어될 필요가 있을 것이다. 그러나, 당업자는 많은 만족스러운 설계들이 이러한 제약을 충족시키기 위해 고안될 수 있다는 것을 용이하게 인식할 것이다.

유리하게, 부하 인덕턴스(load inductance)는 전체 코일 아크 섹션들의 비율로 감소된다. 모든 피드들이 회로에 의해 평행인 것으로서 보이기 때문에, 다수의 피드들의 부유 인덕턴스(stray inductance)는 또한 피드의 증가된 수로 감소한다. 유사하게, 부하 인덕턴스는 또한 평행인 것으로서 보인다. 폐쇄 루프 전압 및 코일 턴의 수(M) 및 아크 섹션의 수(N)에 대한 인덕턴스의 관계가 아래의 표 1에 제공된다.

[표 1]

코일 턴 M=1 M>1 M<1

아크 섹션 N N N

폐쇄 루프 전압 V·N (V·N)/M 비폐쇄

인덕턴스 L/N (L·M)/N (L·M)/N

도 5를 참조하면, 부분턴 권선들(412, 415, 418, 422 및 425), 및 멀티턴 코일(410)(여기서, M=2)을 포함하는 부하를 갖는 회로(400)의 대안적인 실시예가 도시된다. 오직 예시를 위해 다섯 개의 전기적으로 개별인 부분턴 권선 세그먼트들 또는 아크 섹션들(412, 415, 418, 422 및 425)을 갖는 것으로 도시되었지만, 부분턴 권선을 갖는 멀티턴 코일은 멀티턴 코일이 실현 가능한 많은 아크 섹션들로 분할될 수 있는 경우 두 개 이상의 전기적으로 개별인 아크 섹션들을 갖는 것이 바람직할 것이다. 도시된 바와 같이, 아크 섹션은 방위각으로 대칭이지만, 방위각으로 비대칭일 수 있다. 즉, 상이한 아크 길이를 가질 수 있다.

멀티턴 코일(410)은 커패시터, 커패시터 뱅크, 또는 다른 전원(420)(커패시터)에 스위치(430)를 통해 결합된다. 스위치(430)는 단일 2-포지션 또는 2-상태 스위치 메커니즘(431)을 포함하는 것이 바람직하다. 코일에 동력을 공급하기 위해 이용되는 스위치(430)는 철저하게 낮은 전압 요건을 가질 수 있지만, 도 2에 관련하여 앞서 주목된 바와 같은 고체 상태 스위치와 같은, 오직 하나의 스위치 메커니즘(431)이 이용되면, 더욱 높은 통전 용량을 가져야 한다.

도시된 바와 같이, 커패시터(420)로부터의 전송 피드 라인(440)은 다섯 개의 아크 섹션들(412, 415, 418, 422 및 425)의 입력들(411, 414, 417, 421, 424)에 각각 결합된 다섯 개의 피드들(442F, 443F, 444F, 446F 및 448F)로 분할된다. 동축이든 스트립 라인이든, 각각의 피드(442F, 443F, 444F, 446F 및 448F)의 리턴 전류는 다른 아크 섹션, 바람직하게, 다음 아크 섹션의 피드에 대한 리턴 경로(442R, 443R, 444R, 446R 및 448R) 상으로 흐르고, 동축 피드의 경우, 각각의 동축 피드의 전류는 다른 아크 섹션의 동축 피드에 대한 실드 상으로 흐른다. 예를 들어, 제 2 아크 섹션(415)에 대한 피드(443F)의 리턴(443R)은 제 1 아크 섹션(412)의 출력(413)에 결합되므로, 제 1 아크 섹션(412)에 대한 피드(442F)의 리턴 전류는 제 2 아크 섹션(415)에 대한 피드(443F)의 리턴(443R) 상으로 흐른다. 마찬가지로, 제 3 아크 섹션(418)에 대한 피드(444F)의 리턴(444R)은 제 2 아크 섹션(415)의 출력(416)에 결합되므로, 제 2 아크 섹션(415)에 대한 피드(443F)의 리턴 전류는 제 3 아크 섹션(418)에 대한 피드(444F)의 리턴(444R) 상으로 흐른다. 또한 마찬가지로, 제 4 아크 섹션(422)에 대한 피드(446F)의 리턴(446R)은 제 3 아크 섹션(418)의 출력(419)에 결합되므로, 제 3 아크 섹션(418)에 대한 피드(444F)의 리턴 전류는 제 4 아크 섹션(422)에 대한 피드(446F)의 리턴(446R) 상으로 흐른다. 또한 더욱 마찬가지로, 제 5 아크 섹션(425)에 대한 피드(448F)의 리턴(448R)은 제 4 아크 섹션(422)의 출력(423)에 결합되므로, 제 4 아크 섹션(422)에 대한 피드(446F)의 리턴 전류는 제 5 아크 섹션(422)에 대한 피드(448F)의 리턴(448R) 상으로 흐른다. 역시 또한 마찬가지로, 제 1 아크 섹션(412)에 대한 피드(442F)의 리턴(442R)은 제 5 아크 섹션(425)의 출력(426)에 결합되므로, 제 5 아크 섹션(425)에 대한 피드(448F)의 리턴 전류는 제 1 아크 섹션(412)에 대한 피드(442F)의 리턴(442R) 상으로 흐른다.

표 1에서 주목한 바와 같이, 폐쇄 루프 전압(CLV)는 다음과 같이 정의된다.

CLV=(V·N)/M

도 5에 도시된 회로(400)의 코일(410)의 경우, N=5 아크 섹션, 및 M=2 턴인 경우, CLV=5V/2, 즉 2.5 V이다.

회로(500)의 다른 대안적인 실시예가 세 개의 턴(M=3)을 갖고 두 개의 부분턴 권선들(N=2)(512 및 515)을 포함하는 멀티턴 코일(510)을 포함하는 부하를 갖는 것으로서 도 6에 도시된다. 오직 예시를 위해 두 개의 전기적으로 개별인 부분턴 권선 세그먼트들 또는 아크 섹션들(512 및 515)을 갖는 것으로 도시되었지만, 부분턴 권선들과 함께 세 개 이상의 턴(M≥3)을 갖는 멀티턴 코일은, 멀티턴 코일이 실현 가능한 많은 아크 섹션들로 분할될 수 있는 경우 네 개 이상의 전기적으로 개별인 아크 섹션들(N≥4)을 갖는 것이 바람직할 것이다. 도시된 바와 같이, 아크 섹션은 방위각으로 대칭이지만, 방위각으로 비대칭일 수 있다. 즉, 상이한 아크 길이를 가질 수 있다.

멀티턴 코일(510)은 커패시터, 커패시터 뱅크, 또는 다른 전원(520)(커패시터)에 스위치(530)를 통해 결합된다. 스위치(530)는 단일 2-포지션 또는 2-상태 스위치 메커니즘(531)을 포함하는 것이 바람직하다. 도시된 바와 같이, 커패시터(520)로부터의 전송 피드 라인(540)은 두 개의 아크 섹션들(512 및 515)의 입력들(511 및 514)에 각각 결합된 두 개의 피드들(542F 및 544F)로 분할된다. 동축이든 스트립 라인이든, 각각의 피드(542F 및 544F)의 리턴 전류는 다른 아크 섹션의 피드에 대한 리턴 경로(542R 및 544R) 상으로 흐르고, 동축 피드의 경우, 각각의 동축 피드의 전류는 다른 아크 섹션의 동축 피드에 대한 실드 상으로 흐른다. 예를 들어, 제 2 아크 섹션(515)에 대한 피드(544F)의 리턴(544R)은 제 1 아크 섹션(512)의 출력(513)에 결합되므로, 제 1 아크 섹션(512)에 대한 피드(542F)의 리턴 전류는 제 2 아크 섹션(515)에 대한 피드(544F)의 리턴(544R) 상으로 흐른다. 마찬가지로, 제 1 아크 섹션(512)에 대한 피드(542F)의 리턴(542R)은 제 2 아크 섹션(515)의 출력(516)에 결합되므로, 제 2 아크 섹션(515)에 대한 피드(544F)의 리턴 전류는 제 1 아크 섹션(512)에 대한 피드(542F)의 리턴(542R) 상으로 흐른다.

도 7을 참조하면, 회로(600)의 다른 대안적인 실시예들이 단일턴보다 많은 턴을 갖는 멀티턴 코일(610)을 포함하는 부하를 갖는 것으로 도시되고, 이 경우 단일턴 이상의 턴은 완전한 턴을 포함하지 않는다. 즉, 코일의 턴 수(M)는 정수가 아니다. 앞서 주목된 실시예와 마찬가지로, 코일(610)은 부분턴 권선들(612 및 615)을 포함한다. 오직 예시를 위해 두 개의 전기적으로 개별인 부분턴 권선 세그먼트들 또는 아크 섹션들(612 및 615)을 갖는 것으로 도시되었지만, 멀티턴 코일은 실현 가능한 많은 아크 섹션들로 분할될 수 있다. 도시된 바와 같이, 아크 섹션은 방위각으로 대칭이지만, 방위각으로 비대칭일 수 있다. 즉, 상이한 아크 길이를 가질 수 있다.

멀티턴 코일(610)은 커패시터, 커패시터 뱅크, 또는 다른 전원(620)(커패시터)에 스위치(630)를 통해 결합된다. 스위치(630)는 단일 2-포지션 또는 2-상태 스위치 메커니즘(631)을 포함하는 것이 바람직하다. 도시된 바와 같이, 커패시터(620)로부터의 전송 피드 라인(640)은 두 개의 아크 섹션들(612 및 615)의 입력들(611 및 614)에 각각 결합된 두 개의 피드들(642F 및 644F)로 분할된다. 동축이든 스트립 라인이든, 각각의 피드(642F 및 644F)의 리턴 전류는 다른 아크 섹션의 피드에 대한 리턴 경로(642R 및 644R) 상으로 흐르고, 동축 피드의 경우, 각각의 동축 피드의 전류는 다른 아크 섹션의 동축 피드에 대한 실드 상으로 흐른다. 예를 들어, 제 2 아크 섹션(615)에 대한 피드(644F)의 리턴(644R)은 제 1 아크 섹션(612)의 출력(613)에 결합되므로, 제 1 아크 섹션(612)에 대한 피드(642F)의 리턴 전류는 제 2 아크 섹션(615)에 대한 피드(644F)의 리턴(644R) 상으로 흐른다. 마찬가지로, 제 1 아크 섹션(612)에 대한 피드(642F)의 리턴(642R)은 제 2 아크 섹션(615)의 출력(616)에 결합되므로, 제 2 아크 섹션(615)에 대한 피드(644F)의 리턴 전류는 제 1 아크 섹션(612)에 대한 피드(642F)의 리턴(642R) 상으로 흐른다.

표 1에서 주목한 바와 같이, 폐쇄 루프 전압(CLV)은 다음과 같이 정의된다.

CLV=(V·N)/M

도 7에 도시된 회로(610)의 경우, N=2 아크 섹션, 및 M=1.5 턴인 경우, CLV=2V/1.5, 즉 1.33 V이다.

도 8에 도시된 바와 같이, M이 정수가 아닌 다수의 턴을 갖는 코일에 대한 자기장은 균일하지 않고, 도시된 바와 같이 변화도를 가질 것이다.

도 9를 참조하면, 회로(700)는 한 개의 완전한 턴보다 작은 턴, 즉, M<1 턴 수를 갖는 부분턴 코일(710)을 포함하는 부하를 갖는 것으로서 도시된다. 앞서 주목된 실시예와 마찬가지로, 코일(710)은 부분턴 권선들(712 및 715)을 포함한다. 오직 예시를 위해 두 개의 전기적으로 개별인 부분턴 권선 세그먼트들 또는 아크 섹션들(712 및 715)을 갖는 것으로 도시되었지만, 코일(710)은 실현 가능한 많은 아크 섹션들로 분할될 수 있다. 도시된 바와 같이, 아크 섹션은 방위각으로 대칭이지만, 방위각으로 비대칭일 수 있다. 즉, 상이한 아크 길이를 가질 수 있다.

부분턴 코일(710)은 커패시터, 커패시터 뱅크, 또는 다른 전원(720)(커패시터)에 스위치(730)를 통해 결합된다. 바람직하게, 스위치(730)는 단일 2-포지션 또는 2-상태 스위치 메커니즘(731)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 커패시터(720)로부터의 전송 피드 라인(740)은 두 개의 아크 섹션들(712 및 715)의 입력들(711 및 714)에 각각 결합된 두 개의 피드들(742F 및 744F)로 분할된다. 동축이든 스트립 라인이든, 각각의 피드(742F 및 744F)의 리턴 전류는 다른 아크 섹션의 피드에 대한 리턴 경로(742R 및 744R) 상으로 흐르고, 동축 피드의 경우, 각각의 동축 피드의 전류는 다른 아크 섹션의 동축 피드에 대한 실드 상으로 흐른다. 예를 들어, 제 2 아크 섹션(715)에 대한 피드(744F)의 리턴(744R)은 제 1 아크 섹션(712)의 출력(713)에 결합되므로, 제 1 아크 섹션(712)에 대한 피드(742F)의 리턴 전류는 제 2 아크 섹션(715)에 대한 피드(744F)의 리턴(744R) 상으로 흐른다. 마찬가지로, 제 1 아크 섹션(712)에 대한 피드(742F)의 리턴(742R)은 제 2 아크 섹션(715)의 출력(716)에 결합되므로, 제 2 아크 섹션(715)에 대한 피드(744F)의 리턴 전류는 제 1 아크 섹션(712)에 대한 피드(742F)의 리턴(742R) 상으로 흐른다.

도 7에 도시된 회로(600)의 코일(610)과 유사하게, 부분턴 코일(710)의 자기장은 균일하지 않고 변화도를 갖는다.

앞서 논의된 시스템 및 방법은, 전압을 오직 두 배로만 할 수 있는 반대 극성 전압을 이용하기 위한 요구 사항 없이, 낮은 전압 스위치 또는 낮은 전압 커패시터의 이용이 커패시터 그 자체가 달리 생성할 수 있는 것보다 코일에 턴당 더욱 큰 볼트를 생성하도록 유리하게 허용한다. 그러나, 반대 극성 기술은 또한 본 명세서에 기술된 스플릿 코일 실시예들과 함께 이용될 수 있으므로, 이에 의해, 코일의 루프 전압을 더욱 증가시실 수 있다.

커패시터(또는 커패시터 뱅크)로부터 이용 가능한 자기장 에너지는 증가되지 않는다. 이것은 짧은 시간 척도로 전달된다(부유 인덕턴스는 부하 인덕턴스보다 실질적으로 낮은 것으로 가정).

그러나, 본 명세서에 제공된 예시적인 실시예들은 단지 예시적인 예들로서 의도된 것으로 어떤 식으로도 제한되는 것은 아니다.

전술한 설명에서, 본 발명은 이의 특정 실시예를 참조하여 기술되었다. 그러나, 본 발명의 광의의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 본 발명에 대한 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다는 것은 자명할 것이다. 예를 들어, 본 명세서에서 기술된 프로세스 흐름도들에 도시된 프로세스 동작들의 특정한 순서와 조합은 별도로 언급하지 않는 한 단진 예시적인 것에 불과하며, 본 발명은 서로 다른 프로세스 동작들 또는 추가적인 프로세스 동작들을 이용하여 수행될 수 있거나, 또는 프로세스 동작들의 서로 다른 조합 또는 순서를 이용하여 수행될 수 있다는 것을 독자는 이해해야 한다. 또 다른 예로서, 하나의 실시예의 각각의 특징은 다른 실시예들에 도시된 다른 특징들과 혼합되고 서로 연결될 수 있다. 당업자에게 알려진 특징들 및 프로세스들은 희망하는 바에 따라 유사하게 통합될 수 있다. 추가적으로 그리고 명백히, 특징들은 희망하는 바에 따라 추가되거나 또는 삭감될 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위와 이 청구 범위의 등가물의 고려를 배제한 채 제한되어서는 안 된다.