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KR20140022014A - 스위치가 달린 여자회로를 갖는 동기머신 - Google Patents

스위치가 달린 여자회로를 갖는 동기머신 Download PDF

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KR20140022014A
KR20140022014A KR1020137026817A KR20137026817A KR20140022014A KR 20140022014 A KR20140022014 A KR 20140022014A KR 1020137026817 A KR1020137026817 A KR 1020137026817A KR 20137026817 A KR20137026817 A KR 20137026817A KR 20140022014 A KR20140022014 A KR 20140022014A
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KR
South Korea
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switch
rotor
gate
synchronous machine
winding
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020137026817A
Other languages
English (en)
Inventor
엔조 일리아노
Original Assignee
브루사 일렉트로닉 아게
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 브루사 일렉트로닉 아게 filed Critical 브루사 일렉트로닉 아게
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Abstract

본 발명은 여자회로가 회전자측에 있고, 여자권선(3), 여자권선의 전원, 여자권선의 전원을 연결하는 스위치(8a,8e), 제1 고정자측 1차권선(5a..5f) 및 제1 회전자측 2차권선(6a..6f)를 가지며, 2차권선은 1차권선에 결합되어 회전자 회로의 전원을 형성하는 타려 동기머신(1b..1k)에 관한 것이다. 이때, 제1 회전자측 2차권선(6d)의 탭이 스위치(8a,8e)의 컨트롤러(9a,9e)에 연결되거나; 제2 회전자측 2차권선(14d)이 제1 고정자측 1차권선(5a..5f)에 결합되고 스위치(8a,8e)의 컨트롤러(9a,9e)에 연결될 수 있다.

Description

스위치가 달린 여자회로를 갖는 동기머신{SYNCHRONOUS MACHINE COMPRISING AN EXCITATION CIRCUIT WITH A SWITCHING ELEMENT}
본 발명은 여자회로가 회전자측에 있고, 여자권선, 여자권선의 전원, 여자권선의 전원을 연결하는 스위치, 제1 고정자측 1차권선 및 제1 회전자측 2차권선을 가지며, 2차권선은 1차권선에 결합되어 회전자 회로의 전원을 형성하는 타려 동기머신에 관한 것이다.
동기머신은 모터와 발전기 양쪽에 아주 오랫동안 사용되어왔다. 무엇보다 전기자동차의 다양한 구동장치용의 "무브러시 직류모터"란 용어로 사용되는 경우가 많다. 이때, 인버터의 도움으로 직류전류에서 고정자의 회전자계가 생긴다. 또, 동기머신은 자려식과 타려식으로 구분된다. 자려식은 영구자석에 의해 회전자계가 생기지만, 타려식은 회전자측의 (직류전류가 흐르는) 여자권선에 의해 회전자계가 생긴다.
이를 위해, 타려 동기머신은 일반적으로 회전자권선과 함께 회전하는 정류기를 구비하고, 슬립링이나 회전변압기를 통해 회전자권선에 교류전류가 공급되며, 이 교류전류는 회전자권선의 직류전류로 변환된다. 여자권선이 이런 식으로 자화되면, 회전자는 고정자에 인가된 회전자계와 동기적으로 회전한다.
동기머신은 시동시 쉽게 보조를 맞추지 못한다는 기존의 문제 외에도, 회전자의 신속한 탈자화에 문제가 있는데, 이런 탈자화는 동기머신의 신속한 정지동작이나 급속반응에 유리하다. 한편, 회전자계가 감쇠되어 연결된 기기에 손상을 일으킬 때까지 아주 오랫동안 고정자에 전류가 유도된다.
특히 전기자동차의 경우, 동기머신을 "전기클러치"로도 사용하여, 기계식 클러치의 사용을 피할 수 있다. 이 경우, 회전자계가 없어지면 동기머신은 자유롭게 동작한다. 이런 결합동작은 신속히 이루어져야만 하는데, 예컨대 긴급상황에서 구동토크를 구동바퀴에서 신속히 제거해야만 한다.
이 문제를 해결하기 위해 WO 1993/020614에 소개된 것은, 정상작동중에 사이리스터를 통해 단락되는 회전저항을 거쳐 동기머신의 회전자를 탈자화시키는 것이다. 사이리스터의 가동은 슬립링을 통해 이루어진다.
이 방식의 문제점은, 와이퍼와 슬립링 사이의 상대운동 때문에, 와이퍼가 슬링링을 아주 빨리 상승시키고, 이때문에 사이리스터의 작동에 에러가 생기는데, 특히 와이퍼와 슬립링 둘다 마모되었을 때 더 심하다. 일단 시동된 사이리스터를 이용해 도전상태를 유지할 때는 이런 상황을 해결할 수 있지만, 신속히 반응하는 다른 스위치들을 사용할 때는 더이상 그렇지도 못하다. 또, 전기자동차를 운전하는데 있어 안전운행조건이 필요하기도 하다.
US2006/0181249에 무브러시 발전기의 회전자의 자화방식이 소개되었는데, 이 방식은 너무 복잡하고 2차권선이 항상 풀 전압 상태로 작동해야 하는 것이 문제이다. 또, 오랫동안의 자화가 필요하다.
JP 58-036198에는 부하가 정지한 뒤 발전기의 자계회로에 직렬로 저항을 삽입하여 부하가 정지한 순간의 발전기의 전압상승을 억제하는 방법을 제시한다. 이런 이유로, 저항과 스위치의 병렬회로를 동기발전기의 자계회로에 삽입하는데, 이 스위치는 평상시는 닫혀있다. 부하가 중단되어 버스의 전압이 강하하면, 전압강하 디텍터가 작동되어 스위치를 개방한다. 따라서, 자계코일에 저항을 직렬로 연결한다. 이 방식에서는, 부하가 정지한 때의 전압상승을 억제할 수 있다.
끝으로, US 2009/153105에 소개된 발전기에서는, 고정자의 메인 2차권선이 출력전압을 전달하고, 적어도 하나의 보조권선이 여자기 자계권선에 전기를 공급하며, 레귤레이터가 발전기의 출력전압을 규제하며, 회전자의 여자기에 2차권선이 회전자계 권선에 전기를 공급하고, 제어회로가 회전자계 권선에 대한 전기공급을 제어하며 발전기의 출력전압의 진폭을 유지하기 위해 레귤레이터에서 오는 제어신호에 응답해 회전자계 권선의 전기공급을 제어하며, 보조권선은 회전자계권선의 회전시 생긴 가변 자기장에 노출되어 전압을 생성한다. 레귤레이터의 신호는 전용 정류기에 의해 고정자측에서 회전자측에 보내진다.
그러나, 이 특허에서 제시한 장치는 상대적으로 복잡하다. 따라서, 발전기가 고가임은 물론, 이런 복잡한 구조때문에 고장의 위험이 비교적 높다.
본 발명은 이상 설명한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 회전자의 안전신속한 자화를 보증하는 것을 목적으로 한다.
이런 목적 달성을 위해, 본 발명은
a) 제1 회전자측 2차권선의 탭이 스위치의 컨트롤러에 연결되거나;
b) 제2 회전자측 2차권선이 제1 고정자측 1차권선에 결합되고 스위치의 컨트롤러에 연결되는 타려 동기머신을 제공한다.
한편, 스위치의 제어신호가 와이퍼와 슬립링 사이의 접촉에러의 영향을 더이상 받지 않는다. 따라서, 스위치가 언제라도 신뢰성있게 동작하여, 회전자를 항상 신뢰성있게 탈자화할 수 있다. 한편, (a, b 모두) 제1 고정자측 1차권선을 회전자회로의 전원으로 사용하는 동시에 스위치의 컨트롤러를 작동시키는데도 사용하기 때문에 추가 부품수가 줄어든다. 또, 제1 회전자측 2차권선을 회전자회로의 전원과 스위치의 컨트롤러 작동에 사용할 수 있다(a의 경우). 따라서, 제1 고정자측 1차권선과 제1 회전자측 2차권선 모두 이중의 이득을 제공한다.
이상과 같은 구조에 의해 아래와 같은 장점이 생긴다:
- 회전자에 무접점 방식으로 전기에너지를 공급할 수 있고,
- a)의 경우, 제1 회전변압기가 회전자측의 여자권선에 전기를 공급할 뿐만 아니라, 스위치를 작동시키므로, 제1 회전변압기가 이중 기능을 수행하며,
- b)의 경우, (제1 고정자측 1차권선과 회전자측 2차권선을 갖춘) 제1 회전변압기가 여자권선의 전기공급에 최적의 영향을 주는 반면, (제1 고정자측 1차권선과 제2 회전자측 2차권선을 갖춘) 제2 회전변압기는 스위치의 작동에 최적의 영향을 주도록 설계할 수 있다. 따라서, 회전변압기를 단순화하여 비용을 절감할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 2개의 2차권선을 각각 다르게 설계하여, 각각 자체 목적에 맞게 최적화할 수 있다.
본 발명이 전기자동차의 동기머신에 특히 적합하지만, 고정식 발전소와 같은 다른 목적의 동기머신에도 적용할 수 있다.
b)의 경우에 제1 및 제2 2차권선들을 공통에 배치하면 회전변압기의 구조를 단순화하여 비용을 더 절감할 수 있다는 점에서 특히 유리하다.
커패시터 및/또는 인덕턴스가 스위치의 컨트롤러와 제1 회전자측 2차권선 또는 제2 회전자측 2차권선 사이에 배치되어, 공통 1차권선에 전압이 끊어지고 지연되어, 예컨대 수 밀리초 뒤에 스위치가 개방되도록 하면 유리할 수 있다. 이 경우, 펄스형 여자전압의 전압간극 사이사이에나 여자전압의 갑작스런 단기간 강하가 있어도 스위치가 작동되는 것을 방지할 수 있다. 이런 전압간극들은 예컨대 회전자측의 브리지 정류기에 의해서나 심지어는 회전자측의 일방향 정류기에 의해서, 특히 고정자측의 인버터와 협력하여 생긴다. 이와 관련해, 전술한 커패시터나 인덕턴스는 저역통과 특성을 갖는다. 특히, 고정자측의 인버터나 회전자측의 정류기에 의한 전압간극들을 브리지할 수 있도록 용량을 정할 수 있다.
또, 스위치가 FET(field effect transistor)의 드레인-소스 경로로 이루어지고, 컨트롤러는 FET의 게이트로 이루어지면 좋다. FET는 온-저항은 낮고 오프-저항은 높다. 따라서, 동기머신이 정상 작동할 때, 전력손실이 아주 낮다.
상기 커패시터/인덕턴스를 게이트와 드레인 사이나 게이트와 소스 사이에 배치하면 좋다. FET는 아주 낮은 게이트전류만 필요로 하고, 이때문에 아주 작은 용량을 사용해 공통의 1차권선의 전압을 끊고 지연되어 스위치를 개방할 수 있다.
또, 상기 FET가 꺼진 뒤 쇄도효과에 의해 여자권선에 저장된 유도에너지가 소멸되도록 하면 좋다. 이 경우, 여자권선에 저장된 에너지가 곧바로 FET의 열로 변환된다. (저항이나 배리스터나 다이오드와 같이) 저항을 갖는 트랜지스터에 병렬로 연결되는 소자를 생략할 수 있어 회전자 회로의 구조다 아주 간단해진다.
또, 스위치를 IGBT(insulated gate bipolar transistor)의 에미터-콜렉터 경로로 이루고, 컨트롤러는 IGBT의 게이트로 이루며, 커패시터 및/또는 인덕턴스를 게이트와 콜렉터 사이나 게이트와 에미터 사이에 배치하는 것이 바람직하다. IGBT는 스위치로서의 바이폴라 전력 트랜지스터와 제어입력용의 IGFET를 결합하여 바이폴라 트랜지스터의 고전류 저포화전압 용량과 FET의 간단한 게이트-드라이브 특성을 결합한 것이다. 따라서, 동기머신이 정상 동작할 때, 일반 FET에 비해 전력소멸이 낮다.
타려 동기머신이 고정자측에 광원을 갖는 광커플러와, 회전자측의 감광소자를 가지면 좋은데, 이런 감광소자는 스위치의 컨트롤러에 연결된다. 이 경우, 고정자의 제어신호를 무접점 방식으로 회전자에 전달할 수 있다.
또, 광커플러가 동기머신의 회전축 영역에 배열되면 좋다. 이 경우, 고정자측의 광원과 회전자측의 감광소자가 항상 서로 반대로 놓이는데, 회전자가 회전할 때도 그렇다. 이렇게 되면, 광커플러의 동작의 신뢰성이 확보된다.
또, 타려 동기머신이 전기에너지를 저장하는 소자를 포함하고, 이 소자로 인해 회전자회로에 전기가 공급되지 않을 경우에도 스위치가 작동할 수 있도록 하는 것이 좋다. 이런 조치에 의해, 회전자회로내 정류기 때문에 여자전압이 단기간동안 강하하거나 맥동할 경우에도 스위치가 너무 일찍 꺼지는 것을 방지할 수 있다. 에너지저장 소자는 인덕턴스나 커패시터(특히 "수퍼캡"이라 함) 또는 축전기일 수 있다. 스위치가 지연되어 시동되는 전술한 예와는 대조적으로, 에너지저장 소자가 전기에너지를 공급하는 동안 내내 스위치를 능동적으로 작동시킬 수 있다.
또, 적어도 일부 구간이 저항성인 소자를 스위치에 병렬로 배치하면 유리하다. 예컨대 (선형) 저항, 배리스터(저압의존 저항인 VDR이라고도 함)나 제너다이오드를 스위치에 병렬로 연결해 여자권선에 저장된 유도에너지를 열로 변환한다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
도 1은 종래의 동기머신의 회로도;
도 2는 본 발명에 따른 동기머신의 일례의 회로도;
도 3은 제2 회전변압기 대신에 광커플러를 이용한 본 발명의 다른 동기머신의 회로도;
도 4는 본 발명에 따른 또다른 동기머신의 회로도;
도 5는 도 4와 아주 비슷한 본 발명의 또다른 동기머신의 회로도;
도 6은 제1 회전자측 2차코일만 있고 제2 회전자측 2차코일은 없는 다른 동기머신의 회로도;
도 7은 제1 2차코일만 있는 또다른 동기머신(1g)의 회로도;
도 8은 도 5의 동기머신과 아주 비슷한 다른 동기머신의 회로도;
도 9는 도 6과 비슷하지만 커패시터 대신 인덕턴스를 사용해 스위치를 조절하는 동기머신의 회로도;
도 10은 스위치로 FET가 아닌 IGBT를 사용한 도 9와 비슷한 동기머신의 회로도;
도 11은 도 7과 비슷한 동기머신의 회로도이되, 회전자측의 제1 2차권선이 다른 극성을 갖는 것이다.
도 1은 최신 타려 동기머신(1a)의 회로도이다. 이 동기머신(1a)은 고정자(2), 회전자측의 여자권선(3), 고정자측의 제1 1차권선(5a)과 회전자측의 3개의 제1 2차권선(6a)을 갖는 제1 회전변압기(4a), 및 이곳에 연결된 정류기(7a)를 포함한다. 회전자 회로는 여자권선(3)을 갖고, 정류기(7a)에 배열된 스위치(8a)는 회전자회로를 개폐하기 위한 것이다. 본 실시예의 스위치(8a)는 컨트롤러(9a)에 의해 가동되고 컨트롤코일과 함께 릴레이를 형성한다. 컨트롤러(9a)는 슬립링(10)을 통해 고정형 고정자측 연결부에 연결된다. 끝으로, 스위치(8a)에 병렬로 저항(11)이 연결된다.
이런 종래의 동기머신(1a)의 기능은 아래와 같다:
제1 1차권선(5a)에 교류전압이 흐르면, 제1 2차권선(6a)에 교류전압이 유도되고, 이 전압은 정류기(7a)에 의해 직류전압으로 변환된다. 스위치(8a)가 닫히면, 여자권선(3)에 직류전류가 흘러, 회전자측에 자기장이 생긴다. 회전변압기(4a)와 정류기(7a)는 이때 회전자 회로/여자권선(3)의 전원을 형성한다. 고정자(2)에 교류전류가 흐르면, 고정자(2)에 생긴 회전자계에 의해 회전자에 회전토크가 생긴다.
동기머신(1a)이 정지했을 때 회전자계를 없애기 위해, 스위치(8a)가 슬립링(10)을 통해 고정자측에서 작동되고 필요에 의해 개방될 수 있다. 즉, 동기머신(1a)이 정지하면 회전자 전류와 회전자 자기장이 저항(11)에 의해 급속히 감소된다.
도 2는 본 발명에 따른 동기머신(1b)의 회로도로서, 슬립링(10) 대신에 제2의 고정자측 1차권선(13a)과 회전자측 2차권선(14a)을 갖는 제2 회전변압기(12a)를 갖는데, 이 변압기는 스위치(8a)의 컨트롤러(9a)에 연결된다. 이 경우, 스위치(8a)가 무접점 방식으로 작동된다는 점에서 유리하다. 또한, (도 1의) 슬립링(10)과 와이퍼 사이의 접촉불량으로 인한 스위치(8a)의 요동을 효과적으로 피할 수 있다는 효과도 있는데, 특히 슬링링과 와이퍼가 마모된 경우 접촉불량이 심하다. 따라서, 스위치(8a)가 주어진 시간에 안전하게 작동할 수 있다.
또, 저항(11) 대신에, 적어도 일부 구간이 저항을 갖는 다른 소자를 배치하여 여자권선(3)에 저장된 유도에너지를 열에너지로 바꿀 수도 있는데, 이런 소자로는 저항(11)과 같은 기능을 하는 배리스터나 제너다이오드가 있다.
도 3은 제2 회전변압기(12a) 대신에 광커플러(16)를 이용한 본 발명의 다른 동기머신(1c)의 회로도이다. 여기서는 스위치(8a)를 작동시키기 위해 회전자와 함께 회전하는 전압원(16)을 컨트롤러(9a)에 연결한다. 전압원(16)으로는 회전자 회로의 전원에서 전기를 공급받는 커패시터나 축전지를 사용할 수 있다. 전기에너지를 저장하는 이런 소자에 의해, 회전자회로에 에너지공급이 없어도 스위치(8a)를 (단기간) 작동시킬 수 있다. 한편, 스위치(8a)는 포토트랜지스터와 같은 광커플러(15)로 직접 형성될 수도 있다. 예컨대, 이런 목적으로 광학적으로 작동되는 고체상태 릴레이를 사용할 수 있다.
회전자가 회전할 때에도 광커플러(15)의 광소자와 광원이 항상 정반대로 놓이도록 광커플러는 회전축 영역에 배열하는 것이 좋다.
도 4는 본 발명에 따른 또다른 동기머신(1d)의 회로도이다(예; 도시되지 않은 고정자 권선). 이 동기머신(1d)의 고정자측 (직류) 전압원(17)은 인버터(18)를 통해 제1 고정자측 1차권선(5d)에 전기에너지를 공급한다. 이 전기에너지는 제1 2차권선(6d) 및 정류 다이오드와 환류다이오드의 조합(7d)을 통해 여자권선(3)에 보내지는데, 여기서는 여자권선이 이상적인 인덕턴스와 저항으로 표시되어 있다. 마찬가지로, 회전자회로의 스위치(8a)에 저항(11)이 병렬로 연결된다. 물론 인버터(18) 대신 다른 인버터 디자인도 사용할 수 있다.
이 동기머신(1d)의 컨트롤러는 회전자와 같이 회전하고, 회전자 회로는 제2 회전자측 2차권선(14d), 다이오드(19), 저항(20), 커패시터(21), 다른 저항(22) 및 컨트롤러(9a)를 포함한다. 이때 제1 회전변압기외 제2 회전변압기는 1차권선(5d)을 공유한다. 제1, 제2 2차권선들(6d,14d)이 공통의 코어에 배열된다는 점에서 유리하다.
이 동기머신(1d)은 아래와 같이 기능한다:
제1 1차권선(5d)에 전기에너지가 공급되면, 제2 2차권선(14d)에 교류전압이 유도되어, 커패시터(21)가 다이오드(19)와 저항(20)을 통해 충전된다. 저항(20)은 충전전류를 제한하는 역할을 한다. 따라서, 컨트롤러(9a)에도 전압이 흘러, 스위치(8a)가 닫혀있게 된다. 이제, 동기머신(1d)이 정지하고 제1 1차권선(5d)에 더이상 전기에너지가 공급되지 않으면, 커패시터(21)는 컨트롤러(9a)와 저항(22)을 통해 방전하므로, 스위치(8a)는 회전자 전류공급이 중단되고 수 밀리초 정도 지연되어 열리고, 이때문에 회전자 자계가 신속히 줄어든다.
따라서, 동기머신(1d)의 커패시터(21)는 제2 회전자측 2차권선(14d)과 스위치(8a)의 컨트롤러(9a) 사이에 연결되어, 스위치(8a)는 공통 1차권선(5d)의 전압이 제거된 뒤 지연되어 개방된다.
이렇게 되면, 조합(7d)의 정류기 다이오드와 인버터(18)에 의해 흔히 발생하듯이, 펄스형 여자전압의 전압간극 사이에서나 여자전압이 갑자기 단기간 강하한 동안 스위치(8a)가 동작하는 것을 방지할 수 있어 유리하다. 특히, 커패시터(21)와 저항(22)은 전술한 전압간극들을 브리지하는 것으로 볼 수 있다.
도 5는 도 4와 아주 비슷한 본 발명의 또다른 동기머신(1e)의 회로도이다. 여기서는 스위치(8a)와 컨트롤러(9a)로 이루어진 릴레이 대신, FET(field effect transistor)나 MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)가 제공되고, 드레인-소스 경로에 스위치(8e)가 배치되며, 게이트 전극은 컨트롤러(9e)로 이루어진다. 특히, 스위치가 꺼진 뒤 쇄도효과에 의해 FET가 여자권선(3)에 저장된 유도전기 에너지를 소멸시킨다면, 저항(11)은 없어도 된다.
도 6은 제1 회전자측 2차코일(6d)만 있고 제2 회전자측 2차코일은 없는 다른 동기머신(1f)의 회로도이다. 이 동기머신에서, 제1 2차코일(6d)에 병렬인 2개의 저항으로 이루어진 분압기(24,25)와 다이오드(23)가 직렬로 연결되어 있다. 분압기(24,25)에 커패시터(26)가 병렬로 연결된다.
이 동기머신(1f)의 기능은 아래와 같다:
제1 1차권선(5f)에 전기에너지가 공급되면 제1 회전자측 2차코일(6f)에 교류전압이 유도되어, 커패시터(26)가 다이오드(23)를 통해 충전된다. 따라서, 게이트 전극(9e)에 분압기(24,25)를 통해 전압이 공급되어, 드레인-소스 경로(8e)가 도전된다. 동기머신(1f)이 정지하고 제1 고정자측 1차권선(5f)에 더이상 에너지가 공급되지 않으면, 분압기(24,25)을 통해 커패시터(26)가 방전되고, 이때 회전자 전원이 꺼진만큼 지연되어 스위치가 거져, 회전자의 자계가 소멸된다.
도 7은 제1 2차코일(6f)만 있는 또다른 동기머신(1g)의 회로도이다. 2개의 역병렬 다이오드(27,28)를 kw는 2개의 분기에 역병렬 다이오드(7d)가 병렬로 연결된다. 여기에 2개의 풀브리지 정류기들(27,28)이 연결되고, 이곳에 여자권선(3)과 (FET의 드레인-소스 경로인) 스위치(8e)이 연결되고, 스위치에 저항(11)이 병렬로 연결된다. 풀브리지 정류기(27,28)에 커패시터(29)가 병렬로 연결되고, 이곳에 저항(30,31)을 갖는 분압기가 연결된다.
고정자측의 제1 1차권선(5f)에 전기에너지가 공급되면, 회전자측 제1 2차권선(6f)에 교류전압이 유도되어, 정류기(27,28)를 거쳐 커패시터(29)가 충전된다. 따라서, 저항(30,31)을 통해 게이트전극(9e)에 전압이 존재하고, 이때문에 드레인-소스 경로(8e)가 도전상태로 된다. 동기머신(1g)이 정지하고 고장자측의 제1 1차권선(5f)에 더이상 전기에너지가 공급되지 않으면, 커패시터(29)가 저항(30,31)을 통해 방전되어, 회전자 전원이 꺼지고 일정 시간 지연되어 스위치(8e)가 꺼지므로, 회전자의 자기장이 소멸된다.
도 8은 도 5의 동기머신과 아주 비슷한 다른 동기머신(1h)의 회로도이다. 여기서는 회전자측의 제1 2차권선(6d)이 스위치(8e)의 컨트롤러(9e)에 연결된다. 이렇게 하여 별도의 제2 2차권선을 생략할 수 있다.
도 9는 도 6과 비슷하지만 커패시터(26) 대신 인덕턴스(32)를 사용해 스위치(8e)를 조절하는 동기머신의 회로도이다. 도 9의 회로의 기능은 도 6의 동기머신과 아주 비슷하다. 인덕턴스(32)에 에너지가 저장되고, 회전자측의 제1 2차권선(6f)의 전압이 끊어진 동안 스위치(8e)는 개방되어 있다.
도 10은 스위치(8e)로 FET가 아닌 IGBT를 사용한 도 9와 비슷한 동기머신의 회로도이다. 물론, IGBT를 도 9의 구성이 아닌 다른 회로에 사용할 수도 있다. 예컨대, IGBT를 도 5~8의 회로의 스위치(8e)로 사용할 수도 있다.
이상 설명한 스위치(8a,8e)는 예를 든 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 당업자라면 사이리스터와 같은 다른 스위치의 사용도 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
또, 회전자측의 제1 2차권선(6a..6f)에 대한 고정자측의 제1 1차권선(5a..5f)의 극성도 지금까지의 설명과는 다르게 할 수도 있는 것이다.
도 11은 도 7과 비슷한 동기머신의 회로도이되, 회전자측의 제1 2차권선(6f)이 다른 극성을 갖는 것이다.

Claims (31)

  1. 여자회로가 회전자측에 있고, 여자권선(3), 여자권선의 전원, 여자권선의 전원을 연결하는 스위치(8a,8e), 제1 고정자측 1차권선(5a..5f) 및 제1 회전자측 2차권선(6a..6f)를 가지며, 2차권선은 1차권선에 결합되어 회전자 회로의 전원을 형성하는 타려 동기머신(1b..1k)에 있어서:
    a) 상기 제1 회전자측 2차권선(6d)의 탭이 스위치(8a,8e)의 컨트롤러(9a,9e)에 연결되거나;
    b) 제2 회전자측 2차권선(14d)이 제1 고정자측 1차권선(5a..5f)에 결합되고 스위치(8a,8e)의 컨트롤러(9a,9e)에 연결되는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  2. 제1항에 있어서, 상기 b)의 경우에, 제1 2차권선(6d)과 제2 2차권선(14d)이 공통 코어에 배열되는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 커패시터(21,26,29) 및/또는 인덕턴스(32)가 스위치(8a,8e)의 컨트롤러(9a,9e)와 제1 회전자측 2차권선(6f) 또는 제2 회전자측 2차권선(14d) 사이에 배치되어, 공통 1차권선(5d,5f)에 전압이 끊어지고 지연되어 스위치(8a,8e)가 개방되는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 하나에 있어서, 스위치(8e)가 FET의 드레인-소스 경로로 이루어지고, 컨트롤러(9e)는 FET의 게이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 커패시터(21,26,29) 및/또는 인덕턴스(32)가 FET의 게이트와 드레인 사이에 또는 게이트와 소스 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 FET가 꺼진 뒤 쇄도효과에 의해 여자권선(3)에 저장된 유도에너지가 소멸되는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  7. 제3항 내지 제6항 중의 어느 하나에 있어서, 스위치(8e)는 IGBT의 에미터-콜렉터 경로로 이루어지고, 컨트롤러(9e)는 IGBT의 게이트로 이루어지며, 상기 커패시터(21,26,29) 및/또는 인덕턴스(32)가 게이트와 콜렉터 사이나 게이트와 에미터 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 하나에 있어서, 회전자 회로에 아무런 전기공급이 없어도 전기에너지 저장소자(16)에 의해 스위치(8a)가 작동되는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 하나에 있어서, 스위치(8a,8e)에 배리스터나 제너다이오드가 병렬로 배열되는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  10. 회전자측 회로;
    상기 회전자측 회로내의 여자권선을 갖는 여자회로;
    상기 여자권선의 전원;
    적어도 부분적으로 상기 전원을 형성하는 로터측 2차권선; 및
    상기 전원을 여자권선에 연결하는 스위치;를 포함하고,
    상기 회전자측 2차권선이 탭을 갖고, 이 탭은 스위치의 컨트롤러에 연결되는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  11. 제10항에 있어서, 상기 회전자측 2차권선과 컨트롤러 사이에 커패시터가 연결되어, 1차권선의 전압이 끊어지고 지연되어 스위치를 개방하는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  12. 제10항에 있어서, 상기 스위치를 형성하는 FET의 드레인-소스 경로; 상기 컨트롤러를 형성하는 FET의 게이트; 및 상기 드레인-소스 경로와 게이트를 갖는 FET;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  13. 제12항에 있어서, 상기 회전자측 2차권선과 컨트롤러 사이에 커패시터가 연결되고, 이 커패시터가 FET의 게이트와 소스 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  14. 제12항에 있어서, 상기 회전자측 2차권선과 컨트롤러 사이에 커패시터가 연결되고, 이 커패시터가 FET의 게이트와 드레인 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  15. 제12항에 있어서, 상기 FET가 여자권선에 저장된 유도에너지를 소멸시켜 FET를 정지시키기에 충분한 쇄도효과를 갖는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  16. 제10항에 있어서, 상기 스위치를 형성하는 IGBT의 에미터-콜렉터 경로; 상기 컨트롤러를 형성하는 IGBT의 게이트; 및 상기 에미터-콜렉터 경로와 게이트를 갖는 IGBT를 더 포함하고; 상기 커패시터가 IGBT의 게이트와 콜렉터 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  17. 제10항에 있어서, 상기 스위치를 형성하는 IGBT의 에미터-콜렉터 경로; 상기 컨트롤러를 형성하는 IGBT의 게이트; 및 상기 에미터-콜렉터 경로와 게이트를 갖는 IGBT를 더 포함하고; 상기 커패시터가 IGBT의 게이트와 에미터 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  18. 제10항에 있어서, 상기 스위치에 제너다이오드가 병렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  19. 제10항에 있어서, 상기 스위치에 배리스터가 병렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  20. 회전자측 회로;
    상기 회전자측 회로내의 여자권선을 갖는 여자회로;
    상기 여자권선의 전원;
    적어도 부분적으로 상기 전원을 형성하며, 제1 고정자측 1차권선에 전기적으로 결합되는 제1 회전자측 2차권선;
    상기 전원을 여자권선에 연결하는 스위치; 및
    상기 제1 고장자측 1차권선에 전기적으로 결합되고 스위치의 컨트롤러에 연결되는 제2 회전자측 2차권선;을 포함하는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  21. 제20항에 있어서, 공통 코어를 더 포함하고, 상기 제1 회전자측 2차권선과 제2 회전자측 2차권선이 공통 코어에 배열되는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  22. 제20항에 있어서, 상기 회전자측 2차권선과 컨트롤러 사이에 커패시터가 연결되어, 1차권선의 전압이 끊어지고 지연되어 스위치를 개방하는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  23. 제20항에 있어서, 상기 스위치를 형성하는 FET의 드레인-소스 경로; 상기 컨트롤러를 형성하는 FET의 게이트; 및 상기 드레인-소스 경로와 게이트를 갖는 FET;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  24. 제23항에 있어서, 상기 회전자측 2차권선과 컨트롤러 사이에 커패시터가 연결되고, 이 커패시터가 FET의 게이트와 소스 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  25. 제23항에 있어서, 상기 회전자측 2차권선과 컨트롤러 사이에 커패시터가 연결되고, 이 커패시터가 FET의 게이트와 드레인 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  26. 제23항에 있어서, 상기 FET가 여자권선에 저장된 유도에너지를 소멸시켜 FET를 정지시키기에 충분한 쇄도효과를 갖는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  27. 제20항에 있어서, 상기 스위치를 형성하는 IGBT의 에미터-콜렉터 경로; 상기 컨트롤러를 형성하는 IGBT의 게이트; 및 상기 에미터-콜렉터 경로와 게이트를 갖는 IGBT를 더 포함하고; 상기 커패시터가 IGBT의 게이트와 콜렉터 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  28. 제20항에 있어서, 상기 스위치를 형성하는 IGBT의 에미터-콜렉터 경로; 상기 컨트롤러를 형성하는 IGBT의 게이트; 및 상기 에미터-콜렉터 경로와 게이트를 갖는 IGBT를 더 포함하고; 상기 커패시터가 IGBT의 게이트와 에미터 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  29. 제20항에 있어서, 상기 스위치에 제너다이오드가 병렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  30. 제20항에 있어서, 상기 스위치에 배리스터가 병렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
  31. 회전자측 회로;
    상기 회전자측 회로내의 여자권선을 갖는 여자회로;
    상기 여자권선의 전원;
    적어도 부분적으로 상기 전원을 형성하며, 제1 고정자측 1차권선에 전기적으로 결합되는 회전자측 2차권선;
    상기 전원을 여자권선에 연결하는 스위치;
    상기 스위치에 병렬로 연결되는 저항;
    상기 스위치를 선택적으로 개폐하는 컨트롤러;
    상기 컨트롤러와, 이 컨트롤러를 작동시키는 회전자측 전압원을 포함하는 제어회로; 및
    상기 회전자측 전압원을 컨트롤러에 연결해 스위치를 작동시키고, 상기 제어회로내에 감광소자를 갖는 광커플러;를 포함하고,
    상기 광커플러의 광원이 상기 감광소자에 제어신호를 보내는 것을 특징으로 하는 타려 동기머신.
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