KR101019863B1

KR101019863B1 - 스위치 직류 전기기기

Info

Publication number: KR101019863B1
Application number: KR1020067010988A
Authority: KR
Inventors: 데니스 찰스 어언쇼우
Original assignee: 프리커서 엔지니어링 피티와이 엘티디
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2011-03-04
Also published as: EP1698040A4; CN1906828A; AU2004310723A1; EP1698040A1; EA010782B1; US20070201842A1; EA200601113A1; KR20070054591A; CA2548222A1; AU2004310723B2; NZ548372A; JP2007513595A; WO2005055400A1

Abstract

스위치 직류 회전전기기기(100)는 스테터(3)와 로터(2)와 스위칭 수단(11a 11b, 18a, 18b)과 한 쌍의 입력을 가지는 상기 스테터(3) 또는 로터(2) 중 어느 하나와 결합 된 여기 와인딩(5)을 가지며, 상기 여기 와인딩(5)은 복수 개의 자기 폴들(4a - 4l)을 자화하며, 상기 스위칭 수단(11a 11b, 18a, 18b)은 직류 전압원(19)과 결합 되어 그 출력을 여기 와인딩(5)의 제1 또는 제2입력과 스위치하고, 상기 직류 전압원(19)은 저전압출력(-V), 중간전압출력(0V)과 그리고 고전압출력(+V)을 제공하고, 여기서, 상기 중간전압출력은 상기 여기 와인딩의 입력에 계속하여 연결되고 상기 제2입력은 상기 고전압출력(+V)과 상기 저전압출력(-V)과의 연결 사이에서 상기 스위칭 수단에 의하여 사이클을 가지고 구동되도록 스위치 된다.

스위치 직류 회전전기기기

Description

스위치 직류 전기기기{switched DC electrical machine}

본 발명은 회전전기기기에 관한 것으로서, 더욱 상세히는, 전기모터 또는 발전기를 배치하고 작동하는 새로운 방식을 개시한다.

전기모터는 100년 이상 널리 사용되어 왔다. 일반적으로 이들 모터는 전력이 공급되는 방식에 따라 AC(교류)와 DC(직류)로 분류된다. 이들 분류 속에서 다시 다양한 하위분류가 존재하며 특별한 구동특성을 얻고자 많은 수의 구성이 시도되어왔다.

다이오드, 사이리스터(thyristors) 또는 실리콘 제어 정류기(SCRs)와 같은 고전류 고체(high current solid-state) 장치의 출현은 AC 모터와 DC 모터 양측에기존의 설계로부터 현저한 변화를 가능하게 하여, 다양한 분야에 적용될 수 있는 중요한 개선을 가능하게 하였다. DC 모터분야의 경우, 정밀 위치 감지장치와 결합된 이러한 장치들은 정류자(commutators)를 사용하지 않는 모터의 설계를 가능하게 하였고, 이에 따라서, 이들 모터의 유지요구를 현저히 감소시켰다. 윌킨슨(Wilkinson)(미국특허 3,025,443)과 미국특허 4,678,974와 국제특허출원 WO 86/06564의 파우스토 구아스타디니(Fausto Guastadini)의 공개내용은 이러한 설계를 보이는 일부 예에 지나지 않는다. 그럼에도 불구하고, 이들 장치는 종래의 설계 모델에 따라 자기장의 유지에 의존하여 왔다.

본 발명에 대한 전술된 내용은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이다. 전술된 내용은 여기서 인용되는 것들이 본 발명의 우선일 당시에 오스트레일리아에서 일반적 지식이라는 것을 인정하거나 용인하는 것이 아님은 이해되어야 한다.

그러므로 본 발명은 스테터와, 로터와 그리고 스위칭 수단을 가지며, 상기 스테터와 로터 중 어느 하나는 제1 및 제2입력을 가지는 여기 와인딩을 가지며, 상기 여기 와인딩은 에너지가 가해졌을 때 상기 여기 와인딩과 결합된 짝수인 복수 개의 폴들을 자화하며, 상기 스위칭 수단은 상기 여기 와인딩의 제1 및 제2 입력에 그 출력을 연결하기 위하여 직류 전압원과 연결되며, 상기 직류 전압원은 저전압출력, 고전압 출력 및 상기 고전압출력과 저전압출력의 전위차의 중간전위를 가지는 중간전압출력을 제공하며, 여기서 상기 중간전압출력은 상기 여기 와인딩의 제1입력에 계속하여 연결되고 상기 제2입력은 상기 고전압출력과 상기 저전압출력과의 연결 사이에서 상기 스위칭 수단에 의하여 사이클을 가지고 구동되도록 스위치 되는 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기에 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 사이클 구동의 사이클은 상기 제2입력이 상기 저전압 또는 고전압 출력으로부터 끊어졌을 때 시간의 구획을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 여기 와인딩은 대항하는 자극성을 가지는 상기 여기 와인딩과 결합된 인접 폴들에 에너지를 가하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 저전압출력과 중간전압출력의 전압차는 상기 중간전압출력과 상기 고전압출력의 전압차와 실질적으로 같은 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 여기 와인딩을 구성하지 않는 상기 스테터와 로터의 다른 부분은 짝수개인 복수 개의 폴들로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 제2입력은, 상기 로터의 폴이 상기 스테터의 폴에 대하여 대항하는 관계로 위치되었을 때, 상기 고전압출력 또는 저전압출력에 스위치 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 제2입력은 천이전류를 최소화하기 위하여 선택되는 미리 결정된 순간과 실질적인 순간에 끊음 상태에 스위치 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 제2입력은 상기 사이클 주기의 상당부분동안 상기 직류전압원으로부터 끊어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 스위칭 수단의 스위칭은 로터의 회전과 동기되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 스위칭 수단은 상기 로터의 회전위치에 따라서 상기 스위칭 수단의 스위칭을 일으키는 센싱수단을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 센싱수단은 광전자 센서이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 로터의 회전위치에 대한 기준을 제공하기 위하여 타이밍 휠이 상기 센싱 수단에 결합되어 있다.

본 발명의 다른 측면에서, 본 발명은 스테터와 로터와 그리고 스위칭 수단을 포함하며, 상기 스테터는 복수 개의 자기 폴들을 가지는 스테터 폴 세트를 가지고 상기 로터는 복수 개의 자기 폴들을 가지는 로터 폴 세트를 가지고, 상기 스테터 세트 및 상기 로터 세트 중 어느 하나의 세트는 자기장을 제공하고 다른 세트는 상기 다른 세트의 개개의 폴과 결합하는 여기 코일을 포함하여 이루어지며, 상기 코일은 상기 제1입력 및 제2입력을 통하여 직류 전압원에 의하여 여기 되어져 각각의 폴들에 대하여 자기장을 유도하고, 상기 코일은 인접 폴들의 상기 자기장이 대항하는 극성으로 자화되도록 하고, 상기 직류전압원으로의 연결은 상기 스위칭 수단에 의하여 제어되어 이에 따라서 상기 스테터에 대한 상기 로터의 회전에 의하여 상기 일 세트의 자기장은 다른 세트의 폴들에 대하여 상대적으로 움직이며, 상기 직류 전압원은 저전압출력, 고전압 출력 및 상기 고전압출력과 저전압출력의 전위차의 중간전위를 가지는 중간전압출력을 가지며, 상기 중간전압출력은 상기 코일의 제1입력에 계속하여 연결되고 상기 제2입력은 상기 고전압출력과 상기 저전압출력 사이에서 상기 스위칭 수단에 의하여 사이클을 가지고 스위치 되는 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기에 있다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 스테터와, 로터와 그리고 스위칭 수단을 가지며, 상기 스테터와 로터 중 어느 하나는 제1입력 및 제2입력을 가지는 여기 와인딩을 포함하여 이루어지며, 상기 여기 와인딩은 에너지가 가해졌을 때 상기 여기 와인딩과 결합된 짝수인 복수 개의 폴들을 자화하며, 대항하는 자극성을 가지는 상기 인접하는 결합 폴들에 에너지를 가하며, 상기 스테터와 로터 중 다른 하나는 제2의 짝수인 복수 개의 폴들을 가지며, 상기 스위칭 수단은 그 출력을 상기 여기 와인딩의 제1 및 제 2입력과 사이클을 이루며 스위치되도록 직류전압원과 결합되며, 상기 스위칭 수단은 상기 로터의 폴이 상기 스테터의 폴과 대항하는 관계로 위치되었을 때 상기 여기 와인딩을 에너지를 공급받은 상태로 스위칭 하는 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기에 있다.

본 발명의 실시예에 따를 경우, 상기 전기기기는 전기 모터이다.

본 발명의 실시예에 따를 경우, 상기 여기 와인딩은 상기 스테터에 결합된다.

본 발명의 실시예에 따를 경우, 상기 로터는 영구자석으로 이루어진다.

본 발명의 실시예에 따를 경우, 상기 전기기기는 발전기이다.

이제 본 발명은 실시예를 참고로 더욱 상세히 이해될 것이다.

본 발명은 첨부된 도면을 참고로 설명되며;

도 1은 첫 번째 실시예에 따른 스위치 직류 전기모터의 스테터와 로터와 스위칭 수단의 배면 등각투상도;

도 2는 도 1에서 보인 스위치 직류 전기모터의 스테터, 로터 및 스위칭 수단의 정면 등각투상도;

도 3은 제1위치에 있는 도 1의 스위치 직류 전기모터의 로터의 등각투상도;

도 4는 상기 제1위치에 있는 도 3의 로터의 정면도;

도 5는 제1위치에 놓인 타이밍 휠을 보이는 도 1의 스위치 직류 전기모터의 정면도;

도 6은 제2위치에 놓인 타이밍 휠을 보이는 도 1의 스위치 직류 전기모터의 정면도;

도 7은 제3위치에 놓인 타이밍 휠을 보이는 도 1의 스위치 직류 전기모터의 정면도;

도 8은 제4위치에 놓인 타이밍 휠을 보이는 도 1의 스위치 직류 전기모터의 정면도;

도 9는 도 1의 스위치 직류 전기모터의 스테터 조립체의 사시도;

도 10은 도 1의 스위치 직류 전기모터의 스테터 조립체의 정면도;

도 11은 실시예의 회로도; 그리고

도 12는 실시예의 스테터 와인딩의 스위칭 수단을 통한 제2입력의 직류 전압원에 대한 연결의 타이밍도.

본 발명에 따른 실시예는 스위칭 수단에 의하여 제어되는 전기모터의 형태의 회전기기를 포함하여 이루어진다. 이러한 실시예는 도 1에서 12를 참고로 설명된 다.

도면에서 보이듯이, 실시예에 따른 전기모터(100)는 스테터 조립체(stator assembly)(3)와, 브러쉬 조립체(brush assembly)(8)와, 샤프트(1)를 가지는데, 상기 샤프트(1)는 로터 조립체(rotor assembly)(2)와 슬립 링(slip ring)(6a)(6b)과 타이밍 휠(timing wheel)(9)과 스위칭 장치(switching device)(18a)(18b)를 지지한다.

상기 스테터 조립체(3)는 스테터 폴(stator pole)(4a)(4b)(4c)(4d)(4e)(4f)(4g)(4h)(4i)(4j)(4k)(4l)들의 세트를 가지며, 또한 스테터 코일(5a)(5b)(5c)(5d)(5e)(5f)(5g)(5h)(5i)(5j)(5k)(5l)을 가진다. 상기 스테터 코일(5a)(5c)(5e)(5g)(5i)(5k)은 시계방향으로 전류를 여기하도록 감겨 있으며, 스테터 코일(5b)(5d)(5f)(5h)(5j)(5l)은 반시계방향으로 전류를 여기하도록 감겨 있어 인접하는 폴들은 대립하는 자극성(magnetic polarity)을 가진다. 상기 스테터 코일들은 스테이터 여기 와인딩(stator excitation winding)(5)을 제공하기 위하여 상호 간에 병렬로 또는 직렬로 회로로 연결되어 있을 수 있으며 이들 모든 스테터 코일에 에너지를 주기 위해서는 두 개의 와이어의 입력(input)이 필요하다.

상기 로터 조립체(2)는 고정된 자기 폴들(fixed magnetic poles)의 제1세트(16a)(16b)(16c)(16d)(16e)(16f)와 그리고 대립되는 극성의 고정된 자기 폴들(fixed magnetic poles)의 제2세트(17a)(17b)(17c)(17d)(17e)(17f)를 가지며 이들은 적절한 로터 와인딩(rotor winding)(4)에 의하여 에너지를 공급받아 자기장을 형성한다. 상기 타이밍 휠(9)에는 복수 개의 타이밍 태그(timing tag)(10a)(10b)(10c)(10d)(10e)(10f)가 제공되어 상기 로터 극성의 대응 짝의 숫자를 맞춘다. 상기 타이밍 휠은 상기 샤프트에 대하여 회전가능한 샤프트에 고정된다.

상기 브러쉬 조립체(8)는 상기 슬립 링에 힘을 미치도록 적용되는 한 쌍의 브러쉬(미도시)를 가지며 적절한 로터 전력공급원(21)으로부터 상기 로터 코일로 전류를 전달한다. 본 실시예에서, 상기 로터 전력공급원(21)은 DC 전류를 공급하며, 구동상 자화전류의 강도에 따라 자화의 강도를 조정하는 것은 가능하지만 자화(magnetization)는 일정한 극성을 유지한다. 상기 브러쉬 조립체(8)와 광전자 센서(photo electric sensor)(11a)(11b)는 모터하우징(미도시)에 의하여 지지되거나 또는 다른 경우 스테터 조립체에 의하여 지지된다.

상기 스위칭 수단은 상기 광전자 센서(photo electric sensor)(11a)(11b)를 가지며, 이는 상기 타이밍 휠(9)과 연동되도록 장착되며 전자 스위칭 장치(electronic switching device)(18a)(18b)와 연결가능하여 미리 예정된 방식으로 스위칭 장치(18a)(18b)를 트리거(trigger) 할 수 있다. 상기 광전자 센서(photo electric sensor)(11a)(11b)는 상기 타이밍 휠(9)의 타이밍 태그들과 연동되도록 위치된다. 상기 광전자 센서(photo electric sensor)(11a)(11b)는 적절한 전력공급원으로부터 에너지를 공급받는다. 상기 타이밍 휠이, 도 5에서 보이는 것과 같은 위치로, 회전하면, 상기 광전자 센서(11a)로부터의 빛이 타이밍 휠 태그(10a)로 부터 11a로 반사되어, 광전자 센서(11a)의 내부 회로를 닫고 전자스위치 세트(18a)로 신호를 보낸다. 상기 타이밍 휠이 도 6에서 보이는 것과 같은 위치로 회전하면 광 전자 센서(11a)로부터의 빛은 더 이상 타이밍 휠 태그(10a)로부터 11a로 반사되지 않고, 광전자 센서(11a)의 내부회로는 열리고 전자스위치 세트(18a)로의 신호를 마친다. 마찬가지로, 상기 타이밍 휠이 도 7에서 보이는 것과 같은 위치로 회전하면 , 광전자 센서(11b)로부터의 빛은 타이밍 휠 태그(10a)로부터 11b로 반사되고, 광전자센서(11b)의 내부회로를 닫고 전자 스위치 세트(18b)로 신호를 보낸다. 상기 타이밍 휠이 도 8에서 보이는 것과 같은 위치로 회전하면 광전자 센서(11b)로부터의 빛은 더 이상 타이밍 휠 태그(10a)로부터 11b로 반사되지 않고, 광전자 센서(11b)의 내부회로는 열리고 전자스위치 세트(18b)로의 신호를 마친다.

도 11에서 보이는 것과 같이, 상기 전기모터(100)의 스테터 여기 와인딩(5)은 광전자 센서(11a)(11b)에 의하여 트리거(trigger) 되는 고속 전자 스위칭 장치(18a)(18b)에 의하여 스위치 되는 출력(output)을 가지는 DC 전력원(19)과 연결되고 있다. 본 실시예는 세개의 전압레벨을 가지는 전력원을 필요로 하며, 이에 따라서, 중간전압은 상기 여기 와인딩(5)의 제1연결부에 계속하여 접속된다. 상기 DC 전력원(19)은 +V, 0V,-V를 각각 제공하는 3선 공급을 제공하며, 이 경우 0V에서 +V사이의 출력전압은 -V에서 0V사이의 것과 실질적으로 같다. 사용에서, 상기 0V 선은 상기 스테터 코일의 두 개의 입력의 제1접속부와 계속하여 연결된다. 상기 스테터 코일에 대한 두 개의 선의 입력의 제2연결부는, 아래에서 후술하는 바와 같이, 출력 +V, 비연결, -V, 비연결과 +V의 사이를 순환적으로 상기 스위칭 장치(18a)(18b)에 의하여 사용시에 스위치 된다. 따라서 상기 제2입력은 고전압 또는 저전압으로부터 연결이 끊겼을 때 각각의 전압펄스들의 사이에서 상대적으로 실질 적인 주기를 가지는 것이 보인다.

이와 같은 전압원은 여러 방식에 의하여 제공될 수 있는데, 예를 들어, 중간전압을 제공하는 중간 셀(cell)로부터 분리된 셀 축전지(a battery of cell)가 제공될 수 있다.

스위치 세트(18a)는 전력원(19)으로부터 직류 전류를 전달하기 위하여 스테터 코일들을 통하여, (5a-5l)의 순방향으로, 연결된 것이 보일 것이다. 반면에 스위치 세트(18b)는 전력원(19)으로부터 직류 전류를 전달하기 위하여 스테터 코일들을 통하여, (5a-5l)의 역방향으로, 연결된 것이 보일 것이다.

전력원(19)으로부터의 직류전류는 상기 광전자 센서(11a)(11b)를 통한 적절한 회로에 의하여 공급되고, 그리고 다음 (적절한 타이밍에) 이들을 키고 끄며 상기 스테이터 코일들(5a-5l)에 전력을 공급하는 상기 전자 스위치 세트(18a) 또는 (18b)로 공급될 수 있다. 본 실시예에서는, 상기 스테터 조립체는 12개의 스테터 폴들 (4a- 4l)이 제공되며 또한 상기 로터 조립체는 12개의 로터 폴들 (16a - 16l)와 (17a-17f)이 제공된다. 구동시, 상기 샤프트(1)와 로터 조립체(2) 각각의 회전에 대하여 상기 스테터 코일들 (5a-5l)에 의하여 6번의 사이클이 행하여진다. 각각의 사이클은 4개의 부분으로 구성되며 이들은:

(a) 전력공급원(19)로부터의 직류는 스위치 세트(18a)를 통하여 순방향으로 스테터 코일들 (5a - 5l)로 공급되며, 스테터 폴들 (4a - 4l)을 자화(磁化)한다. (도 5)

(b) 전력공급원(19)으로부터 스위치 세트(18a)를 통하여 스테터 코일들 (5a - 5l)로 공급된 직류는 끊기며, 스테터 폴들 (4a - 4l)의 자화를 쇠퇴하도록 한다. (도 6)

(c) 전력공급원(19)로부터의 직류는 스위치 세트(18b)를 통하여 역방향으로 스테터 코일들 (5a - 5l)로 공급되며, 스테터 폴들 (4a - 4l)을 극성의 반대방향에서 자화(磁化)한다. (도 7)

(d) 전력공급원(19)으로부터 스위치 세트(18b)를 통하여 스테터 코일들 (5a - 5l)로 공급된 직류는 끊기며, 스테터 폴들 (4a - 4l)의 자화를 쇠퇴하도록 한다. (도 8)

DC 전압원(19)으로의 제2입력을 스위치 하기 위하여 상기 광전자 센서(11a)(11b)에 의하여 고체 스위치(18a)(18b)로 보내진 스위칭 신호의 사이클은 도 12의 그래프에서 보인다.

한 개의 사이클 동안, 스테터 코일들 (5a - 5l)을 가로지른 전압은 0V에서 +V로 오르며, 거의 동시에 미리 정해진 주기 동안 +V를 유지하며, 이때, 상기 스위칭 수단은 상기 제2입력을 끊고, 다음 전압은 실질적으로 0V로 떨어지며, 이후 순간적으로 -0V에 스위치 되고, 제2의 미리 정해진 주기 동안 -V를 유지하는데, 상기 제2의 미리 정해진 주기는 상기 제1의 미리 정해진 주기와 실질적으로 동일한 시간이며, 이때 상기 스위칭 수단은 다시 상기 제2입력을 끊고 전압은 실질적으로 0V로오르게 된다.

고전압 또는 저전압으로의 스위칭은 로터의 폴들이 스테터의 대응 폴들에 직접적으로 반대되는 관계에 놓였을 때 가능한 한 근접하여 일어나야 한다. 이것은 전자 전류가 스위칭이 최소화되었을 때 즉시 상기 여기 와인딩(5)에서 흐르게 하기 위하여 필요하다. 테스트는 스위칭이 발생하도록 하는 정확도와 속도에 의하여 장치의 효율이 영향을 받는 것을 보인다.

고전압 또는 저전압으로부터의 제2접속부의 끊음은 상기 사이클 주기 동안 에 최대한 정밀한 순간에 근접하여 발생하여야 한다. 이 순간은 모터의 특징으로 보이며 이를 결정하는 파라미터와 이류는 현재까지 완전히 이해되지는 못하고 있다. 하지만, 이 최적의 순간으로부터 스위칭의 벗어남은 심각한 전류천이(current transients)를 발생시켜, 어떤 경우, 스위칭 장치의 파괴를 일으킬 수도 있다. 테스트에서, 본 실시예에 따른 모터는 고전압 또는 저전압으로의 펄스연결 사이의 사이클 주기의 30%정도를 끊어져 있을 것이 요구되었다.

본 실시예에 따른 스위치 직류 전기모터는 구동은 도 5에서 8을 참고로 더욱 잘 이해될 것이다. 구동시, 상기 로터 코일들은 에너지를 공급받아 로터 폴들 (16a - 16f)은 북쪽으로 에너지를 받고 반면에 로터 폴들 (17a - 17f)는 남쪽으로 에너지를 받는다. (도 4) 이러한 극성은 구동중에 역행되지 않는다.

위치 A에서 (도 5), 이들 코일이 에너지를 받은 스테터 폴들(4a - 4l)은 로터 폴들(16a - 16f)과 (17a - 17f)에 대항하고 로터(2)를 시계방향으로 운동하도록 유도한다. 로터 2가 위치 B에 이르면(도 6) 광전자 센서(11a)로부터의 전류는 꺼지고, 전자 스위치 세트(18a)와 스테터 코일들(5a - 5l)로의 회로는 열려 직류전력원(19)으로부터 이들을 통한 전류의 흐름은 멈춘다. 역기전력(back emf)이 다음 계속하여 그 전압이 0V로 떨어질 때까지 스테터 코일들(5a - 5l)로 에너지를 공급한 다. 로터 폴들(17a - 17f),(16a - 16f)는 그동안 스테터 폴들(4a - 4l)에 끌려 로터(2)가 시계방향으로 위치B(도 6)와 위치C(도 7)사이에서 계속하여 운동하도록 유도한다.

상기 로터(2)와 타이밍 휠 탭(10a)이 위치C(도 7)에 이르면, 타이밍 광전자 센서(11b)는 켜진다. 직류전력원(19)으로부터의 전류는 전자 스위치 세트(18b)로 흐르며 그 내부 회로를 닫아 직류전력원(19)으로부터의 전류가 상기 스테터 코일들 (5a - 5l)을 통하여 역방향으로 흘러 -V로 충전하고 상기 스테터 폴들 (4a - 4l)내에서 극성을 역방향 순으로 유도한다. 로터 폴들 (17a - 17f) (16a - 16f)은 이제 스테터들 (4a - 4l)에 의하여 대항을 받고, 대항하는 스테터 폴들 (4a - 4l)로부터 멀어지며 계속하여 시계방향으로 운동한다.

로터(2)가 위치D(도 8)에 이르면 광전자센서(11a)로부터의 전류는 꺼지고, 전자 스위치 세트(18b) 및 스테터 코일들 (5a- 5l)로의 회로는 열려 직류전력원(19)으로부터 이들을 통한 전류의 흐름은 멈춘다. 역기전력(back emf)이 다음 계속하여 그 전압이 0V로 오를 때까지 스테터 코일들(5a - 5l)로 에너지를 공급한다. 로터 폴들(16a - 16f), (17a - 17f)은 그동안 스테터 폴들(4a - 4l)에 끌려 로터(2)가 시계방향으로 위치D(도 8)와 위치E(도 9)사이에서 계속하여 운동하도록 유도하며, 여기서 사이클은 반복된다.

전술된 로터 전력 공급은 상기 스테터 와인딩으로 전력을 공급하기 위하여 사용된 상기 직류 전력원(19)과 독립적이며, 도 11에서 보인 바와 같이 또는 대안으로 전력은 상기 직류 전력원(19)로부터 끌어와 로터를 여기할 수 있다는 것은 주 목되어야 한다.

또한 본 실시예는 스테터 상에서와 같이 로터 상에 동일한 수의 폴들을 가진다는 것도 주목되어야 한다. 개개 상의 실제 수는 기술된 실시예에서 사용된 숫자마다 다르지만 북쪽과 남쪽의 자화된 폴들을 동일한 수로 제공하기 위하여 반드시 짝수여야 한다. 선택된 폴들의 수는 특정 설계의 구동특성에 기여하는 요인 중의 하나임은 이해될 것이다. 본 실시예의 로터는 스테터 상의 수와 다르게 폴의 수를 가질수 있으며, 다만 이러한 경우 복잡성을 초래할 수 있다고 믿어진다.

본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 실시예의 설계는 본 발명의 필수적인 특징을 가지면서 여러 방식으로 채택되어 질 수 있음을 인지할 것이다. 예를 들어, 스테터와 로터 상의 폴의 짝들의 개수는 실시예에 따라 변할 수 있다. 또한 여기코일을 가지는 로터는 영구자석으로 대치될 수 있다. 이러한 경우, 로터에 대한 슬립 링들의 필요성은 없어질 것이다. 전술한 광전자 센서와 타이밍 휠 배치를 대신하여 다른 여러 대안인 스위칭 수단이 가능하다. 예를 들어, 자기 또는 홀 이펙트(HALL-EFFECT) 센서는 광전자센서를 대체할 수 있을 것이다. 좀더 기본적으로, 스위치된 직류 전력원은 기기의 작동에 관한 기본적인 이론의 변화없이 스테터 대신에 로터에 작용 될 수 있을 것이다. 마찬가지로, 기본적인 수준에서, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 모터를 만들기 위하여 사용되는 이론은 역으로 전기 발전기를 만들기 위하여 적용될 수 있음을 알 것이고, 따라서, 기술된 실시예는 즉각적으로 발전기에 대하여 적용될 수 있다. 또한 모든 변형예들은 본 발명의 범위내에 있음이 이해될 것이다.

실시예에 따른 전기 모터의 테스트는 그 모터가 높은 구동계수를 가짐을 보였다. 또한 종래 모터와는 달리 좀더 냉각된 상태에서 구동됨이 발견되었다.

명세서 전체를 통하여, 문맥상 다르게 해석되지 않으면, "포함한다." 또는 "포함하는" 등의 문구는 진술된 요소 또는 요소들의 그룹을 가지면서 다른 요소 또는 요소들의 그룹을 배제하지 않는 것임이 이해될 것이다.

Claims

스테터와, 로터와 그리고 스위칭 수단을 가지며, 상기 스테터와 로터 중 어느 하나는 제1 및 제2입력을 가지는 여기 와인딩을 가지며, 상기 여기 와인딩은 에너지가 가해졌을 때 상기 여기 와인딩과 결합된 짝수인 복수 개의 폴들을 자화하며, 상기 스위칭 수단은 직류 전압원과 연결되며, 상기 직류 전압원은 저전압출력, 고전압 출력 및 상기 고전압출력과 저전압출력의 전위차의 중간전위를 가지는 중간전압출력을 제공하며, 여기서 상기 중간전압출력은 상기 제1입력에 계속하여 연결되고 상기 제2입력은 상기 고전압출력과 상기 저전압출력과의 연결 사이에서 상기 스위칭 수단에 의하여 사이클을 가지고 구동되도록 스위치 되고 또한 상기 사이클 구동의 사이클은 상기 제2입력이 상기 저전압 또는 고전압 출력으로부터 끊어졌을 때 상기 고전압출력 또는 상기 저전압출력과의 연결 사이의 주기를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.
제1항에 있어서,

상기 주기는 상기 고전압출력 또는 상기 저전압출력과의 연결 사이의 사이클 주기의 30%인 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 여기 와인딩은 대항하는 자극성을 가지는 상기 여기 와인딩과 결합된 인접 폴들에 에너지를 가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 저전압출력과 중간전압출력의 전압차는 상기 중간전압출력과 상기 고전압출력의 전압차와 같은 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 여기 와인딩을 구성하지 않는 상기 스테터와 로터의 다른 부분은 짝수개인 복수 개의 폴들로 구성되는 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 스위칭 수단의 스위칭은 로터의 회전과 동기되는 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.
제6항에 있어서,

상기 스위칭 수단은 상기 로터의 회전위치에 따라서 상기 스위칭 수단의 스위칭을 일으키는 센싱수단을 가지는 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.
제7항에 있어서,

상기 센싱수단은 광전자 센서인 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.
제7항에 있어서,

상기 로터의 회전위치에 대한 기준을 제공하기 위하여 타이밍 휠이 상기 센싱 수단에 결합되는 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.
제6항에 있어서,

상기 제2입력은, 상기 로터의 폴이 상기 스테터의 폴에 대하여 대항하는 관계로 위치되었을 때, 상기 고전압출력 또는 저전압출력에 스위치 되는 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.
제6항에 있어서,

상기 제2입력은 천이전류를 최소화하기 위하여 선택되는 미리 결정된 순간에 끊음 상태에 스위치 되는 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.
제11항에 있어서,

상기 제2입력은 상기 고전압출력 또는 상기 저전압출력과의 연결 사이의 사이클 주기 부분 동안 상기 직류전압원으로부터 끊어지는 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.
스테터와 로터와 그리고 스위칭 수단을 포함하며, 상기 스테터는 복수 개의 자기 폴들을 가지는 스테터 폴 세트를 가지고 상기 로터는 복수 개의 자기 폴들을 가지는 로터 폴 세트를 가지고, 상기 스테터 세트 및 상기 로터 세트 중 어느 하나의 세트는 자기장을 제공하고 다른 세트는 상기 다른 세트의 개개의 폴과 결합하는 여기 코일을 포함하여 이루어지며, 상기 코일은 제1입력 및 제2입력을 통하여 직류 전압원에 의하여 여기 되어져 각각의 폴들에 대하여 자기장을 유도하고, 상기 코일은 인접 폴들의 상기 자기장이 대항하는 극성으로 자화되도록 하고, 상기 직류전압원으로의 연결은 상기 스위칭 수단에 의하여 제어되어 이에 따라서 상기 스테터에 대한 상기 로터의 회전에 의하여 상기 일 세트의 자기장은 다른 세트의 폴들에 대하여 상대적으로 움직이며, 상기 직류 전압원은 저전압출력, 고전압 출력 및 상기 고전압출력과 저전압출력의 전위차의 중간전위를 가지는 중간전압출력을 가지며, 상기 중간전압출력은 상기 제1입력에 계속하여 연결되고 상기 제2입력은 상기 고전압출력과 상기 저전압출력 사이에서 상기 스위칭 수단에 의하여 사이클을 가지고 스위치 되며, 여기서 상기 사이클 구동의 사이클은 상기 제2입력이 상기 저전압 또는 고전압 출력으로부터 끊어졌을 때 상기 고전압출력 또는 상기 저전압출력과의 연결 사이의 주기를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.
스테터와, 로터와 그리고 스위칭 수단을 가지며, 상기 스테터와 로터 중 어느 하나는 제1입력 및 제2입력을 가지는 여기 와인딩을 포함하여 이루어지며, 상기 여기 와인딩은 에너지가 가해졌을 때 상기 여기 와인딩과 결합된 짝수인 복수 개의 폴들을 자화하며, 대항하는 자극성을 가지는 상기 인접하는 결합 폴들에 에너지를 가하며, 상기 스테터와 로터 중 다른 하나는 제2의 짝수인 복수 개의 폴들을 가지며, 상기 스위칭 수단은 저전압출력, 고전압 출력 및 상기 고전압출력과 저전압출력의 전위차의 중간전위를 가지는 중간전압출력을 가지는 직류전압원과 결합되며, 여기서 상기 중간전압출력은 상기 여기 와인딩의 제1입력에 계속하여 연결되고 상기 제2입력은 상기 고전압출력과 상기 저전압출력과의 연결 사이에서 상기 스위칭 수단에 의하여 사이클을 가지고 구동되도록 스위치 되고, 상기 스위칭 수단은 상기 로터의 폴이 상기 스테터의 폴과 대항하는 관계로 위치되었을 때 상기 여기 와인딩을 에너지를 공급받은 상태로 스위칭하며 상기 사이클 구동의 사이클은 상기 제2입력이 상기 직류전압원으로부터 끊어진 상태에 스위치 되었을 때 상기 고전압출력 또는 상기 저전압출력과의 연결 사이의 주기를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.
제14항에 있어서,

상기 주기는 상기 고전압출력 또는 상기 저전압출력과의 연결 사이의 사이클 주기의 30%인 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.
제13항 또는 제14항에 있어서,

상기 제2입력은 천이전류를 최소화하기 위하여 선택된 미리 결정된 순간에 상기 끊어진 상태에 스위치 되는 것을 특징으로 하는 스위치 직류회전전기기기.
제16항에 있어서,

상기 스위칭 수단의 스위칭은 상기 로터의 회전에 동기되는 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.
제17항에 있어서,

상기 스위칭 수단은 상기 스위칭 수단을 로터의 회전위치에 따라 스위칭하도록 하는 센싱 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.
제18항에 있어서,

상기 센싱수단은 광전자 센서인 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.
제18항에 있어서,

상기 로터의 회전위치에 대한 기준을 제공하기 위하여 타이밍 휠이 상기 센싱 수단에 결합 되는 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.
제19항에 있어서,

상기 로터의 회전위치에 대한 기준을 제공하기 위하여 타이밍 휠이 상기 센싱 수단에 결합되는 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 전기기기는 전기 모터인 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 전기기기는 발전기인 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 여기 와인딩은 상기 스테터에 결합 되는 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.
제24항에 있어서,

상기 로터는 슬립 링을 통하여 직류 전원공급으로부터 에너지를 받는 와인딩을 가지는 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.
제24항에 있어서,

상기 로터는 영구자석으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스위치 직류 회전전기기기.