KR102713323B1 - 전력변환장치용 계자 유니트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력변환장치에 적합하게 채용할 수 있는 계자 유니트에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전력변환장치용 계자 유니트(1)는 중앙 부분에 중공부(11)가 구비되는 원통 형상으로 구성되는 하우징을 구비하고, 상기 하우징은 자화될 수 있는 재질로 구성됨과 더불어 중앙 부분이 중공되는 몸체(10)와, 상기 몸체의 상측 및 하측에 각각 설치됨과 더불어 중앙 부분이 중공되고, 자화될 수 있는 재질로 구성되는 제1 및 제 덮개(20, 30)를 포함하며, 상기 몸체(10)는 상부 및 하부에 각각 제1 및 제2 안착홈(12, 13)이 구비되고, 상기 제1 및 제2 안착홈(12, 13)에는 각각 제1 및 제2 코일 부재(40, 50)가 설치되며, 상기 제1 및 제2 코일 부재(40, 50)는 각각 절연물질이 코팅된 도선이 권취됨과 더불어 도선에 계자 전류를 공급하기 위한 제1 및 제2 단자쌍(41a, 41b)(51a, 51b)을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

전력변환장치용 계자 유니트{FIELD MAGNET UNIT FOR POWER CONVERTING APPARATUS}

본 발명은 전력변환장치에 적합하게 채용할 수 있는 계자 유니트에 관한 것이다.

전력변환장치는 직류를 다른 전력의 직류 또는 교류로 변환하거나, 교류를 다른 전력의 교류 또는 직류로 변환하는 장치를 말한다. 전력변환장치는 변압기 등을 포함하는 송배전 설비와 각종 전기 및 전자 기기를 위한 전력공급장치에 폭넓게 사용된다. 전력변환장치는 대부분 전력변환을 위해 트랜스포머(transformer) 등의 자성 디바이스를 구비한다. 이들 자성 디바이스는 예컨대 페라이트로 구성됨과 더불어 코일이 권취되는 보빈을 구비하고, 1차측 코일과 2차측 코일 사이의 권선비를 이용하여 전력변환을 실행하게 된다. 일부 적용분야에 있어서 1차측 코일, 즉 자기장을 생성하는 코일을 계자 또는 계자 유니트라 칭하고, 계자에 의해 생성된 자기장에 상응하여 유도 전류를 생성하는 2차측 코일을 전기자 또는 전기자 유니트라 칭하기도 한다.

도 1은 전력변환장치의 하나의 구성 예로서, 계자(1: 1-1, 1-2)와 전기자(2)를 적층하여 구성한 전력변환장치(100)의 일례를 개략적으로 나타낸 구성도이다. 이러한 구조를 갖는 전력변환장치(100)에 대해서는 대한민국 등록특허 제10-2332747호(명칭: 비회전식 직류 발전기), 공개특허 제10-2021-0140835호(명칭: 비회전식 교류 발전장치), 공개특허 제10-2021-0141811호(명칭: 전력변환장치) 등에 개시되어 있다. 전력변환장치(100)에서 계자(1)와 전기자(2)는 도전성 선로가 권취된 코일 부재를 구비한다.

상기 전력변환장치(100)는 직류-직류, 직류-교류, 교류-직류, 교류-교류 등 다양한 형태의 것이 존재하고, 그에 따라 전력변환장치(100)는 다양한 형태로 구성된다. 또한, 전력변환장치(100)의 형태에 따라 계자(1)는 다양한 방식으로 구동된다. 계자(1)에는 직류 또는 교류가 공급되고, 계자(1)는 제1 계자(1-1)와 제2 계자(1-2)가 교번적으로 구동될 수 있다. 전력변환장치(100)는 효율적인 전력변환을 위해 그 구동 방식에 따라 보다 많은 수의 계자(1)가 요구될 수 있고, 그에 따라 전력변환장치(100)의 구조는 복잡화 된다. 통상 자기장을 생성하는 계자나 전자석은 보빈에 도선을 권취한 구성으로 이루어진다. 이러한 구조는 전력변환장치(100)의 다양한 구조 형태에 적절하게 대응하기 어렵다.

또한, 전력변환장치(100)의 효율을 향상시키기 위해서는 계자(1)에서 생성되는 자기장의 세기를 증가시킴과 더불어, 그 생성된 자기장을 전기자(2)에 효율적으로 전달할 필요가 있다. 보빈에 코일을 권취하는 형태의 계자나 전자석에 있어서는 그 구조 특성상 자기장의 세기를 향상시키는데 한계가 존재한다.

한편, 대한민국 등록특허 제10-1735860호(명칭: 전자석 및 전자기 코일 어셈블리)에는 평판형상으로 구성된 전자석에 대해 개시하고 있다. 여기에 개시된 전자석 또는 전자기 코일 어셈블리는 자화될 수 있는 재질로 구성되는 폴 피스에 환형의 홈을 형성하고, 여기에 코일 어셈블리를 장착하며, 그 상측에 전기자 플레이트를 설치한 구조로 구성된다. 이 발명은 폴 피스와 전기자를 경유하는 자속의 흐름에 의해 폴 피스와 전기자 사이에 결합력을 생성하도록 한 것으로서, 이는 동력전달을 위한 클러치 어셈블리 등 그 사용 범위에 제한이 존재한다. 또한, 이 발명은 코일 어셈블리와 폴 피스 사이의 유격에 의해 자속 손실이 발생되는 등의 불리함이 있게 된다.

본 발명은 상기한 사정을 감안해서 창출된 것으로서, 경박단소화가 가능하고, 전력변환장치의 다양한 구조 형태에에 적합하게 적용하여 사용할 수 있는 전력변환장치용 계자 유니트를 제공함에 기술적 목적이 있다.

또한, 본 발명은 자기장의 세기를 제고하고, 전력변환장치의 효율을 향상시킬 수 있는 계자 유니트를 제공함에 또 다른 기술적 목적이 있다.

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 전력변환장치용 계자 유니트는 계자 유니트와 전기자를 구비하는 전력변환장치에서 자기장을 생성하는 계자 유니트에 있어서, 중앙 부분에 중공부가 구비되는 원통 형상으로 구성되는 하우징을 구비하고, 상기 하우징은 자화될 수 있는 재질로 구성됨과 더불어 중앙 부분이 중공되는 몸체와, 상기 몸체의 상측 및 하측에 각각 설치됨과 더불어 중앙 부분이 중공되고, 자화될 수 있는 재질로 구성되는 제1 및 제2 덮개를 포함하며, 상기 몸체는 상부 및 하부에 각각 제1 및 제2 안착홈이 구비되고, 상기 제1 및 제2 안착홈에는 각각 제1 및 제2 코일 부재가 설치되며, 상기 제1 및 제2 코일 부재는 각각 절연물질이 코팅된 도선이 권취됨과 더불어 도선에 계자 전류를 공급하기 위한 제1 및 제2 단자쌍을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 또는 제2 코일 부재는 상기 제1 또는 제2 안착홈에 각각 압입되어 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 및 제2 코일 부재는 교번적으로 구동되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 및 제2 코일 부재는 도선이 상호 역방향으로 권취되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 및 제2 덮개와 몸체는 절연성 수지를 통해 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하우징은 SCM 합금강으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 또는 제2 안착홈은 하측 모서리 부분이 원호 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 및 제2 단자쌍은 각각 제1 및 제2 코일 부재의 일측 외주연에 결합되는 제1 단자와 코일 부재의 타측 내주연에 결합되는 제2 단자를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 또는 제2 안착홈의 상면에는 제1 단자를 외측으로 인출하기 위한 제1 절개홈이 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 또는 제2 안착홈의 외측벽에는 제2 단자를 외측으로 인출하기 위한 인출공이 구비되고, 상기 제1 또는 제2 안착홈의 저면에는 상기 인출공와 연통되면서 제1 안내홈이 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 또는 제2 안착홈의 상면에는 제2 단자를 외측으로 인출하기 위한 제2 절개홈이 구비되고, 상기 제1 또는 제2 안착홈의 저면 및 내측면에는 상기 제2 절개홈과 연통되면서 제2 안내홈이 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 또는 제2 안착홈의 내측벽면에는 제2 단자를 상측 방향으로 안내하기 위한 제3 안내홈이 구비되고, 상기 제1 또는 제2 덮개의 하면에는 상기 제3 안내홈에 의해 상측 방향으로 인도된 제2 단자를 하우징의 외측 방향으로 안내하기 위한 제4 안내홈이 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 또는 제2 덮개의 외표면에는 절연성 필름이 추가로 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 또는 제2 코일 부재를 구성하는 도선은 단면이 정방형 또는 장방형의 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성으로 된 본 발명에 의하면, 중앙 부분에 중공부가 구비되는 원통형상의 계자 유니트가 제공된다. 계자 유니트의 하우징은 몸체와 제1 및 제 덮개를 구비하고, 제1 및 제2 덮개는 각각 몸체의 상측 및 하측에 결합된다. 하우징은 내측에 제1 및 제2 코일 부재가 구비된다. 상기 제1 및 제2 코일 부재는 필요에 따라 도선이 상호 역방향으로 권취된다. 그리고 이들 코일 부재에 계자 전류를 공급하기 위한 단자쌍이 하우징의 외측에 구비된다. 상기 단자쌍을 통해 계자 전류를 공급하는 것에 의해 계자 유니트는 다양한 방식으로 구동된다. 본 발명의 계자 유니트는 다양한 형태의 자기장을 형성할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 계자 유니트는 하나의 계자 유니트를 통해 상호 역방향의 자기장을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명은 동일한 크기의 다른 계자 유니트에 비해 보다 강한 세기의 자기장을 생성하는 것이 가능하고, 이와 같이 생성된 자기장은 인접하게 배치되는 전기자에 효율적으로 제공할 수 있게 된다. 이에 따라 본 발명의 계자 유니트를 채용하는 전력변환장치는 그 전력변환 효율이 향상된다.

첨부된 도면은 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 것이다. 따라서 실시 예의 효율적인 설명을 위해서 일부 구성이 과장되게 묘사되거나 생략될 수 있음을 이해하여야 할 것이다.
도 1은 계자(1: 1-1, 1-2)와 전기자(2)를 구비하는 전력변환장치(100)를 개략적으로 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 계자 유니트(1)의 외관 형상을 나타낸 사시도.
도 3은 도 1에 나타낸 계자 유니트(1)의 분리 사시도.
도 4는 도 3에서 몸체(10)를 하측에서 바라본 사시도.
도 5는 도 3에서 몸체(10)의 평면도와 배면도 및 선 A-A'에 따른 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 계자 유니트(1)의 제조방법을 설명하기 위한 요부 단면도.
도 7은 본 발명의 변형 예에 따른 몸체(10)의 구조를 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명의 다른 변형 예에 따른 몸체(10)와 덮개(20)의 구조를 나타낸 사시도.
도 9는 본 발명의 또 다른 변형 예에 따른 몸체(10)의 구조를 나타낸 사시도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 설명한다. 다만 이하에서 설명하는 실시 예는 본 발명의 하나의 바람직한 구현 예를 예시적으로 나타낸 것으로서, 이러한 실시 예의 예시는 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 발명은 그 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있음을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 계자 유니트(1)의 사시도이고, 도 3은 도 2에 나타낸 계자 유니트(1)의 분리 사시도이다. 도면에서 계자 유니트(1)는 원통 형상의 몸체(10)를 구비하고, 몸체(10)의 상측 및 하측에는 각각 덮개(20, 30)가 설치된다. 몸체(10)와 덮개(20, 30)는 계자 유니트(1)의 하우징을 구성하는 것이다. 몸체(10) 내부에는 제1 및 제2 코일 부재(40, 50)가 장착된다. 보다 구체적으로 제1 코일 부재(40)는 몸체(10)의 일측, 즉 도면에서 몸체(10)의 상측에 장착되고, 제2 코일 부재(50)는 몸체(10)의 타측, 즉 도면에서 몸체(10)의 하측에 장착된다. 코일 부재(40, 50)는 통상의 것과 마찬가지로 에나멜 등의 절연물질이 코팅된 도선이 권취된 구성으로 이루어진다. 또한, 바람직하게 코일 부재(40, 50)의 외측에는 코일 부재(40, 50)와 몸체(10) 사이의 보다 확실한 절연을 위해 코일 부재(40, 50)를 전체적으로 감싸면서 절연 필름이 피복될 수 있다. 제1 및 제2 코일 부재(40, 50)에는 각각 계자 전류를 공급하기 위한 단자쌍(41a, 41b)(51a, 51b)이 마련되고, 이들은 하우징(10, 20, 30) 외측으로 인출된다.

도 2 및 도 3에서, 하우징, 즉 몸체(10)와 덮개(20, 30)는 자화될 수 있는 재질로 구성된다. 바람직한 구현 예에서 하우징(10, 20, 30)의 재질로서는 SCM(Steel-Cr-No) 합금강(SCM 456)이 채용되고, 보다 바람직한 실시 예에서 하우징(10, 40)은 탄소가 45% 함유된 SCM 456을 예컨대 800℃에서 4시간 동안 열처리하여 형성한다.

하우징(10, 20, 30)은 중앙 부분에 중공부(11)가 구비된 원통 형상으로 구성된다. 도면에 구체적으로 나타내지 않았으나, 이 중공부(11)에는 필요에 따라 코어 부재가 삽입된다. 하우징(10, 20, 30)의 지름과 높이, 즉 하우징의 크기는 특정되지 않는다. 하우징의 크기는 그 사용 환경에 따라 적절하게 변경될 수 있다. 일례로서 동일한 자속 밀도를 생성하는 계자 유니트를 제조함에 있어서 하우징의 지름을 증가시키게 되면 그에 상응하여 하우징의 높이를 축소할 수 있다.

도 4는 몸체(10)를 하측에서 바라본 사시도이다. 도 3 및 도 4에서, 몸체(10)는 중앙 부분이 중공된 원통 형상으로 구성된다. 몸체(10)의 상부에는 중공부(11)를 중심으로 환형으로 제1 안착홈(12)이 마련되고, 이에 대응하여 몸체(10)의 하부에는 중공부(11)를 중심으로 환형으로 제2 안착홈(13)이 마련된다. 바람직하게 제1 안착홈(12)과 제2 안착홈(13)은 동일한 형상 및 크기로 형성된다. 물론, 제1 및 제2 안착홈(12, 13)의 각각의 크기 및 형상은 특정되지 않는다. 제1 및 제2 안착홈(12, 13)에는 각각 제1 및 제2 코일 부재(40, 50)가 설치된다. 안착홈(12, 13)의 크기는 코일 부재(40, 50)의 크기를 고려하여 적절한 크기로 설정된다. 본 발명의 바람직한 구현 예에서 코일 부재(40, 50)는 안착홈(12, 13)에 각각 압입된다. 이는 몸체(10)와 코일 부재(40, 50)를 밀착시켜 코일 부재(40, 50)에서 생성되는 자속의 손실을 최소화 하기 위한 것이다. 또한, 코일 부재(40, 50)에서 생성된 자속에 대한 적절한 보자력을 고려하여 각 안착홈(12, 13)의 외벽의 두께는 예컨대 3mm 이상으로 설정된다. 덮개(20, 30)는 중앙 부분이 중공된 판 형상으로 구성된다. 덮개(20, 30)의 두께는 상하측 방향으로의 원활한 자속 투사를 위해 예컨대 10mm 이내로 설정된다. 그리고 하우징(10, 20, 30)의 상면과 하면에는 필요에 따라 예컨대 테프론 등의 절연 필름(60, 70)이 부착된다.

도 5는 도 3에서 하우징을 구성하는 몸체(10)의 평면도와 배면도 및 선 A-A'에 따른 단면도이다. 상기한 바와 같이, 제1 및 제 코일 부재(40, 50)에는 각각 단자쌍(41a, 41b)(51a, 51b)이 구비된다. 이 단자쌍에서 일측 단자(41a, 51a)는 코일 부재(40, 50)의 상측 외주연에 배치되는데 대하여 타측 단자(41b, 51b)는 코일 부재(40, 50)의 하측 내주연에 배치된다. 이하에서는 상기 일측 단자(41a, 51a)를 외측 단자, 타측 단자(41b, 51b)를 내측 단자라 칭하기로 한다. 코일 부재(40, 50)에서 각 단자쌍(41a, 41b)(51a, 51b)의 인출 위치는 특정되지 않는다, 각 단자쌍(41a, 41b)(51a, 51b)의 인출 위치는 계자 유니트(1)의 배선 편의성을 고려하여 적절하게 설정된다.

도 2 내지 도 5에서 몸체(10)의 상면과 하면, 보다 구체적으로 제1 및 제2 안착홈(12, 13)을 구성하는 각 외벽의 상면에는 몸체(10)의 외측과 안착홈(12, 13)을 연통하면서 각각 절개홈(121, 131)이 마련된다. 이 절개홈(121, 131)은 코일 부재(40, 50)의 외측 단자(41a, 51a)를 하우징 외측으로 각각 인출하기 위한 것이다. 또한, 안착홈(12, 13)의 각 외측벽에는 코일 부재(40, 50)의 내측 단자(41b, 51b)를 외부로 인출하기 위한 인출공(122, 132)이 각각 마련되고, 안착홈(12, 13)의 저면에는 상기 인출공(122, 132)과 연통되면서 원주면측으로 안내홈(125, 135)이 각각 형성된다. 코일 부재(40, 50)의 내측 단자(41b, 51b)는 각각 안내홈(125, 135)을 통해 원주면측으로 인도된 후 인출공(122, 132)을 통해 몸체(10) 외측으로 인출된다.

도 6은 본 발명에 따른 계자 유니트(1)의 제조방법을 설명하기 위한 요부 단면도이다. 본 발명에서 계자 유니트(1)를 제조하는 경우에는 우선 통상적인 방법을 통해 몸체(10)와 덮개(20, 30)를 성형한다(도 6a). 이들의 성형은 철이나 SCM 합금강(SCM 456) 등의 자화될 수 있는 재료를 주조하거나, 원통 형상의 모재를 가공하는 방법을 통해 실행한다. 또한, 필요에 따라 몸체(10)와 덮개(20, 30)는 적절하게 열처리된다.

이어, 통상적인 방법을 통해 코일 부재(40, 50)를 형성하고, 이를 몸체(10)의 안착홈(12, 13)에 각각 배치한다(도 6b). 이때 바람직하게 코일 부재(40, 50)는 안착홈(12, 13)에 대해 대략 그 폭은 동등하면서 높이는 일정 이상 크게 형성한다. 이어, 코일 부재(40, 50)가 결합된 몸체(10)를 지지대(200)상에 배치하고, 프레스장치를 이용하여 몸체(10)의 상측을 하방향으로 일정 시간 이상 가압함으로써 코일 부재(40, 50)를 몸체(10)의 안착홈(12, 13) 내측으로 압입한다. 이에 따라 안착홈(12, 13) 내에는 코일 부재(40, 50)를 구성하는 도선이 매우 높은 밀도로 충진되게 된다.

다음, 몸체(10)와 코일 부재(40, 50)의 상측에 전체적으로 절연성 수지, 예컨대 에폭시 수지를 도포하고, 그 상측에 덮개(20, 30)를 각각 밀봉하여 설치하게 된다. 또한, 필요한 경우 덮개(20, 30)의 외표면에 절연 필름(60, 70)을 부착한다. 절연 필름(60, 70)의 부착은 덮개(20, 30)를 성형한 후 바로 실행하는 것도 것도 가능하다.

상기 실시 예에 따른 계자 유니트에 의하면, 몸체(10)의 안착홈(12, 13) 내에 도선을 압입하여 배치하게 되므로 동일한 공간에 대하여 최대한 많은 양의 도선을 배치할 수 있게 된다. 주지된 바와 같이 코일 부재(40, 50)에 의해 생성되는 자기장의 세기는 도선의 길이에 비례한다. 또한, 안착홈(12, 13)에 코일 부재(40, 50)를 압입하게 되면, 안착홈(12, 13) 내에 도선이 최대한 밀착되면서 배치되므로 몸체(10)와 도선간의 유격 공간이 제거되어 자속의 손실이 최대한 방지되게 된다. 또한, 상기한 계자 유니트(1)는 몸체(10)와 덮개(20, 30)의 재질과 두께를 적절하게 설정하여 하우징을 전체적으로 경유하는 자속의 원활한 흐름을 유도함으로써 자속의 손실을 최소화 하고 계자 유니트의 효율을 제고할 수 있게 된다.

도 7은 상기 실시 예의 변형 예를 나타낸 요부 단면도이다. 도 2 내지 도 5에 나타낸 실시 예에 있어서는 몸체(10)에 형성되는 안착홈(12, 13)의 단면 형상이 정방형 또는 장방형의 형상으로 이루어져 있다. 이에 대하여 본 예에 있어서는 몸체(10)에 형성되는 안착홈(12, 13)은 모서리 부분이 원호 형상으로 구성된다. 본 예는 코일 부재(40, 50)를 구성하는 도선의 단면이 원형인 것을 고려하여 코일 부재(40, 50)가 안착홈(12, 13)에 보다 밀착되게 배치될 수 있도록 한 것이다. 그리고 그 밖의 부분은 상술한 실시 예와 실질적으로 동일하다.

또한, 본 발명의 다른 바람직한 구현 예에서 코일 부재(40, 50)는 단면이 정방형 또는 장방형의 형상을 갖는 도선으로 구성될 수 있다. 단면이 원형인 도선으로 코일을 형성하는 경우에는 도선과 도선 사이에 일정한 유격 공간이 존재하게 된다. 이에 대하여 단면이 정방형이나 장방형인 도선을 권취하여 코일을 구성하는 경우에는 도선과 도선 사이의 유격 공간을 최소화 할 수 있게 된다. 또한 단면이 정방형 또는 장방형의 도선은 그 폭과 동일한 지름을 갖는 원형의 도선에 비해 표면적이 크게 되므로 이를 채용한 코일 부재의 전체적인 저항값은 원형 도선을 이용한 코일 부재에 비해 작게 된다. 즉, 보다 원활한 전류의 흐름을 제공할 수 있게 된다. 계자 유니트를 구성하는 경우, 코일 부재를 구성하는 도선의 길이는 코일 부재의 전체적인 저항값을 고려하여 설정된다. 도선의 길이가 일정 이상 길어지게 되면 코일 부재로부터 과도한 열이 발생되고, 코일 부재의 온도 상승은 다시 코일 부재의 저항값 상승을 초래함으로써 코일 부재의 단락이나 화재 등이 발생될 수 있다. 코일 부재의 전체적인 저항값을 낮추게 되면 코일 부재를 구성하는 도선의 길이를 증가시킬 수 있게 되고, 이는 그 코일 부재를 채용하는 계자 유니트의 전체적인 자기장의 세기를 제고할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1의 전력변환장치에 본 발명에 따른 계자 유니트를 채용하는 경우, 제1 및 제2 코일 부재(40, 50)에는 각각 계자 전류가 공급된다. 계자 전류의 공급은 다양한 방식으로 실행될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 코일 부재(40, 50)에는 직류 또는 교류가 공급될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 코일 부재(40, 50)에는 각각 별개의 계자 전류가 공급될 수 있고, 제1 및 제2 코일 부재(40, 50)는 단일의 계자 전류에 대해 직렬 또는 병렬로 결합될 수 있다. 제1 및 제2 코일 부재(40, 50)를 병렬로 결합하는 경우 코일 부재(40, 50)의 전체적인 저항값은 대폭 저하될 것이다.

또한, 제1 및 제2 코일 부재(40, 50)에 직류의 계자 전류를 공급하는 경우, 제1 및 제2 코일 부재(40, 50)에는 상호 역방향의 계자 전류가 공급될 수 있다. 물론, 이 경우 제1 및 제2 코일 부재(40, 50)에는 동일한 방향의 계자 전류가 공급되면서 제1 및 제2 코일 부재(40, 50)는 상호 역방향으로 도선이 권취될 수 있다. 이러한 적용은 직류-교류 전력변환장치에 바람직하게 채용될 수 있다. 도 1의 전력변환장치에 있어서, 일반적인 계자 유니트를 채용하여 직류-교류 전력변환장치를 구성하는 경우에는 통상 복수의 계자 유니트가 요구된다. 이는 전력변환장치의 구성을 복잡하게 한다. 또한 단일의 계자 유니트를 이용하여 직류-교류 전력변환장치를 구성하는 경우에는 계자 유니트에 공급되는 계자 전류를 교류로 변환하기 위한 구성이 요구된다, 이는 전력변환장치의 구동회로를 복잡하게 하고, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등 전류의 단속을 위한 고가의 소자에 대한 요구를 증가시킨다. 본 발명에 따른 계자 유니트(1)는 제1 및 제2 코일 부재(40, 50)에 상호 역방향의 직류를 교번적으로 공급하는 간단한 구성을 통해 직류-교류 전력변환장치를 구성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 계자 유니트(1)는 하우징에 최대한 많은 양의 선로를 배치할 수 있다. 따라서 본 발명의 계자 유니트(1)에서 생성되는 자기장의 세기는 다른 동일한 크기의 계자 유니트에 비해 더 크게 설정될 수 있다. 또한, 계자 유니트(1)는 몸체(10)내에 제1 및 제2 코일 부재(40, 50)가 밀착되면서 장착된다. 이에 따라 제1 및 제2 코일 부재(40, 50)와 하우징 사이의 자속 손실이 최소화 된다. 또한 하우징의 안착홈(12, 13)의 외벽 두께와 덮개(20, 30)의 두께를 적절하게 설정하는 것에 의해 계자 유니트(1)의 하우징에 의한 보자력을 적절하게 설정함으로써 계자 유니트(1)로부터 전기자(2)로 투사되는 자속량을 제고할 수 있게 된다. 또한, 바람직하게 전력변환장치(100)는 계자 유니트(1)의 중공부(11)를 통해 전력변환장치(100)를 전체적으로 관통하면서 코어가 배치된다. 코어의 투자율이 크고 코어와 하우징 사이의 간극이 최소화 된다면, 전기자(2)에는 계자 유니트(1)에서 생성되는 강한 자속이 쇄교하게 될 것이다. 본 발명에 따른 계자 유니트(1)는 코일 부재(40, 50)로부터 생성되는 자속을 전기자(2)에 고효율로 전달함으로써 전력변환장치(100)의 전력 변환효율을 제고할 수 있게 된다.

이상으로 본 발명에 따른 실시 예를 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되자 않고 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다. 예를 들어, 상술한 실시 예에 있어서는 하우징(10, 20, 30)에 장착되는 코일 부재(40, 50)의 내측 단자(41b, 51b)를 안착홈(12, 13)의 외측벽에 구비되는 인출공(122, 132)을 통해 각각 외측으로 인출하는 것으로 설명하였다. 그러나 코일 부재(40, 50)의 각 단자쌍(41a, 41b)(51a, 51b)의 인출 구조는 특정되지 않는다.

도 8은 본 발명의 다른 변형 예에 따른 몸체(10)의 구조를 나타낸 사시도이다. 본 예에서는 안착홈(12)의 내측벽면에 내측 단자(41b)를 상측으로 안내하기 위한 안내홈(126)이 마련되고, 덮개(20)의 하면에는 상기 안내홈(126)을 통해 상측으로 인도된 내측 단자(41b)를 하우징의 외측 방향으로 안내하기 위한 안내홈(21)이 형성된다. 이러한 구조는 안착홈(13)에 대해서도 동일하게 적용된다. 본 변형 예에서는 코일 부재(40, 50)의 단자쌍(41a, 41b)(51a, 51b)을 몸체(10)의 상부를 통해 외측으로 인출하게 된다.

도 9는 본 발명의 또 다른 변형 예에 따른 몸체(10)의 구조를 나타낸 사시도이다. 본 예에서는 안착홈(12)의 저면에 마련되는 안내홈(125)과 연통되면서 내측벽에 안내홈(127)이 마련되고, 몸체(10)의 상면에는 상기 안내홈(127)과 연통되면서 내측 단자(41b)를 외측으로 인출하기 위한 절개홈(128)이 형성된다. 그리고 이러한 구조는 안착홈(13)에 대해서도 동일하게 적용된다. 본 변형 예도 상기 변형 예와 마찬가지로 코일 부재(40, 50)의 단자쌍(41a, 41b)(51a, 51b)을 몸체(10)의 상부를 통해 외측으로 인출하게 된다.

또한, 상기 설명에서는 본 발명에 따른 계자 유니트(1)를 도 1에 나타낸 비회전식 전력변환장치에 적용하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명에 따른 계자 유니트(1)는 자기장의 생성이 요구되는 장치나 설비에 동일한 방식으로 적용될 수 있다.

1: 계자 유니트, 10: 몸체,
11: 중공부, 12, 13: 제1 및 제2 안착홈,
20, 30: 덮개, 40, 50: 제1 및 제2 코일 부재,
60, 70: 절연 필름, 41a, 41b: 단자쌍,
51a, 51b: 단자쌍, 121, 131: 절개홈,
122, 132: 인출공.

Claims (14)

1. 계자 유니트와 전기자를 구비하는 전력변환장치에서 자기장을 생성하는 계자 유니트에 있어서,
   중앙 부분에 중공부가 구비되는 원통 형상으로 구성되는 하우징을 구비하고,
   상기 하우징은 자화될 수 있는 재질로 구성됨과 더불어 중앙 부분이 중공되는 몸체와, 상기 몸체의 상측 및 하측에 각각 설치됨과 더불어 중앙 부분이 중공되고, 자화될 수 있는 재질로 구성되는 제1 및 제2 덮개를 포함하며,
   상기 몸체는 상부 및 하부에 각각 제1 및 제2 안착홈이 구비되고,
   상기 제1 및 제2 안착홈에는 각각 제1 및 제2 코일 부재가 설치되며,
   상기 제1 및 제2 코일 부재는 각각 절연물질이 코팅된 도선이 권취됨과 더불어 도선에 계자 전류를 공급하기 위한 제1 및 제2 단자쌍을 구비하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치용 계자 유니트.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 또는 제2 코일 부재는 상기 제1 또는 제2 안착홈에 각각 압입되어 설치되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치용 계자 유니트.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 코일 부재는 교번적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치용 계자 유니트.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 코일 부재는 도선이 상호 역방향으로 권취되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치용 계자 유니트.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 덮개와 몸체는 절연성 수지를 통해 결합되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치용 계자 유니트.
6. 제1항에 있어서,
   상기 하우징은 SCM 합금강으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치용 계자 유니트.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 또는 제2 안착홈은 하측 모서리 부분이 원호 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 전력변환장치용 계자 유니트.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 단자쌍은 각각 제1 및 제2 코일 부재의 일측 외주연에 결합되는 제1 단자와 코일 부재의 타측 내주연에 결합되는 제2 단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치용 계자 유니트.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 또는 제2 안착홈의 상면에는 제1 단자를 외측으로 인출하기 위한 제1 절개홈이 구비되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치용 계자 유니트.
10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 안착홈의 외측벽에는 제2 단자를 외측으로 인출하기 위한 인출공이 구비되고, 상기 제1 또는 제2 안착홈의 저면에는 상기 인출공와 연통되면서 제1 안내홈이 구비되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치용 계자 유니트.
11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 안착홈의 상면에는 제2 단자를 외측으로 인출하기 위한 제2 절개홈이 구비되고, 상기 제1 또는 제2 안착홈의 저면 및 내측면에는 상기 제2 절개홈과 연통되면서 제2 안내홈이 구비되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치용 계자 유니트.
12. 제8항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 안착홈의 내측벽면에는 제2 단자를 상측 방향으로 안내하기 위한 제3 안내홈이 구비되고, 상기 제1 또는 제2 덮개의 하면에는 상기 제3 안내홈에 의해 상측 방향으로 인도된 제2 단자를 하우징의 외측 방향으로 안내하기 위한 제4 안내홈이 구비되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치용 계자 유니트.
13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 덮개의 외표면에는 절연성 필름이 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치용 계자 유니트.
14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 코일 부재를 구성하는 도선은 단면이 정방형 또는 장방형의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 전력변환장치용 계자 유니트.

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