KR100440668B1 - 다상 스위치드 유도성 부하용 변환회로 - Google Patents

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Abstract

스위치드 릴럭턴스 모터의 상권선과 같은 유도성 부하용 변환 회로는 n-상에 대해 단지 n 개의 스위치를 사용하고 있다. 4상 머신의 경우에는, 그 상권선 중 3개가 하나의 전압원 양단의 스위치에 각각 직렬로 접속된다. 나머지 상권선은 다른 3개의 상권선에 의해 회귀된 유도성 에너지를 수용하는 또 다른 전압원 양단의 스위치에 직렬로 접속된다. 이 회귀된 에너지는 4 번째의 상권선을 여자하는데 사용된다. 또한, 발전기 변환 회로가 개시되고 있는데, 이 발전기 변환 회로에서는 4 번째 상권선의 에너지를 이용하여 다른 3개의 상권선을 여자시킨다.

Description

다상 스위치드 유도성 부하용 변환 회로{CONVERTER CIRCUIT FOR A POLYPHASE SWITCHED INDUCTANCE LOAD}
본 발명은 다상 스위치드 유도성 부하(a polyphase switched inductive load)용 변환 회로에 관한 것으로, 특히 스위치드 릴럭턴스 머신(a switched reluctance machine)에 응용 가능한 변환 회로(배타적으로 적용되는 것은 아님)에 관한 것이다.
도 1은 통상의 4상 스위치드 릴럭턴스 머신의 기본 구성 요소를 도시하고 있다. 이 머신은 고정자(stator) 상에 8 개의 돌출한 폴(poles)과 회전자(rotor) 상에 6 개의 돌출한 폴을 구비하고 있다. 이 고정자와 회전자는 모두 얇은 판(laminated)으로 되어 있다. 각 고정자의 폴은 간단한 여자 코일(exciting coil)을 지지하며, 대향 코일과 연결하여 하나의 '상권선(phase)'의 N 극 및 S 극을 형성한다. 도시의 명료성을 위해, 직류 전원으로 여자되는 오직 하나의 권선(winding)만을 도시하고 있다.
토크(torque)는 자기 회로의 구성에 따라 발생되는데, 자기 회로는 최소 릴럭턴스(reluctance)를 발생하게 하는 구성, 즉 한 쌍의 회전자 폴이 한 쌍의 여자된 고정자 폴과 일렬로 정렬되게 끌어당기는 구성을 채용함으로써, 여자 코일의 인덕턴스를 최대로 되게 한다. 연속적인 회전(양쪽 방향으로)은 적절한 순서로 상권선들을 스위칭함으로써 달성되기 때문에, 토크가 원하는 방향으로 계속해서 발생한다. 코일들에 공급되는 전류가 커질수록, 토크도 커진다.
한 쌍의 회전자 폴이 한 쌍의 고정자 폴과 완전하게 일렬로 정렬될 때, 이들 사이의 유효 공기 갭이 최소로 되고, 인덕턴스가 최대로 되어, 코일들을 연결하는플럭스 또한 소정 전류에 대해 최대가 된다. 권선 코일을 여자시키면, 자기력이 생성되는데, 이 자기력에 의해 회전자는 릴럭턴스가 최소가 되는 방향으로 당겨진다. 회전자 폴이 고정자 폴의 쌍에 접근할 때, 타이밍 및 시퀀스에 따라 각 상권선을 스위칭하면, 회전자의 연속적인 회전이 달성될 수 있다.
마찬가지로, 스위치드 릴럭턴스 머신은 회전자의 기계적인 일(work)이 권선을 통해 흐르는 전류로 변환되도록 회전자 폴이 최소 릴럭턴스 위치를 벗어날 때, 회전자가 고정자 폴을 지나도록 기계적으로 구동하고, 코일들의 스위칭을 회전자들의 타이밍에 맞추어 순서화하는 발전기와 같은 구성을 갖고 있다.
통상의 변환 회로는 직류 또는 정류된 메인 교류 전원을 수용하여, 스위칭 방법에 따라 이 전원을 부하에 인가하도록 설계된다. 스위치드 릴럭턴스 머신용 변환 회로는 1993년 6월 21일 내지 24일에 독일의 뉘른베르그(Nurnberg)에서 개최된 PCIM'93에서 J.M. Stephenson 및 R.J. Blake에 의해 발표된 'The Characteristics, Design and Applications of Switched Reluctance Motors and Drives'이란 명칭의 논문에 기재되어 있다. 이 논문은 도 1과 같이 하나의 상권선당 2개의 스위치(two-switches-per-phase)를 갖는 통상의 회로를 개시하고 있다. 이러한 종류의 변환 회로에서는, 자동차 전기 시스템에서 찾을 수 있는 바와 같이, 전원 전압이 예컨대 약 l2V로 낮으면, 2 개의 스위치 양단에서 전압이 강하한다.
에너지 변환 효율을 양호하게 유지하면서 스위치의 수를 감소시키기 위해, 'C-덤프(C-dump)'라고 부르는 회로가 개발되었다. 이것은 n+l개의 스위치를 사용하는데, 여기에서 n은 변환 회로에 의해 스위칭된 부하의 상권선의 개수이다. 도 2는C-덤프 회로의 일례를 도시하고 있다. 이 회로는 스위칭 사이클의 종단에 저장된 자기 에너지를 메인 dc 링크 이상의 전압에서 동작하는 커패시터(도 2에서 C0)로 "덤핑(dumping)"함으로써, 동작한다. 이 전압을 조절하기 위해, 다운 변환 회로를 필요로 하는데(도 2에서 L0/D0/T0), 이 변환 회로는 에너지를 상기 dc 링크로 되돌린다. C-덤프 회로가 하나의 상권선당 2개의 스위치를 필요로 하는 변환 회로에 대한 구성 요소의 수를 감소시킬지라도, 이 회로에는 아직도 모터 스위칭 기능에 영향을 주지 않지만, 전기 에너지를 전원으로 되돌리는 수단으로서 회로 동작에 필수적인 인덕터/다이오드/스위치 회로 구성이 구비되어 있다.
C-덤프 변환 회로와 다른 변환 회로 토폴로지는 IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 28, No. 5, 1992년 9/IO월호에 A. Hava, V. Blasko 및 T. A. Lipo가 발표한 'A Modified C-Dump Converter for Variable-Reluctance Machines'이란 명칭의 논문과, S. Vukosavic & V.R. Stefanovic가 IEEE Trans on Ind. Appl., Vol. 127, No.6, 1991년호, p1034-47에 발표한 'SRM Inverter Topologies: A Comparative Evaluation'이란 명칭의 논문에 기재되어 있다.
대량 생산 제품, 예컨대 세탁기에 사용하는 다상 스위치드 릴럭턴스 머신에서는, 스위칭 장치의 가격이 중요하다. 따라서, 변환 회로에 있는 구성 요소의 수를 더 절감할 수 있다면, 비용 및 공간상의 상당한 이익을 달성할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 목적은 유도성 부하의 각 상권선에 대해 한 개의 스위치만을 구비한 변환 회로를 제공하는 것이다.
도 1은 종래 기술의 스위치드 릴럭턴스 머신 및 변환 회로의 개략도.
도 2는 n상 스위치드 릴럭턴스 머신에 사용하는 통상의 C-덤프 변환 회로를 도시한 회로도.
도 3은 본 발명에 따른 변환 회로를 결합하고 있는 스위치드 릴럭턴스 드라이브 시스템의 개략적인 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 변환 회로를 도시한 회로도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예의 스위치드 릴럭턴스 발전기를 도시한 회로도.
도 6은 본 발명의 제3 실시예의 스위치드 릴럭턴스 발전기를 도시한 회로도.
도 7은 본 발명의 제4 실시예의 스위치드 릴럭턴스 모터를 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 스위치드 릴럭턴스 모터
12 : 회전자 위치 변환 회로(RPT)
18 : 변환 회로
본 발명은 첨부한 독립 청구항에 정의되어 있다. 일부 바람직한 기술적인 특징들은 종속항에서 인용된다.
본 발명의 일례에는 제1, 제2 및 제3 전기 접합부(electrical junctions)와; 상기 제1 및 제2 접합부 사이에 연결된 제1 전압원과; 상기 제1 및 제3 접합부 사이에 연결된 제2 전압원과; 도전 및 비도전 상태로 동작 가능하고, 부하의 m상권선(n>m≥1 및 m/(n-m)≥2)에 각각 직렬로 연결되는 제1 스위치 수단과; 상기 제1 스위치 수단과 이에 연결된 부하의 상권선은 상기 제1 및 제2 접합부 사이에 연결되고, 각각의 제1 스위치 수단이 열릴 때, 상기 m상권선의 각각에서 전류에 대한 재순환 회로를 형성하도록 각각 m상권선과 제2 전압원 사이에 연결된 제1 다이오드와; 도전 및 비전도 상태로 동작 가능하고 부하의 n-m 상권선 또는 각각의 상권선에 직렬로 연결되는 제2 스위치 수단과; 상기 제2 스위치 수단과 이에 접속된 부하의 상권선은 제1 및 제3 접합부 사이에 연결되고, 제2 스위치 수단 또는 각각의 제2 스위치 수단이 열릴 때, 상기 n-m상권선 또는 각각의 n-m상권선에서 전류에 대한 재순환 회로를 형성하도록 상기 n-m상권선 또는 각각의 n-m상권선과 제1 전압원 사이에 연결된 제2 다이오드를 포함하는 n-상 유도성 부하용 변환 회로가 제공된다.
본 발명의 실시예에서는, 일반적으로 n상권선을 제1 접합부에 전기적으로 접속한다. m상권선을 제2 접합부에 전기적으로 접속하고, n-m 상권선을 제3 접합부에접속한다. 이 장치에서는, 제1 에너지원을 제1 및 제2 접합부의 양단에 연결하고, 제2 에너지원을 제1 및 제3 접합부의 양단에 연결한다.
실제로, 본 발명의 실시예는 나머지 상권선(들)에 대한 에너지원으로서 한개의 그룹의 상권선으로부터 회귀된(및 저장된) 에너지를 사용한다.
본 발명은 4-상(또는 4상의 정수배) 부하에 특히 알맞다. 예컨대, 4-상 스위치드 릴럭턴스 모터는 통상적으로 종래 기술의 C-덤프 회로 내에 커패시터로 회귀되는 에너지와 부하의 상권선에 사용되는 에너지의 비율이 3:1을 기초로 작용하는 것으로 밝혀졌다. 그러므로, 제4 번째 상권선에 회귀된 에너지를 공급하기 위해 본 발명의 사용하는 것은 균형적인 구성을 제공할 수 있다. 그러나, 이 회로는 5 및 6-상 시스템에도 용이하게 적용할 수 있다.
본 발명의 변환 회로의 실시예는 전력 소비 및 전력 발생 장치 모두에 사용될 수 있다. 예컨대, 이 회로는 모터 또는 발전기 중 하나에 작동하는 스위치드 릴럭턴스 머신으로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명의 변환 회로를 포함하고 있는 스위치드 릴럭턴스 드라이브로 확장시킬 수 있다.
도 3은 통상적으로 회전자 샤프트에 접속된 회전자 위치 변환 회로(RPT)(12)가 구비한 n-상(본 발명의 경우 4) 스위치드 릴럭턴스 모터(10)를 포함하고 있는 스위치드 릴럭턴스 드라이브를 도시하고 있다. RPT(12)의 출력은 상기 모터(10)의 고정자에 대한 회전자의 위치를 표시한다. 이 출력은 제어기(16)에 공급되는 피드백 신호로 사용되며, 상기 제어기는 변환 회로(18)에 접속하여 상기 모터(10)의 권선에 흐르는 전류를 제어하도록 상기 변환 회로의 동작을 제어한다.
본 발명의 제1 실시예에 따르는 변환 회로는 도 4에 더욱 상세하게 도시되어 있다. 변환 회로는 제1 및 제2 전력 레일(본 발명의 경우 정 및 부 전력 레일)(2O/22)을 포함하고 있으며, 이 전력 레일은 스위치드 릴럭턴스 모터(10)의 m(본 발명의 경우 3)개의 4상권선(A/B/C)과 공통 접속을 위한 접속부를 형성하며, 각 권선은 전력 스위치(TA/TB/TC)와 직렬로 연결되어 있다. 또한, 제1 직류 전력원(24)은 상기 전력 레일(20, 22)의 양단에 상권선(A,B,C)의 권선/스위치 쌍과 병렬로 접속되어 있다. 상기 전력원은 일반적으로 적어도 하나의 전기 셀 배터리 또는 정류 및 평활된 교류 전압원이다.
제2 에너지원, 본 발명의 경우에 저장 커패시터(26)를 제1 전력 레일(20) 및 제3 전력 레일(28)의 사이에 접속한다. 나머지 n-m(본 발명의 경우 4번째 상권선)개의 4상권선(D)은 전력 스위치(TD)와 직렬로 접속됨으로써, TD가 도전 상태에 있을 때, 상기 권선을 상기 제1 전력 레일(20)과 제3 전력 레일(28)의 사이에 직접 연결한다.
재순환 다이오드(30)를 각 상권선(A/B/C)과 이에 직렬로 접속된 전력 스위치(TA/TB/TC) 사이에 접속하여 제3 전력 레일(28)과 도통시킨다. 재순환 다이오드(32)를 4상권선(D)과 이에 결합된 전력 스위치(TD) 사이에 접속하여 제2 전력 레일(22)과 도통시킨다.
실질적으로, 스위치드 럴럭턴스 모터 제어의 공지 기술에 따르면, 상권선은 RPT(12)에 의해 표시되는 바와 같이 회전자의 이동에 따라 순차적으로여자(energised)된다. 고정자 폴에 대한 회전자 폴의 특정한 각도에서, 스위치(TA)는 닫혀지고, 상권선(A)(예컨대)은 상기 상권선의 인덕턴스가 증가함에 따라 여자될 것이다. 스위치(TA)가 열릴 때, 상기 권선의 인덕턴스에 의해 결합된 다이오드(30)를 통해 제3 전력 레일(28)로 연속적인 전류가 흘러, 커패시터(26)를 충전시킨다. 이러한 동작은 상권선(A)을 제세(de-energised)시키고, 저장된 자기 에너지를 커패시터(26)에서 전기 에너지로 변환시킨다. 고정자에 대해 회전자의 회전을 촉진하도록 순차적인 시간에 맞추어 상권선(A,B,C)과 관련된 각각의 스위치(T)를 턴온하고, 이어서 턴오프할 때, 각 상권선으로부터 복구된 에너지는 커패시터(26)로 전송된다.
고정자에 대한 회전자의 완전한 사이클(complete cycle) 동안 시간에 맞춰진 스위칭 시퀀스의 구성부는 상권선(D)과 결합된 스위치(TD)의 동작과 유사하게 동작할 것이다. 이 스위치(AD)를 턴 온하면, 커패시터(26)가 상권선(D)을 통해 방전할 것이다. 다시, 이 스위치(TD)를 열 때, 상권선(D)의 인덕턴스는 전류가 감소함에 따라, 직류원(24) 및 다이오드(32)를 통해 전류를 재순환시킨다. 그러므로, 상권선(A/B/C)으로부터 커패시터(26)로 회귀된 에너지는 상권선(D)을 여자시키는데 유용하게 이용된다.
본 발명은 일반적인 SR 드라이브에서 알려진 대로, 4-상 머신에 특히 적합한데, 상기 권선 중 하나에 의해 기계적인 일로 변환된 에너지와 커패시터(26)로 회귀된 에너지 비율은 대략 3:1 범위에 있으며, 이 비율은 각각 상권선(A/B/C)과 상권선(D)으로 공급된 전류와 회귀된 전류의 비율이다.
통상적으로, 본 발명은 n-상권선 모터(n>1)에 사용 가능한데, 여기서 m 상권선(n>m≥1 및 m/(n-m)≥2)은 m 개의 스위치에 의해 직류 전원에 직접 연결되며, n-m 개의 나머지 상권선은 하나의 스위치에 의해 제3 전력 레일에 각각 연결되고 있다.
커패시터(26)에서의 전하는 수용가능한 상한 및 하한 범위 내로 유지되어야 한다. 이러한 한계들은 모터 및 변환 회로의 설계와 토크 출력 리플(torque output ripple)에 대한 드라이브의 허용 한도에 의존할 것이다. m 개의 스위치들의 턴온 및 턴오프 각도에 대한 제어는 감지할 정도로 모터 성능에 악영향을 주지 않고, 커패시터(26)에서의 전하량을 제어하는 설계치를 변경할 수 있다는 것이 밝혀겼다. 예컨대, 도 1의 머신에 기초하는 스위치드 릴럭턴스 모터는 4000 rev/min에서 0.25 Nm 토크를 형성하도록 설계되어 있고, 21도 범위의 각도로 회전자 폴을 가질 수 있다. 일반적으로, 4000 rev/min에서 도전각(conduction angle)은 16도인데, 통상적으로 스위칭은, 회전자 및 고정자 폴에 대해 완전하게 일렬로 정렬하기 전 31도에서 시작되고, 완전하게 일렬로 정렬하기 전 15도에서 턴오프된다. 4000 rev/min에서 실질적으로 동일한 토크 출력을 달성하는 모터와 동일한 머신을 스위칭하면, 턴온 및 턴오프 각을 20% 만큼 변화시켜 상권선(A/B/C)에 의해 흡수되는 에너지와 커패시터로 전달되는 에너지의 비율에 따라 커패시터의 전하를 조정할 수 있다는 것이 밝혀졌다.
상기 드라이브의 동작 중에 전압(Vc)이 증가하는 것이 발견되면, 이것은 상권선(D)에 의해 흡수되는 에너지가 상권선(A,B,C)으로부터 커패시터(26)로 회귀되는 에너지보다 적다는 것을 나타낸다. 상기 머신의 여자는 각각의 상권선으로부터 회귀되는 에너지의 양을 변화시킴으로써 조정될 수 있고, 이것은 전압(Vc)을 소망하는 레벨로 되돌리게 할 것이다. 한편, 전압(Vc)이 동작 중에 하강하면, 상기 상권선의 여자는 커패시터로 더 많은 전류를 보내도록 변경될 수 있으며, 이에 따라 전압이 상승한다.
다른 대안의 방법은 동작 사이클 중에 상권선(D)에 사용된 것보다 더 많은 에너지가 Vc로 공급되게 하는 것이다. 또, 커패시터 전압은 인덕턴스가 최소 근처에 있을 때, 적시에 상권선(D)을 여자시킴으로써 제어될 수 있다. 상기 사이클의 이러한 포인트에서 상기 상권선으로 흐르는 전류는 토크를 거의 또는 전혀 생성하지 않을 것이지만, 상기 소스(24)로 에너지를 효율적으로 회귀시키는 커패시터에서의 전압을 감소시키는데 작용할 것이다. 이 방법은 상기 상권선들의 여자에 대해 사이클별로 조정을 필요로 하지 않고, 에너지 전송이 제어기에서 별개의 논리에 의해 제어된다는 장점을 갖는다.
당업자라면 SR 머신에서 변환된 에너지와 회귀된 에너지의 비가 속도에 따라 변화하고, 상기 머신이 초핑(chopping) 모드 또는 단일 펄스 모드 중 어느 것으로 동작되는지 여부를 알 수 있다. (상기 동작의 모드들은 앞서 참조한 Stephenson 등의 논문에 기재되어 있다.) 회귀된 에너지는 저속 및 초핑 모드에서 가장 크다. 따라서, 회귀된 에너지의 양을 증가시키기 위해 사용되는 방법보다 고속으로 초핑 모드를 유지하는 방법을 채택하는 것이 가능하다. 다른 대안으로, 어떤 속도에서 회귀된 에너지를 증가시키기 위해 단일 펄스 파형의 전단 및/또는 종단에 일련의 초핑을 도입하는 것이 가능하다.
발전기로 동작하도록 구성된 스위치드 릴럭턴스 머신의 출력을 제어하도록 유사한 회로를 구성할 수 있다. 일례는 도 5에 도시되어 있다. 다이오드 및 스위치 장치는 전력 레일에 대해 도 4의 것과 동일하고, 동일 참조 번호가 적절하게 사용되었다. 그러나, 이러한 구성에서는, 전압원(24')과 커패시터(26')를 서로 교체함으로써 상기 커패시터가 제1 및 제2 레일 사이에 접속되는 제1 에너지원이 되고, 상기 배터리는 제3 및 제1 레일 사이에 접속되는 제2 에너지원이 된다.
당업자라면 발전 모드에서의 회전자의 운동과 시간에 맞추어진 스위치의 순차적인 작동이 스위치드 릴럭턴스 머신의 권선에서 전류를 발생한다는 것을 알 수 있다. 상권선(A)(예컨대)을 취해, 그 상권선의 스위치(TA)를 닫으면, 여자 전류가 상기 커패시터(26')로부터 권선을 통해 흐른다. 이후, 상기 스위치를 열면, 고정자 폴에 대한 회전자 폴의 발전 위치가 일치하고, 상권선(A)에서 발생된 전류가 다이오드(30)를 통해 제3 전력 레일(28)로 흐르고, 상기 머신의 상권선(A)의 출력에 의해 충전되는 배터리(24')로 흐른다. 상기 배터리와 상권선(A) 사이의 회로는 제1 전력 레일(20)을 따라 완성된다. 상권선(B 및 C)에 대해서 적용된 동일한 동작이 적용된다.
회전자 및 고정자 폴이 상권선(D)의 발전 사이클 동안 배치되는 회전자 사이클의 포인트에서, 상권선(D)에 접속되는 해당 스위치(TD)를 닫으면, 여자 전류가 전압원(24')으로부터 발생하여 상기 상권선(D)을 통과한다. 상기 스위치가 열릴때, 상기 상권선으로부터 발생된 전류는 제1 전력 레일(20)을 따라 커패시터(26') 및상권선(D)의 다이오드(32)를 통해 흐른다.
이 실시예에서는, 상권선(A/B/C)에서 발생된 전류가 전압원(24')을 충전하는데 사용되고, 상권선(D)에 의해 발생된 전류가 상권선(A/B/C)에 대한 여자 전류를 제공할 수 있는 커패시터(26')를 충전하는데 사용된다. 상권선(D)에 필요한 여자 전류는 전압원(24') 자체로부터 유도됨을 알 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 발전기 변환 회로를 도시하고 있다. 또, 동일한 참조번호는 동일한 부품을 도시하는데 사용하였다. 이 실시예에서는, 각각의 상권선(A/B/C)이 제1 및 제3 전력 레일(2O/28) 사이에서 대응 스위치(TA/TB/TC)에 직렬로 접속된다. 각각의 상권선(A/B/C)에 대해 다이오드(30')를 제2 전력 레일(22)로부터 대응 스위치(TA/TB/TC)와 권선 사이에 접속하여 도통한다.
상권선(D) 및 그 스위치(TD)는 제1 및 제2 전력 레일(2O/22) 사이에 직렬로 접속된다. 상권선(D)과 접속한 다이오드(32')는 상기 스위치(TD)와 상권선(D) 사이에 접속되어 제3 전력 레일(28)과 도통시킨다.
상기 전압원(24)은 제1 및 제2 전력 레일(2O/22) 사이에 접속되고, 상기 커패시터(26)는 제1 및 제3 전력 레일(20/28) 사이에 접속된다.
발전 모드의 동작에 있어서, 설명의 편의상 상권선(A)을 취하며, 전술한 바와 같이 타이밍 및 시퀀싱에 따라 스위치(TA)를 닫으면, 커패시터(26)가 방전할때, 여자 전류가 상권선(A)을 통해 흐르게 된다. 이어서, 상권선(A)에 대한 회전자 사이클의 발전 기간 중에 상기 스위치를 열면, 전압원(24)을 충전시키도록 제1 전력 레일(20)을 따라 상권선(A)으로부터 전류 흐름이 생기고, 상기 권선을 갖는 회로는상권선(A)과 열림 스위치(TA) 사이에 접속된 다이오드(30')에 의해 완성된다. 유사한 시퀀스가 회전자 사이클에서 상권선(B 및 C)과 관련하여 발생한다.
상권선(D)은 동일한 타이밍을 필요로 한다. 상권선(D)의 스위치(TD)를 닫으면, 여자 전류가 전압원(24)으로부터 상권선(D)을 통해 흐른다. 이어서, 상기 스위치(TD)를 열면, 자체의 다이오드를 통해 권선에서 발생된 전류의 흐름을 바꿔 제3 전력 레일(28)을 통해 커패시터를 충전한다.
또한, 본 발명의 실시예가 전압원(배터리) 및 커패시터를 교환(swapping)함으로써 모터의 전력 변환 회로로서 구성될 수 있다는 것을 이해하게 될 것이다. 이러한 구성은 도 7에 도시되어 있다. 동일한 참조 번호가 동일한 부품을 도시하는데 사용된다. 다시 상권선(A)을 취하면, 스위치(TA)가 도 4에 참조된 타이밍에 따라 닫혀질때, 상권선(A)에는 전압원(24')으로부터 전류가 공급된다. 이어서, 상기 스위치(TA)를 열면, 커패시터(26')를 충전하도록 전류가 재순환한다. 상권선(B 및 C)에 대해서도 동일하다. 상권선(D)에 대한 스위치가 닫혀질 때, 상권선(D)에는 커패시터(26')로부터 전류가 공급된다. 스위치(TD)를 열면, 상기 상권선으로부터 전압원(24')으로 전류가 우회한다.
도 4 내지 도 7에 도시한 각각의 실시예에서, 배터리와 커패시터 모두는 충전/방전 사이클을 갖는다. 이 사이클들 간의 차이점은 그들이 따르게 되어 있는 듀티(duty)이다. 모터링 모드에서는, 배터리가 상권선(A/B/C)에 의해 방전되고 상권선(D)에 의해서만 충전된다. 커패시터는 상권선(A/B/C)에 의해 충전되고 상권선(D)에 의해서만 방전된다. 반대로, 발전 모드에서는, 배터리가 상권선(A/B/C)에 의해충전되고 상권선(D)에 의해서만 방전된다. 커패시터는 상권선(A/B/C)에 의해 방전되고 상권선(D)에 의해서만 충전된다. 그러므로, 상기 배터리와 커패시터의 듀티들은 유사하지만, 각각의 모드에서 다른 용도이다. 따라서, 회전자 사이클 중에 전기에너지를 공급하고 흡수하는 에너지원으로서 똑같이 배터리와 커패시터 모두를 고려하는 것이 가능하다.
당업자라면 도 4의 실시예가 하측 드라이버로 3개의 스위치를 사용하는 반면에, 예컨대, 도 6은 상측 드라이버로 3개의 스위치를 필요로 함을 알 수 있다. 또한, 당업자는 상기 스위치들이 트랜지스터 본위, 예컨대 바이폴라 트랜지스터(인슐레이티드 게이트 바이폴라 트랜지스터), 전계 효과 트랜지스터(금속 산화 실리콘 전계 효과 트랜지스터) 또는 특정한 응용 제품의 전력 요구 조건을 조종할 수 있는 다른 적절한 고속 스위칭 장치일 수 있다는 것을 알 수 있다.
본 발명은, 특히 4-상 유도성 부하를 참고하여 설명하였다. 그러나, 다른 다상 부하가 본 발명의 변환 회로에 의해 스위칭될 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
예를 들어, 8-상 유도성 부하는 하나의 충전가능한 에너지원을 통해 접속된 6개의 상권선과 다른 충전가능한 에너지원을 통해 접속되는 2개의 상권선을 가질 수 있다. 또한, 다른 상권선 수(phase numbers), 예컨대 6 상은 본 발명에 따라 스위칭될 수 있다. 또한, 2 이상의 분리 변환 회로가 동일한 다상 부하를 스위치하는데 사용될 수 있다. 그러므로, 4상용 변환 회로를 제조하는 것이 비용측면에서 효율적이라면, 8-상 유도성 부하는 대응하는 4개의 상권선에 각각 접속되는 2개의 분리 변환 회로를 사용함으로써 스위칭될 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 당업자는 다수의 변형이 본 발명을 벗어나지 않고 달성할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 선형 릴럭턴스 머신에 동일하게 적용할 수 있다. 선형 릴럭턴스 머신의 가동 부재는 종종 회전자로 부른다. 본 명세서에서 사용된 '회전자'라는 용어는 선형 머신에서도 가동 부재를 포함한다. 본 발명은 다음의 청구 범위의 사상 및 범위에 의해서만 제한된다.
본 발명에 의하면, 유도성 부하의 각각의 상권선에 대해 하나의 스위치만을 갖는 변환 회로를 제공할 수 있다.

Claims (14)

  1. n-상 유도성 전기 부하(n>1)용 변환 회로에 있어서,
    제1 에너지원과 m개의 제1 스위치 수단(n>m≥1 및 m/(n-m)≥2)을 포함하며, 각각의 스위치 수단은 상기 제1 에너지원에 의해 부하의 제1 그룹의 m상권선 중 대응하는 하나의 상권선의 여자(energisation)를 제어하도록 구성되고,
    상기 변환 회로는 제2 에너지원과 n-m개의 제2 스위치 수단을 더 포함하며, 상기 n-m개의 스위치 수단 모두 또는 각각은 상기 제1 에너지원을 충전하도록 상기 부하의 결합 상권선에서 에너지를 전송하는 상기 제2 에너지원예 의해 n-m상권선의 제2 그룹 중 대응하는 하나의 상권선의 여자를 제어하도록 구성되는 것인 변환 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각각의 제1 및 제2 스위치 수단은 상기 부하의 결합 상권선에 직렬로 접속되는 스위치 장치를 포함하는 것인 변환 회로.
  3. 제2항에 있어서, 제1, 제2 및 제3 전기 접합부를 더 포함하여, 상기 제2 스위치 수단과 상기 결합 상권선을 n-m개의 직렬 접속 쌍으로 된 스위치 장치 모두 또는 각각은 상기 제1 및 제3 전기 접합부 사이에 접속되고, 상기 제1 스위치 수단과 결합 상권선을 m개의 직렬 접속 쌍으로 된 스위치 장치 각각은 상기 제1 및 상기 제2 전기 접합부 사이에 접속되며, 상기 제1 에너지원은 상기 제1 및 제2 전기접합부 양단에 접속된 것인 변환 회로.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제2 에너지원은 상기 제1 및 제3 전기 접합부의 양단에 접속되고, 상기 접속된 제1 스위치 수단이 열릴 때, 제1 다이오드는 상기 각각의 m상권선에서 상기 제2 에너지원으로 도통하도록 접속된 것인 변환 회로.
  5. 제2항에 있어서, 상기 n-m개의 제2 스위치 수단 각각은 그 상권선의 스위치 장치가 열릴 때, 상기 제1 에너지원에서 상기 각각의 n-m상권선으로 도통하도록 접속된 제2 다이오드를 포함하는 것인 변환 회로.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 에너지원은 배터리인 것인 변환 회로.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 에너지원은 커패시터인 것인 변환 회로.
  8. 제1항에 있어서,
    제1, 제2 및 제3 전기 접합부를 포함하여, 상기 제1 에너지원은 상기 제1 및 제2 접합부 사이에 접속되고, 상기 제2 에너지원은 상기 제1 및 제3 접합부 사이에 접속되며, 상기 제1 스위치 수단은 각각 m상권선의 부하와 접속되고, 이 제1 스위치 수단과 m상권선이 상기 제1 및 제2 접합부 사이에 접속되며, 상기 제2 스위치 수단은 n-m상권선의 부하 모두 또는 각각과 직렬로 접속되고, 이 제2 스위치 수단과 n-m 상권선이 상기 제1 및 제3 접합부에 접속되며;
    상기 변환회로는 각각의 m상권선과 상기 제3 접합부 사이에 각각 접속되는 제1 다이오드와; 적어도 하나의 제2 다이오드를 더 포함하고, 상기 제2 다이오드 모두 또는 각각은 상기 n-m 상권선과 상기 제2 접합부의 모두 또는 각각에 접속되는 것인 변환 회로.
  9. 제8항에 있어서, 상기 각각의 n상권선은 상기 제1 접합부와 직접 접속되고; 상기 제1 스위치 수단은 상기 제2 접합부에 접속되며, 상기 제2 스위치 수단은 상기 제3 접합부에 접속되고; 각각의 제1 다이오드는 상기 제3 접합부로 도통하도록 접속되며; 상기 제2 다이오드 모두 또는 각각은 상기 제2 접합부로부터 도통하도록 접속되는 것인 변환 회로.
  10. 제8항에 있어서, 상기 각각의 n상권선은 상기 제1 접합부와 직접 접속되고; 상기 제1 스위치 수단은 상기 제2 접합부에 접속되며, 상기 제2 스위치 수단은 상기 제3 접합부에 접속되고; 각각의 제1 다이오드는 상기 제3 접합부로부터 도통하도록 접속되며; 상기 제2 다이오드 모두 또는 각각은 상기 제2 접합부로 도통하도록 접속되는 것인 변환 회로.
  11. 제1항에 있어서, n은 4이고 m은 3인 것인 변환 회로.
  12. 회전자, 고정자 및 n상권선(n>1)을 갖는 스위치드 릴럭턴스 머신과, 상기 고정자에 대한 상기 회전자의 위치를 표시하는 신호를 생성하는 수단과, 제1항의 변환 회로와, 입력 명령 신호와 회전자 위치를 표시하는 신호에 응답하여 상기 변환 회로의 스위치 수단을 작동하기 위한 제어 수단을 포함하는 스위치드 릴럭턴스 드라이브.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제어 수단은 모터로서 상기 스위치드 릴럭턴스 머신을 작동시키도록 동작 가능한 것인 스위치드 릴럭턴스 드라이브.
  14. 제12항에 있어서, 상기 제어 수단은 발전기로서 상기 스위치드 릴럭턴스 머신을 작동시키도록 동작 가능한 것인 스위치드 릴럭턴스 드라이브.
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