KR100442694B1 - Brushless generator with high frequency rotating transformer exciter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고속 운전 및 유지보수가 간단하고, 발전기의 계자 권선으로 고효율의 전력전달이 되도록 고주파 회전 변압기 여자방식을 이용한 브러시리스 발전기에 관한 것으로, 고정부 및 회전부를 갖춘 주 발전기와; 중공(中空)의 고정부 철심과, 상기 고정부 철심에 링 형태로 권선된 소정의 코일로 된 고정부와; 상기 고정부 철심내에서 회전하는 회전부 철심과, 상기 회전부 철심에 링 형태로 권선된 소정의 코일로 된 회전부를 갖춘 회전 변압기를 구비하되, 상기 회전 변압기의 고정부 철심과 회전부 철심의 내측에는 요(凹)부와 철(凸)부가 형성되고, 상기 요부측에는 상기 소정의 코일이 링 형태로 권선됨으로써, 기존의 변압기와 같은 전자유도 원리를 이용하여 브러시를 사용하지 않고 상기 고정부 코일의 전력을 상기 회전부 코일에 전달하며, 상기 고정부 코일과 상기 회전부 코일에 전기적인 공진회로를 구비하되 상기 고정부 코일에 입력되는 전원의 주파수를 가변하여 전달하는 전력을 제어하므로, 제어기의 부피가 작게 될 뿐만 아니라 고속 운전이 가능하고 소형 경량화가 가능하며 유지보수가 간단하며 고효율 운전이 가능하다. 또한, 기존의 변압기 원리가 적용되어 정지된 상태에서도 여자기의 권선에 기전력이 유도되므로 신속히 주 발전기의 정격 출력을 얻을 수 있으며 속도변동에 관계없이 일정한 기전력을 유지할 수 있다.The present invention relates to a brushless generator using a high-frequency rotary transformer excitation method for high-speed operation and maintenance is simple, high-efficiency power transfer to the field winding of the generator, the main generator having a fixed part and a rotating part; A fixing part comprising a hollow core part of the hollow fixing part and a predetermined coil wound in a ring shape on the fixing part core; A rotating transformer having a rotating part iron core rotating in the fixed part iron core, and a rotating part made of a predetermined coil wound in a ring shape on the rotating part iron core, the inner side of the fixed part iron core and the rotating part iron core of the rotating transformer; I) part and an iron part are formed, and the predetermined coil is wound in a ring shape at the recessed part, thereby reproducing the electric power of the fixed part coil without using a brush by using an electromagnetic induction principle similar to that of a conventional transformer. It is transmitted to the rotating unit coil, and provided with an electrical resonant circuit in the fixing unit coil and the rotating unit coil, but controls the power to be transmitted by varying the frequency of the power input to the fixing unit coil, the volume of the controller is not only small High speed operation, small size and light weight, simple maintenance and high efficiency operation are possible. In addition, since the electromotive force is induced in the winding of the exciter even when the existing transformer principle is applied, it is possible to quickly obtain the rated output of the main generator and maintain a constant electromotive force regardless of the speed change.
Description
본 발명은 고주파 회전 변압기 여자방식을 이용한 브러시리스 발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전 변압기의 권선에 고주파수의 전압을 발생시켜 정류하여 주 발전기의 여자기에 전류를 공급하여 발전하도록 한 브러시리스 발전기에 관한 것이다.The present invention relates to a brushless generator using a high frequency rotary transformer excitation method, and more particularly to a brushless generator that generates a high frequency voltage in the winding of the rotary transformer to rectify and supply current to the exciter of the main generator to generate power. It is about.
도 1은 종래의 브러시리스 발전기 여자기의 개념도로서 교류 여자기 발전기에 대한 도면이다. 그 교류 여자기 발전기는 전기자 권선(24)과 전기자 철심(25)으로 이루어진 전기자(26)와; 계자 권선(27)과 계자 철심(28)으로 이루어진 계자(29)로 구성된다.1 is a conceptual diagram of a conventional brushless generator exciter and is a diagram of an AC exciter generator. The alternating current exciter generator includes an armature 26 composed of an armature winding 24 and an armature iron core 25; It consists of a field 29 consisting of a field winding 27 and a field iron core 28.
상기와 같이 구성된 종래의 교류 여자기 발전기는, 고정되어 있는 계자(29)에서 계자 자속(31)을 발생시키고, 전기자(26)가 회전하게 되면 전기자 권선(24)에서 쇄교하는 자속이 시간적으로 변하기 때문에 회전하는 상기 전기자 권선(24)에서 전압이 유기된다.The conventional alternating current exciter generator configured as described above generates the magnetic field magnetic flux 31 in the fixed field 29 and when the armature 26 rotates, the magnetic flux that is chained in the armature winding 24 is temporally changed. The voltage is induced in the armature winding 24 as it changes.
즉, 이와 같이 구성된 종래의 교류 여자기 발전기를 회로적으로 살펴보면,교류 여자기 발전기는, 도 2에 도시된 바와 같이 전기자 권선(24)과 계자 권선(27)을 포함하고 있는 교류 여자기 발전기(30)와; 상기 전기자 권선(24)의 각 단에 접속된 반도체 정류기(32)와; 계자 권선(34)과 전기자 권선(35)을 포함하고 있는 주 발전기(36)로 구성된다. 미 설명 부호 33은 교류 여자기 발전기의 전기자(26)와 반도체 정류기(32) 및 주 발전기 계자 권선(34)으로 구성된 회전부를 나타낸다.That is, when looking at the circuit of the conventional AC exciter generator configured as described above, the AC exciter generator, as shown in Figure 2, the AC exciter generator including an armature winding 24 and the field winding 27 ( 30); Semiconductor rectifiers (32) connected to respective stages of the armature winding (24); It consists of a main generator 36 comprising a field winding 34 and an armature winding 35. Reference numeral 33 denotes a rotating part composed of an armature 26 of the alternating current exciter generator, the semiconductor rectifier 32 and the main generator field winding 34.
도 2에 따르면, 교류 여자기 발전기 계자(29)의 권선(27)에 의해 계자 자속(31)을 발생시키고 회전부(33)를 회전시키면 회전하는 교류 여자기 발전기의 전기자 권선(24)에 전압이 유기되고, 그 유기된 전압은 반도체 정류기(32)를 통해 직류 전류화되어 주 발전기 계자 권선(34)에 공급되므로, 고정되어 있는 주 발전기 전기자 권선(35)에 전압이 유기된다. 따라서, 브러시(brush)없이 발전이 가능하게 된다.According to FIG. 2, when the field magnetic flux 31 is generated by the winding 27 of the alternating current generator field 29 and the rotating unit 33 is rotated, voltage is applied to the armature winding 24 of the rotating alternating current exciter generator. Since the induced voltage is DC-directed through the semiconductor rectifier 32 and supplied to the main generator field winding 34, the voltage is induced to the fixed main generator armature winding 35. Thus, power generation is possible without a brush.
그러나, 종래의 브러시리스 발전기에서는 교류 여자기 발전기의 전기자 권선(24)과 계자 권선(27) 사이에 결합계수가 작고 오버행이 존재하여 손실이 많이 발생하므로 계자 권선(27)에 공급되는 전원공급장치의 용량이 커지고, 효율이 낮은 단점을 가지고 있으며, 정지된 상태에서는 교류 여자기 발전기의 계자 권선에 기전력이 유도되지 않는다. 특히, 항공기, 수송기기 등 발전기의 경량화가 요구되는 경우 적용의 어려운 점이 있다.However, in the conventional brushless generator, since the coupling coefficient is small and the overhang exists between the armature winding 24 and the field winding 27 of the AC exciter generator, a lot of losses occur, so that a power supply device supplied to the field winding 27 is provided. Has the disadvantage of high capacity, low efficiency, and in the stationary state, no electromotive force is induced in the field winding of the AC exciter generator. In particular, when the weight of the generator, such as aircraft, transportation equipment is required, there is a difficult point of application.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 안정된 여자 전원 공급, 고속 운전, 유지보수 간단, 경량화 및 고효율의 전원공급을 제공하는 고주파 회전 변압기 여자방식을 이용한 브러시리스 발전기를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, to provide a brushless generator using a high frequency rotary transformer excitation method that provides a stable excitation power supply, high speed operation, simple maintenance, light weight and high efficiency power supply. The purpose is.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고주파 회전 변압기 여자방식을 이용한 브러시리스 발전기는, 고정부 및 회전부를 갖춘 주 발전기와; 중공(中空)의 고정부 철심과, 상기 고정부 철심에 링 형태로 권선된 소정의 코일로 이루어진 고정부와; 상기 고정부 철심내에서 회전하는 회전부 철심과, 상기 회전부 철심에 링 형태로 권선된 소정의 코일로 이루어진 회전부를 갖춘 회전 변압기를 구비하되,In order to achieve the above object, a brushless generator using a high frequency rotary transformer excitation method according to a preferred embodiment of the present invention includes a main generator having a fixed part and a rotating part; A fixing part comprising a hollow fixing part iron core and a predetermined coil wound in a ring shape on the fixing part iron core; Is provided with a rotary transformer having a rotating part consisting of a rotating part iron core and a predetermined coil wound on the rotating part iron core in the fixed iron core,
상기 회전 변압기의 고정부 철심의 내측과 회전부 철심의 외측에는 요(凹)부와 철(凸)부가 형성되고, 상기 요부측 몸통에는 상기 소정의 코일이 링 형태로 권선된 것을 특징으로 한다.A yaw portion and an iron portion are formed on the inner side of the fixed part iron core and the outer side of the rotating iron core of the rotary transformer, and the predetermined coil is wound around the main body side in a ring shape.
여기서, 상기 회전 변압기의 회전부와 상기 주 발전기의 회전부는, 관통되게 압입된 하나의 회전축에 의해 상호 직결되어 있는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the rotary part of the rotary transformer and the rotary part of the main generator are directly connected to each other by one rotary shaft pushed through.
그리고, 상기 주 발전기의 고정부와 상기 회전 변압기의 고정부 사이에는, 상기 주 발전기의 출력 전압을 측정하여 상기 회전 발전기의 고정부 철심에 권선된 코일의 전원 주파수를 제어하는 출력 전압 제어기가 추가로 설치되어 있는 것이 바람직하다.Further, between the fixed part of the main generator and the fixed part of the rotary transformer, an output voltage controller for measuring the output voltage of the main generator to control the power frequency of the coil wound on the iron core of the fixed generator of the rotary generator, It is preferable that it is provided.
또, 상기 회전 변압기는, 전원 입력 단자와 상기 고정부 사이에 설치되어,전원 입력 단자의 전압 주파수를 변환하여 상기 고정부 권선에 고주파수의 교류를 공급하는 주파수변환장치를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 주파수변환장치는 교류 입력 전원을 직류로 바꾸는 정류회로와, 이 정류된 전압의 주파수를 변환하는 주파수 변환기와, 이 주파수 변환된 전압에 전기적 공진을 발생시키는 공진회로를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.The rotary transformer may further include a frequency converter installed between the power input terminal and the fixed part to convert a voltage frequency of the power input terminal to supply high-frequency alternating current to the winding of the fixed part. Do. Here, the frequency converter includes a rectifier circuit for converting an AC input power into a direct current, a frequency converter for converting a frequency of the rectified voltage, and a resonant circuit for generating electrical resonance at the frequency converted voltage. desirable.
또한, 상기 주 발전기의 회전부와 상기 회전 변압기의 회전부 사이에는, 상기 회전 변압기의 회전부에 유기된 기전력을 정류하여 상기 주 발전기의 회전부에게 공급하는 전력변환기를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 전력변환장치는, 상기 회전 변압기 회전부 권선에 유기된 전압에 전기적인 공진을 발생시키는 공진회로와, 상기 공진회로의 교류 전압 출력를 직류 전압으로 변환하는 정류회로와, 이 정류된 전압파형을 평탄하게 하는 필터를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.In addition, preferably between the rotary part of the main generator and the rotary part of the rotary transformer, it is preferable to further comprise a power converter for rectifying the electromotive force induced in the rotary part of the rotary transformer to supply to the rotating part of the main generator. Here, the power converter includes a resonant circuit for generating electrical resonance with the voltage induced in the winding of the rotary transformer, a rectifier circuit for converting the AC voltage output of the resonant circuit into a DC voltage, and the rectified voltage waveform. It is preferable to comprise a filter for flattening.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고주파 회전 변압기 여자방식을 이용한 브러시리스 발전기는, 전원 단자와 회전 변압기 고정부 입력단자 사이에 설치되어, 전원 단자의 전압 주파수를 변환하여 교류를 공급하는 주파수변환장치와; 상기 주파수변환장치에 접속된 회전 변압기 고정부 권선을 갖춘 회전 변압기 고정부와; 회전 변압기 회전부 권선과 주 발전기 회전부 권선 사이에서 상기 회전 변압기 회전부 권선에 유기되는 기전력을 정류하여 상기 주 발전기 회전부 권선에 직류를 공급하는 전력변환기를 포함하여 구성된 회전부와; 상기 주 발전기 회전부 권선에 의하여 여기된 전력을 출력하는 주 발전기 고정부 권선을 포함하여 구성된 주 발전기 고정부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In addition, the brushless generator using the high frequency rotary transformer excitation method according to a preferred embodiment of the present invention, in order to achieve the above object, is installed between the power terminal and the input terminal of the rotary transformer fixed part, the voltage frequency of the power terminal A frequency converter for converting and supplying alternating current; A rotary transformer fixing unit having a rotary transformer fixing unit winding connected to the frequency converter; A rotating part including a power converter for rectifying the electromotive force induced in the rotating transformer rotating part winding between the rotating transformer rotating part winding and the main generator rotating part winding to supply a direct current to the main generator rotating part winding; It characterized in that it comprises a main generator fixing unit comprising a main generator fixing unit winding for outputting the power excited by the main generator rotating unit winding.
도 1은 종래의 브러시리스 발전기 여자기의 개념도,1 is a conceptual diagram of a conventional brushless generator exciter,
도 2는 종래의 브러시리스 발전기의 회로도,2 is a circuit diagram of a conventional brushless generator,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고주파 회전 변압기 여자방식을 이용한 브러시리스 발전기의 구성도,3 is a block diagram of a brushless generator using a high frequency rotary transformer excitation method according to an embodiment of the present invention,
도 4는 도 3에 도시된 회전 변압기의 고정부와 회전부의 상세도,4 is a detailed view of the fixing part and the rotating part of the rotary transformer shown in FIG.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고주파 회전 변압기 여자방식을 이용한 브러시리스 발전기의 회로도,5 is a circuit diagram of a brushless generator using a high frequency rotary transformer excitation method according to an embodiment of the present invention,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 주파수변환장치의 구성도,6 is a configuration diagram of a frequency conversion device according to an embodiment of the present invention;
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 구성도,7 is a configuration diagram of a power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention;
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 고주파 회전변압기 여자방식을 이용한 브러시리스 발전기의 출력 전압을 제어하는 회로도이다.8 is a circuit diagram for controlling the output voltage of the brushless generator using the high frequency rotary transformer excitation method according to an embodiment of the present invention.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing
1 : 회전 변압기 고정부 권선 2 : 회전 변압기 회전부 권선1: winding winding of rotating transformer 2: winding winding of rotating transformer
3 : 회전 변압기 고정부 철심 4 : 회전 변압기 회전부 철심3: iron core of the rotary transformer 4 4: iron core of the rotary transformer
5 : 주파수 변환장치 6 : 회전축5: frequency converter 6: rotation axis
7 : 주 발전기 회전부 권선 8 : 주 발전기 회전부 철심7: Main generator rotating part winding 8: Main generator rotating iron core
9 : 주 발전기 고정부 권선 10 : 주 발전기 고정부 철심9: winding of main generator fixing part 10: iron core of main generator fixing part
11 : 회전 변압기 12 : 주 발전기11: rotary transformer 12: main generator
13 : 주 발전기 출력단자 14 : 전력변환장치13: main generator output terminal 14: power converter
15 : 회전 변압기 고정부 16, 33 : 회전부15: rotating transformer fixing part 16, 33: rotating part
17 : 주 발전기 고정부 18 : 전원 단자17: main generator fixed portion 18: power terminal
19 : 출력 전압 제어기 20 : 회전 변압기 회전부19: output voltage controller 20: rotary transformer rotating part
21 : 주 발전기 회전부 22 : 회전 변압기 고정부 입력단자21: main generator rotating part 22: rotary transformer fixed part input terminal
23 : 회전 변압기 주자속 24 : 교류 여자기 발전기의 전기자 권선23: rotating transformer main flux 24: armature winding of the AC exciter generator
25 : 교류 여자기 발전기의 전기자 철심25: Armature iron core of AC exciter generator
26 : 교류 여자기의 전기자26: armature of AC exciter
27 : 교류 여자기 발전기의 계자 권선27: field winding of AC exciter generator
28 : 교류 여자기 발전기의 계자 철심28: field iron core of the AC exciter generator
29 : 교류 여자기 발전기의 계자29: field of AC exciter generator
30 : 교류 여자기 발전기30: AC exciter generator
31 : 교류 여자기 발전기의 계자 자속31: Field flux of the AC exciter generator
32 : 반도체 정류기 34 : 주 발전기의 계자 권선32: semiconductor rectifier 34: field winding of the main generator
35 : 주 발전기의 전기자 권선 36 : 주 발전기35: armature winding of main generator 36: main generator
37, 41 : 정류회로 38 : 주파수 변환기37, 41: rectifier circuit 38: frequency converter
39, 40 : 공진회로 42 : 고조파 필터기39, 40: resonance circuit 42: harmonic filter
이하, 본 발명의 실시예에 따른 고주파 회전 변압기 여자방식을 이용한 브러시리스 발전기에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a brushless generator using a high frequency rotary transformer excitation method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고주파 회전 변압기 여자방식을 이용한 브러시리스 발전기의 구성도로서, 소정의 전원을 발생시키는 주 발전기(12)와; 상기 주 발전기(12)에 전원을 공급하는 회전 변압기(11)를 구비한다.3 is a block diagram of a brushless generator using a high frequency rotary transformer excitation method according to an embodiment of the present invention, the main generator 12 for generating a predetermined power; It is provided with a rotary transformer 11 for supplying power to the main generator (12).
상기 주 발전기(12)는, 중공(中空)의 주 발전기 고정부 철심(10)과, 그 주 발전기 고정부 철심(10)에 감겨진 주 발전기 고정부 권선(9)으로 된 주 발전기 고정부와; 소정 길이의 회전축(6)이 길이방향으로 관통되게 압입되고 상기 주 발전기 고정부 철심(10)내에서 회전하는 주 발전기 회전부 철심(8)과, 그 주 발전기 회전부 철심(8)에 감겨진 주 발전기 회전부 권선(7)으로 된 주 발전기 회전부로 구성된다.The main generator 12 includes a main generator fixing part made of a hollow main generator fixing part iron core 10, and a main generator fixing part winding 9 wound around the main generator fixing part iron core 10; ; The main generator rotary part iron core 8, which is press-fitted to penetrate in the longitudinal direction and rotates in the main generator fixing iron core 10, and the main generator wound on the main generator rotating iron core 8 in a lengthwise manner. It consists of a main generator rotation with a rotor winding 7.
상기 회전 변압기(11)는 상기 주 발전기(12)의 회전부 철심(8)에 압입되어 있는 상기 회전축(6)에 직결(直結)로 장착된다. 상기 회전 변압기(11)는, 중공(中空)의 회전 변압기 고정부 철심(3)과, 그 회전 변압기 고정부 철심(3)에 링 형태로 감겨진 회전 변압기 고정부 권선(1)으로 이루어진 회전 변압기 고정부와; 상기 회전축(6)이 길이방향으로 관통되게 압입되고 상기 회전 변압기 고정부 철심(3)내에서 회전하는 회전 변압기 회전부 철심(4)과, 그 회전 변압기 회전부 철심(4)에 링 형태로 감겨진 회전 변압기 회전부 권선(2)으로 이루어진 회전 변압기 회전부를 포함하여 구성된다.The rotary transformer 11 is directly mounted to the rotary shaft 6 press-fitted to the rotary core 8 of the main generator 12. The rotary transformer 11 comprises a hollow rotary transformer fixing part iron core 3 and a rotary transformer fixing part winding 1 wound around the rotary transformer fixing part iron core 3 in a ring shape. A fixed part; The rotary shaft 6 is pressurized to penetrate in the longitudinal direction and rotated in a ring shape on the rotary transformer rotary core 4 and the rotary transformer rotary core 4 which rotates in the rotary transformer fixed part iron core 3. It consists of a rotating transformer rotating part consisting of a transformer rotating part winding (2).
여기서, 상기 회전 변압기(11)에 대해 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 상기 회전 변압기 고정부 철심(3)은 원통형으로서 그 내측에는 요(凹)부와 철(凸)부가 형성되고, 그 요(凹)부측 몸통에 상기 회전 변압기 고정부 권선(1)이 링 형태로 감겨져 있다.Here, the rotary transformer 11 will be described in more detail with reference to FIG. 4. The rotary transformer fixing part iron core 3 is cylindrical and has a yaw part and an iron part formed therein, and the rotary transformer fixing part winding 1 is formed in a ring shape on the body of the yaw part side. It is wound.
그리고, 상기 회전 변압기 고정부 철심(3)내에서 회전하는 상기 회전 변압기 회전부 철심(4)의 몸통의 단면은 원형상으로 이루어지되, 그 원형상의 몸통의 외측에는 요(凹)부와 철(凸)부가 형성되고, 그 요(凹)부측 몸통에는 상기 회전 변압기 회전부 권선(2)이 링 형태로 감겨져 있다. 도 4에서, 미 설명 부호 23은 상기 회전 변압기에서 발생되는 자속이다.The cross section of the body of the rotary transformer rotary part iron core 4 rotating in the rotary transformer fixing part iron core 3 has a circular shape, and the outer side of the circular body has a yaw portion and an iron ) Is formed, and the rotary transformer rotary part winding 2 is wound in a ring shape on the yaw part side body. In FIG. 4, reference numeral 23 denotes a magnetic flux generated by the rotary transformer.
상기 회전 변압기에서 기전력을 유도하는 방법은 상대적인 운동을 이용한 기존의 브러시리스 발전기의 여자기와는 다르게 기존의 변압기 원리와 동일한 방법을 이용하므로 정지된 상태에서도 상기 회전 변압기의 회전부 권선(2)에 기전력이 유도 되어 신속히 주 발전기의 정격 출력 전압이 발생하도록 할 수 있으며, 주 발전기의 회전속도 변동에 관계없이 회전 변압기의 회전부 권선에 유기되는 기전력을 일정히 유지할 수 있다. 또한, 링 형태의 권선을 구비하므로 권선의 오버행이 존재하지 않아 이에 따른 손실이 발생하지 않는다.The method of inducing electromotive force in the rotary transformer uses the same method as the conventional transformer principle unlike the excitation of the conventional brushless generator using relative motion, so that the electromotive force is applied to the rotary part winding 2 of the rotary transformer even in a stopped state. It can be induced to quickly generate the rated output voltage of the main generator, and it is possible to maintain the electromotive force induced in the winding of the rotating part of the rotary transformer irrespective of the change in the rotational speed of the main generator. In addition, since the ring-shaped winding is provided, there is no overhang of the winding, and thus no loss occurs.
상기 회전 변압기의 고정부 권선(1)에서 전원 주파수를 조정하여 주 발전기출력 변동에 따른 여자기의 출력을 제어하는데, 출력 전압 제어기(19)에서 전압이 부족하면 회전 변압기의 권선(1)에서 전원 주파수를 조정하여 전압을 일정히 유지한다.The output of the exciter according to the main generator output fluctuation is controlled by adjusting the power frequency in the fixed part winding 1 of the rotary transformer. When the voltage is insufficient in the output voltage controller 19, the power is supplied in the winding 1 of the rotary transformer. Adjust the frequency to keep the voltage constant.
이와 같이 주 발전기(12)와 회전 변압기(11)로 구성된 본 발명의 실시예에 따른 브러시리스 발전기는, 회전 변압기(11)의 고정부 권선(1)의 전류에 의해서 회전 변압기 고정부 철심(3)과 회전부 철심(4)을 통해 상기 회전 변압기(11)의 주 자속(23)이 발생되는데, 이때 상기 회전축(6)이 정지된 상태에서도 상기 회전 변압기 회전부 권선(2)에 기전력이 유기된다.Thus, the brushless generator according to the embodiment of the present invention composed of the main generator 12 and the rotary transformer 11, by the current of the fixing unit winding (1) of the rotary transformer 11 iron core (3) ) And the main magnetic flux 23 of the rotary transformer 11 is generated through the iron core 4 of the rotating unit. In this case, the electromotive force is induced in the winding of the rotary transformer rotating unit 2 even when the rotating shaft 6 is stopped.
그 유기된 기전력이 정류됨에 따라 주 발전기 회전부 권선(7)에 전류가 공급된다. 그에 따라, 상기 주 발전기 회전부 권선(7)의 전류에 의해 주 발전기 고정부 철심(10)과 주 발전기 회전부 철심(8)에는 자속이 형성되고, 회전부(16)가 회전하면 그로 인해 주 발전기 고정부 권선(9)에서는 소정의 출력 전압을 얻게 된다.As the induced electromotive force is rectified, a current is supplied to the main generator rotor winding 7. Accordingly, a magnetic flux is formed in the main generator fixing iron core 10 and the main generator rotating iron core 8 by the current of the main generator rotating unit winding 7, and thus, when the rotating unit 16 rotates, the main generator fixing unit In winding 9, a predetermined output voltage is obtained.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고주파 회전 변압기 여자방식을 이용한 브러시리스 발전기의 회로도이다. 본 발명의 브러시리스 발전기를 회로적으로 보면, 전원 단자(18)와 회전 변압기 고정부 입력단자(22) 사이에 정류기 및 공진회로로 구성된 주파수변환장치(5)와; 회전 변압기 고정부 입력단자(22)에 접속된 회전 변압기 고정부 권선(1)을 갖춘 회전 변압기 고정부(15)와; 회전 변압기 회전부 권선(2)과 주 발전기 회전부 권선(7)을 갖추되, 상기 회전 변압기 회전부 권선(2)과 상기 주 발전기 회전부 권선(7) 사이에 정류기와 공진회로 및 필터로 구성된 전력변환기(14)가 접속된 회전부(16)와; 주 발전기 출력단자(13)에 접속된 주 발전기 고정부 권선(9)을 갖춘 주 발전기 고정부(17)를 포함하여 구성된다.5 is a circuit diagram of a brushless generator using a high frequency rotary transformer excitation method according to an embodiment of the present invention. In the circuit of the brushless generator of the present invention, there is provided a frequency converter (5) comprising a rectifier and a resonant circuit between a power supply terminal (18) and an input terminal (22) of a rotary transformer; A rotating transformer holding part 15 having a rotating transformer holding part winding 1 connected to the rotating transformer holding part input terminal 22; A power transformer 14 having a rotary transformer rotor winding 2 and a main generator rotor winding 7 comprising a rectifier, a resonant circuit and a filter between the rotary transformer rotor winding 2 and the main generator rotor winding 7 Rotating portion 16 to which is connected; And a main generator fixture 17 with a main generator fixture winding 9 connected to a main generator output terminal 13.
상기 주파수변환장치(5)는 전원의 단자전압 주파수를 변환하여 상기 회전 변압기 고정부 권선(1)에 고주파수의 교류를 공급하고, 상기 전력변환기(14)는 상기 회전 변압기 회전부 권선(2)에 유기되는 기전력을 정류하여 주 발전기의 여자기에 직류를 공급한다.The frequency converter 5 converts the terminal voltage frequency of the power supply to supply high-frequency alternating current to the rotary transformer fixing part winding 1, and the power converter 14 induces the rotation transformer rotating part winding 2 to flow. It rectifies the electromotive force and supplies DC to the exciter of the main generator.
도 5의 경우, 상기 주파수변환장치(5)에 소정의 전원이 입력되면 필요한 주파수의 전압으로 변환하여 회전 변압기 고정부 입력단자(22)에 입력하고, 이에 따라 상기 회전 변압기 회전부 권선(2)에 기전력이 유기되며 그 유기된 기전력은 전력변환기(14)에 의해 정류된 후 상기 주 발전기 회전부 권선(7) 및 주 발전기 고정부 권선(9)을 통해 주 발전기 출력단자(13)로 출력된다.In the case of Figure 5, when a predetermined power is input to the frequency converter 5 is converted into a voltage of the required frequency and input to the rotary transformer fixing unit input terminal 22, accordingly to the rotary transformer rotating unit winding (2) The electromotive force is induced and the induced electromotive force is rectified by the power converter 14 and then outputted to the main generator output terminal 13 through the main generator rotation part winding 7 and the main generator fixing part winding 9.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고주파 회전변압기 여자방식을 이용한 브러시리스 발전기의 주파수변환장치(5)의 구성도로서, 교류 전원을 직류로 바꾸는 정류회로(37)와, 정류된 전압의 주파수를 변환하는 주파수 변환기(38)와, 공진회로(39)로 구성된다. 상기 주파수변환장치(5)는 상용 전원의 주파수를 필요한 고주파수로 변환하고, 회전 변압기(11)의 전기회로에서 전기적인 공진을 발생시키는 역할을 한다.6 is a configuration diagram of a frequency conversion device 5 of a brushless generator using a high frequency rotary transformer excitation method according to an embodiment of the present invention, which includes a rectifier circuit 37 for converting an AC power source into a direct current and a frequency of a rectified voltage. It consists of a frequency converter 38 for converting and a resonant circuit 39. The frequency converter 5 converts the frequency of the commercial power supply into the required high frequency, and serves to generate electrical resonance in the electrical circuit of the rotary transformer 11.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고주파 회전변압기 여자방식을 이용한 브러시리스 발전기의 전력변환장치(14) 구성도로서 회전 변압기 회전부 권선(2)에 유기된 고주파 기전력을 직류로 변환하여 주 발전기 회전자 권선(7)에 입력하며, 회전 변압기(11)의 전기회로에서 전기적인 공진을 발생시키는 공진회로(40)와, 교류를 직류로 변환하는 정류회로(41)와, 정류된 전압파형을 평탄하게 하는 고조파 필터기(42)를 포함하여 구성된다.7 is a schematic diagram of a power converter 14 of a brushless generator using a high frequency rotary transformer excitation method according to an embodiment of the present invention. The resonant circuit 40, which is input to the electromagnetic winding 7 and generates electrical resonance in the electric circuit of the rotary transformer 11, the rectifier circuit 41 for converting AC into direct current, and the rectified voltage waveform is flattened. It is configured to include a harmonic filter 42.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 고주파 회전변압기 여자방식을 이용한 브러시리스 발전기의 출력을 제어하는 회로도로서, 소정 길이의 회전축(6)이 회전 변압기 회전부(20)와 주 발전기 회전부(21)에 압입되고, 상기 회전 변압기 회전부(20)는 회전 변압기 고정부(15)내에서 회전하며, 상기 주 발전기 회전부(21)는 주 발전기 고정부(17)내에서 회전한다.8 is a circuit diagram for controlling the output of the brushless generator using the high-frequency rotary transformer excitation method according to an embodiment of the present invention, the rotary shaft 6 of a predetermined length to the rotary transformer rotary unit 20 and the main generator rotary unit 21 Press-fitted, the rotary transformer rotating part 20 rotates in the rotary transformer fixing part 15, and the main generator rotating part 21 rotates in the main generator fixing part 17.
그리고, 상기 회전 변압기 회전부(20)와 상기 주 발전기 회전부(21) 사이에는 정류기, 공진회로 및 필터로 구성된 전력변환장치(14)가 연결되고, 상기 회전 변압기 고정부(15)와 전원단자(18) 사이에는 정류기, 주파수 변환기 및 공진회로로 구성된 주파수변환장치(5)가 연결되며, 상기 주파수변환장치(5)와 상기 주 발전기 고정부(17) 사이에는 출력 제어기(19)가 연결된다.In addition, a power converter 14 composed of a rectifier, a resonance circuit, and a filter is connected between the rotary transformer rotating unit 20 and the main generator rotating unit 21, and the rotary transformer fixing unit 15 and the power supply terminal 18 are connected to each other. ) Is connected between a frequency converter 5 composed of a rectifier, a frequency converter and a resonance circuit, and an output controller 19 is connected between the frequency converter 5 and the main generator fixing unit 17.
그에 따라, 상기 전원단자(18)에 상용 전원이 인가되면 상기 주파수변환장치(5)에서 필요한 주파수로 변환하고 이를 상기 회전 변압기 고정부(15)에 인가하면, 상기 회전 변압기(15, 20을 포함)의 회전부 권선에 유기된 기전력은 전력변환기(14)에 의해 정류되며, 그 정류된 전류는 주 발전기(17, 21을포함)의 여자기에 공급된다.Accordingly, when commercial power is applied to the power terminal 18, the frequency converter 5 converts the required frequency into the required frequency and applies the same to the rotary transformer fixing unit 15, and includes the rotary transformers 15 and 20. The electromotive force induced in the winding of the rotary part of the s) is rectified by the power converter 14, and the rectified current is supplied to the exciter of the main generator 17, 21.
이어, 상기 회전축(6)을 회전시키게 되면 상기 주 발전기에서는 소정의 전압을 출력하게 되는데, 상기 출력 제어기(19)는 상기 주 발전기의 출력전압을 측정하여 상기 회전 변압기의 고정부 권선(1)의 전원 주파수를 제어한다.Subsequently, when the rotating shaft 6 is rotated, the main generator outputs a predetermined voltage. The output controller 19 measures the output voltage of the main generator to determine the winding of the fixed part winding 1 of the rotary transformer. Control the power supply frequency.
이상에서 설명한 본 발명은 고주파 여자기를 사용하는 전동기에도 변형하여 적용할 수 있는 것임은 당해 기술에 통상의 기술을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.It will be readily understood by those skilled in the art that the present invention described above can be applied to a modified electric motor using a high frequency exciter.
한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described typical preferred embodiment, it can be carried out in various ways without departing from the gist of the present invention various modifications, changes, substitutions or additions in the art Anyone who has this can easily understand it. If the implementation by such improvement, change, replacement or addition falls within the scope of the appended claims, the technical idea should also be regarded as belonging to the present invention.
이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 브러시를 사용하지 않고 회전 변압기에서 전기적인 공진회로가 구비된 주파수변환장치와 전력변환장치를 통해 고주파수의 전원을 주 발전기의 여자기에 공급하고, 부하 변동에 따른 여자기의 출력은 회전 변압기의 전원 주파수 조정에 의해 제어하므로, 고속 운전이 가능하고주 발전기의 여자기에 전달되는 전력용량이 크며 소형 경량화가 가능하며 유지보수가 간단하다. 또한, 링 형태의 권선을 구비하여 권선의 오버행이 존재하지 않으므로 손실과 고조파가 최소화되어 고효율 운전이 가능하다.As described in detail above, according to the present invention, the high frequency power is supplied to the exciter of the main generator through a frequency converter and a power converter equipped with an electric resonance circuit in a rotary transformer without using a brush, The output of the exciter is controlled by adjusting the frequency of the power supply of the rotary transformer, so it is possible to operate at high speed, and the power capacity delivered to the exciter of the main generator is large, small and light, and maintenance is simple. In addition, since the winding has a ring shape, there is no overhang of the winding, so that loss and harmonics are minimized to enable high efficiency operation.
특히, 종래의 브러시리스 발전기보다 여자기의 부피가 적고 기존 변압기 방식과 같은 전자유도 원리에 의해 계자 자속이 항상 존재하므로, 회전력이 인가되면 항상 전력을 생산할 수 있기 때문에 항공기의 전원에 적합하다.In particular, since the volume of the exciter is smaller than the conventional brushless generator and the magnetic field flux is always present by the electromagnetic induction principle as in the conventional transformer method, it is suitable for power supply of an aircraft because it can always produce electric power when rotational force is applied.
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