KR101389414B1 - Magnet motor transmitting current using capacitor - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 커패시터를 이용한 전류전달 방식의 동기기는, 권선부를 구비하는 고정자와, 상기 권선부와 대응되는 위치에 마그네트를 구비하는 회전자와, 상기 권선부와 마그네트 사이에 위치되되 상기 고정자에서 상기 회전자측으로 전류를 전달하는 제1 커패시터와, 상기 회전자에서 상기 고정자측으로 전류를 전달하는 제2 커패시터;를 포함하여 구성된다. 본 발명에 의한 커패시터를 이용한 전류전달 방식의 동기기를 이용하면, 커패시터 방식으로 전류를 전달함으로써 브러시부분의 마찰로 인한 열, 수명 등 문제점을 해결할 수 있고, 전류제어 및 회로구성이 용이해지며, 환류다이오드(free wheeling diode)를 내장한 IGBT를 사용해 스위칭의 최적화를 함으로써 경량화 및 고효율 운전이 가능해진다는 장점이 있다.The current transfer type synchronizer using the capacitor according to the present invention includes a stator having a winding part, a rotor having a magnet at a position corresponding to the winding part, and positioned between the winding part and the magnet. And a first capacitor transferring current to the rotor side, and a second capacitor transferring current from the rotor to the stator side. By using the current-transfer synchronous device using the capacitor according to the present invention, by transferring the current in the capacitor method can solve problems such as heat, life, etc. due to friction of the brush portion, current control and circuit configuration is easy, reflux The use of IGBTs with built-in diodes (free wheeling diodes) optimizes switching, allowing for lightweight and high efficiency operation.

Description

커패시터를 이용한 전류전달 방식의 동기기 {Magnet motor transmitting current using capacitor}Synchronizer of current transfer method using capacitor {Magnet motor transmitting current using capacitor}

본 발명은 브러시 없이 전류를 전달할 수 있도록 구성되는 동기기에 관한 것으로, 더 상세하게는 한 쌍의 커패시터를 이용하여 고정자와 회전자 간의 전류 전달이 가능하도록 구성되는 동기기에 관한 것이다.The present invention relates to a synchronizer configured to transmit current without a brush, and more particularly, to a synchronizer configured to enable current transfer between a stator and a rotor using a pair of capacitors.

권선형 동기기는 회전하는 계자에 전기를 공급해야 하므로 일반적으로 슬립링과 브러시구조를 갖도록 구성되는데, 이와 같이 브러시를 통해 전류가 전달되도록 구성되는 경우 브러시마찰에 의한 소음, 수명 등 문제로 인해 전기자동차, 열차 등 동기기 경량화가 요구되는 분야에 적용이 어려우며, 계자전류에 의한 동손이 발생된다는 등의 문제가 발생된다. 특히, 전기자동차와 같은 모터의 구동력으로 출력을 하는 기기에서는 브러시의 문제 때문에 시스템 성능에 영향을 미치게 된다.The winding type synchronous machine is generally configured to have a slip ring and a brush structure because it needs to supply electricity to the rotating field. In this case, when the electric current is transmitted through the brush, the electric vehicle due to noise, life, etc. due to brush friction It is difficult to apply to the field where the weight of the synchronizer is required, such as a train and the like, and a problem occurs such that a copper loss occurs due to the field current. In particular, in devices that output by the driving force of a motor such as an electric vehicle, the problem of the brush affects the system performance.

따라서 동기기에서 브러시를 없애기 위해 계자를 영구자석으로 만든 영구자석형 동기기가 현재는 많은 발전을 이루고 있지만, 영구자석으로 자속을 만들어야 하므로 공극자속을 크게 하는데 한계가 있다는 문제점이 있다. 또한, 인덕터를 이용하는 경우 전류지연에 따른 전류제어 어려움이 있고, 회전자 측 회로가 복잡해지며, 권선을 다수 회 감아야하므로 열손실 및 전류손실이 유발된다는 문제점도 있다.Therefore, the permanent magnet type synchronous machine made of the permanent magnet to remove the brush from the synchronous motor has made much progress at present, but there is a problem in that the magnetic flux must be made of the permanent magnet to increase the air gap magnetic flux. In addition, when the inductor is used, current control is difficult due to current delay, the rotor-side circuit is complicated, and the winding has to be wound a plurality of times, thereby causing heat loss and current loss.

한편 최근 들어서는, 공극자속을 크게 할 수 있도록 네오디움, 사마륨코발트 등과 같이 자속발생 능력이 높은 새로운 영구자석재료를 적용하여, 수[MW]급의 영구자석형 동기기가 만들어 지고 있지만, 중,대용량의 동기기에는 사실상 적용이 어렵다는 단점이 있다. 이와 관련하여, 참고 선행기술문헌으로는 대한민국 공개특허공보 공개번호 제2011-0054387호(공개일자 2011.05.25)의 '비접촉 변압기를 이용한 피치시스템'이 있다.Recently, new permanent magnet materials with high magnetic flux generating ability, such as neodymium and samarium cobalt, have been applied to increase the pore flux. The disadvantage is that the synchronizer is practically difficult to apply. In this regard, a reference prior art document is 'Pitch system using a non-contact transformer' of the Republic of Korea Patent Publication No. 2011-0054387 (published date 2011.05.25).

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 인버터와 인덕턴스에 대한 새로운 대안으로 커패시터 방식으로 전류를 전달함으로써 브러시부분의 마찰로 인한 열, 수명 등 문제점을 해결할 수 있고, 환류다이오드(free wheeling diode)를 내장한 IGBT를 사용해 스위칭의 최적화를 함으로써 경량화 및 고효율 운전이 가능한 동기기를 제공하는데 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, by transferring the current in a capacitor method as a new alternative to the inverter and inductance, it is possible to solve problems such as heat, lifetime due to friction of the brush portion, free-flow diode (free The goal is to provide a synchronizer that can be lighter and more efficient by optimizing switching using an IGBT with a built-in wheeling diode.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 커패시터를 이용한 전류전달 방식의 동기기는, 권선부를 구비하는 고정자; 상기 권선부와 대응되는 위치에 마그네트를 구비하는 회전자; 상기 권선부와 마그네트 사이에 위치되되, 상기 고정자에서 상기 회전자 측으로 전류를 전달하는 제1 커패시터와, 상기 회전자에서 상기 고정자 측으로 전류를 전달하는 제2 커패시터;를 포함하여 구성된다.Synchronizer of the current transfer method using a capacitor according to the present invention for achieving the above object, the stator having a winding; A rotor having a magnet at a position corresponding to the winding part; Located between the winding and the magnet, a first capacitor for transmitting current from the stator to the rotor side, and a second capacitor for transmitting current from the rotor to the stator side; is configured to include.

상기 제1 커패시터와 제2 커패시터는, 상기 고정자와 전기적으로 연결되는 고정자측 전도체와, 상기 회전자와 전기적으로 연결되며 상기 고정자측 전도체와 겹쳐지도록 배치되되 상기 고정자측 전도체와 설정범위 이내의 간격으로 이격되는 회전자측 전도체를 포함한다.The first capacitor and the second capacitor are arranged to be electrically connected to the stator and to the stator, and to be overlapped with the stator. A rotor side conductor spaced apart.

상기 회전자는 상기 고정자에 인입되는 구조로 장착되고, 상기 권선부와 상기 마그네트는 각각 상기 고정자의 내측벽과 상기 회전자의 외측벽에 상기 회전자의 회전방향을 따라 다수 개 배열된다.The rotor is mounted to the stator structure, and a plurality of the winding parts and the magnets are arranged along the rotational direction of the rotor on the inner wall of the stator and the outer wall of the rotor, respectively.

상기 제1 커패시터와 제2 커패시터는, 각각 중심점이 일치하는 2중 링 구조로 구성된다.The first capacitor and the second capacitor are each configured of a double ring structure in which center points coincide with each other.

상기 제1 커패시터와 제2 커패시터는, 상기 회전자의 회전축 방향을 따라 배열된다.The first capacitor and the second capacitor are arranged along the rotation axis direction of the rotor.

상기 고정자와 회전자는 상기 회전자의 회전축 방향을 따르는 적층구조로 배열되고, 상기 제1 커패시터와 상기 제2 커패시터는 상기 고정자와 회전자가 상호 마주보는 면에 구비된다.The stator and the rotor are arranged in a stacked structure along the direction of the rotation axis of the rotor, and the first capacitor and the second capacitor are provided on a surface where the stator and the rotor face each other.

상기 제1 커패시터와 제2 커패시터는, 중심점이 상기 회전자의 회전축과 일치하는 링 형상으로 형성되어 상기 회전자에 장착되는 회전자측 제1 도전판과, 상기 회전자측 제1 도전판과 대응되는 형상으로 형성되어 상기 고정자에 장착되는 고정자측 제1 도전판과, 상기 회전자측 제1 도전판의 내측공간에 인입되는 원판 형상으로 형성되어 상기 회전자에 장착되는 회전자측 제2 도전판과, 상기 회전자측 제2 도전판과 대응되는 형상으로 형성되어 상기 고정자에 장착되는 고정자측 제2 도전판을 포함하여 구성된다.The first capacitor and the second capacitor correspond to a rotor side first conductive plate having a center point formed in a ring shape coincident with the rotation axis of the rotor and mounted to the rotor, and the rotor side first conductive plate. A stator side first conductive plate formed in a shape to be mounted on the stator, and a rotor side second conductive plate formed in a disc shape to be inserted into an inner space of the rotor side first conductive plate and mounted to the rotor. And a stator side second conductive plate formed in a shape corresponding to the rotor-side second conductive plate and mounted to the stator.

상기 고정자에는, 제공된 직류전류를 교류전류로 전환하여 상기 제1 커패시터로 공급하기 위해 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)가 구비된다.The stator is provided with an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) for converting the provided DC current into an AC current and supplying it to the first capacitor.

상기 회전자에는, 충전전류로 인한 기기의 손상을 방지하기 위해 환류다이오드가 구비된다.The rotor is equipped with a reflux diode to prevent damage to the device due to the charging current.

본 발명에 의한 커패시터를 이용한 전류전달 방식의 동기기를 이용하면, 커패시터 방식으로 전류를 전달함으로써 브러시부분의 마찰로 인한 열, 수명 등 문제점을 해결할 수 있고, 전류제어 및 회로구성이 용이해지며, 환류다이오드(free wheeling diode)를 내장한 IGBT를 사용해 스위칭의 최적화를 함으로써 경량화 및 고효율 운전이 가능해진다는 장점이 있다.By using the current-transfer synchronous device using the capacitor according to the present invention, by transferring the current in the capacitor method can solve problems such as heat, life, etc. due to friction of the brush portion, current control and circuit configuration is easy, reflux The use of IGBTs with built-in diodes (free wheeling diodes) optimizes switching, allowing for lightweight and high efficiency operation.

도 1은 본 발명에 의한 커패시터를 이용한 전류전달 방식의 동기기의 회로도이다.
도 2는 본 발명에 의한 커패시터를 이용한 전류전달 방식의 동기기의 분해사시도이다.
도 3 및 도 4는 도 3에 도시된 동기기의 평면도 및 수직단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 커패시터를 이용한 전류전달 방식의 동기기 제2 실시예의 분해사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 동기기의 수직단면도이다.1 is a circuit diagram of a current transfer type synchronizer using a capacitor according to the present invention.
2 is an exploded perspective view of a current transfer type synchronizer using a capacitor according to the present invention.
3 and 4 are a plan view and a vertical sectional view of the synchronizer shown in FIG.
5 is an exploded perspective view of a second embodiment of the synchronizer of the current transfer method using a capacitor according to the present invention.
6 is a vertical sectional view of the synchronizer shown in FIG.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 커패시터를 이용한 전류전달 방식의 동기기의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of a current transfer type synchronizer using a capacitor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 커패시터를 이용한 전류전달 방식의 동기기의 회로도이며, 도 2는 본 발명에 의한 커패시터를 이용한 전류전달 방식의 동기기의 분해사시도이고, 도 3 및 도 4는 도 3에 도시된 동기기의 평면도 및 수직단면도이다.1 is a circuit diagram of a current transfer type synchronizer using a capacitor according to the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of a current transfer type synchronizer using a capacitor according to the present invention, and FIGS. 3 and 4 are shown in FIG. Top and vertical cross-sectional views of the synchronizer.

본 발명에 의한 커패시터를 이용한 전류전달 방식의 동기기는 브러시를 이용하지 아니하고서도 전류를 전달할 수 있도록 구성되는 브러시리스 동기기의 일종이다. 종래에도 브러시를 이용하지 아니하고서도 전류를 전달할 수 있도록 인덕터를 이용한 동기기가 제안된 바 있으나, 이러한 동기기는 전류지연이 발생되어 전류제어에 어려움이 있고, 회전자(200) 측의 회로가 복잡해지며, 수회에 걸쳐 권선을 감아야 하므로 열손실 및 전력손실이 야기된다는 단점이 있다.The current transfer type synchronizer using the capacitor according to the present invention is a kind of brushless synchronizer configured to transfer current without using a brush. Conventionally, a synchronizer using an inductor has been proposed to transfer current without using a brush, but such a synchronizer has a current delay, which makes it difficult to control the current, and the circuit of the rotor 200 becomes complicated. Since the winding has to be wound several times, there is a disadvantage that heat loss and power loss are caused.

본 발명에 의한 동기기는 상기 언급한 문제점을 해결하기 위해, 인덕터를 이용하는 것이 아니라 커패시터를 이용하여 전류를 전달할 수 있도록 구성된다는 점에 가장 큰 특징이 있다. 이와 같이 커패시터를 이용하여 전류를 전달하도록 구성되면, 브러시를 생략할 수 있으므로 브러시 마찰에 의한 소음 및 발열 등의 문제를 원천적으로 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 언급한 인덕터를 이용하는 경우의 문제까지도 모두 해결할 수 있다는 장점이 있다.In order to solve the above-mentioned problems, the synchronizer according to the present invention is characterized in that it is configured to transmit current using a capacitor rather than using an inductor. When the current is configured to transfer current using a capacitor, the brush can be omitted, thereby not only solving the problem of noise and heat generated by brush friction, but also solving the problem of using the inductor mentioned above. There is an advantage that it can.

이때, 고정자(100)와 회전자(200) 간에는 고정자(100)에서 회전자(200)를 향하는 전류의 흐름과 회전자(200)에서 고정자(100)를 향하는 전류의 흐름이 각각 별도로 유지되어야 하므로, 상기 커패시터는 고정자(100) 측에서 회전자(200) 측으로 전류를 전달하기 위한 커패시터와, 회전자(200) 측에서 고정자(100) 측으로 전류를 전달하기 위한 커패시터로 구분되어야 한다. 이에 따라 본 발명에 의한 커패시터를 이용한 전류전달 방식의 동기기는, 권선부(120)를 구비하는 고정자(100)와, 상기 권선부(120)와 대응되는 위치에 마그네트(220)를 구비하는 회전자(200)와, 상기 권선부(120)와 마그네트(220) 사이에 위치되는 제1 커패시터(310) 및 제2 커패시터(320)를 포함하되, 상기 제1 커패시터(310)는 고정자(100)에서 회전자(200) 측으로 전류를 전달하도록 구성되고 제2 커패시터(320)는 회전자(200)에서 고정자(100) 측으로 전류를 전달하도록 구성된다.At this time, between the stator 100 and the rotor 200, the flow of current from the stator 100 to the rotor 200 and the flow of current from the rotor 200 to the stator 100 must be maintained separately. The capacitor should be divided into a capacitor for transmitting current from the stator 100 to the rotor 200 and a capacitor for transmitting current from the rotor 200 to the stator 100. Accordingly, the current transfer type synchronizer using the capacitor according to the present invention includes a stator 100 having a winding unit 120 and a rotor having a magnet 220 at a position corresponding to the winding unit 120. And a first capacitor 310 and a second capacitor 320 positioned between the winding part 120 and the magnet 220, wherein the first capacitor 310 is formed in the stator 100. It is configured to deliver current to the rotor 200 side and the second capacitor 320 is configured to transfer current from the rotor 200 to the stator 100 side.

한편 상기 제1 커패시터(310) 및 제2 커패시터(320)는 각각 미세하게 이격된 한 쌍의 전도체로 구성된다. 즉, 상기 제1 커패시터(310)와 제2 커패시터(320)는, 고정자(100)와 전기적으로 연결되는 고정자(100)측 전도체와, 회전자(200)와 전기적으로 연결되며 고정자(100)측 전도체와 겹쳐지도록 배치되되 고정자(100)측 전도체와 설정범위 이내의 간격으로 이격되는 회전자(200)측 전도체를 포함하여 구성된다.Meanwhile, the first capacitor 310 and the second capacitor 320 are each composed of a pair of conductors finely spaced apart. That is, the first capacitor 310 and the second capacitor 320 are the conductors on the stator 100 electrically connected to the stator 100 and the stator 100 on the stator 100. It is disposed to overlap with the conductor, and comprises a conductor on the stator 100 and a rotor 200 on the rotor 200 spaced apart from each other within a predetermined range.

따라서 한 쌍의 전도체에 전압을 인가하였을 때 고정자(100)와 회전자(200) 간에 전류가 흐르게 된다. 이때, 커패시터의 용량이 아주 작고 전압의 변화가 완만하게 일어난다면 즉, 주파수가 작다면, 용량이 작은 커패시터의 대전과 방전이 순간적으로 나타나므로 전류가 지속적으로 통과하지 못하게 된다. 따라서 커패시터의 용량이 작은 경우에는 교류 주파수를 크게 설정해야 전류 통과가 가능해진다. 반면에, 커패시터의 용량이 충분히 큰 경우에는 충방전에 소요되는 시간이 오래 걸리므로 전압의 변화가 완만하더라도 즉, 주파수가 작더라도 전류를 통과시킬 수 있다는 특성이 있다. 이와 같이 미세한 간격으로 이격된 한 쌍의 전도체로 구성되는 커패시터에 전압을 인가하였을 때 전류가 흐르게 되는 원리는 이미 널리 알려진 공지의 원리이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.Therefore, when a voltage is applied to the pair of conductors, current flows between the stator 100 and the rotor 200. At this time, if the capacity of the capacitor is very small and the change in voltage occurs smoothly, that is, if the frequency is small, the charging and discharging of the small capacitor is instantaneous, so that the current does not continuously pass. Therefore, when the capacitor capacity is small, it is necessary to set a large alternating current frequency to allow current to pass. On the other hand, when the capacity of the capacitor is large enough, it takes a long time for charging and discharging, so that even if the voltage change is gentle, that is, the frequency is small, the current can pass. Since a current flows when a voltage is applied to a capacitor composed of a pair of conductors spaced at minute intervals as described above, a well-known principle is well known, and thus a detailed description thereof will be omitted.

본 발명에 의한 동기기와 같이 커패시터를 이용하여 전류를 전달하도록 구성되면, 브러시 사용으로 인해 발생되는 동손 및 소음, 내구성 저하 등의 문제가 해결될 수 있고, 인덕터를 이용하는 경우에 비해 전류지연 현상이 현저히 낮아지게 되어 전류제어가 용이해질 뿐만 아니라 수회에 걸쳐 권선을 감을 필요가 없으므로 열손실 및 전력손실을 방지할 수 있다는 장점이 있다.When configured to transfer current using a capacitor, such as a synchronous device according to the present invention, problems such as copper loss, noise, and durability deterioration caused by the use of a brush can be solved, and a current delay phenomenon is significantly higher than that of an inductor. It is lowered, so it is easy to control the current and there is no need to wind the winding several times, so there is an advantage of preventing heat loss and power loss.

한편, 도 2 내지 도 4에 도시된 실시예와 같이 본 발명에 의한 동기기에 포함되는 회전자(200)가 고정자(100)의 내측으로 인입되어 자전하도록 구성되는 경우 즉, 고정자(100)가 내측공간이 비어있는 파이프 형상으로 형성되고 회전자(200)가 상기 고정자(100)에 인입될 수 있는 원통 형상으로 형성되는 경우, 상기 권선부(120)와 마그네트(220)는 각각 고정자(100)의 내측벽과 회전자(200)의 외측벽에 다수 개 마련되되, 회전자(200)의 회전방향을 따라 배열될 수 있다. 이와 같이 권선부(120)와 마그네트(220)가 각각 원형으로 배열되는 경우, 권선부(120) 및 마그네트(220)의 개수를 최대화시킬 수 있으므로, 본 발명에 의한 동기기의 용량을 극대화시킬 수 있게 된다.On the other hand, when the rotor 200 included in the synchronizer according to the present invention as shown in the embodiment shown in Figures 2 to 4 is configured to be inserted into the stator 100 to rotate, that is, the stator 100 is inside When the space is formed in an empty pipe shape and the rotor 200 is formed in a cylindrical shape that can be inserted into the stator 100, the winding part 120 and the magnet 220 are respectively formed of the stator 100. A plurality of inner walls and outer walls of the rotor 200 may be provided and arranged along the rotation direction of the rotor 200. When the windings 120 and the magnets 220 are arranged in a circular manner as described above, the number of the windings 120 and the magnets 220 can be maximized, so that the capacity of the synchronizer according to the present invention can be maximized. do.

상기 언급한 바와 같이 고정자(100)와 회전자(200)가 레이디얼(radial) 타입으로 구성되는 경우, 상기 제1 커패시터(310)와 제2 커패시터(320)는 회전자(200)의 회전각도에 관계없이 안정적으로 전류를 전달할 수 있도록, 각각 2중 링 구조로 구성됨이 바람직하다. 즉, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1 커패시터(310)는, 고정자(100)와 전기적으로 연결되어 권선부(120)와 마그네트(220) 사이에 위치되는 고정자측 제1 슬립링(312)과, 회전자(200)와 전기적으로 연결되어 고정자측 제1 슬립링(312)과 마그네트(220) 사이에 위치되는 회전자측 제1 슬립링(314)으로 구성될 수 있다. 마찬가지로 제2 커패시터(320)는, 고정자(100)와 전기적으로 연결되어 권선부(120)와 마그네트(220) 사이에 위치되는 고정자측 제2 슬립링(322)과, 회전자(200)와 전기적으로 연결되어 고정자측 제2 슬립링(322)과 마그네트(220) 사이에 위치되는 회전자측 제2 슬립링(324)으로 구성될 수 있다. 이때, 고정자측 제1 슬립링(312)과 고정자측 제2 슬립링(322)은 상호 전기적으로 연결되지 아니하도록 구성되고, 회전자측 제1 슬립링(314)과 회전자측 제2 슬립링(324) 역시 상호 전기적으로 연결되지 아니하도록 구성되어야 한다. 또한, 제1 커패시터(310)를 통한 전류 흐름과 제2 커패시터(320)를 통한 전류 흐름이 상호 간섭되지 아니하도록, 상기 제1 커패시터(310)와 제2 커패시터(320)는 회전자(200)의 회전축 방향(본 실시예에서는 상하방향)을 따라 배열됨이 바람직하다.As mentioned above, when the stator 100 and the rotor 200 are configured in a radial type, the first capacitor 310 and the second capacitor 320 may be rotated by the rotor 200. Regardless of whether it is possible to transmit current stably, it is preferable that each of the two ring structure is configured. That is, as illustrated in FIGS. 3 and 4, the first capacitor 310 is electrically connected to the stator 100 and is positioned between the winding part 120 and the magnet 220. 312 and the rotor side first slip ring 314 electrically connected to the rotor 200 and positioned between the stator side first slip ring 312 and the magnet 220. Similarly, the second capacitor 320 is electrically connected to the stator 100 and is electrically connected to the stator side second slip ring 322 positioned between the winding part 120 and the magnet 220 and the rotor 200. The rotor side may include a second side slip ring 324 located between the stator side second slip ring 322 and the magnet 220. At this time, the stator side first slip ring 312 and the stator side second slip ring 322 are configured not to be electrically connected to each other, the rotor side first slip ring 314 and the rotor side second slip ring 324 should also be configured not to be electrically connected to each other. In addition, the first capacitor 310 and the second capacitor 320 are the rotor 200 so that the current flow through the first capacitor 310 and the current flow through the second capacitor 320 do not interfere with each other. It is preferably arranged along the rotation axis direction (up and down direction in this embodiment).

한편, 고정자(100)로 공급되는 전원이 직류일 경우 상기 언급한 바와 같이 커패시터의 용량이 작으면 전류가 원활하게 흐르지 못하므로, 상기 고정자(100)에는 제공된 직류전류를 교류전류로 전환하기 위해 컨버터 역할을 하는 구성요소가 필수적으로 구비되어야 한다. 따라서 상기 고정자(100)에는 도 1에 도시된 바와 같이 IGBT(110)(Insulated Gate Bipolar Transistor)가 구비될 수 있고, IGBT(110)가 가지고 있는 턴 오프(turn-off) 손실을 줄일 수 있도록 환류다이오드가 포함되도록 구성됨이 바람직하다. 이와 같이 턴 오프 손실을 줄일 수 있게 되면, 스위칭을 최적화함으로써 동기기의 경량화 및 고효율 운전이 가능해진다는 이점이 있다. 이때, 도 1에 도시된 바와 같이 고정자(100)에 포함된 IGBT(110)와 코일 및 저항을 이용하여 직류전원을 교류전원으로 변환하는 기술은 본 발명이 해당하는 기술분야에서 이미 상용화된 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 제1 커패시터(310)에 충전되어 있던 충전전류가 방출될 때 스파크 발생 등 기기의 손상이 유발될 수 있는바, 상기 회전자(200)에는 충전전류로 인한 기기의 손상을 방지하기 위해 환류다이오드(210)가 병렬로 배열됨이 바람직하다.On the other hand, if the power supplied to the stator 100 is a direct current as described above if the capacity of the capacitor is small, since the current does not flow smoothly, the stator 100 is a converter to convert the provided DC current into an alternating current A component that plays a role must be provided. Therefore, the stator 100 may be provided with an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) 110 as shown in FIG. 1, and reflux to reduce turn-off losses of the IGBT 110. Preferably, the diode is configured to be included. In this way, it is possible to reduce the turn-off loss, thereby optimizing the switching, thereby making it possible to reduce the weight of the synchronous device and to enable high efficiency operation. In this case, as shown in FIG. 1, the technology for converting a DC power source into an AC power source using the IGBT 110 included in the stator 100, a coil, and a resistor is already commercially available in the art. The detailed description thereof will be omitted. In addition, when the charging current charged in the first capacitor 310 is discharged, damage to the device may occur, such as spark generation, and the rotor 200 may be refluxed to prevent damage to the device due to the charging current. The diodes 210 are preferably arranged in parallel.

상기 언급한 바와 같이 본 발명에 의한 커패시터를 이용한 전류전달 방식의 동기기는, 브러시나 인덕터를 이용함에 따른 문제없이 고정자(100)와 회전자(200) 간의 전류 흐름을 가능하게 하고, 제품의 경량화 및 고효율 운전이 가능해진다는 장점이 있다.As mentioned above, the current transfer type synchronizer using the capacitor according to the present invention enables the current flow between the stator 100 and the rotor 200 without problems caused by the use of a brush or an inductor, and reduces the weight of the product and There is an advantage that high efficiency operation is possible.

한편, 본 실시예에서는 고정자(100)가 파이프 형상으로 형성되고 회전자(200)가 고정자(100) 내측으로 인입되는 구조만을 도시하고 있으나, 상기 고정자(100)와 회전자(200)의 배치구조는 상호 바뀔 수 있다. 즉, 회전자(200)가 파이프 형상으로 형성되고 고정자(100)가 회전자(200) 내측으로 인입되어, 바깥쪽에 있는 회전자(200)가 자전을 하도록 구성될 수도 있다.Meanwhile, in the present exemplary embodiment, only the structure in which the stator 100 is formed in a pipe shape and the rotor 200 is drawn into the stator 100 is illustrated, but the arrangement structure of the stator 100 and the rotor 200 is shown. Can be interchanged. That is, the rotor 200 may be formed in a pipe shape and the stator 100 may be inserted into the rotor 200, such that the rotor 200 on the outside may rotate.

또한, 본 실시예에서 언급하고 있는 커패시터(310, 320)는 전기전자제품에서 하나의 부품으로 사용되고 있는 규격화된 콘덴서로 한정하는 것이 아니라, 일정 간격 이격된 한 쌍의 도전체로 구성되어 각 도전체에 양극과 음극이 인가되었을 때 한 쌍의 도전체 사이로 전류가 흐를 수 있는 구성요소 전체를 뜻한다. 즉, 본원발명에 적용되고 있는 커패시터(310, 320)는 상호 이격된 상태에서 전류 흐름을 발생시킬 수 있는 한 쌍의 도전체를 포함한다면 어떠한 구조로도 대체될 수 있다.
In addition, the capacitors 310 and 320 mentioned in the present embodiment are not limited to standardized capacitors that are used as one component in electrical and electronic products, but are composed of a pair of conductors spaced at regular intervals. It refers to the entire component through which current can flow between a pair of conductors when an anode and a cathode are applied. That is, the capacitors 310 and 320 applied to the present invention may be replaced with any structure as long as they include a pair of conductors capable of generating a current flow in a spaced state.

도 5는 본 발명에 의한 커패시터를 이용한 전류전달 방식의 동기기 제2 실시예의 분해사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 동기기의 수직단면도이다.FIG. 5 is an exploded perspective view of a second embodiment of a current transfer type synchronizer using a capacitor according to the present invention, and FIG. 6 is a vertical cross-sectional view of the synchronizer shown in FIG.

본 발명에 의한 커패시터를 이용한 전류전달 방식의 동기기는, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 고정자(100)와 회전자(200)가 레이디얼(radial) 구조로 배치될 수도 있고, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 축방향(axial) 구조로 배치될 수도 있다.As shown in FIGS. 2 to 4, the stator 100 and the rotor 200 may be arranged in a radial structure as shown in FIGS. 2 to 4. It may be arranged in an axial structure as shown in FIG.

즉, 상기 고정자(100)와 회전자(200)는 회전자(200)의 회전축 방향을 따라 적층되는 구조로 배열되어, 상기 회전자(200)가 적층방향 중심축을 회전축으로 자전을 함으로써 에너지가 발생될 수 있도록 구성될 수 있다. 이와 같이 고정자(100)와 회전자(200)가 적층구조로 구성되는 경우, 전류 전달을 위한 제1 커패시터(310)와 제2 커패시터(320)는 상기 고정자(100)와 회전자(200)가 상호 마주보는 면에 각각 구비되는 회전자(200)측 전도체(318, 328) 및 고정자(100)측 전도체(316, 326)로 구성될 수 있으며, 회전자(200)측 전도체(318, 328)와 고정자(100)측 전도체(316, 326)가 상호 마주보는 면은 회전자(200)의 회전각도에 관계없이 항상 일정한 면적을 유지할 수 있도록 구성되어야 할 것이다.That is, the stator 100 and the rotor 200 are arranged in a stacked structure along the direction of the rotation axis of the rotor 200, so that the energy is generated by the rotor 200 rotating by rotating the central axis in the stacking direction. It can be configured to be. As described above, when the stator 100 and the rotor 200 are configured in a stacked structure, the first capacitor 310 and the second capacitor 320 for current transfer may include the stator 100 and the rotor 200. The rotor 200 side conductors 318 and 328 and the stator 100 side conductors 316 and 326 which are provided on the surfaces facing each other, respectively, and the rotor 200 side conductors 318 and 328. The surfaces of the stator 100 and the conductors 316 and 326 facing each other should be configured to maintain a constant area at all times regardless of the rotation angle of the rotor 200.

즉, 상기 제1 커패시터(310)는, 중심점이 상기 회전자(200)의 회전축과 일치하는 링 형상으로 형성되어 상기 회전자(200)에 장착되는 회전자측 제1 도전판(318)과, 상기 회전자측 제1 도전판(318)과 대응되는 형상으로 형성되어 상기 고정자(100)에 장착되는 고정자측 제1 도전판(316)으로 구성됨이 바람직하다. 또한 제2 커패시터(320)는, 상기 회전자측 제1 도전판(318)의 내측공간에 인입되는 원판 형상으로 형성되어 상기 회전자(200)에 장착되는 회전자측 제2 도전판(328)과, 상기 회전자측 제2 도전판(328)과 대응되는 형상으로 형성되어 상기 고정자(100)에 장착되는 고정자측 제2 도전판(326)을 포함하여 구성됨이 바람직하다. 이때, 마그네트(220)와 권선부(120)는 도 6에 도시된 바와 같이 각각 고정자(100)측 전도체(316, 326) 및 회전자(200)측 전도체(318, 328)와 대응되는 지점에 위치되므로, 고정자(100)측 전도체(316, 326)와 회전자(200)측 전도체(318, 328)가 미세하게 이격된 상태를 유지하면서 회전자(200)가 자전을 하는 경우, 고정자측 제1 도전판(316)과 회전자측 제1 도전판(318) 사이에는 회전자(200)를 향하는 방향으로 전류가 흐르고 고정자측 제2 도전판(326)과 회전자측 제2 도전판(328) 사이에는 고정자(100)를 향하는 방향으로 전류가 흐르게 된다.That is, the first capacitor 310 has a rotor-side first conductive plate 318, the center of which is formed in a ring shape coinciding with the rotation axis of the rotor 200 and mounted to the rotor 200; It is preferable that the stator side first conductive plate 316 is formed in a shape corresponding to the rotor side first conductive plate 318 and mounted to the stator 100. In addition, the second capacitor 320 is formed in a disk shape drawn into the inner space of the rotor-side first conductive plate 318 and is mounted on the rotor 200 to the rotor-side second conductive plate 328. And a stator side second conductive plate 326 formed in a shape corresponding to the rotor side second conductive plate 328 and mounted to the stator 100. At this time, the magnet 220 and the winding part 120 is located at a point corresponding to the conductors 316 and 326 on the stator 100 and the conductors 318 and 328 on the rotor 200, respectively, as shown in FIG. When the rotor 200 rotates while keeping the stator 100 side conductors 316 and 326 and the rotor 200 side conductors 318 and 328 finely spaced, A current flows between the first conductive plate 316 and the rotor-side first conductive plate 318 in the direction toward the rotor 200 and the stator-side second conductive plate 326 and the rotor-side second conductive plate 328. ) Flows in the direction toward the stator 100.

이와 같이 고정자(100)와 회전자(200)가 축방향 구조로 배열되면, 동기기 전체의 직경 및 두께를 줄임으로써 제품의 소형화를 구현할 수 있으므로, 산업상 이용 가능성이 매우 높아진다는 장점을 얻을 수 있게 된다.When the stator 100 and the rotor 200 are arranged in the axial structure as described above, miniaturization of the product can be realized by reducing the diameter and thickness of the entire synchronizer, so that the industrial applicability can be obtained very high. do.

한편, 본 실시예에서는 고정자(100)가 하측에 위치되고 회전자(200)가 상측에 위치되는 경우만을 도시하고 있으나, 상기 고정자(100)와 회전자(200)의 배치구조는 상호 바뀔 수 있다. 즉, 상기 회전자(200)가 하측에 위치되고 고정자(100)가 상측에 위치되어, 하측에 위치한 회전자(200)가 자전하는 구조로 바뀔 수 있다. 상기 고정자(100)와 회전자(200)의 배열순서 및 방향은 자유롭게 변경될 수 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.Meanwhile, in the present embodiment, only the case where the stator 100 is located below and the rotor 200 is located above, the arrangement structure of the stator 100 and the rotor 200 may be interchanged. . That is, the rotor 200 is located on the lower side and the stator 100 is located on the upper side, so that the rotor 200 located on the lower side can be changed into a structure in which it rotates. The arrangement order and direction of the stator 100 and the rotor 200 may be freely changed, and a detailed description thereof will be omitted.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.

100 : 고정자 110 : IGBT
120 : 권선부 200 : 회전자
210 : 환류다이오드 220 : 마그네트
310 : 제1 커패시터 312 : 고정자측 제1 슬립링
314 : 회전자측 제1 슬립링 316 : 고정자측 제1 도전판
318 : 회전자측 제1 도전판 320 : 제2 커패시터
322 : 고정자측 제2 슬립링 324 : 회전자측 제2 슬립링
326 : 고정자측 제2 도전판 328 : 회전자측 제2 도전판
400 : 전원100: stator 110: IGBT
120: winding 200: rotor
210: reflux diode 220: magnet
310: first capacitor 312: stator side first slip ring
314: rotor side first slip ring 316: stator side first conductive plate
318: rotor side first conductive plate 320: second capacitor
322: stator side second slip ring 324: rotor side second slip ring
326: stator side second conductive plate 328: rotor side second conductive plate
400: power

Claims (9)

권선부를 구비하는 고정자;
상기 권선부와 대응되는 위치에 마그네트를 구비하는 회전자;
상기 권선부와 마그네트 사이에 위치되되, 상기 고정자에서 상기 회전자측으로 전류를 전달하는 제1 커패시터와, 상기 회전자에서 상기 고정자측으로 전류를 전달하는 제2 커패시터;를 포함하되,
상기 제1 커패시터와 제2 커패시터 각각은,
상기 고정자와 전기적으로 연결되는 고정자측 전도체와, 상기 회전자와 전기적으로 연결되며 상기 고정자측 전도체와 겹쳐지도록 배치되되 상기 고정자측 전도체와 설정범위 이내의 간격으로 이격되는 회전자측 전도체를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 커패시터를 이용한 전류전달 방식의 동기기.
A stator having a winding portion;
A rotor having a magnet at a position corresponding to the winding part;
A first capacitor positioned between the winding part and the magnet, the first capacitor transferring current from the stator to the rotor side, and a second capacitor transferring current from the rotor to the stator side;
Each of the first capacitor and the second capacitor,
And a stator side conductor electrically connected to the stator, and a rotor side conductor electrically connected to the rotor and disposed to overlap with the stator side conductor and spaced apart from the stator side conductor at intervals within a setting range. Synchronizer of the current transfer method using a capacitor, characterized in that.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 회전자는 상기 고정자에 인입되는 구조로 장착되고,
상기 권선부와 상기 마그네트는 각각 상기 고정자의 내측벽과 상기 회전자의 외측벽에 상기 회전자의 회전방향을 따라 다수 개 배열되는 것을 특징으로 하는 커패시터를 이용한 전류전달 방식의 동기기.
The method of claim 1,
The rotor is mounted in a structure that is drawn into the stator,
And a plurality of the winding parts and the magnets are arranged on the inner wall of the stator and the outer wall of the rotor along the direction of rotation of the rotor, respectively.
제3항에 있어서,
상기 제1 커패시터와 제2 커패시터는, 각각 중심점이 일치하는 2중 링 구조인 것을 특징으로 하는 커패시터를 이용한 전류전달 방식의 동기기.
The method of claim 3,
The first capacitor and the second capacitor, the current transfer type synchronizer using a capacitor, characterized in that each of the center ring coincides with each other.
제1항에 있어서,
상기 제1 커패시터와 제2 커패시터는, 상기 회전자의 회전축 방향을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 커패시터를 이용한 전류전달 방식의 동기기.
The method of claim 1,
And the first capacitor and the second capacitor are arranged along a direction of a rotation axis of the rotor.
제1항에 있어서,
상기 고정자와 회전자는 상기 회전자의 회전축 방향을 따르는 적층구조로 배열되고,
상기 제1 커패시터와 상기 제2 커패시터는 상기 고정자와 회전자가 상호 마주보는 면에 구비되는 것을 특징으로 하는 커패시터를 이용한 전류전달 방식의 동기기.
The method of claim 1,
The stator and the rotor are arranged in a laminated structure along the direction of the rotation axis of the rotor,
The first capacitor and the second capacitor is a current-transmitter using a capacitor, characterized in that the stator and the rotor are provided on the surface facing each other.
제6항에 있어서,
상기 제1 커패시터와 제2 커패시터는,
중심점이 상기 회전자의 회전축과 일치하는 링 형상으로 형성되어 상기 회전자에 장착되는 회전자측 제1 도전판과, 상기 회전자측 제1 도전판과 대응되는 형상으로 형성되어 상기 고정자에 장착되는 고정자측 제1 도전판과, 상기 회전자측 제1 도전판의 내측공간에 인입되는 원판 형상으로 형성되어 상기 회전자에 장착되는 회전자측 제2 도전판과, 상기 회전자측 제2 도전판과 대응되는 형상으로 형성되어 상기 고정자에 장착되는 고정자측 제2 도전판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 커패시터를 이용한 전류전달 방식의 동기기.
The method according to claim 6,
The first capacitor and the second capacitor,
The center point is formed in a ring shape coincident with the rotation axis of the rotor to be mounted on the rotor and is formed in a shape corresponding to the rotor-side first conductive plate, and is mounted on the stator. A stator-side first conductive plate, a rotor-side second conductive plate formed in a disc shape drawn into an inner space of the rotor-side first conductive plate and mounted to the rotor, and the rotor-side second conductive plate And a second conductive plate on the stator side formed in a shape corresponding to that of the stator and configured to be mounted on the stator.
제1항에 있어서,
상기 고정자에는, 제공된 직류전류를 교류전류로 전환하여 상기 제1 커패시터로 공급하기 위해 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)가 구비되는 것을 특징으로 하는 커패시터를 이용한 전류전달 방식의 동기기.
The method of claim 1,
The stator includes an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) for converting the supplied DC current into an AC current to supply the first capacitor.
제1항에 있어서,
상기 회전자에는, 충전전류로 인한 기기의 손상을 방지하기 위해 환류다이오드가 구비되는 것을 특징으로 하는 커패시터를 이용한 전류전달 방식의 동기기.The method of claim 1,
The rotor, a current-transfer type synchronizer using a capacitor, characterized in that the reflux diode is provided to prevent damage to the device due to the charging current.
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