KR101927534B1 - 회전식 전기 기계의 스테이터의 구성 - Google Patents

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Abstract

회전식 전기 기계(1)의 스테이터(2)를 구성하는 방법으로서, 다음의 단계, 즉
- N개의 코일(6j)을 형성하기 위해 전기 도선이 그 위에 감기게 되는 카커스(5; carcass)를 갖춘 스테이터(2)를 채용하는 단계로서, N은 4 이상인 것인 단계, 및
- 전력 공급 장치(7)에 의해 전달되는 특정 전류(ij)가 각각의 코일(6j)을 통과하도록 하는 방식으로 코일(6j)을 전력 공급 장치(7)에 전기적으로 접속시키는 단계로서,
전력 공급 장치(7)에 대한 스테이터(2)의 접속은, 코일이 기준 코일(61)로부터 멀어지게 스테이터의 축선(X) 주위로 진행(progress)할 때 상기 기준 코일을 통과하는 전류(i1)와 다른 코일(6j) 각각을 통과하고 이 코일에 대해 특정한 전류(ij) 사이의 위상 시프트가 코일이 진행함에 따라 엄밀하게 단조적인 방식으로 변하도록 하는 방식으로 행해지는 것인 단계를 포함하는 방법이 제시된다.

Description

회전식 전기 기계의 스테이터의 구성{CONFIGURATION OF A STATOR OF A ROTATING ELECTRIC MACHINE}
본 발명의 대상은, 회전식 전기 기계의 스테이터를 구성하는 방법, 이에 따라 구성되는 스테이터를 구비하는 회전식 전기 기계를 포함하는 전기 차량의 배터리를 충전하는 방법, 이러한 스테이터에 의해 형성되는 시스템, 및 이 시스템에 접속되는 전력 공급 장치이다.
본 발명은 임의의 유형의 회전식 전기 기계에 적용되는데, 배제적인 것은 아니지만 특히 동기식 기계 또는 비동기식 기계에 적용된다.
회전식 전기 기계는, 스테이터의 코일을 형성하는 전기 도선이 그 위에 감기게 되는 카커스(carcass)를 갖춘 스테이터를 포함한다. 이러한 전기 기계는, 하이브리드 차량 또는 전기 차량의 추진을 위해 사용될 수 있다. 이러한 차량은 이때, 전기 모터를 회전시키기 위해 인버터를 통해 전기 모터에 전력을 공급하는 역할을 하는 배터리를 포함한다.
배터리를 충전하는 동안, 배터리는, 에너지 분배 네트워크와 같은 전력 공급 장치에 접속될 수 있다. 예를 들면 특허 출원 제WO 2010/057892호로부터, 차량의 배터리를 충전하는 동안 스테이터의 코일 및 인버터를 사용하는 것이 알려져 있으며, 이에 따라 배터리가 모터에 전력을 공급할 때와 배터리가 재충전될 때 동일한 전기 회로가 유지된다.
코일이 이러한 스테이터의 축선 주위로 진행(progress)할 때 코일들이 스테이터의 카커스 상에 연속적으로 배치되는 순서는, 각각의 코일을 통과하는 전류들의 일시적인 순서에 따르지 않을 수 있다. 전류들의 이러한 일시적인 순서는, 제로 위상(zero phase)이 임의적으로 할당되는 기준 코일을 통과하는 전류와, 스테이터의 다른 코일들 각각을 통과하는 전류 사이의 위상 시프트(phase shift)의 값에 의해 주어진다. 전류의 이러한 일시적인 순서는 이후에 "전류의 순서"라 불릴 것이다. 예로서, 규칙적으로 위상 시프트된 4개의 전류의 경우에 있어서, 연속하는 전류는 이들 전류가 다음의 순서로, 즉
- 제로 위상의 전류
- 제로 위상 전류에 대해 90 °만큼 위상 시프트된 전류
- 제로 위상 전류에 대해 180 °만큼 위상 시프트된 전류
- 제로 위상 전류에 대해 270 °만큼 위상 시프트된 전류
의 순서로 스테이터의 둘레 주위에서 선후 관계를 따름에 따라 순서가 정해진다.
이제, 스테이터의 카커스 상에 배치되는 코일이 전력 공급 장치에 접속되는 방식은, 회전식 전기 기계의 거동 그리고 특히 회전식 전기 기계의 제어에 영향을 준다.
기계의 작동을 개선하기 위해, 특히 이러한 기계의 스테이터의 코일에서의 전류 제어를 단순화하기 위해, 전력 공급 장치에 접속되는 회전식 전기 기계의 스테이터를 구성할 필요가 있는데, 이는 아마도 전기 기계가 배터리에 의해 전력을 공급받을 때 그리고 배터리를 재충전하는 것이 바람직할 때 유용한 것으로 드러날 것이다.
본 발명은, 회전식 전기 기계의 구성 방법, 회전식 전기 기계를 포함하는 시스템 및 이를 통한 배터리 충전 방법으로서, 회전식 전기 기계의 작동을 개선하도록, 특히 이러한 회전식 전기 기계의 스테이터의 코일에서의 전류 제어를 단순화하도록, 전력 공급 장치에 접속되는 회전식 전기 기계의 스테이터를 제공하는 것인 방법 및 시스템을 제시하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은, 전술한 요구를 해소하는 것이며, 이러한 목적은, 본 발명의 양태들 중 하나에 따라, 다음 단계들을 포함하는, 회전식 전기 기계의 스테이터를 구성하는 방법의 도움을 받아 달성된다. 상기 단계들은 다음과 같다.
- N개의 코일을 형성하기 위해 전기 도선이 그 위에 감기게 되는 카커스를 갖춘 스테이터를 채용하는 단계.
- 전력 공급 장치에 의해 전달되는 특정 전류가 각각의 코일을 통과하도록 하는 방식으로 코일을 전력 공급 장치에 전기적으로 접속시키는 단계로서,
전력 공급 장치에 대한 스테이터의 접속은, 코일이 기준 코일로부터 멀어지게 스테이터의 축선 주위로 진행할 때 상기 기준 코일을 통과하는 전류와, 다른 코일 각각에 대해 특정한 전류 사이의 위상 시프트가 코일이 기준 코일로부터 멀리 진행함에 따라 엄밀하게 단조적인 방식으로 변하도록 하는 방식으로 행해지는 것인 단계.
이러한 스테이터를 이용하면, 코일이 스테이터의 축선 주위로 진행할 때 코일의 순서는, 각각의 코일에 대해 특정하고 이들 코일을 통과하는 전류의 순서와 동일하거나, 상기 전류의 순서의 역순이다.
본 발명이 의도하는 바 내에서, "코일에 대해 특정한" 전류란 단지 대상 코일 주위에서 흐를 뿐 스테이터의 다른 코일 주위에서는 흐르지 않는 전류이다.
이러한 문제는, 3상 모드에서 전력이 공급되는 회전식 전기 기계로서 3개의 코일을 갖춘 회전식 전기 기계를 사용하는 경우에는 인지될 수 없었다. 실제로, 이러한 경우에 있어서, 스테이터의 축선 주위에서 코일의 순서는 필연적으로 전류의 순서 또는 전류의 역순에 대응하는데, 왜냐하면 제로 위상 전류가 통과하는 기준 코일로부터 시작하여 연속적으로 다음과 같이 정해지기 때문이다.
- 2π/3만큼 그 전류가 지연되는 코일과 그 전류가 4π/3만큼 지연되는 코일로서, 이 경우에 있어서 코일의 순서는 전류의 순서와 동일함. 또는
- 2π/3만큼 그 전류가 선행하는 코일과 그 전류가 4π/3만큼 선행하는 코일로서, 이 경우에 있어서 코일의 순서는 전류의 순서의 역순임.
따라서, 본 발명은, 4개 이상의 코일이 스테이터의 카커스에 배치되는 한, 코일이 스테이터의 축선 주위로 진행함에 따라 코일 및 전류의 순서가 정해지도록 해준다.
위상 시프트는 엄밀하게 단조적인 방식으로 변하며, 다시 말하면 기준 코일을 통과하는 전류와, 다른 코일을 통과하고 다른 코일에 대해 특정한 전류 사이의 위상 시프트는, 코일이 기준 코일로부터 멀어지게 스테이터의 축선 주위로 진행할 때 엄밀하게 증가 또는 감소된다. 이하에서, 전기적 각도 또는 기계적 각도의 값은 2 π 내에 있는 것으로 이해되어야만 한다.
상기 코일들은 스테이터의 축선 주위에 균일한 방식으로 분배될 수 있으며, 상기 위상 시프트는 연속하는 코일들 사이에서 규칙적인 방식으로 증가 또는 감소될 수 있다. "균일한 방식으로 분배된 코일"은, 기계가 규칙적으로 구성된다는 것을 의미한다. 이러한 경우에 있어서, 각도 시프트는 스테이터의 둘레 주위에서 실질적으로 일정하다.
본 발명이 의도하는 바 내에서, 스테이터의 연속된 2개의 코일 사이의 각도 시프트는, 스테이터의 축선에 수직한 평면에서, 연속된 코일들의 중간 평면들 사이에서 측정될 수 있다. 스테이터가 치형으로 감겨있을 때, 연속된 2개의 코일 사이의 각도 시프트는, 주위에 코일이 감겨있는 치형부의 중간 평면과, 주위에 연속된 코일이 감겨있는 치형부의 중간 평면 사이에서 측정될 수 있다.
연속된 2개의 코일은 2·k·π/N과 실질적으로 동일한 기계적 각도만큼 각도 면에서 시프트될 수 있고, 상기 연속된 2개의 코일은 2·k·π/N과 실질적으로 동일한 전기적 각도만큼 상호간에 위상 시프트되는 전류에 의해 전력을 공급받는다. k는 예컨대 1과 동일한 상대 정수(relative integer)이다.
코일 및 이 코일을 통과하는 전류의 이러한 각도상 배치는, 기계의 성능의 효과적인 제어를 달성하는 것을 가능하게 할 수 있다.
전력 공급 장치에 의해 전달되는 전류는 모두 동일한 진폭을 가질 수 있다.
감기(coiling) 단계는, 이 방법의 실시 이전에 행해질 수도 있고 또는 이 방법의 일부일 수도 있다.
전력 공급은 다상 전류(polyphase current)를 전달할 수 있다.
회전식 전기 기계는 동기식 기계일 수 있고, 특히 영구 자석을 갖춘 동기식 기계일 수 있다.
스테이터의 코일은, 변압기 없이, 특히 정류기 없이, 전력 공급 장치에 접속될 수 있는데, 상기 전력 공급 장치는 예컨대 전기 네트워크이다. 상기 전기 네트워크는 에너지 공급자에 의해 관리되는 산업 네트워크 또는 그렇지 않으면 예컨대 풍력 터빈 또는 발전기의 보다 국지적인 네트워크일 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시에 따르면, 전력 공급 장치는 3상 전류를 전달하며, 이는, 각각의 코일이 다른 코일과 공통인 전력 공급 장치로부터의 전류에 관한 입력부를 갖도록 하는 방식으로 스테이터의 코일에 접속되는데, 상기 다른 코일은 상기 코일과 상보적인 코일을 형성한다. 코일에 상보적인 코일 각각은 이하에서 또한 상기 코일에 대한 "듀얼 코일"이라 불릴 것이다. 듀얼 코일을 채용하는 것은, "코일/듀얼 코일" 쌍에서 흐르는 전류가 균형을 이루도록 해줄 수 있고, 에어 갭(air-gap)에서의 기자력파가 고정되도록 그리고 임의의 회전하는 필드를 생성하지 못하도록 해줄 수 있으며, 이는 아마도 이하에서 언급될 용례에서 유용하다.
감기 및 접속은, 상기 코일 및 상기 상보적인 코일이 스테이터의 축선에 대해 정반대로 대향하여 위치하고 π와 동일한 전기적 각도만큼 위상 시프트된 전류가 이를 관통하게 되도록 하는 것일 수 있다. 따라서, 각각의 코일에 대해, 한 쌍의 코일들이 정반대로 대향하여 위치하고 반대 위상인 전류가 통과하는 것인 "코일/상보적인 코일 또는 듀얼 코일" 쌍을 획득하는 것이 가능하다. 이러한 스테이터가, 정반대로 대향하는 극들이 동일한 극성(예컨대 2개의 N 극 또는 2개의 S 극임)을 갖는 로터와 관련될 때, 주어진 "코일/듀얼 코일" 쌍의 각각의 코일은 엄밀하게 동일한 로터 자기장(rotoric magnetic field)을 겪게 되며 이때 서로에 대해 대향하는 자기장을 생성한다. 따라서, 코일이 로터 자기장에 잠입(immersion)되어 있고 그리고 전력 공급 장치에 의해 전달되는 전류가 코일을 통과할 때 코일에 의해 생성되는 힘은, 동일한 로터 자기장에 잠입되어 있고 반대 위상인 전류가 통과하는 그 듀얼 코일에 의해 생성되는 힘에 의해 상쇄되며, 이에 따라 로터는 단지 약간만 운동하거나 또는 실제로 정지상태이다.
변형으로서, 스테이터는, 정반대로 대향하는 극(pole)들이 반대 극성을 갖는 것인 로터와 관련될 수 있다. 이제 한 쌍의 코일 각각은 반대 위상인 로터 자기장을 겪게 되고, 반대 위상인 전류가 이들 코일 자체를 통과하게 되며, 이들 코일은 함께 합해지게 되는 힘을 발생시키게 되고 로터가 회전 설정되도록 해준다. 코일은 스테이터의 위상의 권선(winding)의 제1 부분을 형성할 수 있는 한편, 상기 코일에 대한 상보적인 코일 또는 듀얼 코일은 상기 위상의 권선의 제1 부분과 구별되는 제2 부분을 형성한다. 스테이터의 각각의 위상의 권선은 이에 따라 "코일/듀얼 코일" 쌍으로 구성될 수 있다.
"코일/듀얼 코일" 쌍의 공통 전류 입력부를 구성하는, 스테이터의 위상의 권선의 전류 입력부는, 예컨대 실질적으로 상기 권선의 중간점에 배치되며, 이에 따라 코일 주위를 흐르는 전류는 상기 코일에 대해 상보적인 코일 또는 듀얼 코일 주위로 흐르는 전류와 실질적으로 동일한 진폭을 갖는다.
스테이터는 집중 감김부(concentrated coiling) 또는 분산 감김부(distributed coiling)를 가질 수 있다.
로터는 스무드 폴(smooth pole) 또는 돌극(salient pole)을 가질 수 있다.
스테이터 및 로터는 동일한 갯수의 극을 가질 수도 있고 갖지 않을 수도 있다.
전력 공급 장치는 AC 전류를 전달할 수 있다. 이러한 전류는 예컨대 50 Hz 또는 60 Hz의 주파수를 가질 수 있다.
로터의 극들의 갯수는 예컨대 2 개 내지 20 개이다.
본 발명의 대상은 또한, 본 발명의 양태들 중 다른 양태에 따라, 회전식 전기 기계를 이용함으로써 전력 공급 장치로부터 배터리를 충전하는 방법이며, 상기 방법에서는 다음 단계, 즉
- 이상에 설명된 방법을 적용함으로써 회전식 전기 기계의 스테이터가 구성되는 단계;
- 스테이터의 코일을 이용하여 배터리가 충전되는 단계로서, 전류는 이하에서 배터리에 공급되기 이전에 정류되어 코일 주위를 흐르는 것인 단계
를 포함한다.
이러한 방법은 특히 전기 차량의 분야에서, 특별히 자동차 분야에서 적용되는데, 이때 배터리는 모터가 회전할 때 인버터를 통해 모터에 전력을 공급할 수 있고 모터가 중지(shut down)되어 있을 때 재충전될 수 있다. 그러나, 수력학적 에너지 또는 풍력 에너지의 발생을 위한 것과 같은, 이러한 방법의 다른 용례도 가능하다.
본 발명이 의도하는 바 내에서, "배터리"는, 이러한 방식으로 상업적으로 명명된 배터리 또는 다른 에너지 저장 유닛이고 재충전 가능하거나 재충전 가능하지 않으며 예컨대 슈퍼 커패시터와 같은 것인 하나 이상의 배터리를 포함하는 것으로서 이해되어야만 한다. 이는, 하나 이상의 리튬 이온 배터리, 또는 예컨대 납 축전지 또는 Ni/Cd 유형의 축전지인 축전지와 관련될 수 있다.
예컨대 특허 출원 제WO 2010/057893호에 설명된 이러한 방법에 따르면, 차량의 배터리는, 모터의 스테이터의 코일 및 인버터의 스위치와 같은, 모터의 요소 및 인버터의 요소를 이용하여 충전될 수 있다.
회전식 전기 기계는 특히, 3상 전류를 전달하는 전력 공급 장치에 의해 전력이 공급되는 스테이터를 포함할 수 있는데, 상기 전력 공급 장치는, 각각의 코일이 전력 공급 장치로부터의 전류에 관한 입력부를 가지며 상기 전력 공급 장치는 카커스의 다른 코일과 공통이 되도록 하는 방식으로 스테이터의 코일에 링크(link)되고, 상기 다른 코일은 상기 코일에 대해 상보적인 코일을 형성하며, 상기 코일 및 상기 듀얼 코일은 스테이터의 축선에 대해 정반대로 대향되고 π와 동일한 전기적 각도만큼 위상 시프트된 전류가 통과한다. "코일/듀얼 코일" 쌍의 코일은 스테이터의 위상의 권선을 구성할 수 있으며, 이러한 권선의 전류 입력부는 실질적으로 상기 권선의 중간점에 배치될 수 있다.
스위치를 포함하는 인버터는, 스테이터와 배터리 사이에 배치될 수 있다. 이러한 인버터는 예컨대 H 브릿지를 포함하고, 각각의 코일은 H 브릿지의 아암의 2개의 개폐기(breaker switch) 사이에 접속되는 출력부를 나타낼 수 있다.
회전식 전기 기계는, 배터리를 재충전하기 위해 스테이터의 코일에 전류가 공급될 때 로터가 정지되어 있도록 하는 방식으로 구성되는 로터를 포함할 수 있다. 이러한 정지 상태는, 각각의 "코일/듀얼 코일" 쌍이 하나의 동일한 로터 자기장을 겪고 반대 위상인 전류가 이들 코일을 통과하는 조건에서 서로 상쇄되는 힘을 발생시키도록 하는 방식으로, 정반대로 대향되는 극이 동일한 극성을 갖는 로터를 선택함으로써 달성될 수 있다. 이러한 전기 기계를 이용하면, 정지형 충전기(static charger)를 획득하기 위해 가능한 최대로 로터의 운동을 감소시키는 한편 배터리를 충전하는 동안 스테이터의 권선을 이용하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 방법의 이러한 용례는, 충전 동안 기계의 샤프트로부터 로터를 디커플링(decoupling)해야만 하는 것을 피하는 것 및/또는 배터리를 충전하는 동안 모터에 제동을 부여해야만 하는 것을 피하는 것을 가능하게 할 수 있다.
변형으로서, 회전식 전기 기계는, 충전하는 동안 스테이터의 코일에 전류가 공급될 때 로터가 회전하도록 하는 방식으로 구성되는 로터를 포함할 수 있다.
본 발명의 대상은 또한, 본 발명의 양태들 중 다른 양태에 따라 다음을 포함하는 시스템이다.
- 카커스, 및 N개의 코일을 형성하기 위해 카커스 상에 감기는 전기 도선을 포함하는, 회전식 전기 기계의 스테이터로서, N은 4 이상인 것인 회전식 전기 기계의 스테이터.
- 특정 전류를 스테이터의 각각의 코일에 전달하는 전력 공급 장치로서,
전력 공급 장치에 대한 스테이터의 접속은, 코일이 기준 코일로부터 멀리 스테이터의 축선 주위로 진행할 때 상기 기준 코일을 통과하는 전류와, 다른 코일 각각에 대해 특정한 전류 사이의 위상 시프트는 코일이 상기 기준 코일로부터 멀어지게 진행함에 따라 엄밀하게 단조적인 방식으로 변하도록 하는 방식으로 행해지는 것인 전력 공급 장치.
코일이 스테이터의 축선 주위로 진행할 때, 연속된 2개의 코일은 2·k·π/N과 실질적으로 동일한 기계적 각도만큼 각도 면에서 시프트될 수 있고, 상기 연속된 2개의 코일은 2·k·π/N과 실질적으로 동일한 전기적 각도만큼 상호간에 위상 시프트된 전류에 의해 각각 전력을 공급받도록 네트워크에 접속될 수 있다. k는 예컨대 1과 동일한 상대 정수이다.
이러한 시스템은, 앞서 언급된 장점을 획득하는 것을 가능하게 할 수 있고, 설명된 방법과 관련하여 이상에서 언급된 모든 특징 또는 일부 특징과 관련될 수 있다.
본 발명에 따르면, 회전식 전기 기계의 구성 방법, 회전식 전기 기계를 포함하는 시스템 및 이를 통한 배터리 충전 방법으로서, 회전식 전기 기계의 작동을 개선하도록, 특히 이러한 회전식 전기 기계의 스테이터의 코일에서의 전류 제어를 단순화하도록, 전력 공급 장치에 접속되는 회전식 전기 기계의 스테이터를 제공하는 방법 및 시스템을 얻을 수 있다.
본 발명은, 본 발명의 비한정적인 예시적 실시에 대해 이하를 읽고 첨부 도면을 검토하면 더욱 양호하게 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방법에 따라 구성된 스테이터를 갖는 회전식 전기 기계를 개략적인 방식으로 제시한 것이다.
도 2 및 도 3은, 본 발명에 따라 구성되는 스테이터의 도움을 받아 배터리를 충전하는 방법이 실시될 수 있는 것인 전기 차량의 서브 조립체를 제시한 것이다.
도 4는, 전력 공급 장치에 대해, 도 2 및 도 3에 제시된 모터의 스테이터의 코일을 접속시키는 다양한 가능성을 도시한 차트이다.
본 발명에 따른 방법에 따라 스테이터(2)가 구성되는 회전식 전기 기계(1)가 도 1에 제시되어 있다. 이러한 회전식 전기 기계(1)는 예컨대 동기식 기계 또는 비동기식 기계이며, 10 W 내지 10 MW의 공칭 파워, 특히 100 W 내지 200 kW의 공칭 파워를 나타낼 수 있다.
상기 기계(1)는, 예에서 4개의 극을 갖는 것으로 고려되는 로터(3)를 포함한다. 동기식 기계의 로터의 경우에 있어서, 로터(3)는 영구 자석을 포함할 수 있다.
스테이터(2)는, N개의 코일(6j)이 그 위에 배치되는 카커스(5)를 포함하는데, N은 4 이상이다. 고려되는 예에 있어서, N은 6과 같다. 카커스(5)는, 이하에서 "스테이터의 축선"이라 불리는 축선(X) 주위에서 연장된다. 설명되는 예에 있어서, 전력 공급 장치(7)에 의해 전류가 스테이터(2)에 공급된다. 전력 공급 장치(7)는 임의의 전기 네트워크일 수 있다. 고려되는 예에 있어서, 전력 공급 장치(7)는 3상 전류를 스테이터(2)에 전달한다.
제시된 예에 있어서, 스테이터(2)의 코일(6j)은 치형으로 감겨있지만, 본 발명은 또한 분산 감김부(dstributed coiling)를 이용하는 스테이터에도 적용된다.
더욱이, 설명되는 예는 반경방향 플럭스 및 내부 로터를 갖는 기계와 관련되지만, 본 발명은 또한 축방향 플럭스 및/또는 외부 로터를 갖는 기계에도 적용될 수 있다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 코일(6j)은 균일한 방식으로 축선(X)의 둘레 주위에 분배될 수 있고, 다시 말해서 코일(6j)과 코일(6j+1) 사이의 각도상 분리(θjj +1)는 스테이터의 둘레 주위에서 실질적으로 일정한데, 코일(6j) 및 코일(6j+1)은 코일이 축선(X) 주위로 진행할 때 연속되는 2개의 코일을 지시한다. 기호 θ는 코일(6j)이 균일하게 분배되는 경우에 채택될 것이다.
도 1의 예에 있어서, 각도상 분리(θ)는 2π/6와 동일하다. 코일(61)은 기준 코일로서 간주된다. 코일을 통과하고 코일에 대해 특정한 전류(i1)의 위상은 이때 임의로 제로(0)로 고정된다. 전기 기계(1)의 스테이터(2)는, 코일이 축선(X) 주위로 진행할 때 코일(61)로부터 시작하여 다음을 연속적으로 충족하도록 하는 방식으로 전력 공급 장치(7)에 접속된다.
- 코일(61)에 대해 2π/6만큼 시프트된 코일(62)에서는 +2π/6만큼 시프트된 전류(i2), 즉 전류(i1)에 대해 각각 -2π/6만큼 시프트된 전류가 통과한다.
- 코일(62)에 대해 2π/6만큼 시프트된 코일(63)에서는 +4π/6만큼 시프트된 전류(i3), 즉 전류(i1)에 대해 각각 -4π/6만큼 시프트된 전류가 통과한다.
- 코일(63)에 대해 2π/6만큼, 다시 말해서 코일(61)에 대해 π만큼 시프트된 코일(64)에서는, 전류(i1)에 대해 π 만큼 위상 시프트된 전류(i4)가 통과한다.
- 코일(64)에 대해 2π/6만큼 시프트된 코일(65)에서는 +8π/6만큼 위상 시프트된 전류(i5), 즉 전류(i1)에 대해 각각 -8π/6만큼 위상 시프트된 전류가 통과한다.
- 코일(65)에 대해 2π/6만큼 시프트된 코일(66)에서는 +10π/6만큼 위상 시프트된 전류(i6), 즉 각각 전류(i1)에 대해 -10π/6만큼 위상 시프트된 전류(i6)가 통과한다.
따라서, 도 1의 예에 있어서, 전류(i1)와 전류(ij) 사이의 위상 시프트는 코일의 순서(j)가 1 내지 6으로 변할 때 엄밀하게 단조적인 방식(strictly monotonic manner)으로 변한다는 것을 주목해야 한다. 축선(X)에 대해 정반대로 대향되는 코일에는, 고려된 예에서 반대 위상인 전류가 통과한다. 또한, 고려되는 예에 있어서, 전류(i1) 내지 전류(i6)는 동일한 진폭을 갖는다. 정반대로 대향되는 이들 코일은 도 1의 예에서 동일한 극성을 갖는 로터(3)의 극들을 바라보도록 배치된다.
본 발명에 따라 구성되는 스테이터의 예시적인 사용은 이제 도 2 내지 도 4를 참고하여 설명될 것이다.
회전식 전기 기계(1)는 전기 차량의 서브 조립체(20)에 통합될 수 있다. 이러한 서브 조립체(20)는 도 2 및 도 3의 예에서 전력 공급 장치(7)에 링크(link)되도록 구성되는 커넥터(21), 컨버터(22) 및 제시되지 않은 배터리의 말단부를 가로질러 평행하게 장착되는 커패시터(23)를 포함한다. 적절하다면, DC/DC 컨버터가 컨버터(22)와 배터리 사이에 배치될 수 있다.
컨버터(22)는 스위치를 포함하는데, 상기 스위치는 각각 파워 트랜지스터를 포함할 수 있고 그 말단부를 가로질러 병렬로 다이오드가 장착된다. 스위치는 예컨대 H 브릿지에 따라 배치된다. 3상 스테이터(2)를 이용한 3상 전류 공급의 경우에 있어서, 컨버터는 예컨대 3개의 H 브릿지를 포함한다. 각각의 H 브릿지는 이때 2개의 아암을 포함할 수 있는데, 이들 아암 각각은 이상에 설명된 바와 같은 2개의 개폐기를 갖고 스테이터의 위상을 형성하는 권선의 각각의 말단부는 브릿지의 아암의 2개의 개폐기 사이에 접속될 수 있다.
컨버터(22)는 다음과 같은 방식으로 구성된다.
- 회전식 전기 기계(1)가 차량을 구동할 때, 컨버터는 배터리로부터 기계(1)에 전력을 공급하도록 인버터의 역할을 한다.
- 배터리가 예컨대 전력 공급 장치(7)로부터 충전될 때, 컨버터(22)는 DC 전류로 배터리를 충전하기 위해 정류기의 역할을 한다.
컨버터(22)의 작동에 대한 이상의 2가지 모드에 있어서, 후자는 사전에 결정된 전략에 따라 전류(ij)의 형태를 결정한다.
컨버터(22)가 H 브릿지를 포함할 때, H 브릿지는 이미 인용된 특허 출원 제WO 2010/057892호의 교시내용에 따라 제어될 수 있다.
도 2 및 도 3의 서브 조립체(20)는 배터리를 충전하는 동안 스테이터(2)의 권선을 이용하며, 컨터버(22)의 스위치, 다른 예에서는 특정 충전기가 마련될 수 있다.
도 2 및 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 6개의 코일(6j)이 스테이터의 카커스(5) 상에 배치된다. 각각의 코일은, 다른 코일에 대해 공통인 장치(7)에 의한 전력 공급을 위한 전류 입력부를 갖는다. 고려된 예에 있어서, 공통의 전류 입력부를 갖는 이들 2개의 코일은 스테이터(2)의 전기적 위상에 대응하는 권선을 형성한다. 도 2의 예에 있어서, 스테이터의 각각의 위상의 권선은 그 중간점에서 마련되며, 다시 말해서 공통의 전류 입력부를 갖는 2개의 코일은 동일한 갯수의 턴(turn)을 가지며 전력 공급 장치(7)의 위상(U, V, 및 W)에 링크된 스테이터의 위상에 각각 전력을 공급하는 전류(iU, iV 및 iW)는 스테이터(2) 내로의 그 입력부 상에서 분할되는데, 이러한 전류 중 절반(iUI, iVI, 또는 iWI)은 하나의 코일 주위로 흐르는 반면, 다른 절반(iUr, iVr, 및 iWr)은 다른 코일 주위로 흐른다. 전류 면에서 공통 전류 입력부를 갖는 이들 코일은 이하에서 "코일" 및 "상보적인 코일 또는 듀얼 코일"이라고 불리게 되며, 이들 2개의 코일은 "코일/듀얼 코일" 쌍을 형성한다.
설명되는 예에 있어서, 스테이터의 각각의 위상을 형성하는 권선의 말단부는, 이러한 권선의 중간점이 전력 공급 장치(7)에 접속되어 있는 동안 H 브릿지의 아암의 2개의 스위치 사이에 각각 배치될 수 있다. 전기 차량의 서브 조립체(20)의 전기적 도식은 예컨대 인용함으로써 본 출원에 통합되는 특허 출원 제WO 2010/057892호의 도 5의 전기적 도식과 동일하다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 한 쌍의 코일에는, 강도가 유사하지만 위상은 반대인 전류가 통과하게 될 수 있다.
스테이터(2)의 코일이 전력 공급 장치(7)에 접속될 수 있는 방식은 이제 도 4를 참고하여 설명될 것이다.
이러한 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 위상이 반대인 전류가 통과하는 "코일/듀얼 코일" 쌍을 형성하는 코일이 축선(X)에 대해 정반대로 대향되도록 하고자 할 때, 스테이터의 카커스 상에 배치되는 6개의 코일(6j)을 전력 공급 장치(7)에 접속시키는 8가지 방식이 존재한다.
전술한 조건이 없다면, 코일들 중 하나가 전력 공급 장치(7)에 접속되자마자, 다른 코일(6j)을 전력 공급 장치(7)에 접속시키는 120가지 다른 방법이 존재한다. 본 발명에 따르면, 코일(6j)에서의 전류(ij)의 순서는 코일이 스테이터의 축선(X) 주위로 진행할 때 엄밀하게 단조적인 방식으로 변하게 하고자 한다.
알 수 있는 바와 같이, 전류(iUI, iVI 및 iWI)가 상호간에 동일한 각도값만큼 위상 시프트되면, 전류(iUI, iVI 및 iWI)는 상호간에 2π/3만큼 위상 시프트된다. 더욱이, 전류들(iUI 및 iUr) 사이의 위상 시프트, 전류들(iVI 및 iVr) 사이의 위상 시프트 및 전류들(iWI 및 iWr) 사이의 위상 시프트는 π로 동일하다.
스테이터의 코일(6j)이 도 4의 구성 "C"를 따라 전력 공급 장치(7)에 링크되면, 전류(iUI)가 공급되도록 링크되어 있는 코일(61)은 전류의 위상 시프트에 대한 기준 코일이라는 점을 고려하여, 코일이 기준 코일(61)로부터 축선(X) 주위로 진행할 때, 다음의 코일 및 전류가 연속하여 존재하게 된다.
- 코일(62)에는 iUI에 대해 2π/6만큼 위상 시프트된 전류(iVr)가 공급된다.
- 코일(63)에는 iUI에 대해 4π/6만큼 위상 시프트된 전류(iWI)가 공급된다.
- 코일(64)에는 iUI에 대해 π만큼 위상 시프트된 전류(iUr)가 공급된다.
- 코일(65)에는 iUI에 대해 8π/6만큼 위상 시프트된 전류(iVI)가 공급된다.
- 코일(66)에는 iUI에 대해 10π/6만큼 위상 시프트된 전류(iWr)가 공급된다.
따라서 2π/6만큼 각도상으로 시프트되어 있는 연속된 코일(6j)을 얻게 되며, 이에 따라 기준 코일을 통과하는 전류와, 각각의 다른 코일을 통과하고 이 코일에 대해 특정한 것인 전류 사이의 위상 시프트는, 코일이 축선(X) 주위로 진행할 때, 엄밀하게 단조적인 방식으로 변하고, 예컨대 설명된 예에서는 규칙적인 방식으로 변한다.
도 4를 관찰함으로써, 구성 "G"는 또한, 코일들의 배치와 이들 코일을 통과하는 전류의 위상 시프트의 변동 사이의 원하는 관계를 얻는 것을 가능하게 한다는 것에 주의해야 한다.
구성 "C" 또는 구성 "G"에 따른 스테이터가, 정반대로 대향하는 극이 동일한 극성인 것인 회전식 전기 기계의 로터(3)와 관련될 때, 이들 구성에 따라 반대 위상인 전류가 통과하고 스테이터의 축선에 대해 정반대로 대향되는 한 쌍의 코일에서 발생되는 힘들은 서로 상쇄되며, 이에 따라 스테이터에 전기적으로 전력이 공급되더라도 로터는 회전하지 않는다. 따라서, 로터의 운동을 방지할 필요 없이도 서브 조립체(20)의 구성요소를 이용함으로써 배터리를 충전하는 것이 가능하다.
이러한 기계의 스테이터의 권선 주위를 흐르는 전류의 제어는 용이하게 행해질 수 있다. 이러한 스테이터를 이용하면, 예컨대, 각각의 코일을 통과하는 전류와 관련되며 이 전류에 대해 특정되고 각각의 코일의 말단부를 가로지르는 전압과 관련되는 행렬식에 따라 작동할 때 파크 변환(Park transforms), 또는 칸코디어 변변환(concordia transforms) 또는 일반적인 파크 변환과 같은 수학적인 도구를 채용하는 것이 가능하다.
이들 식의 도움을 받아 얻어지는 인덕턴스의 행렬은 특히 이들 수학적인 변환의 사용에 대해 유리한 것인 양호한 회로를 나타낼 수 있다. 3상 전력 공급의 경우에 있어서, 이러한 수학적인 도구의 사용은, 인버터의 입력부에서 그리고 서브 조립체(20)의 모터의 출력부에서 DC 전류로 배터리를 충전하는 것을 보장하는 명령의 실시를 단순화할 수 있는데, 3가지 사인곡선형 전류는 전력 공급 장치(7)에 의해 전달되는 전압과 동일 위상이다[이러한 명령은 또한 "역률 개선 회로(Power Factor Corrector)에 의한 조작"이라고 불림].
변형으로서, 구성 "C" 또는 구성 "G"에 따른 스테이터는, 정반대로 대향되는 극이 역의 극성인 회전식 전기 기계의 로터(3)와 관련된다. 이러한 경우에 있어서, 반대 위상인 전류가 통과하고 스테이터의 축선에 대해 정반대로 대향하는 것인 이들 구성 "C" 또는 구성 "G"에 따른 "코일/듀얼 코일" 쌍의 코일에서 발생되는 힘은 함께 합해지게 되며, 이에 따라 로터(3)는 회전한다.
본 발명은 앞서 설명된 예로 한정되지 않는다. 본 발명은 예컨대, 임의의 개수의 위상을 포함하는 전력 공급 장치(7) 및 임의의 개수의 위상을 갖는 회전식 전기 기계와 함께 적용될 수 있다. "포함하는"이라는 표현은, 반대로 특정될 때를 제외하고는 "적어도 하나를 포함하는"을 의미하는 것으로 이해되어야만 한다.
1 : 회전식 전기 기계
2 : 스테이터
5 : 카커스(carcass)
6j : 코일
7 : 전력 공급 장치

Claims (15)

  1. 회전식 전기 기계(1)의 도움을 받아 전력 공급 장치(7)로부터 배터리를 충전하는 방법으로서,
    - N개의 코일(6j)을 형성하기 위해 전기 도선이 그 위에 감기게 되는 스테이터 카커스(5; carcass)를 갖춘 스테이터(2)를 채용하는 단계로서, N은 4 이상인 것인 단계,
    - 전력 공급 장치(7)에 의해 전달되는 특정 전류(ij)가 각각의 코일(6j)을 통과하고, 각각의 코일(6j)이 스테이터(2)의 다른 코일(6j)과 공통인 전력 공급 장치(7)로부터의 전류에 관한 입력부를 갖도록 하는 방식으로 코일(6j)을 전력 공급 장치(7)에 전기적으로 접속시키는 단계로서, 상기 다른 코일은 상기 코일과 상보적인 코일을 형성하는 것이고, 상기 전기 전력 공급 장치(7)에 대한 상기 코일(6j)의 감기(coiling) 및 접속은, 상기 코일 및 상기 상보적인 코일이 스테이터의 축선(X)에 대해 정반대로 대향하여 위치하고 π와 동일한 전기적 각도만큼 위상 시프트된 전류(ij)가 이를 통과하게 되도록 이루어지는 것인 단계에 있어서,
    전력 공급 장치(7)에 대한 스테이터(2)의 접속은, 코일이 기준 코일(61)로부터 멀어지게 스테이터(2)의 축선(X) 주위로 진행(progress)할 때 상기 기준 코일을 통과하는 전류(i1)와, 다른 코일(6j) 각각에 대해 특정한 전류(ij) 사이의 위상 시프트가 코일이 기준 코일(61)로부터 멀어지게 진행함에 따라 엄밀하게 단조적인 방식(strictly monotonic manner)으로 변하도록 하는 방식으로 행해지는 것인 단계, 및
    - 스테이터의 코일(6j)을 이용하여 배터리를 충전하는 단계로서, 배터리에 공급되기 이전에 정류되는 전류(ij)는 이후 상기 코일에서 흐르는 것인 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코일(6j)은 스테이터의 축선(X) 주위로 균일한 방식으로 분배되고, 전류(ij)의 위상 시프트는 연속하는 코일(6j)들 사이에서 규칙적인 방식으로 변하는 것인 방법.
  3. 제2항에 있어서, 연속된 2개의 코일(6j)은 2·k·π/N과 동일한 기계적 각도(θ)만큼 각도 면에서 시프트될 수 있고, 상기 연속된 2개의 코일(6j)은 2·k·π/N과 동일한 전기적 각도만큼 상호간에 위상 시프트된 전류(ij)에 의해 전력을 공급받으며, k는 상대 정수(relative integer)인 것인 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 전력 공급 장치(7)에 의해 전달되는 전류(ij)는 모두 동일한 진폭을 갖는 것인 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전력 공급 장치는 3상 전류를 전달하는 것인 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 코일(6j)은 스테이터의 위상의 권선의 제1 부분을 형성할 수 있는 한편, 상기 코일에 대해 상보적인 코일(6j)은 상기 위상의 권선의 제1 부분과 구별되는 제2 부분을 형성하는 것인 방법.
  7. 제6항에 있어서, 스테이터의 위상의 권선의 전류 입력부는 상기 권선의 중간점에 배치되는 것인 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 회전식 전기 기계는 동기식 기계인 것인 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 전력 공급 장치는 중간 전압 변환기 없이 스테이터의 코일(6j)에 접속되는 전기 네트워크인 것인 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 회전식 전기 기계(1)는, 배터리를 충전하도록 하기 위해 스테이터(2)의 코일(6j)에 전류가 공급될 때 로터(3)가 정지되어 있거나 회전하도록 하는 방식으로 구성되는 로터(3)를 포함하는 것인 방법.
  11. 시스템으로서,
    - 카커스(5), 및 N개의 코일(6j)을 형성하기 위해 카커스 상에 감기는 전기 도선을 포함하는 회전식 전기 기계(1)의 스테이터(2)로서, N은 4 이상인 것인 회전식 전기 기계의 스테이터, 및
    - 각각의 코일(6j)에 특정 전기 전류(ij)를 전달하는 전력 공급 장치(7)로서, 상기 각각의 코일(6j)이 스테이터(2)의 다른 코일(6j)과 공통인 전력 공급 장치(7)로부터의 전류에 관한 입력부를 갖고, 다른 코일은 상기 코일과 상보적인 코일을 형성하는 것이며, 상기 전기 전력 공급 장치(7)에 대한 상기 코일(6j)의 감기(coiling) 및 접속은, 상기 코일 및 상기 상보적인 코일이 스테이터의 축선(X)에 대해 정반대로 대향하여 위치하고 π와 동일한 전기적 각도만큼 위상 시프트된 전류(ij)가 이를 통과하게 되도록 이루어지는 것인 전력 공급 장치(7)에 있어서,
    전력 공급 장치(7)에 대한 스테이터(2)의 접속은, 코일이 기준 코일(61)로부터 멀어지게 스테이터(2)의 축선(X) 주위로 진행할 때 상기 기준 코일(61)을 통과하는 전류(i1)와, 다른 코일(6j) 각각에 대해 특정한 전류(ij) 사이의 위상 시프트가 코일이 기준 코일(61)로부터 멀어지게 진행함에 따라 엄밀하게 단조적인 방식으로 변하도록 하는 방식으로 행해지는 것인 전력 공급 장치
    를 포함하는 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 연속된 2개의 코일(6j)은, 코일이 스테이터(2)의 축선(X) 주위로 진행할 때, 2·k·π/N과 동일한 기계적 각도(θ)만큼 각도 면에서 시프트되며, 상기 연속된 2개의 코일(6j)은 2·k·π/N과 동일한 전기적 각도만큼 상호 위상 시프트되는 전류(ij)에 의해 각각 전력을 공급받도록 전력 공급 장치(7)에 접속되고, k는 상대 정수인 것인 시스템.

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  14. 삭제
  15. 삭제
KR1020120066819A 2011-06-24 2012-06-21 회전식 전기 기계의 스테이터의 구성 KR101927534B1 (ko)

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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013102900A1 (de) * 2013-03-21 2014-09-25 Feaam Gmbh Synchronmaschine
EP3118976A1 (en) * 2015-07-17 2017-01-18 Universite Catholique De Louvain Electric machine having a radial electrodynamic bearing
US12095320B2 (en) 2022-06-27 2024-09-17 Anthropocene Institute LLC Axial flux switched reluctance and inductance state machine systems, devices, and methods

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000316297A (ja) * 1999-04-27 2000-11-14 Mitsuba Corp 始動発電機
JP2002051592A (ja) * 2000-05-16 2002-02-15 General Electric Co <Ge> 補助電力巻線及び可変周波数電力源を持つ同期発電機及びその使用方法
US20100027305A1 (en) 2006-12-19 2010-02-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Electric power control device and vehicle with the same
WO2010057893A1 (fr) * 2008-11-18 2010-05-27 Valeo Systemes De Controle Moteur Procede et dispositif electrique combine d'alimentation et de charge a moyens de compensation

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9513662D0 (en) * 1995-07-05 1995-09-06 Univ Warwick Switched reluctance electric machine system
US6064122A (en) * 1998-11-05 2000-05-16 Alliedsignal Power Systems Inc. Microturbine power of generating system including a battery source for supplying startup power
EP1256164A2 (en) * 2000-02-09 2002-11-13 Dana Corporation Method for operating a switched reluctance electrical generator
JP4727636B2 (ja) * 2007-09-13 2011-07-20 トヨタ自動車株式会社 車両の充電制御装置および車両
FR2938711B1 (fr) 2008-11-18 2012-12-14 Valeo Sys Controle Moteur Sas Dispositif electrique combine d'alimentation et de charge

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000316297A (ja) * 1999-04-27 2000-11-14 Mitsuba Corp 始動発電機
JP2002051592A (ja) * 2000-05-16 2002-02-15 General Electric Co <Ge> 補助電力巻線及び可変周波数電力源を持つ同期発電機及びその使用方法
US20100027305A1 (en) 2006-12-19 2010-02-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Electric power control device and vehicle with the same
WO2010057893A1 (fr) * 2008-11-18 2010-05-27 Valeo Systemes De Controle Moteur Procede et dispositif electrique combine d'alimentation et de charge a moyens de compensation

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