KR20000001071A - 다극용 커뮤테이터를 갖는 회전형 인버터 - Google Patents

Abstract

개시된 회전형 인버터는 직류전원을 교류전원으로 변환시키되, 그 주파수 변환 효율을 상승시키도록 한 다극용 커뮤테이터를 갖는 회전형 인버터에 관한 것이다. 본 발명은 그 외주면에 짝수로 분할된 다수개의 도전부를 갖는 커뮤테이터와, 상기 도전부의 측면에 접촉되는 다수의 접촉편을 구비하여 상기 커뮤테이터의 양 측면에 각각 고정되는 극판과, 상기 커뮤테이터를 회전시키는 모터와, 상기 커뮤테이터 외주면에 접촉되는 각각의 브러시, 및 상기 커뮤테이터 및 브러시를 통하여 변환된 교류전원을 공급받아 소정 전압을 출력하는 트랜스를 포함한다. 여기서, 상기 각각의 극판은 그 접촉편이 상기 다수개의 도전부 중 각각 홀수 번째 또는 짝수 번째의 도전부에 상호 엇갈리게 접촉되도록 상기 커뮤테이터의 양측에 고정되며, 상기 각각의 브러시 중 상호 인접한 한쌍의 브러시는 상기 커뮤테이터 회전시 상기 다수개의 도전부 중 각각 홀수 번째 또는 짝수 번째의 도전부에 상호 엇갈리게 접촉되도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 동일한 모터의 회전 속도에서 다수개의 도전부를 통하여 그 출력 주파수를 상승시킬 수 있으므로 소비전력 및 생산비용의 상승을 방지하게 된다.

Description

다극용 커뮤테이터를 갖는 회전형 인버터

본 발명은 회전형 인버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직류전원을 교류전원으로 변환시키되, 그 주파수 변환 효율을 상승시키도록 한 다극용 커뮤테이터를 갖는 회전형 인버터에 관한 것이다.

일반적으로 인버터(inverter)는 직류에서 교류로 그 전력을 변환하는 장치로서 통상의 릴레이 또는 반도체 소자 등이 적용되는데, 최근에는 사이리스터(thyristor 또는 SCR) 등의 반도체 소자를 사용하는 방식이 주로 사용되고 있다.

그러나, 이와 같은 반도체형 인버터 회로는 다음과 같은 문제점들을 가지고 있다. 첫째, 고출력의 교류전원을 발생시키고자 할 경우 고가의 반도체 소자가 다수개 필요하므로, 그 생산비용이 상승하게 되고 부피가 커지게 되고, 둘째 스위칭 작용에 따른 반도체 소자의 출력 손실이 크므로 고출력의 교류전원을 얻을 수 없으며, 아울러 이와 같은 출력 손실에 의하여 고열이 발생하게 된다. 셋째, 고출력을 발생시킬 경우 전류 소모량이 많아 통상 직류전원을 공급하는 배터리의 수명을 단축시키게 되는 등의 문제점들을 가지고 있는 것이다.

한편, 본 출원인은 이러한 문제점들을 개선, 보완한 회전형 인버터를 기출원한 바 있다. 도 1에는 종래의 회전형 인버터를 나타낸 사시도가 도시되었고, 도 2에는 도 1의 커뮤테이터를 나타낸 요부 확대 단면도가 각각 도시되어 있다.

이에 의하여 종래의 회전형 인버터의 주요부를 살펴보면, 배터리(10)의 직류전압(DC)으로 구동되어 회전력을 발생시키는 모터(11)와, 이 모터(11)에 의하여 회전되는 커뮤테이터(13)와, 그 외주면 사방에 접촉되는 각각의 브러시(12)가 마련된다. 또한, 상기 커뮤테이터(13)는 그 외주면에 2극으로 분할된 각각의 도전부(13a)(13b)가 형성되며, 그 사이에는 절연부(14)가 형성된다. 또한, 상기 브러시(12)의 입력측에는 직류전압(DC)이 인가되고 출력측에는 트랜스(20)가 마련된다.

이와 같이 구성된 종래의 회전형 인버터의 작용은, 커뮤테이터(13)의 회전에 의하여 그 사방에 접촉된 각각의 브러시(12)에 상기 커뮤테이터(13) 외주면의 도전부(13a)(13b)가 순차적으로 접촉된다. 따라서, 상기 브러시(12)의 입력측(상하측)에는 일정한 방향의 직류전류가 인가되는 한편, 도전부(13a)(13b)의 위치가 바뀔 때마다 출력측(좌우측)을 통하여 트랜스(20)에 인가되는 전류의 방향은 교번된다. 이와 같이 브러시(12)의 출력측 전류방향이 교번되므로 트랜스(20)에는 소정의 교류전압이 발생하게 되는 것이다.

그러나, 이와 같은 종래의 회전형 인버터는, 통상 커뮤테이터의 도전부가 2극으로 형성되어 있으므로 그 출력 주파수를 가변하기 위해서는 모터의 회전속도를 가변시켜야만 한다. 따라서, 높은 주파수를 출력할 경우 모터를 고속 회전시킴으로써 이 모터를 구동시키기 위한 소비전력이 증가함과 아울러, 고속 회전 모터를 구비하여야 함으로 그 생산비용이 증가하게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 다수개의 도전부를 형성하여 소비전력 및 생산비용을 증가시키지 않고 주파수 변환 효율을 상승시키도록 한 다극용 커뮤테이터를 갖는 회전형 인버터를 제공함에 있다.

도 1은 종래의 회전형 인버터를 나타낸 사시도,

도 2는 도 1의 커뮤테이터를 나타낸 요부 확대 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 다극용 커뮤테이터를 갖는 회전형 인버터의 바람직한 실시예를 나타낸 사시도,

도 4는 도 3의 다극용 커뮤테이터를 나타낸 요부 분해 사시도,

도 5는 도 3의 회로도,

도 6a 내지 6d는 본 발명의 다극용 커뮤테이터의 회전에 따른 전류 흐름 상태를 나타낸 도면,

도 7은 본 발명의 다극용 커뮤테이터를 갖는 회전형 인버터로부터 발생되는 전류 파형도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 배터리 110 : 모터

120, 121, 122, 123 : 브러시 130 : 커뮤테이터

131 : 도전부 132 : 절연부

140, 150 : 극판 141, 151 : 접촉편

200 : 트랜스 D1∼D4 : 역전압 방지용 다이오드

SW10 : 스위치 C10 : 공진용 콘덴서

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다극용 커뮤테이터를 갖는 회전형 인버터의 특징은, 그 외주면에 짝수로 분할된 다수개의 도전부를 갖는 커뮤테이터와, 상기 도전부의 측면에 접촉되는 다수의 접촉편을 구비하여 상기 커뮤테이터의 양 측면에 각각 고정되는 극판과, 상기 커뮤테이터를 회전시키는 모터와, 상기 커뮤테이터 외주면에 접촉되는 각각의 브러시, 및 상기 커뮤테이터 및 브러시를 통하여 변환된 교류전원을 공급받아 소정 전압을 출력하는 트랜스를 포함한다.

여기서, 상기 각각의 극판은 그 접촉편이 상기 다수개의 도전부 중 각각 홀수 번째 또는 짝수 번째의 도전부에 상호 엇갈리게 접촉되도록 상기 커뮤테이터의 양측에 고정되며, 상기 각각의 브러시 중 상호 인접한 한쌍의 브러시는 상기 커뮤테이터 회전시 상기 다수개의 도전부 중 각각 홀수 번째 또는 짝수 번째의 도전부에 상호 엇갈리게 접촉되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 다극용 커뮤테이터를 갖는 회전형 인버터는 상기 각각의 브러시 사이에 결선된 역전압 방지용 다이오드와, 상기 모터의 동작을 온/오프시키는 스위치 및 상기 스위치와 병렬로 접속되는 공진용 콘덴서를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.

따라서, 동일한 모터의 회전 속도에서 다수개의 도전부를 통하여 그 출력 주파수를 상승시킬 수 있으므로 소비전력 및 생산비용의 상승을 방지하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 다극용 커뮤테이터를 갖는 회전형 인버터의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 다극용 커뮤테이터를 갖는 회전형 인버터의 바람직한 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3의 다극용 커뮤테이터를 나타낸 요부 분해 사시도이며, 도 5는 도 3의 회로도이다.

이에 의하면, 본 발명에 따른 다극용 커뮤테이터를 갖는 회전형 인버터 회로는 배터리(100)와, 커뮤테이터(130)와, 극판(140)(150)과, 모터(110)와, 브러시(120, 121, 122, 123)와, 스위치(SW10)와, 공진용 콘덴서(C10) 및 트랜스(200)로 구성된다.

상기한 배터리(100)는 통상의 직류전원(DC)을 공급하는 차량용 배터리(12V 또는 24V)가 적용됨이 바람직하다. 상기 커뮤테이터(130)는 도 4에 도시된 바와 같이 그 외주면에 짝수로 분할된 다수개의 도전부(131) 및 절연부(132)를 갖는다. 상기 극판(140)(150)은 상기 도전부(131)의 양쪽 측면에 접촉되는 다수의 접촉편(141)(151)을 구비하되, 이 각각의 극판(140)(150)은 그 접촉편(141)(151)이 상기 다수개의 도전부(131) 중 각각 홀수 번째 또는 짝수 번째의 도전부(131)에 상호 엇갈리게 접촉되도록 상기 커뮤테이터(130)에 고정된다.

상기 모터(110)는 상기 커뮤테이터(130)를 회전시키도록 회전력을 발생시키며, 상기 브러시(120, 121, 122, 123)는 상기 커뮤테이터(130) 외주면에 접촉되도록 형성하되, 특히 상기 각각의 브러시(120, 121, 122, 123) 중, 상호 인접한 한쌍의 브러시(120, 121 또는 122, 123)는 상기 커뮤테이터(130) 회전시 상기 다수개의 도전부(131) 중 각각 홀수 번째 또는 짝수 번째의 도전부(130)에 상호 엇갈리게 접촉되도록 상호 90°각도로 배치시킴이 바람직하다. 또한, 상기 각각의 브러시(120, 121, 122, 123) 상호간에는 각각의 역전압 방지용 다이오드(D1∼D4)가 결선된다.

상기 트랜스(200)는 상기 커뮤테이터(130) 및 브러시(120, 121, 122, 123)를 통하여 변환된 교류전원을 공급받아 소정 전압을 출력한다. 또한, 상기 스위치(SW10)는 상기 공진용 콘덴서(C10)와 병렬로 접속되어 상기 모터(110)의 동작을 온/오프시킨다.

또한, 도 6a 내지 6d는 본 발명의 다극용 커뮤테이터의 회전에 따른 전류 흐름 상태를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 다극용 커뮤테이터를 갖는 회전형 인버터로부터 발생되는 전류 파형도이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 작용을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 사용자에 의하여 스위치(SW10)가 온되면, 이에 따라 배터리(100)로부터 통상 12V 또는 24V의 직류전원(DC)이 공급되어 모터(110)가 구동된다. 이 모터(110)는 상기 커뮤테이터(130)를 회전시켜 직류전원(DC)을 교류전원(AC)으로 변환시키도록 한다. 여기서, 상기 모터(110)는 그 회전축(미도시)에 고정된 커뮤테이터(130)를 회전시키고, 이에 따라 상기 커뮤테이터(130) 외주면에 접촉되는 각각의 브러시(120, 121, 122, 123), 특히 상호 인접한 브러시(120, 121 및 122, 123, 또는 120, 122 및 121, 123)를 통하여 전류가 교대로 흐르게 된다.

즉, 배터리(100)의 (+)단자로부터 공급되고 상기 상단의 브러시(120)를 통하여 커뮤테이터(130)에 입력되는 전류는, 도 5에 도시된 바와 같이 상단 브러시(120), 정면의 극판(140)으로 연결된 도전부(131), 및 좌측 브러시(121)를 거쳐 도시된 화살표 방향으로 흐르게 된다. 따라서, 트랜스(200) 1차 코일(201)의 상측으로 전류가 흐르게 되며, 이 전류는 우측 브러시(122), 배면의 극판(150 ; 도 4 참조)으로 연결된 도전부(131) 및 하측 브러시(123)를 거쳐 배터리(100)의 (-)단자로 순환된다(화살표 방향 참조). 이를 더욱 상세히 나타낸 도면이 도 6a에 도시되어 있다.

또한, 이러한 상태는 도 6b에 도시된 바와 같이 상기 커뮤테이터(130)가 소정각도로 회전된 상태, 즉 커뮤테이터(130)의 중앙을 기준으로 하여 좌측의 브러시(121)가 도전부(131)의 좌단부에 위치한 상태까지 유지되다가, 상기 커뮤테이터(130)가 더 회전되면, 도 6c에 도시된 바와 같이 상단 브러시(120), 정면의 극판(140)으로 연결된 도전부(131), 및 우측 브러시(122)를 거쳐 도시된 화살표 방향으로 흐르게 된다. 또한, 이러한 상태는 도 6d에 도시된 바와 같이 상기 커뮤테이터(130)가 소정각도로 회전된 상태까지 유지된다.

이와 같이 상기 커뮤테이터(130) 외주면의 다수개의 도전부(131) 및 절연부(132)가 그 사방의 브러시(120, 121, 122, 123)를 교대로 접촉하면서 회전함에 따라 상기 트랜스(200)의 1차 코일(201)에 흐르는 전류 방향을 상하방향으로 교번시켜, 그 2차 코일(202)로 소정 전압을 유기시키게 되는 것이다.

이러한 전류 파형이 도 7에 도시되어 있으며, 여기서, A는 종래의 전류 파형이고 B는 본 발명에 따른 다극용 커뮤테이터를 갖는 회전형 인버터의 전류 파형을 나타낸다. 따라서, 모터(110)를 저속으로 회전시키더라도, 다수개의 도전부(130)를 통하여 같은 주기 내에서 보다 높은 주파수의 출력을 얻을 수 있게 된다.

아울러, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구 범위 내에 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다극용 커뮤테이터를 갖는 회전형 인버터에 의하면, 다수개의 도전부를 통하여 모터의 동일한 회전 속도 즉, 모터의 회전 속도를 상승시키지 않고도 그 출력 주파수를 상승시킬 수 있으므로 모터의 고속 회전에 따른 소비전력의 상승 및 고속 모터 적용에 따른 생산비용의 상승 등을 방지하게 되는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 그 외주면에 짝수로 분할된 다수개의 도전부를 갖는 커뮤테이터;

   상기 도전부의 측면에 접촉되는 다수의 접촉편을 구비하여 상기 커뮤테이터의 양 측면에 각각 고정되는 극판;

   상기 커뮤테이터를 회전시키는 모터;

   상기 커뮤테이터 외주면에 접촉되는 각각의 브러시;

   상기 커뮤테이터 및 브러시를 통하여 변환된 교류전원을 공급받아 소정 전압을 출력하는 트랜스를 포함하는 것을 특징으로 하는 다극용 커뮤테이터를 갖는 회전형 인버터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 극판은,

   그 접촉편이 상기 다수개의 도전부 중 각각 홀수 번째 또는 짝수 번째의 도전부에 상호 엇갈리게 접촉되도록 상기 커뮤테이터의 양측에 고정되는 것을 특징으로 하는 다극용 커뮤테이터를 갖는 회전형 인버터.
3. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 브러시 중 상호 인접한 한쌍의 브러시는,

   상기 커뮤테이터 회전시 상기 다수개의 도전부 중 각각 홀수 번째 또는 짝수 번째의 도전부에 상호 엇갈리게 접촉되도록 하는 것을 특징으로 하는 다극용 커뮤테이터를 갖는 회전형 인버터.
4. 제 1항 또는 3항에 있어서, 상기 상호 인접한 브러시 사이에 결선된 역전압 방지용 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다극용 커뮤테이터를 갖는 회전형 인버터.
5. 제 1항에 있어서, 상기 모터의 동작을 온/오프시키는 스위치; 및

   상기 스위치와 병렬로 접속되는 공진용 콘덴서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다극용 커뮤테이터를 갖는 회전형 인버터.