KR20000023639A - 단절 권선을 이용하는 자기 저항 장치 및 그 장치용 드라이브 - Google Patents

단절 권선을 이용하는 자기 저항 장치 및 그 장치용 드라이브 Download PDF

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Abstract

자기 저항 장치는 복수의 위상 권선을 포함하고, 각 위상 권선은 복수의 단절 코일을 포함한다. 자기 저항 장치는 하나 이상의 위상 권선에 동력을 전달할 수 있는 드라이브에 연결하여 (i) 위상 권선의 자기 인덕턴스, (ii) 상기 위상 권선의 자기 인덕턴스와 상기 위상 권선간의 상호 인덕턴스의 조합, 또는 (iii) 상기 위상 권선간의 상호 인덕턴스로부터 수용되는 출력 토크를 제공하게 된다.

Description

단절 권선을 이용하는 자기 저항 장치 및 그 장치용 드라이브{RELUCTANCE MACHINE WITH FRACTIONAL PITCH WINDING AND DRIVE THEREFOR}
자기 저항 장치는 동력이 전달된 위상 권선의 인덕턴스를 최대화하도록 회전하는 부재를 이동시켜 토크(torque)를 생성하는 전기 장치이다. 자기 저항 장치의 한가지 형태로는, 주파수를 제어하여 위상 권선에 동력을 전달하는 장치가 있다. 대체로 이러한 장치는 동기식 자기 저항 장치로 일컬어진다. 이러한 자기 저항 장치중 다른 한 형태로는 회로를 구비하여 그 회전하는 부재(일반적으로 “로터”를 말함)의 위치를 검출하여, 로터의 위치를 움직여서 위상 권선에 동력을 전달한다. 이러한 형태의 장치는 대체로 스위칭식 자기 저항 장치로 공지되어 있다. 본 발명은 동기식 자기 저항 장치와 스위칭식 자기 저항 장치로 응용가능하다.
대체로 자기 저항 장치의 구성과 동작에 있어서의 일반적인 원리, 특히 스위칭식 자기 저항 장치는 종래 기술에 공지되고 개시되어 있으며, 예를 들어 스테판슨(Stephenson)과 블레이크(Blake)의 “스위칭식 자기 저항 모터와 드라이브의 특성, 설계 및 응용”이 있다(1993년 6월 21일 - 24일, 독일 뉴렘버그, PCIM '93 컨퍼런스 전시회에 전시됨).
대부분의 자기 저항 장치는 복수의 이산 스테이터 극을 한정하는 복수의 돌출부(또는 “스테이터 티스(stator teeth)”)를 포함하는 복수의 적층된 박판으로 구성된 정지 부재, 즉 “스테이터”라고 불리는 것을 구비한다. 권선, 대체로 구리선은 하나 이상의 위상 권선을 형성하도록 스테이터 티스 사이 공간 내에 배치된다. 자기 저항 장치를 구성하는데 사용되는 가장 흔한 권선 배열은 각 스테이터 투스(tooth)를 각 권선으로 에워싸는 “단일 투스” 권선 배열이다. 따라서 여러 가지 코일을 일렬로 혹은 병렬로 함께 연결하여 하나 이상의 위상 권선을 형성할 수 있다.
도 1은 6극 스테이터(10)와 4극 로터(12)를 포함하는 일반적인 “단일 투스” 자기 저항 장치를 간략하게 도시한다. 각 스테이터 투스(13-18)는 와이어(a1, a2, b1, b2, c1, c2)의 각 코일로 에워싸이고, 코일로 에워싼 스테이터 티스는 전기적으로 접속되어 3개의 위상 권선(A, B, C)을 형성한다. 코일 배치는 도 1에 도시된 것처럼 도트와 십자 모양으로 표시되고, 이때 십자 모양은 정(+)의 전류가 페이지 내부로 흐르는 와이어 부분을 나타내고, 도트는 정(+)의 전류가 페이지 외부로 흐르는 것을 나타낸다. 단일 투스 자기 저항 장치의 일반적인 동작시, 각 위상 권선은 1/3의 로터 회전에 대응하는 간격동안 동력이 전달되어 각 위상 권선은 1/3의 시간동안 정의 토크 생성을 발생시킨다.
도 1에 도시된 것과 같은 단일 투스 자기 저항 장치는 배타적으로 각각 동력이 전달되는 위상 권선의 자기 인덕턴스(self-inductance)의 동작이라는 점에서 있어서 토크 생성을 위한 메카니즘이라는 점에서 다소 제한된다. 권선의 단일 투스 특성 때문에 장치 위상간의 상호 연결이 존재하지 않고, 따라서 위상 권선간의 상호 인덕턴스(mutual-inductance)를 변화시키는 동등한 토크 생성이 존재하지 않는다. 이와 같이 최대 토크 출력과 단일 투스 권선을 이용하는 자기 저항 장치의 효율은 그 권선에 대한 자기 인덕턴스가 증가할 때 이러한 권선의 사용 간격이 구간으로 제한되기 때문에 제한된다.
단일 투스 권선 구조의 전위 한계에도 불구하고, 위상 권선간의 상호 인덕턴스는 일반적으로 비바람직하기 때문에, 자기 저항 장치의 영역에서 작동되는 장치의 종래의 기술은 단일 투스 권선이 바람직하다. 에워싸여진 바이어스는 관련 자기 저항 장치 관련 간행물로 에이. 휴게스 등의 “Effect of Operating Mode on Torque-Speed Characteristics of a VR Motor presented at the July 1976 International Conference on Stepping Motors and Systems”(영국 리드소재의 리드 대학)으로 개시되고, 위상간의 상호 인덕턴스가 표준 단극성 여자(勵磁:excitation)를 이용하는 3상 자기 저항 장치의 유효한 토크 생성을 감소시킨다.
상술된 단일 투스 장치와는 다르게, 중요한 상호 인덕턴스는 존재하지 않고, 모든 토크가 자기 인덕턴스의 동작으로 생성되는 자기 저항 장치 설계가 제안되며, 자기 인덕턴스가 존재하지 않고 토크 생성이 배타적으로 위상 권선간의 상호 인덕턴스에서 변경되는 기능을 한다. 이러한 자기 저항 장치는 전절 권선(full-pitch winding) 배열을 사용한다. 대체로, 전절 권선은 M의 스테이터 극을 회전시키는 권선 코일을 포함하는 권선(M은 위상 권선의 수와 동등한 정수)이다. 이러한 설계는 텍사스 휴스톤에서 개최된 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting(1992년 10월)에서 간행된 B. C. Mecrow의 “New Winding Configuration for Doubly SalientReluctance Machines”란 제목의 논문으로 제안되었다.
도 2는 인용된 Mecrow의 논문에 개시된 형태의 전절 권선을 사용하는 자기 저항 장치를 도시한다. 대체로 이 장치는 도 1에 도시된 단일 투스 장치의 로터(10)와 스테이터(12) 구조와 대체로 동등한 6극 스테이터(20)와 4극 로터(22)를 포함한다. 도 1의 단일 투스 장치와 도 2의 완전 피칭된 장치간의 중요한 차이점은 권선의 배치와 배열이다. 도 3의 전절 권선 장치에 있어서는, 오직 3개의 권선 코일(a, b, c)이 존재하고, 각 코일은 도시된 6극 스테이터/4극 로터 구성을 위해 상호 극성 갭간의 코일의 단부가 서로 180°의 기계적인 각도로 오프셋되도록 스테이터 내에 위치한다. 도 2에 도시된 장치의 전절 권선의 특성 때문에, 가시적으로 모든 토크 생성은 2개의 권선간의 상호 인덕턴스에서의 변화로 발생된다. Mecrow의 논문에서 설명되어진 것처럼, 이러한 장치에 있어서, 각 위상 권선은 2/3 전체 로터 회전을 커버하는 구간에 걸쳐 동력이 전달되어, 각 위상 권선은 두 권선간의 상호 인덕턴스의 변화를 통해 각 로터 회전의 2/3에 대응하는 기간동안 정의 토크 생성에 기여한다.
인용된 Mecrow의 논문에 의하면, 이러한 전절 상호 인덕턴스 장치만이 장치에 의해 형성된 전자-기계 회로를 좀더 잘 이용하게 된다. Mecrow의 전절 자기 저항 장치의 여러 가지 변형이 P. G. Barrass, B. C. Mecrow 및 A. C. Clothier의 “The Unipolar Operation of a Fully Pitched Winding Switched Reluctance Drives”, B. C. Mecrow의 “Fully pitched-winding switched-reluctance and stepping-motor arrangements”(IEE Proceedings-B, Vol 40, No 1(1993년 1월)), P. G. Barrass, B. C. Mecrow 및 A. C. Clothier의 “Bi-polar Operation of Fully-Pitched Winding Switched Reluctance Drives”기계 및 드라이브에 관한 국제 회의(1995년 9월) 및 영국 특허 제2,262,843 B호의 “Doubly salient reluctance machines”에 모두 개시된다.
단일 투스 자기 저항 장치의 위상 권선의 인덕턴스와 비교해 볼 때, 전절 자기 저항 장치에 있는 권선의 전절 특성은 여러 가지 위상 권선이 매우 높은 자기 인덕턴스를 갖도록 한다. 이러한 상대적으로 높은 자기 인덕턴스는 위상 권선내의 전류의 변화율을 제한하고, 따라서 위상 전류가 0에서 피크값, 즉 피크 토크 생성 값으로 증가할 수 있는 속도를 제한한다. 따라서, 전절 장치의 권선의 전절 특성은 결과적으로 모터에 동력을 전달하는데 사용되는 드라이브가 충분하게 전류를 인가 가능한 시간값의 소정의 값이나 장치 수행도가 상대적으로 높은 자기 인덕턴스에 의해 위상 전류 파형에 위치하는 한계 때문에 절충되야만 하는 값으로 구동하도록 충분해야한다는 점에서 “높은 자기 인덕턴스 페널티”로 발생된다.
전절 장치의 다른 드로백은 위상 권선을 형성하는데 사용되는 전절 코일을 구성하는데 요구되는 자리 감김(end-turns) 구리의 양이다. 이러한 크기 및 길이 자리 감김은 결과적으로 권선의 구리의 양을 직접적으로 고정시키는데 사용되는 제조 비용을 증가시킨다. 게다가, 상대적으로 이러한 전절 권선을 제조하는데 필요한 증가된 구리의 양은 결과적으로 보통 기계를 동작하는 동안 저항을 증가시키거나 구리의 손실을 가져온다.
본 발명의 목적은 상술된 단일 투스와 전절 자기 저항 장치의 한계를 해결하여 개선된 자기 저항 장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 자기 저항 장치와 이러한 장치 시스템에 관한 것으로서, 특히 스위칭식 자기 저항 장치 및 이러한 장치 시스템에 관한 것이다. 좀더 구체적으로는 본 발명은 자기 저항 장치용 권선 구성과 이러한 장치용 드라이브에 관한 것이다.
도 1은 종래의 “단일 투스” 자기 저항 장치에 대한 실시예를 나타내는 도면.
도 2는 전절 권선을 갖는 자기 저항 장치를 나타내는 도면.
도 3은 단절 권선을 갖는 본 발명에 따른 6개의 스테이터 극, 4개의 로터 극 자기 저항 장치를 나타내는 도면.
도 4는 도 3의 장치의 3개의 위상 권선의 자기 인덕턴스와 로터의 각 위치의 기능으로 3개의 위상 권선간의 상호 인덕턴스를 나타내는 도면.
도 5는 주어진 시간에 오직 하나의 위상 권선에 동력이 전달되도록 하는 도 3의 장치를 구동하는데 사용되는 “단상” 동력 전달 구성을 나타내는 실시예.
도 6은 2개의 위상 권선에 동시에 동력을 전달하도록 도 3의 장치를 구동하는데 사용될 수 있는 “2 위상” 동력 전달에 대한 실시예를 나타내는 도면.
도 7은 도 3의 장치를 이용하는 도 6의 동력 전달 계획을 실시하는데 사용될 수 있는 드라이브에 대한 실시예를 나타내는 도면.
도 8은 3개의 위상 권선에 동시에 동력을 전달하도록 도 3의 장치를 구동하는데 사용될 수 있는 “3상” 동력 전달에 대한 실시예를 나타내는 도면.
도 9는 도 1의 장치를 이용하는 도 8의 3상 동력 전달 계획을 실시하는데 사용될 수 있는 드라이브에 대한 실시예를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명에 따른 단절 권선을 갖는 6 스테이터 극 4 로터 극 자기 저항 장치에 대한 다른 실시예를 나타내는 도면.
도 11은 로터의 각 위치의 기능으로서 3상 권선간의 상호 인덕턴스와 도 10의 장치에 대한 3상 권선의 자기 인덕턴스를 나타내는 도면.
도 12는 주어진 시간에 오직 하나의 위상 권선에 동력이 전달되도록 하는 도 10의 장치를 구동하는데 사용되는 “단상” 동력 전달 구성을 나타내는 실시예.
도 13은 2개의 위상 권선에 동시에 동력을 전달하도록 도 10의 장치를 구동하는데 사용될 수 있는 “2상” 동력 전달 구성에 대한 실시예를 나타내는 도면.
도 14는 3개의 위상 권선에 동시에 동력을 전달하도록 도 10의 장치를 구동하는데 사용될 수 있는 “3상” 동력 전달 구성에 대한 실시예를 나타내는 도면.
도 15는 3개의 위상 권선에 동시에 동력을 전달하도록 도 10의 장치를 구동하는데 사용될 수 있는 “3상” 동력 전달 구성에 대한 다른 실시예를 나타내는 도면.
도 16은 본 발명에 따른 단절 권선을 갖는 12 스테이터 극 8 로터 극 자기 저항 장치에 대한 실시예를 나타내는 도면.
도 17은 본 발명에 따른 단절 권선을 갖는 본 발명에 따른 12 스테이터 극 8 로터 극 자기 저항 장치에 대한 다른 실시예를 나타내는 도면.
도 18은 도 17의 자기 저항 장치를 구동하는데 사용 가능한 대칭인 드라이브를 나타낸다.
본 발명은 전기적으로 연결된 복수의 “단절 권선” 코일을 각각 구성하는 복수의 위상 권선을 포함하는 스테이터를 구비한 자기 저항 장치를 제공하여 종래의 자기 저항 장치의 상술된 한계를 해결하는 데 있다. 코일은 전절 코일의 제한된 피치와 단일 투스 코일의 제한된 피치간에 존재하는 피치를 갖는다는 점에서 단절 된다. 본 발명에 따른 장치의 코일에 대한 단절 특성은 위상 권선의 자기 인덕턴스와 상기 위상 권선간의 상호 인덕턴스로 하여금 이 장치의 토크 출력에 조력이 가능하게 된다. 스테이터내의 단절 코일의 위치에 따라, 위상 권선간의 상호 인덕턴스는 대칭적이거나(예를 들어, 동일한 극성으로 위상 외부에서만 형성됨), 비대칭적(동일하지 않은 극성으로 형성됨)이 될 수 있다. 만일 단절 권선이 비대칭적인 경우에는, 자기 인덕턴스와 상호 인덕턴스의 동작으로 출력 토크를 제공하는데 필요한 동력이 전달 전류는 3개의 위상 권선간의 형태로 변화될 것이다. 만일 단절 피치 권선이 대칭적인 경우에는, 자기 인덕턴스와 상호 인덕턴스나 오직 상호 인덕턴스의 동작으로 출력 토크를 제공하는데 필요한 동력 전달 전류는 주어진 양만큼 위상 외부에만 동일하게 형성될 수 있다.
또한 본 발명은 상술된 것처럼 단절 권선을 갖는 자기 저항 장치에 동력을 전달하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 여러 가지 특성은 하기 설명되어지는 상세한 설명과 도면을 통해 설명되어질 것이다.
도면에 있어서, 특히 도 3은 본 발명에 따른 자기 저항 장치(30)를 나타낸다. 대체로 자기 저항 장치(30)는 내부에 설비된 6개의 스테이터 극과 외부에 설비된 4개의 로터 극을 한정하는 스테이터(32)를 포함한다. 이 스테이터(32)와 로터(34)는 적절한 재료, 예를 들어 강철로 만들어진 복수의 박판으로 형성되고, 이 스테이터(32)와 로터(34) 박판의 기본적인 구조는 자기 저항 장치에 사용되는 소자를 구성하도록 표준 기술을 사용하여 획득가능하다.
스테이터(32)와 로터(34)를 포함하는 박판이 표준이 될 수 있지만, 자기 저항 장치(30)의 권선 배열은 표준이 아니다. 도 3에 있어서, 3상 권선(A, B, C)이 존재하고, 각 위상 권선은 2개의 코일로 이루어져 권선(A)이 코일(a1, a2)을 포함하고, 위상 권선(B)은 코일(b1, b2)을 포함하며, 위상 권선(C)은 코일(c1, c2)을 포함한다. 위상 권선을 보상하는 2개의 코일은 직렬이나 병렬로 접속가능하다. 도 3의 실시예에 있어서, 각 위상 권선으로 구성된 코일은 병렬로 접속된다. 서로 다른 스테이터 극/로터 극을 조합하여 구비된 장치에 있어서(예를 들어 Nx6/Nx4), 주어진 위상 권선으로 구성된 코일은 직렬과 병렬로 조합하여 접속된다.
도 3에 도시된 것처럼, 각 위상 권선으로 구성되는 코일은 복수의 단일 스테이터를 에워싸기 때문에 “단일 투스”가 아니다. 게다가, 위상 권선을 구성하는 코일은 전절 코일이 아니다. 대신에 도 3의 실시예(30)의 각 코일은 전절 코일보다 적은 티스를 동이지 않지만 단일 투스 코일을 이상의 티스(혹은 스테이터 극)를 동이는 “단절” 코일이다.
도 3의 장치(30)에 대한 단절 코일을 정밀하게 배열하고 방향 설정하는 것은 도트와 십자 모양의 표시로 표현된다. 도면에 사용되는 종래의 장치는 화살 모양의 성분으로 관측되면 도트와 십자 모양을 경우 정(+)의 전기 전류가 화살표(십자) 모양의 후단부(혹은 꼬리)로부터 화살표(도트)의 점 단부로 관통하여 흐르게 된다. 이러한 정의 전기 전류는 결과적으로 손의 손가락이 화살표시의 끝의 방향에서 나타내는 손가락의 끝을 이용하여 화살표를 따르는 경우, “오른손 법칙”이 손의 엄지 방향에 대응하는 n극을 갖는 자계를 생성하게 된다. 따라서, 코일(a1)을 통해 흐르는 정의 전기 전류는 결과적으로 도 3에 점선으로 도시되는 화살표(36) 방향으로 n극을 갖는 자계가 된다. 유사한 자계가 다른 코일의 정의 동력 전달로 형성된다.
권선(A, B, C)을 구성하는 코일의 단절 특성 때문에, 각 권선의 자기 인덕턴스의 변경과, 로터(34)가 스테이터(32)내에서 회전되는 것처럼 권선간의 상호 인덕턴스의 변경이 존재한다. 따라서, 위상 권선이 적절하게 동력 전달될 때, 상호 인덕턴스와 자기 인덕턴스가 출력 토크에 영향을 주는 것이 실현 가능하다.
도 4는 도 3에 도시된 장치(30)의 3상 권선(A, B, C)의 자기 인덕턴스(La, Lb, Lc)와, 로터(θr)의 각 위치의 기능으로서 각 위상 권선간의 상호 인덕턴스(Mab, Mbc, Mca)를 나타낸다. 로터의 각 위치의 기능으로서 여러 가지 자기 인덕턴스와 상호 인덕턴스의 유도가 도시된다.
도 3의 3상 자기 저항 장치(30)에 대해, 이 장치의 토크 출력은 정확하게 다음과 같은 수학식으로 유도된다.
여기서, ia, ib, ic는 위상 권선(A, B, C)에 흐르는 전류를 나타내고, 수학식의 첫 번째 3개의 변수는 전체 자기 인덕턴스 토크 조력(contribution)에 대응하며, 수학식의 마지막 3개의 변수는 상호 인덕턴스 토크 조력에 대응한다.
도 4와 수학식 1에서 나타내듯이, 도 3의 장치(30)의 위상 권선에 흐르는 위상 동력 전달 전류는 전체 토크 출력이 자기 인덕턴스 토크의 결과, 즉 상호 인덕턴스 토크의 전체 결과나 혹은 그 두 개의 조합이 된다.
도 5는 주어진 시간에 하나의 위상 권선에만 동력 전달하고 모든 토크 출력이 자기 인덕턴스의 결과가 되도록 하는 도 1의 장치(30)를 구동하는데 사용 가능한 하나의 전류 스위칭식 구성을 나타낸다. 특히 이러한 스위칭식 구성에 있어서, 오직 하나의 위상 권선이 주어진 시간에 동력 전달되기 때문에 수학식 1의 마지막 3개의 변수 각각의 전류 변수중 하나는 항상 0이 되고, 이러한 구성으로 상호 인덕턴스 토크는 생성되지 않는다.
도 4와 도 5를 비교해 볼 때, 도 5의 “단상” 동력 전달 구성에 있어서, 위상 권선의 자기 인덕턴스가 증가할 때, 각 위상 권선은 오직 로터 회전의 간격동안만 동력 전달되는 것을 인지해야 한다. 예를 들어, 도 4와 도 5에 있어서 위상 권선(A)의 자기 인덕턴스는 43과 46으로 표시된 구간에 걸쳐서만 증가하는 것을 숙지해야 한다. 따라서 전류는 이러한 구간동안 위상 권선(A)에 형성된다. 유사하게, 위상 권선(B)의 자기 인덕턴스는 그 구간이 41, 44, 47로 표시된 부분에서 증가되고, 위상(B)은 그러한 구간에서 동력 전달되며, 위상(C)은 42, 45, 48로 표시된 구간에서 동력 전달된다.
자기 인덕턴스 토크 구성은 전류, 즉 전류 극성(ia) 제곱의 기능이 되기 때문에, 도 5의 단상 여자 모드의 위상 권선은 중요하지 않다. 이러한 점에서, 도 5의 동력 전달 구성은 표준 “단일 투스” 감기 스위칭식 자기 저항 장치에 사용되는 스위칭식 구성과 유사하다. 따라서 표준 스위칭식 자기 저항 장치 드라이브는 도 3의 장치(30)에 사용 가능하다.
도 5의 단상 동력 전달 구성에 더불어, 2개의 위상 권선이 동시에 동력 전달되는 “2상” 동력 전달 구성은 여러 가지 위상 권선간의 상호 인덕턴스와 양 위상 권선의 자기 인덕턴스의 조합인 토크 출력으로 제공하도록 사용 가능하다. 이러한 스위칭식 구성에 대한 전류 파형은 도 6에 도시된다. 이러한 스위칭식 구성에 있어서, 각 위상 권선은 (ⅰ) 자기 인덕턴스가 증가하는 회전 구간(즉, 도 5의 구성에 사용되는 동일한 동력 전달 구간)과 (ⅱ) 정의 상호 인덕턴스 토크가 생성 가능한 구간동안의 회전 구간동안 동력 전달된다.
도 5와 도 6을 비교할 때, 동력 전달 구성부(자기 인덕턴스부)는 도 5의 단상 여자 구성과 완전하게 겹치는 것을 인지할 수 있다. 따라서 위상(A)은 계속적으로 구간 43과 46에서 동력 전달되고, 위상(B)은 구간 41, 44, 47에서 동력 전달되며, 위상(C)은 구간 42, 45, 48에서 동력 전달된다. 하지만 또한 각 위상 권선은 이 위상 권선의 동력 전달이 정의 상호 인덕턴스 토크를 생성하는 구간동안 동력 전달된다.
도 6에 있어서, 위상(A)을 사용하고, 위상(A)은 “자기 인덕턴스” 토크를 생성하도록 구간 43 및 46 동안 동력 전달된다. 또한 위상(A)은 구간 41, 44, 47동안 동력 전달된다. 도 4에 도시된 것처럼, 이러한 구간동안, 위상(A와 B)간의 상호 인덕턴스는 증가한다. (유사하게 위상(A)은 위상(A, C)간의 상호 인덕턴스가 증가하는 구간 43과 46에서 동력 전달된다. 위상(A)이 동력 전달되지 않는 구간, 즉 구간 42, 45, 48 동안, 위상(A) 권선의 자기 인덕턴스가 감소한다. 따라서 동력 전달 전류의 극성에 관계없이 이러한 구간동안 위상(A) 권선의 동력 전달은 결과적으로 위상(A) 권선의 자기 인덕턴스의 결과로서 부(-)의 토크 조력이 된다. 도 6의 구성에 있어서, 위상(A) 권선은 위상 권선의 동력 전달이 부의 자기 자기 저항 토크를 생성하지 않는 모든 구간동안 동력 전달된다.
위상(A)의 동력 전달과 유사한 방법으로, 위상(C)은 부의 토크를 생성하지 않는 각 구간동안 동력 전달되고, 구간 42, 45, 48 및 구간 43, 46, 49를 포함한다.
도 6의 2상 모드의 위상(B)의 위상 동력 전달 구성은 위상(B)이 위상 권선의 동력 전달이 부의 토크를 생성하지 않는 모든 구간동안 동력 전달된다는 점에서 위상(A, C) 동안의 구성과 동등하다. 하지만, 위상 권선(B)을 포함하는 단절 코일을 정밀하게 배열하기 때문에, 도 6의 동력 전달 구성의 위상(B)의 동력 전달은 위상(A, B) 전류가 단방향인 동안 위상(B) 전류는 양방향이고 정극성과 부극성 전류를 포함한다는 점에서 위상(A, C)과는 조금은 상이하며, 예를 들어, 증가하는 자기 인덕턴스 구간 41, 44, 47의 구간동안 위상(B)의 동력 전달 전류의 극성은 위상(A, B)간의 상호 인덕턴스가 그러한 구간동안 증가하기 때문에, 위상(A)의 위상 전류의 극성과 동일하게 되어 정의 상호 인덕턴스 토크 조력을 얻도록 해야한다.
하지만, 구간 42, 45, 48동안, 위상(B)의 자기 인덕턴스는 변경되지 않지만(따라서, 자기 인덕턴스 토크 조력은 존재하지 않음), 그러한 구간동안 위상(B, C)간의 상호 인덕턴스는 그러한 구간동안 로터 위치에 따라 위상(C, B)간의 상호 인덕턴스의 부의 유도의 결과를 감소시킨다. 수학식 1에 있어서, 부의 상호 인덕턴스 변화도와 더불어 상호 연결된 2개의 권선의 전류 생성이 부가되어 정의 토크를 생성해야 한다. 따라서 정의 토크 조력동안, 위상(B)의 위상 전류의 극성은 위상(C)의 극성과 반대가 되야 한다. 따라서, 구간 42, 45, 48동안 위상(B)에 대한 위상 동력 전달 전류는 도 6의 부극성과 동등하다.
도 3의 장치(30)에 사용될 때 도 6의 특정 2상 스위칭식 구성은 어떤 주어진 시간에 전체 토크 기여가 2개의 동력 전달된 위상 권선간의 상호 인덕턴스와, 동력 전달된 위상 권선의 자기 인덕턴스의 기능이 되기 때문에 도 5의 단상 스위칭식 구성에 유효한 것보다 더 큰 토크 출력을 제공한다. 하지만, 이러한 동력 전달 구성은 특별한 형태의 드라이브 회로를 요구하는 위상 권선(실시예의 권선 B)중 하나에 대한 양극 여자 전류의 사용을 요구한다.
도 7은 도 6의 동력 전달 구성을 실시하는 도 3의 장치(30)와 결합되는 드라이브에 대한 하나의 실시예를 도시한다. 도 7은 상부 DC 버스 레일(70+)과 하부 DC 버스 레일(70-)로부터 형성되는 DC 버스를 포함하는 드라이브(70)를 나타낸다. 필터 커패시터(도시되지 않음)나 다른 통상의 장치는 DC 버스에 제공되는 회복된 에너지를 저장하도록 및/또는 DC 버스를 가로질러 나타나는 DC 전압을 안정화시키고 정규화하도록 사용가능하다.
각 위상 권선(A, C)은 상부 전원 스위칭 장치(72)와 하부 전원 스위칭 장치(73) 및 상부 플라이백 다이오드(74)와 하부 플라이백 다이오드(75)에 의해 DC 버스를 가로질러 연결된다. 도 7의 위상 권선상의 도트는 정극성 전류가 흘러들어가는 권선의 포인트에 대응한다.
전원 스위칭 장치(72, 73)는 어떤 적절한 전원 스위칭 장치가 될 수 있으며, 그 장치의 정밀한 구조는 드라이브(30)가 연결되는 자기 저항의 크기와 응용 장치 및 전원 스위칭 장치에 적용되는 스위칭 신호의 특성에 따라 변한다. 하지만, 대체로 그러한 장치는 양극 접합 트랜지스터, MOSFETs, IGBTs 등을 포함하는 트랜지스터, 또는 스위칭 기계장치와 같은 적절한 전원 스위칭 장치가 될 수 있다.
도 7에서 알 수 있듯이 종래의 기술에서처럼, 권선(A, C)에 사용되는 스위칭 배열은 위상 권선의 단일 극성을 생성하는 것을 가능하게 한다. 특히, 전원 스위칭 장치(73, 74)를 전도성 상태로 정확하게 하는 것은 DC 버스에 나타나는 DC 전압을 알맞은 위상 권선에 적용하여, 전류는 도트로 표시된 포인트에서 위상 권선으로 도통하게 된다.
위상 권선(A, C)에 사용되는 스위칭 배열은 단극성 전류를 생성할 수 있다. 양극성 전류는 도 6의 스위칭 구성을 실시하도록 위상 권선(B)에서 생성되야 하기 때문에, 상이한 스위칭 배열이 그러한 위상에 사용되야 한다. 도 7에 있어서, 스위칭 배열은 실시예에 도시된 위상(B) 권선에 사용되는 스위칭 배열은 H-브리지 배열이 되고, 2개의 상부 전원 스위칭 장치(76, 77)와 2개의 하부 전원 스위칭 장치(78, 79)를 포함한다. 전원 스위칭 장치(76-79)의 구조는 전원 스위칭 장치(76-79)의 각각이 MOSFETs와 본질적으로 동일한 형태의 장치인 역 병렬 역 회복 다이오드를 요구하는 것을 제외하고는 전원 스위칭 장치(72, 73)에 관련하여 상술된 구조와 동일가능하다. 이러한 역 병렬 다이오드는 도시하지는 않았지만, 그들의 구조와 위치는 필요하다면 종래 기술에 잘 나타내어져 있다.
위상 권선(B)과 관련된 전원 스위칭 장치를 알맞게 동력 전달하여, 양극성 전류를 위상(B) 권선에 생성할 수 있다. 예를 들어, 전원 스위칭 장치(76, 79)가 전도성 상태로 동작하게 되는 경우, DC 버스를 도통하는 DC 전압은 전류가 도 7의 도트로 표시된 위상 권선(B)의 단부로 도통하는 방식으로 위상 권선(B)에 인가된다. 다라서, 이러한 상태는 결과적으로 위상(B) 권선의 정전류를 생성하는 결과를 초래한다. 동일한 방법으로, 전원 스위칭 장치(77, 78)는 전도성 상태로 동작되고, DC 버스를 도통하는 역전압이 위상 권선에 인가되고, 전류가 도 7의 도트로 표시된 단부의 전류와 대향하는 위상 권선(B)의 단부로 도통하게 되어, 위상 권선(B)의 부극성 전류를 생성하게 된다.
종래 기술에서 인지되는 것처럼, 드라이브(70)의 여러 가지 전원 스위칭 장치를 로터 위치의 기능처럼 동작시킴으로써(예를 들어, 로터의 각 위치를 검사함으로써), 도 6의(도 5도 동일함) 동력 전달 구성이 실시 가능하다. 또한, 전원 스위칭 장치에 인가되는 동작 신호를 변조하여(예를 들어, 펄스 폭 변조나 펄스 주파수 변조를 통해), 위상 권선의 전류 크기를 드라이브(70)가 연결된 장치의 회전 속도 및/또는 토크 출력을 제어하는 방식으로 제어 가능하다. 드라이브(70)를 사용하는 이러한 제어 구성에 대한 실시는 이러한 발명의 이점을 갖는 통상의 종래 기술중 하나의 효과로 나타나며, 여기에서는 더 자세하게는 설명하지 않겠다.
상술된 단상 및 2상 동력 전달 구성에 더불어, 또한 도 3의 장치(30)는 주어진 시간에 모든 3상 권선이 동력 전달되는 “3상” 모드에서 동력 전달이 가능하다. 이러한 3상 동력 전달 구성중 하나의 실시예를 도 8에 도시한다.
도 8에 있어서, 각 위상 권선은 상술된 “2상” 동력 전달 구성에 대응하는 구간동안 동력 전달된다. 하지만, 또한 각 위상 권선은 나머지 구간동안 위상 권선으로부터 부의 자기 인덕턴스 토크 조력이 존재하도록 위상 권선의 자기 인덕턴스가 감소하는 동안 남는 구간동안 동력 전달된다. 예를 들어, 도 8의 스위칭 구성에 있어서, 위상 권선(A)은 구간 42, 45, 48동안 동력 전달된다. 도 4에 있어서, 이러한 구간동안 위상 권선(A)의 자기 인덕턴스는 위상(A)으로부터 그러한 구간동안 부의 토크 조력이 존재하도록 감소된다. 하지만, 이러한 각 구간동안 위상(A)을 포함하는 상호 인덕턴스 조력이 존재한다.
예를 들어, 구간(42) 동안, 위상(A, C)간의 상호 인덕턴스는 0이 되지만, 위상(A, B)간의 상호 인덕턴스는 -가 된다. 하지만 도 8에 있어서, 이러한 구간동안 위상(B)의 전류 극성 또한 -가 된다. 따라서, 위상(A, B)간의 상호 인덕턴스로부터 조력하는 구간(42) 동안 토크에 대한 순(net) 상호 인덕턴스 조력은 +이 된다. 위상 권선을 포함하는 코일을 정확하게 제조하거나, 위상 권선(A, B)에 도통하는 전류의 크기를 제어함으로써, 구간(42) 동안의 위상(A)으로부터의 순 토크 조력은 +이 된다. 따라서, 위상(A)의 연속되는 동력 전달은 결과적으로 몇몇 부의 자기 인덕턴스 토크를 생성하게 되는 동안, 위상(A)의 연속하는 동력 전달로부터 조력하는 전체 토크 기여는 +이 된다. 동일한 방식으로, 위상 권선(B, C)은 계속적으로 동력 전달되어 각 구간동안 순 정의 토크를 생성한다.
각 위상 권선에 생성된 순 토크가 도 8의 동력 전달 구성을 사용하는 각 구간에 걸쳐 +가 되도록, 위상 권선중 하나의 권선에 도통하는 전류(예를 들어 위상 권선(A))는 연속하여야 하고, 단일 극성과 동일해야 하며, 다른 2상 권선에 도통하는 전류는 양극성이 되야 한다. 이와 같이, 종래의 단극성 드라이브는 도 8에 의해 예시화된 스위칭 구성에 따라 도 3의 장치(30)를 구동하도록 사용될 수는 없다. 도 9는 도 8의 3상 동력 전달 구성을 실시하는 예시적인 하나의 드라이브를 나타낸다.
도 9는 정의 버스 레일(91+)과 부의 버스 레일(91-)을 갖는 DC 버스(91)를 포함하는 드라이브(90)를 나타낸다. DC 필터 커패시터(92)는 DC 버스에 접속 가능하다. 도 8의 동력 전달 구성에 대한 위상(A)의 동력 전달 전류는 연속하는 단극성 전류이기 때문에, 위상(A)은 DC 버스(91)에 간단하게 연결된다. 위상(A) 권선의 전류의 크기가 펄스 폭 변조나 다른 알맞은 기술을 통해 제어 가능하면, 전원 스위칭 장치와 플라이백 다이오드(도시되지 않음)는 DC 버스(91)에 위상(A) 권선을 연결하도록 세트될 수 있다.
각 위상 권선(B, C)은 H-브리지 구조로 배열된 4개의 전원 스위칭 장치를 포함하는 스위칭 배열에 의해 DC에 연결된다. 이러한 스위칭 장치는 도 7의 전원 스위칭 장치(76-79)에 대한 상술된 방법으로 동작 가능하다. 그 중에서도 특히, 드라이브(90)에 대한 스위칭 배열의 수는 위상 권선의 수 이하가 된다.
도 3의 자기 저항 장치(30)는 단절 권선이 사용되어 개선된 수행도를 갖는 자기 저항 장치를 제공하는 방법에 대한 하나의 실시예이다. 단절 권선을 이용하는 개선된 자기 저항 장치의 다른 실시예를 도 10에 도시한다.
도 10은 도 3과 관련하여 앞서 기술한 스테이터와 로터를 구성하는 3상 6 스테이터 극 4 로터 극 자기 저항 장치를 나타낸다. 도 3의 실시예와 유사한 방식으로, 각 3상 권선(A, B, C)은 각 코일이 단절 코일인 2개의 코일을 포함한다. 하지만, 도 10의 장치(100)에 대한 코일의 배열은 도 3에 도시된 장치(30)의 코일 배열과 상이하고, 특히 위상(B, C) 권선에 대한 코일이 대향하는 방향의 스테이터에 위치한다는 점에서 상이하다. 코일을 정밀하게 배열하는 것은 도 10의 도트와 십자 표시로 나타낸다.
도 11은 도 10의 장치(100)에 대한 3상 권선(A, B, C)에 대한 자기 인덕턴스와 상호 인덕턴스가 로터의 각 위치로 기능하는 것을 나타낸다. 도 11과 도 4를 비교하여 알 수 있듯이, 3상 권선의 자기 인덕턴스는 대체로 도 3의 장치(30)와 유사하지만, 장치(100)의 상호 인덕턴스는 이 장치(100)에 대한 상호 인덕턴스가 모두 -라는 점에서 특히 장치(30)와 상이하다. 특히, 장치(100)에 대한 상호 인덕턴스는 주어진 양만큼의 위상을 벗어나지 않는 극성과 한계인 점에서 “대칭적”이다.
마치 도 3의 장치(30)는 모든 토크 생성이 3상 권선의 자기 인덕턴스로부터 제공되는 단상 모드로 동작 가능한 것처럼, 장치(100) 또한 동작 가능하다. 이러한 장치(100)에 대한 실시예의 스위칭 구성은 도 12에 도시된다. 장치(100)에 대한 단상 스위칭 구성은 실질적으로 도 3의 장치(30)에 대한 도 5에 도시된 구성과 동일하다. 이것은 위상 권선을 포함하는 코일의 방향이 정확하게 위상 권선의 자기 인덕턴스에 영향을 주지 않기 때문이다. 표준 자기 저항 장치는 도 12의 스위칭 구성을 실시하는데 사용 가능하다.
도 13은 장치의 전체 토크 출력이 위상 권선간의 상호 인덕턴스와 위상 권선간의 자기 인덕턴스 양쪽에 기여하는 장치(100)에 대한 2상 스위칭 구성을 나타낸다. 장치(100)에 대한 상호 인덕턴스는 장치(30)와는 상이하기 때문에, 장치(100)에 대한 2상 스위칭 구성은 장치(30)와는 상이하다. 특히 장치(100)의 권선 특성 때문에, 2상 스위칭 구성은 위상 전류를 3상 권선에 대한 동력 전달 전류가 주어진 각 크기만큼 서로 어긋나지 않는 동일한 형태가 되는 정도까지 “대칭”이 되도록 한다. 대체로, 동력 전달 전류는 하나의 스테이터 극 피치와 동일한 각 크기만큼 분리되야 한다. 많은 응용 장치에 있어서, 도 13의 대칭적인 2상 동력 전달 구성은 동력 전달 전류의 대칭적인 특성으로 인해 로터 위치를 좀더 간단하고 적은 비용으로 생성할 수 있고, 좀더 간단하고 적은 비용의 제어 회로를 가능하게 하기 때문에, 도 6의 구성보다 실시하는데 더 용이하게 된다.
도 13의 동력 전달 구성의 3개의 위상 권선 모두에 대한 동력 전달 전류는 양극성이기 때문에, 표준 스위칭 자기 저항 드라이브는 스위칭 구성을 실시하도록 사용가능하지 않다. 3상 위상 전체 H-브리지 드라이브와 같은 적절한 3상 양극성 드라이브가 사용 가능하다. 게다가, 대칭적인 동력 전달 전류는 표준 유도 모터에서 생성되는 전류와 동일하기 때문에, 표준 유도 모터 드라이브는 다소 하드웨어적인 변경으로 사용가능하며, 도 12의 동력 전달 구성에 따라 장치(100)를 구동할 수 있다.
2개의 상이한 “3상”동력 전달 구성은 전체 토크 출력이 3상 권선 가운데 상호 인덕턴스에 의해 제어되도록 도 10의 장치(100)를 작동시키는데 사용 가능하다. 도 14에 도시되는 이러한 스위칭 구성은 장치(30)에 대한 도 8의 구성과 동일하다. 두 예에 있어서, 위상 권선(A)에 대한 위상 동력 전달 전류는 연속한다. 도 10에 도시된 장치(100)의 위상(B, C)을 구성하는 코일의 방향은 장치(30)의 위상(B, C)을 구성하는 코일과 대향하기 때문에, 위상 동력 전달동안은 어떤 시점에서도 도 14의 동력 전달 구성의 장치(100)의 위상 권선(B, C)에 대한 위상 동력 전달 전류의 극성은 도 8의 동력 전달 구성의 위상(A, B)에 대한 위상 동력 전달 전류의 극성과 대조된다. 도 9의 드라이브(90)는 도 10의 장치(100)를 이용하는 도 14의 동력 전달 구성을 실시하는데 사용 가능하다.
도 15는 장치(100)에 대한 다른 3상 스위칭 구성을 나타낸다. 이러한 동력 전달 구성에 있어서, 3상 권선에 대한 동력 전달 전류는 동일하지만, 일정한 각 크기만큼 서로 위상에서 벗어난다. 전체 H-브리지나 종래의 유도 모터 드라이브와 같은 3상 양극성 전류를 생성 가능한 드라이브는 어떤 것이라도 도 15에 도시된 동력 전달 전류를 생성하는데 사용 가능하다. 도 13의 2상 동력 전달 구성처럼, 도 15의 3상 동력 전달 구성에 대한 동력 전달 전류는 대칭적이고, 따라서 전위적으로 로터 위치 변환의 복잡성을 감소시키고, 비대칭적인 스위칭 구성을 실시하는데 요구되는 회로를 제어한다. 상술된 도 3과 도 10의 6개의 스테이터 극/ 4개의 로터 극 장치는 본 발명에 따라 단절 자기 저항 장치에 대한 실시예이다. 단절 권선은 상이한 스테이터 극/로터 극을 조합한 자기 저항 장치에 사용될 수 있다. 예를 들어 도 16은 12개의 스테이터 극과 8개의 로터 극을 갖는 본 발명에 따른 자기 저항 장치에 대한 실시예를 나타낸다.
도 16의 장치(160)는 도 3의 장치(30)의 로터와 스테이터와 관련하여 상술된 방법으로 구조화 가능한 12개의 극 스테이터(162)와 8개의 극 로터(164)를 갖는다. 이러한 위상 권선(A, B, C)은 스테이터(162) 내에 배치되고, 각 위상 권선은 도 16에 도시된 것처럼 배열되는 4개의 단절 코일을 포함한다. 장치(30, 100)의 코일을 이용하는 것처럼, 주어진 위상 권선을 구성하는 코일은 연속 또는 병렬 관계로 함께 연결 가능하다.
도 16의 장치(160)는 2상 또는 3상 동력 전달 구성에 따른 장치가 장치(30)와 관련된 스위칭 구성에 도시된 전류와 비슷한 비대칭 위상 전류를 요구한다는 점에서 도 3의 장치(30)와 유사하다. 장치(160)의 비대칭 특성은 단절 코일이 장치 내에 배치되는 방법에 연관된다. 도 16의 장치에 있어서, 코일은 스테이터 내에 배치되어 3상 권선간의 상호 인덕턴스가 비대칭적이게 된다.
장치(160)의 다상 동력 전달은 모든 3개의 위상 권선에서 양극성 전류를 요구하기 때문에, 알맞은 3상 양극성 전류 드라이브(예를 들어, 단위 위상당 4개의 스위치를 이용하는 3상 H-브리지)는 장치(160)를 구동하는 사용 가능하다.
도 17은 단절 12개의 스테이터 극 8개의 로터 극 장치(170)에 대한 다른 실시예를 나타낸다. 장치(170)는 장치(160)와 대체로 동일한 구조의 로터와 스테이터를 가지지만, 3상 권선을 포함하는 코일이 도 17에 표시되는 상이한 방법으로 스테이터 내에 배치된다. 장치(170)에 사용되는 단절 권선 배열은 상호 인덕턴스(따라서 수용 가능한 2상 및 3상 동력 전달 구성에 대한 동력 전달 전류)가 대칭적이라는 점에서 “대칭적”이다. 이러한 방식에서 장치(170)는 도 10의 장치(100)와 유사하다.
마치 장치(160)를 이용하는 것처럼, 장치(170)는 단상, 2상 및 3상 동력 전달 구성에 따라 동력 전달이 가능하다. 단위 위상당 4개의 스위치를 이용하는 표준 H-브리지 드라이브는 장치(160)를 구동하는데 사용 가능하다. 게다가, 장치(170)의 대칭적인 특성 때문에, 오직 6개의 전원 스위칭 장치를 갖는 대칭적 인버터는 장치(170)를 구동하도록 사용 가능하다. 이러한 드라이브를 갖는 시스템에 대한 하나의 실시예를 도 18에 도시한다.
도 18은 정의 레일(181+)과 부의 레일(181-)을 한정하는 DC 버스를 갖는 대칭적인 드라이브를 나타낸다. DC 전압은 DC 배터리, AC-DC 컨버터 혹은 다른 알맞은 DC 전력원인 DC 전원 공급기(182)에 의해 DC 버스에 제공된다. 상부 DC 커패시터(183)와 하부 DC 커패시터(184)는 DC 버스(181)의 레일을 가로질러 도통한다. 커패시터(183, 184)는 공통 포인트(185)에서 함께 연결된다. 또한 전원 스위칭 장치(186)의 DC 버스를 가로질러 도통하도록 설정된다. 각 설정된 전원 스위칭 장치는 자기 저항 장치(170)의 3상 권선(A, B, C)중 하나와 관련되고, 각 설정된 전원 스위칭 장치는 상부 전원 스위칭 장치와 하부 전원 스위칭 장치를 포함한다. 상술된 전원 스위칭 장치를 이용하는 것처럼, 세트(186)를 포함하는 전원 스위칭 장치는 트랜지스터나 기계적인 장치와 같은 것이 가능하다. 대체로, 전원 스위칭 장치가 비전도 상태로 작동할 때, 전원 스위칭 장치는 전류용 귀환로를 제공해야 한다. 어떤 장치의 형태에 대해서(예를 들어, 전원 MOSFETs), 이러한 장치가 제공하는 고유의 다이오드 때문에, 이러한 귀환로는 이용 가능하다. 다른 형태의 장치에 대해서, 전원 스위칭 장치를 가로질러 플라이백 다이오드를 부가하는 것이 필요할 수 있다. 도 18의 실시예에 있어서, 세트(186)를 구비하는 전원 스위칭 장치는 트랜지스터 스위치와 트랜지스터의 고유 다이오드이지만 이 다이오드를 포함하는 것으로 도시된다.
각 세트(186)의 두 전원 스위칭 장치를 접합하여 연결하는 것은 장치(170)의 위상 권선(A, B, C)중 하나의 단부가 된다. 3상 권선의 다른 단부는 별모양으로 함께 연결되고, 3상 권선에 대한 접합 포인트가 도출되어 접합점(185)에 전기적으로 접속된다.
제어기와 전류 조절기(188)는 위상 권선의 전류를 나타내는 전류 피드백 신호와 로터의 각 위치를 나타내는 로터 위치 생성기(189)로부터의 신호를 수신한다. 로터 위치 생성기(189)로부터의 출력 신호와 전류 피드백 신호에 응답하여, 상기 제어기(188)는 세트(186)를 구비하는 전원 스위칭 장치를 구동하는데 사용되는 게이트 신호를 발생한다. 스위칭 신호의 정밀한 특성과 형태는 동력 전달 장치(170)를 구동하도록 선택된 동력 전달 구성에 따라 변화하고, 본 개시물의 이점을 갖는 당 업계의 기술로 구동 가능하다.
대칭 드라이브(180)는 또한 상술된 것처럼 도 10의 대칭 장치(100)를 구동하는데 사용 가능하다.
또한 도시되지 않았지만, 도 18의 드라이브(180)는 3상 위상 권선간의 공통 접속하는 것이 공통 접함점(185)에 연결하는 것보다 오히려 유동적으로 남는다.
본 명세서에서 기술된 단절 장치는 종래의 단일 투스와 전절 자기 저항 장치에 중요한 이점을 제공한다. 특히 본 발명에 따라 단절 장치를 제조하는 비용은 동이나 강철인 점에서 필적하는 전절 장치나 단일 투스 장치에 대한 비용보다 낮다. 게다가 토크 생성에 대한 자기 인덕턴스와 상호 인덕턴스를 둘다 사용하기 때문에, 최소 토크 리플을 이용한 좀더 부드러운 토크 출력을 획득가능하고, 토크 출력은 증가되어 결과적으로 더 높은 토크 속도가 된다. 게다가, 본 발명에 따른 단절 장치를 이용할 수 있는 대칭적 양극 동력 전달 구성은 표준 유도 모터 펄스 폭 변조 인버터를 사용하기 위해 다소 적은 하드웨어를 변경하는 장치를 구동할 수 있다.
상기 설명을 통해 여러 가지 실시예를 설명하였지만, 본 발명을 이것에 국한하려는 것은 아니다. 당업자라면 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 많은 변형과 응용이 가능한 것을 인지할 것이다. 예를 들어 본 발명은 복수의 자기 저항 장치에 적용 가능하며, 여러 가지 위상 스테이터 극/ 로터 극의 조합이 가능하다. 따라서 본 발명은 청구되는 청구범위에 의해 제한되어져야 한다.

Claims (23)

  1. 복수의 스테이터 극을 한정하고 상기 스테이터 내에 배치되는 복수의 위상 권선을 포함하는 자기 저항 장치용 스테이터에 있어서, 적어도 하나의 위상 권선은 단절 코일인 것을 특징으로 하는 스테이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 위상 권선은 전기적으로 병렬 연결된 복수의 단절 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이터.
  3. 제1항에 있어서, 각 위상 권선은 전기적으로 직렬 연결된 복수의 단절 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 스테이터는 6개의 스테이터 티스를 한정하고, 상기 각 단절 코일은 2개의 스테이터 티스를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 스테이터.
  5. 제3항에 있어서, 상기 스테이터는 12개의 스테이터 티스를 한정하고, 상기 각 단절 코일은 2개의 스테이터 티스를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 스테이터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 위상 권선용 코일은 상기 스테이터 내에 배치되고, 상기 각 위상 권선간의 상호 인덕턴스가 대칭적으로 되는 것을 특징으로 하는 스테이터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 위상 권선용 코일은 상기 스테이터 내에 배치되고, 상기 각 위상 권선간의 상호 인덕턴스가 비대칭적으로 되는 것을 특징으로 하는 스테이터.
  8. 복수의 스테이터 극을 한정하는 스테이터와;
    복수의 로터 극을 한정하는 로터와;
    상기 스테이터 내에 배치되고 복수의 단절 코일을 포함하는 위상 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 스테이터는 6개의 스테이터 티스를 한정하고, 상기 로터는 4개의 로터 극을 한정하며, 각 코일은 2개의 스테이터 티스를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 자기 저항 장치.
  10. 제9항에 있어서, 3개의 위상 권선이 존재하고, 각 위상 권선은 2개의 단절 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 각 위상 권선간의 상호 인덕턴스는 대칭적인 것을 특징으로 하는 자기 저항 장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 스테이터는 12개의 스테이터 티스를 한정하고, 상기 로터는 8개의 로터 극을 한정하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 장치.
  13. 제12항에 있어서, 3개의 위상 권선이 존재하고, 각 위상 권선은 4개의 단절 코일을 포함하며, 상기 각 코일은 2개의 스테이터 티스를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 자기 저항 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 코일은 상기 스테이터 내에 배치되고, 상기 위상 권선간의 상호 인덕턴스는 대칭적인 것을 특징으로 하는 자기 저항 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 코일은 상기 스테이터 내에 배치되고, 상기 위상 권선간의 상호 인덕턴스는 비대칭적인 것을 특징으로 하는 자기 저항 장치.
  16. 제10항에 있어서, 상기 각 위상 권선간의 상호 인덕턴스는 비대칭적인 것을 특징으로 하는 자기 저항 장치.
  17. 복수의 위상 권선을 구비하고, 상기 각 위상 권선은 복수의 단절 코일을 갖는 자기 저항 장치와;
    상기 자기 저항 장치의 위상 권선에 전기적으로 연결되는 복수의 출력부를 갖는 전원 드라이브를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 전원 드라이브는 전체 H-브리지 드라이브를 포함하고, 상기 각 드라이브 출력에 4개의 전원 스위칭 장치가 연결되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 전원 드라이브는 절반 H-브리지 드라이브를 포함하고, 상기 각 드라이브 출력에 4개의 전원 스위칭 장치가 연결되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 장치.
  20. 복수의 위상 권선을 갖는 자기 저항 장치를 가동하는 방법에 있어서,
    상기 각 위상 권선은 복수의 단절 코일을 구비하고, 2개 이상의 상기 위상 권선을 가동하는 단계를 포함하며, 주어진 로터 위치의 상기 장치의 토크 출력은 로터 위치의 기능으로서 하나 이상의 상기 권선의 자기 인덕턴스를 변경시키고, 로터 위치의 기능으로서 둘 이상의 권선간의 상호 인덕턴스를 변경시키는 기능을 하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 장치 가동 방법.
  21. 복수의 단절 위상 권선을 갖는 자기 저항 장치와;
    상기 위상 권선에 전기적으로 연결되는 드라이브를 포함하고, 상기 드라이브는 복수의 스위칭 배열을 가지며, 상기 각 스위칭 배열은 양극 여자 전류를 상기 단절 위상 권선중 하나의 권선에 공급하도록 적용하고, 상기 스위칭 배열의 수는 상기 단절 위상 권선의 수 이하인 것을 특징으로 하는 자기 저항 장치 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 각 스위칭 배열은 완전 H-브리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 장치 시스템.
  23. 제21항에 있어서, 상기 스위칭 배열의 수는 상기 위상 권선의 수보다 하나 적은 것을 특징으로 하는 자기 저항 장치 시스템.
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