KR20010105747A - 스위칭을 이용한 자기회로 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 자성체에 순방향과 역방향으로 코일을 권선하고, 반도체스위치를 코일권선 앞단에 설치 구성하며 전류를 제어하도록 하여 무유도점이 자속의 변극점이 되도록 한 전, 자기회로이다.

따라서, 고 효율의 기전력과 전기적 에너지에 의한 높은 토크를 얻을 수 있다.

Description

스위칭을 이용한 자기회로{Magnetic Circuit Using Swiching}

본 발명은 강자성체로 구성된 전자석(전동기포함)이나 권선만으로 구성된 유도형 전자석의 자기회로에 2개 또는 2개군이상의 코일중 하나는 순방향(S방향)으로, 다른하나는 역방향(Z방향)으로 권선하여 각방향 코일의 권선앞에 반도체 스위칭소자로 전류제어하여 전류를 통전하게되면 권선방향에 따라 자속의 극성이 바뀌는 현상을 이용하여 일 방향 직류·직렬 전류제어방법으로 교번자속을 유도하는 방법 및 수단을 제시하기 위한 전기(전자) 회로 및 자기회로에 관한 것이다.

지금까지 사용되어온 교번자속유도방법은 발전기에서 기계적 에너지에 의해 계자를 회전시켜 계자의 자속이 전기자에 교번으로 유도되고, 유도된 자속을 코일에서 쇄교하므로서 정현파(Sine Wave)의 기전력이 발생하는 방법과 전동기또는 기타전자석에서 권선된 코일의 양단에 전류를 교차통전을 반복함으로서 유도된 교번자속으로 동력이나 흡인력 또는 반발력을 얻었다.

이렇게 얻어진 전원이나 전류통전방법을 교류(AC)라 한다.

도1에 도시된 종래의 교번자속을 유도하는 전기회로도와 같이 강자성체로 구성한 철심(1)에 코일(2)을 권선하여 단자(4)에서 "가"방향으로 직류(DC)를 흘렸다가 다시 단자(5)에서 "나"방향으로 직류(DC)를 흘리기를 반복하면 출력단자(6)(7)에서 나타나는 전력신호(8)는 교류(AC)로 나타나고, 자속의 파형(9)역시 교번자속으로 나타난다.

이러한 방법은 코일양단에 교차스위칭에 의한 전류인가 방법으로 결국 교류(AC)를 인가하는 것과 같다.

따라서, 한 코일에 직류(DC)전원을 교차로 인가하여 교번자속을 얻는 방법은 재료저항외에 전류진행방향에 대하여 반대로 교차스위칭되어 다가오는 전류와의 충돌로 나타나는 리액턴스(Reactance), 즉 기능적저항(교류저항)이 발생하여 주파수 크기의 비례만큼 전류인가를 방해하기 때문에 고 토크(torque)의 회전동력을 얻기 위해서는 고전압이 요구되었다.

수리적 설명에 의하면, 임피던스(impedance)는 재료저항 R과 주파수에 따라 크게변화하는 리액턴스(reactance) X로 나뉘어지며, 리액턴스(reactance)는 유도 리액턴스(inductive reactance)와 용량 리액턴스(capacitive reactance)로 나뉘어진다. 재료저항 R, 인덕턴스 L, 정전용량 C,가 직렬로 접속되었을 때 임피던스 Z는 아래 수식과 같다.

위의 수식에서 주파수변환없이 교번자속을 유도받을

수 있다면 리액턴스(reactance) X 는 삭제되고 재료저항 R 만 존재한다는 가정이 성립한다.

그러나, 종래의 전원인가 방법으로 도 2에서 제시하고 있는 푸시-풀 인버터(PUSH-PULL INVERTER)는 직류(DC)전원을 인가하여 출력단(3)에서 교류(AC)의 정현파 또는 구형파는 얻을 수 있으나 코일권선방향이 단일방향이고, 전류가 공통접지코일을 중심으로 스위치에 의해 좌, 우로 흐르면서 교번자속을 일으키는 형태이므로 양단의 스위칭 실시간 제어가 어렵고 양단의 스위치가 모두 ON일 때 전류충돌로 인하여 전류가 차단될 뿐 아니라 교번자속을 얻기 위하여 양단에 설치된 양쪽 스위치를 급격히 ON-OFF 반복 작용하게 되면 전류흐름관성에 의하여 전류흐름을 방해하는 리액턴스가 나타난다.

도2에서 제시된 도면을 통하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 2a에 도시된 바와같이 스위치(25)는 꺼져있는(OFF)상태에서 스위치(24)가 켜지면(ON), 플러스(+)단에서 출발한 직류전원(23)이 “가 ”방향으로 흘러 공통접지(26)선을 통하여 코일(21)과 스위치(24)를 타라 직류전원(23)의 마이너스(-)단자에 이른다.

이 때, 출력선(3)에서는 도 2b에서 제시한 파형(27)이 나타나고,

반대로, 스위치(25)가 켜지고(ON) 스위치(24)가 꺼(OFF)지면 직류전원(23)의 플러스(+)는 공통접지(26)선을 통하여 코일권선(22)과 스위치(25)를 따라 직류전원(23)의 마이너스(-)단자에 이르게 되며, 도 2b의 제시한 파형(28)이 만들어진다. 이러한 방법을 반복하게 되면 출력단(3)에서는 상호유도에 의하여 기전력이 발생한다. 디지털 논리식을 인용하여 설명하자면 푸시-풀 인버터 (PUSH-PULL INVERTER)는 결국 XOR(Exclusive OR)형 조합논리식스위치회로에 속한다.

그러나, 이러한 스위칭방법은 전자석이나 변압기에 있어서는 자성재료의 포화로 인하여 상호유도가 되지 않는 경우가 발생하고, 스위치(24)(25)의 스위칭 시간차이 때문에 두 스위치 전류의 첨두값 사이에서 나타나는 불균형으로 스위치가 모두 켜(ON)졌을 때 전류충돌로 인하여 통전이 되지 않으며, 상호유도에 의한 자성체의 누설인덕턴스 및 N, S극의 상호변환시에 나타나는 히스테리시스손실에 의해 에너지 소모가 커지게 된다.

특히 이 방법은 병렬구조의 제어방법으로 만 구현될 수 있기 때문에 각 상에 전류인가시 직렬구조의 제어방법보다 많은 전류가 필요하고 전류량에 비례하여 열 발생량이 많아 전력소모량이 더욱 커지게 되며, 열은 기능저하의 원인이 된다.

그리고, 도 3에서 제시하고 있는 2전원방식 2상하이브리드 전동기 인버터 구동방법은 정·역(CW·CCW)변환을 신속하게 하기 위하여 여자상이 바퀴는 순간 전동기에 정격전압이상의 전압을 부여해서 전류를 신속하게 상승시키려는 데 목적이 있다.

즉, 전원1(31)에서 24V가 흐르고 있는 상태에서, Tr1(33-1)이 ON하고 Tr3(35-1)이 ON이면 정회전(CW)을 하고(Tr4(35-2)는 OFF), 반대로 Tr4(35-2)가 ON이고Tr3(35-1)가 OFF일 때는 역회전(CCW)하도록 구성되어 있다. 이 회로의 특징은 정·역(CW·CCW)변환시 전원2(32)의 6.3V 도움으로 전류를 신속하게 상승시켜 응답성이 높도록함에 있다.

그러나, 이 구동회로는 이미 저 전압 전원으로 동작하고 있는 상(phase)에 대하여 다시 고전압이 걸리는 문제점과 병렬구조전원입력방식에 의한 상(phase)간 구동제어방식이므로 전류의 효율성을 극대화시킬 수 없다.

한편, 도4a는 종래에 사용되고 있는 3상 전동기 인버터구동회로로 △(Delta)결선 또는 Y결선구조에서 적절한 회전자계를 얻기 위함이 그 목적이다.

도4a에 있어서, 전원(41)이 흐르고 있을 때, 도시되지 않은 게이터구동(gate drive)회로에 의해 스위치S1(42-1)이 ON되면 전원은 Va선(45)을 따라 코일권선과 공통접지된 중성점(neutral)(44)을 거쳐 Vb(46)와 Vc(47)로 나뉘어 흐르게되고 스위칭순서에 따라 스위치S6(42-6)이 ON된 후에 일정한 시간간격을 두고 스위치S4(42-5)가 ON 되어 스위치S6(42-6)과 스위치S4(42-5)가 동시에 ON되면서 나타나는 전류적 충돌에 의한 전원간섭을 최소화 시키면서 전원(41)의 마이너스에 이럴 수 있도록 하여 전동기의 권선코일에서 회전자계가 유도되도록 구성되어 있다.

그리고, 다음 스위칭순서로 스위치S1(42-1)과 스위치S5(42-3)를 OFF하고 스위치S3(42-2)는 ON하게 되면 전원(41)은 스위치S3(42-2)을 따라 Va(45), Vc(47)에 이르게된 전원은 스위치S2(42-4)와 시차를 두고 ON되는 스위치S6(42-6)을 따라 권선된 전동기 코일(43)을 거쳐 전원(41)의 마이너스단자로 흐르면서 전동기의 권선코일에서는 회전자계가 유도되어 동력이 발생한다. 이러한 순서에 따라 스위칭을 반복함으로써 회전동력을 얻게 된다.

그러나, 이 구동방법은 도시되지 않은 게이터구동회로에 의해 전원(41)→스위치S1(42-1)→전동기권선코일(43-1)→중성점(neutral)(44)→전동기권선코일(43-2),(43-3)→스위치S6(42-6),스위치S4(42-5)→전원(41)에 이르고, 다시 전원(41)은 스위치S3(42-2)→전동기권선코일(43-2)→중성점(neutral)(44)→전동기권선코일(43-1),(43-3)→스위치S2(42-4),스위치S6(42-6)→전원(41)에 이르면서 회전자계에 의한 동력은 발생하지만 전원(41)→스위치S1(42-1)→전동기권선코일(43-1)→중성점(neutral)(44)→전동기권선코일(43-2)로 흐르는 전원과 전원(41)→ 스위치S3(42-2)→전동기권선코일(43-2)→중성점(neutral)(44)→전동기권선코일(43-1)로흐르는 전원과의 스위치변환으로 이미 진행하고 있는 전원과 진행하려는 전원간의 충돌로 진행하려는 전원에 전압이 크지 않으면 전류를 인가할 수 없게된다. 도4b는 종래 사용되고 있는 전동기 인버터회로의 각도 또는 실시간 스위칭제어를 위한 시킨스도로써 부동시간(dead time)을 설명하기 위하여 도시한 것 으로 U+상(48)과 U-상(49)으로 바퀼 때는 역기전력과 전류의 충돌 때문에 스위칭시 부동시간(dead time)이 필요하게 되며 이 조건에 의해 안정적 구동과 소자파괴의 여부가 결정된다.

따라서, 이러한 구동방법의 인버터구조는 AND형 조합논리식스위치회로로직렬구동이 어렵고, 기계식(brush type)전동기를 단지 전자식으로 구동방법만 바꾼 것으로 주파수변환에 의한 리액턴스는 고려되지 않았다.

본 발명은 이러한 문제점을 해소하기 위한 것으로 그 목적은 강자성체로 구성된 도체(core)나 코일로만 구성된(coreless) 자기회로에서 코일권선방향 또는 전류흐름의 방향에 따라 자속의 극성이 변화하는 성질을 이용한 것으로 2개(2전원방식) 또는 3개군(3전원방식)의 코일중 하나는 순방향(S방향)으로, 다른 하나는 역방향(Z방향)으로 코일권선하여 각 방향별로 권선된 코일앞단에 반도체스위치 또는 초전도스위치로 스위칭제어회로를 구성하고, 각 방향별로 권선된 코일끝단에는 역바이어스(reverse bias)방지용 다이오드(diode)의 출력단자와 연결된 공통접지를 통하여 전원으로 회귀하도록 구성된 자기회로를 포함하는 스위칭회로에 코일권선 방향과는 상관없이 일 방향 전원인가스위칭에 의하여 나타나는 교번자속으로 동력이나 변압전력을 얻는 방법으로 이 방법은 권선방향을 달리하는 복수개 또는 그 이상의 권선코일에 각기 일방향(한방향)으로만 전류가 흐르도록 제어함으로써 리액턴스를 줄이고자함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 강자성체로 구성된 도체(core)나 코일로만 구성된(coreless) 자기회로에 OR형 조합논리식스위칭회로를 구성하여 전류의 흐름이 일방의 스위치가 온(ON)이면 통전되고, 다른 일방의 스위치는 통전되지(OFF)않도록 스위칭하게 되면 자기회로의 출력단자에서 나타나는 구형파 신호의 전압출력파형을“1 ”로 인식하도록 하고,

반대로, 동일자기회로에 코일의 권선방향만 반대로 권선된 다른일방의 스위치가 온(ON)이 되게 하고, 일방의 스위치가 오프(OFF)되게 스위칭하므로서 나타나는 마이너스전압출력파형의 구형파신호를 “-1 ”로 인식하도록 하며, 일방 및 다른 일방의 스위치 모두가 온(ON)이면 자기회로에서의 자속이 무유도되어 전압출력이 나타나지 않으므로 이 때 나타나는 출력신호를“0 ”으로 인식하게 하여 3진수 전력신호를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 자기회로에서 2개 또는 2개군이상의 코일중 하나는 순방향(S방향)으로, 다른하나는 역방향(Z방향)으로 권선하고 각방향으로 권선된코일의 첫단에 반도체스위치 또는 초전도스위치를 병렬설치하여 순방향(S방향)의 코일에 전류를 흘리게 되면 B(자속밀도)값이 상승하게 되고, 순방향(S방향)과 역방향(Z방향)으로 권선된 코일 모두에 전류를 흘리게 되면 B(자속밀도)값은 0 이 되어 원점으로 하강하고 다시 Z방향으로 권선된 코일에 전류를 흘리게 되면 -B(자속밀도)값으로 하강하게 된다. 이를 반복하게 되면 자기이력곡선(hysteresis loop)을 그리게 되는데 언제나 원점을 통해서 B(자속밀도)값이 상승과 하강이 되도록 하여 자기이력손실(hysteresis loss)을 줄이고자 함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 권선(wounding)방향에 따라 자기이력곡선이 달리 나타남을 이용하여 방향을 달리한 2전원 권선 코일에 각기 전류를 한 방향으로 만 인가되도록 스위칭하게 되면 나타나는 직류특성에 의한 새로운 변극점을 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 평행으로 권선된 전동기 권선에 상(phase)직렬구동회로를 구성하여 전류효율의 극대화가 그 목적이다.

도1은 종래의 교번자속을 유도하는 전기회로도,

도2a는 종래의 푸시-풀 인버터의 구성회로도,

도2b는 종래의 푸시-풀 인버터의 출력파형도,

도3은 종래의 2전원방식 2상하이브리드 전동기 인버터회로 구성도,

도4a는 종래의 전동기 인버터회로 구성도,

도4b는 종래의 전동기 인버터회로의 시퀸스도,

도5는 본 발명의 자기회로 권선 및 스위치의 구성사시도,

도6a는 본 발명의 다른 실시예의 스위칭회로도,

도6b는 본 발명의 다른 실시예의 스위치의 스위칭도,

도6c는 본 발명의 다른 실시예의 자속 파형도,

도7a은 본 발명의 또 다른 실시예의 스위칭회로도,

도7b은 본 발명의 또 다른 실시예의 시퀸스도,

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 의하면 강자성체를 이용한 자기회로나 코일만으로 구성한 자기회로에 2전원 상호역방향 평행코일권선하고 코일권선의 앞단에 OR형 조합논리식스위칭회로를 구성하여 2전원 상호역방향 평행코일권선중에 일방의 코일은 순방향(S방향)으로, 타방의 코일은 역방향(Z방향)으로 권선하고, 일방(S방향의 권선코일)의 코일권선 앞단에 설치된 반도체스위치 또는 초전도스위치를 온(turn-ON)하면(타방의 반도체스위치는 오프(turn-OFF)) 직류전원의 플러스(+)가 일방(S방향의 권선코일)의 코일권선을 따라 코일 끝단과 연결된 역바이어스(reverse bias)방지용 다이오드로 흘러 직류전원의 마이너스(-)단자로 회귀하는 전원에 의하여 자기회로에서는 자속이 유도되고 유도된 자속은 출력 권선 코일에 의하여 플러스(+)형 전원파형을 생성하고, 타방(Z방향의 권선코일)의 코일권선 앞단에 설치된 반도체스위치 또는 초전도스위치를 온(turn-ON)하면(일방의 반도체스위치 또는 초전도스위치는 오프(turn-OFF)) 타방의 코일권선을 따라 권선 끝단과 연결된 역바이어스(reverse bias)방지용 다이오드로 흘러 직류전원의 마이너스(-)단자로 회귀하는 전원에 의하여 자기회로에서는 자속이 유도되고 유도된 자속은 출력 권선 코일에 의하여 마이너스(-)형 전원파형을 생성하며,

일방(S방향의 권선코일)과 타방(Z방향의 권선코일)의 코일 앞단에 반도체스위치 또는 초전도스위치를 모두 온(turn-ON)하면 양방향으로 전원이 모두 흘러 자기회로에서의 자속은 무유도되고 출력 권선 코일의 출력파형은 0(ZERO)파형이 나타나며 입력전원도 자기회로에 2전원 상호 역방향 평행코일권선에 의하여 양방향 상호 역평행으로 권선된 코일의 양끝단과 연결된 양 역바이어스(reverse bias)방지용 다이오드(diode)의 출력단자와 연결된 공통접지에서는 입력전력량과 동일한 직류가 구성되어 직류전원의 마이너스(-)단자로 회귀하거나 전동기등에서 상(phase)제어를 위하여 2전원 상호 역방향 평행코일권선앞단에 OR형 조합논리식 스위칭제어수단과 2전원 상호 역방향 평행코일권선끝단에 역바이어스(reverse bias)방지용 다이오드(diode)를 장착하여 다이오드의 리드선과 공통접지된 연결선을 매개로하여 직·병렬로 각 상(phase)을 제어하도록 구성한 스위칭제어수단;

2전원 상호 역방향 평행코일권선중에 일방(S방향의 권선코일)의 코일권선 앞단과 구성연결된 반도체스위치 또는 초전도스위치를 켜서(turn-On)(타방의 반도체스위치는 꺼짐((turn-off)) 전류를 인가하면 요구되는 량만큼의 전류를 온(turn-On)시간동안 중성선상(원점)에서 플러스(+)로 상승하고 일정히 상승한 이후에는 시간선상을 따라 평행으로 유지하다가 일방과 타방의 코일권선 앞단에 병렬구성으로 연결된 반도체스위치 또는 초전도스위치를 모두 켜면(turn-On) 일방(S방향의 권선코일)의 코일권선에는 전류가 반(½)으로 떨어지고, 타방(Z방향의 권선코일)의 코일권선에는 전류가 반(½)으로 상승인가되어 양코일 내부의 자성체에서는 무유도되고, 다시 타방(Z방향의 권선코일)의 코일권선 앞단과 연결된 반도체스위치 또는 초전도스위치를 계속 켜고(turn-On)있는 상태에서 일방(S방향의 권선코일)의 코일권선 앞단과 연결된 반도체스위치 또는 초전도스위치를 꺼면(turn-off) 타방(Z방향의 권선코일)의 코일권선에서는 전류가 상승인가되는 방법으로 계속 반복적 스위칭을 하게되면 일방과 타방이 중성선상위에 인가전체 전력의 ½점을 기준으로 무유도점이 형성되고 이를 중심으로 새롭게 나타난 변극점 또는 변극선을 원점(원선)으로 2전원 교차스위칭 및 2전원 양통전스위칭 또는 3전원 스위칭인가방법에 의한 m파형(m type)전원인가로 교번자속을 유도하도록 한 교번자속유도수단; 을 갖는 전기(전자)회로와 자기회로가 복합된 전,자기회로가 제공된다.

이러한, 구성에 대하여 그 작용을 설명하면 다음과 같다.

도5에서 보는 바와같이 본 발명의 자기회로 권선 및 스위치의 구성사시도로서 강자성도체 (56) 또는 코일(54,55)로만 구성된 자기회로에 전원Vs(51)를 켠 상태에서 스위치S1(52)를 ON하고 스위치S2(53)을 OFF하면 코일권선(54)으로 전류가 흘러 강자성도체(56) 또는 코일(54,55)만으로 구성된 자기회로에서는 S극의 자속이 유도되도록 하고,

반대로, 스위치S2(53)를 ON하고 스위치S1(52)을 OFF하면 코일권선(55)으로 전류가 흘러 강자성도체(56) 또는 코일(54,55)만으로 구성된 자기회로에서는 N극의 자속이 유도되도록 하며, 스위치S1(52)과 스위치S2(53) 모두 ON하면 권선방향을 달리하는 코일권선에 의하여 양단에 전류가 인가되는 방향을 달리하므로 자기회로(56)의 자속은 N·S극 모두 유도하기 때문에 N·S극이 상호상쇄되어 무유도되도록 기능한 전류는 역바이어스(reverse bias)방지용다이오드(diode)(57,58)의 리드선과 연결된 공통접지(59)를 지나 전원Vs(51)로 회귀하도록 구성되어 있다.

이 때, 전원은 교번자속이 유도됨에도 불구하고 2전원 또는 3전원회로에 의해 한(직류) 방향으로만 흐르게되어, 하나구성군(하나 또는 여러가닥의 에나멜코일)의 코일 양끝단에서 교차스위칭에 의한 전류인가방법으로 교번자속을 유도하는 방법보다 코일내에서의 전류적 충돌과 자기이력(hysteresis)이 적기 때문에 리액턴스(Reactance)와 자기이력손실(hysteresis loss)이 적어 에너지 손실을 크게 줄일 수 있는 장점을 가진다.

그리고, 이러한 구성에 대하여 본 발명의 일 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도6a에서 보는 바와같이 전원(51)이 인가되고 있는 상태에서 S1스위치(61)를 도시되지 않은 게이트 구동(Gate Drive)회로로 제어하여 turn-On 하고S2스위치(62)를 turn-Off 하게되면 전원은 “가”방향으로 흘러 권선코일(54)를 거쳐 역바이어스(reverse bias)방지용 다이오드(diode)(57)를 따라 “나”방향으로 전원이 회귀하면서 자속을 일으키고, S1스위치(61)와 S2스위치(62)를 모두 turn-On 하면 전원은 “가”방향으로 흘러 권선코일(54)과 반전권선된 권선코일(55)을 거쳐 양역바이어스(reverse bias)방지용 다이오드(diode)(57,58)를 따라 “나”방향으로 전원이 회귀하면서 자속을 무유도되며, S1스위치(61)는 turn-Off하고 S2스위치(62)를 turn-On 하게되면 전원은 “가”방향으로 흘러 반전권선된 권선코일(55)를 거쳐 역바이어스(reverse bias)방지용 다이오드(diode)(57)를 따라 “나”방향으로 전원이 회귀하면서 극성이 반전된 자속을 얻게된다.

도6b는 본 발명의 일 실시예의 전원입력 스위칭을 설명하기 위하여 제시한 그래프로써 전류의 증감을 표시한 Y축과 시간(t)변화를 표시한 X축그래프 선상에서 S1스위치(61)를 turn-On 하고 S2스위치(62)를 turn-Off 하면 S1스위치(61)가 동작하면서 S1스위치(61)의 전원공급곡선(61-1)이 형성되고 S1스위치(61)와 S2스위치(62)를 모두 turn-On 하면 S1스위치(61)로 흐르던 전원중에 ½만큼 줄고, S2스위치(62)에서는 X축상을 기점으로 ½만큼의 전원이 인가상승되고 있을 때 S1스위치(61)를 turn-Off 하게되면 S2스위치(62)의 전원공급곡선(62-1)이 형성되며 이러한 곡선은 새로운 전원인가변경선(63)을 기준으로 계속 스위칭하거나 도시되지 않은 게이트 구동(Gate Drive)회로로 전원인가 스위칭방법을 제어하여 도6c에서 제시한 3가지(64,65,66,) 또는 그이상의 출력자속파형의 유도로 얻게된 유기기전력으로 전압증감을 위한 변압기 또는 신호발생기로 이용하고, 고주파스위칭제어수단과와류를 일으키는 자기회로를 부가할 경우에는 유도가열에 의한 열발생기로 이용될 수 있다.

도7a는 본 발명의 또 다른 실시예로써 전동기 삼상인버터(invert)회로를 도시한 것으로 교류전원(71)을 전원직류정류부(72)에서 직류로 정류하여 2전원 분배접지점(73)을 따라 스위치에 이러도록 회로구성 한 다음 도시되지 않은 게이트 드라이브(Gate Drive)회로로 스위치를 제어하여 홀수쪽스위치(S1,S3,S5,)는 turn-On되고 짝수쪽스위치(S2,S4,S6,)가 turn-Off되면 자기회로의 코일권선(75-1,75-3,75-5)에서 N극의 자속이 유도되게하고, 홀수쪽스위치(S1,S3,S5,)는 turn-Off되고 짝수쪽스위치(S2,S4,S6,)가 turn-On되면 자기회로의 코일권선(75-2,75-4,75-6)에서 S극의 자속이 유도되게하며, 홀수쪽스위치(S1,S3,S5,)와 짝수쪽스위치(S2,S4,S6,)를 모두 turn-On하거나 상(phase)별 시퀸스제어로 자기회로의 코일권선(75-1,75-3,75-5,75-2,75-4,75-6)에서 무유도가 되도록 제어하여 2전원 상호 역방향 평행코일권선에 직렬 일방향 전원인가방법으로도 자속이 유도되어 교번자속에 의한 흡인력과 반발력으로 동력이 발생하도록 구성된 인버터회로를 제시하고 있다.

도7b는 본 발명의 또 다른 실시예로써 전동기 4극삼상제어를 위한 시퀸스도를 도시한 것으로 도7a와 도7b이용하여 본 발명의 또 다른 실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도7a에서 교류전원(71)을 전원직류정류부(72)에서 직류로 정류하여 2전원 분배접지점(73)을 따라 스위치에 이러면 도7b의 시퀸스순서에 따라 S1스위치(74-1)의 A+상은 0°∼ 94°(81), S4스위치(74-4)의 B-상은 0°∼ 64°(85), S5스위치(74-5)의 C+상은 0°∼ 34°(86)동안 turn-On 되어 각 스위치와 접지된 코일권선사이에 구성된 자기회로를 이용하여 자속을 유도시킨 후 C+상의 역바이어스(reverse bias)방지용 다이오드(diode)(76-5)를 지나 전원(71)으로 회귀하면서 전동기는 초기구동을 일으키고, 다음은 S2스위치(74-2)의 A-상은 86°∼ 184°(82), S3스위치(74-3)의 B+상은 56°∼154°(84), S6스위치(74-6)의 C-상은 26°∼ 124°(87)동안 turn-On 되어 각 스위치와 접지된 코일권선사이에 구성된 자기회로를 이용하여 자속을 유도시킨 후 C-상의 역바이어스(reverse bias)방지용다이오드(diode)(76-6)지나 전원(71)으로 회귀하면서 계속구동이 이루어 진다.그리고, 도4b에 제시한 종래의 4극전동기의 시퀸스제어구조상 90°를 기준으로 기계각이 구성되지만, 도7b에 제시한 본 발명의 또 다른 실시예의 기계각은 90°기준점에서 앞과 뒤로 각4°(무유도각은 설계기준에 따라 변경될 수 있음) 증가되어 있다.

즉, 도7b에서 A+상과 A-상사이에 중복(overlap)(83)부분은 무유도영역으로 도6b에서 도시된 바와같이 새로운전원인가변경선(63)을 기준선으로하여 전원인가곡선(61)이 형성됨을 설명하고 있다.

본 발명에서는 일반 교류전원 인가방법에서의 중립선이 전원인가변경선이 아니라 무유도가 형성되는 선상이 자극의 변극점이면서 전원인가변경선이 되는 점에서 교류를 발생시킴을 목적으로하는 종래의 인버터와 구별된다.

본 발명에 의한 구성회로도는 몇가지 실시예들을 통하여 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

자극의 교차점이 본 발명에서 새롭게 제시한 무유도선상이 되므로 자속의 흡인력과 반발력을 얻기 위하여 교류적 수단이 아니라 직류적 수단에 의하여 교번자속을 유도할 수 있기 때문에 주파수에 의하여 발생하는 리액턴스를 대폭감소시킬 수 있으며, 특히 전동기에 있어서 무유도점은 회전관성을 최대한 이용하는 점에서 에너지손실을 줄일 수 있을 뿐 아니라 본 발명의 스위칭수단으로 자기회로를 제어하게되면 강자성체의 자기이력곡선이 항상 기준점을 따라 극성이 변환되므로 손실면적이 적어 철손을 극소화 시킬 수 있는 좋은 장점이 있다.

그리고, 본 발명의 스위칭수단에 의한 전원인가방법은 각 상간직렬회로구성이 가능하므로 병렬구성회로보다 전류의 효율을 극대화 시킬 수 있음이 본 발명의 큰 효과라 하겠다.

Claims (1)

1. 자기회로에 2전원 상호역방향 평행코일권선하고 코일권선의 앞단에 OR형 조합논리식스위칭회로를 구성하여 2전원 상호역방향 평행코일권선중에 일방의 코일은 순방향(S방향)으로, 타방의 코일은 역방향(Z방향)으로 권선하고, 일방(S방향의 권선코일)의 코일권선 앞단에 설치된 스위치를 온(turn-ON)하면(타방의 스위치는 오프(turn-OFF)) 직류전원의 플러스(+)가 일방(S방향의 권선코일)의 코일권선을 따라 코일 끝단과 연결된 역바이어스(reverse bias)방지용 다이오드로 흘러 직류전원의 마이너스(-)단자로 회귀하는 전원에 의하여 자기회로에서는 자속이 유도되고 유도된 자속은 출력 권선 코일에 의하여 플러스(+)형 전원파형을 생성하고, 타방(Z방향의 권선코일)의 코일권선 앞단에 설치된 스위치를 온(turn-ON)하면(일방의 스위치는 오프(turn-OFF)) 타방의 코일권선을 따라 권선 끝단과 연결된 역바이어스(reverse bias)방지용 다이오드로 흘러 직류전원의 마이너스(-)단자로 회귀하는 전원에 의하여 자기회로에서는 자속이 유도되고 유도된 자속은 출력 권선 코일에 의하여 마이너스(-)형 전원파형을 생성하며,

   일방(S방향의 권선코일)과 타방(Z방향의 권선코일)의 코일 앞단에 스위치 를 모두 온(turn-ON)하면 양방향으로 전원이 모두 흘러 자기회로에서의 자속은 무유도되고 출력 권선 코일의 출력파형은 0(ZERO)파형이 나타나며 입력전원도 자기회로에 2전원 상호 역방향 평행코일권선에 의하여 양방향 상호 역평행으로 권선된 코일의 양끝단과 연결된 양 역바이어스(reverse bias)방지용 다이오드(diode)의 출력단자와 연결된 공통접지에서는 입력전력량과 동일한 직류가 구성되어 직류전원의 마이너스(-)단자로 회귀하거나 전동기등에서 상(phase)제어를 위하여 2전원 상호 역방향 평행코일권선앞단에 OR형 조합논리식 스위칭제어수단과 2전원 상호 역방향 평행코일권선끝단에 역바이어스(reverse bias)방지용 다이오드(diode)를 장착하여 다이오드의 리드선과 공통접지된 연결선을 매개로하여 직·병렬로 각 상(phase)을 제어하도록 구성한 스위칭제어수단;

   2전원 상호 역방향 평행코일권선중에 일방(S방향의 권선코일)의 코일권선 앞단과 구성연결된 스위치를 켜서(turn-On)(타방의 스위치는턴-오프됨)전류를 인가하면 요구되는 량만큼의 전류를 온(turn-On)시간동안 중성선상(원점)에서 플러스(+)로 상승하고 일정히 상승한 이후에는 시간선상을 따라 평행으로 유지하다가 일방과 타방의 코일권선 앞단에 병렬구성으로 연결된 스위치를 모두 켜면(turn-On) 일방(S방향의 권선코일)의 코일권선에는 전류가 반(½)으로 떨어지고, 타방(Z방향의 권선코일)의 코일권선에는 전류가 반(½)으로 상승인가되어 양코일 내부의 자성체에서는 무유도되고, 다시 타방(Z방향의 권선코일)의 코일권선 앞단과 연결된 스위치를 계속 켜고(turn-On)있는 상태에서 일방(S방향의 권선코일)의 코일권선 앞단과 연결된 스위치를 꺼면(turn-off) 타방(Z방향의 권선코일)의 코일권선에서는 전류가 상승인가되는 방법으로 계속 반복적 스위칭을 하게되면 일방과 타방이 중성선상위에 인가전체 전력의 ½점을 기준으로 무유도점이 형성되고 이를 중심으로 새롭게 나타난 변극점 또는 변극선을 원점(원선)으로 2전원 교차스위칭 및 2전원 양통전스위칭 또는 3전원 스위칭인가방법에 의한 m파형(m type)전원인가로 교번자속을 유도하도록 한 교번자속유도수단; 으로 구성된 자기회로