KR20040098655A - 전기기계식 컨버터 - Google Patents

전기기계식 컨버터 Download PDF

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KR20040098655A
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마틴 야코부스 회지마커스
Original Assignee
네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오
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Abstract

본 발명은 전기기계식 컨버터, 특히 전기가변식 변속기(EVT)에 관한 것으로, 이는 회전자(8)가 장착된 제1축(5)과, 중간회전자(15)가 장착된 제2축(7) 및, 전기기계식 컨버터의 하우징(3)에 고정되게 장착된 고정자(10)를 구비하고서, 방사상 방향으로 제1축(5)에서 볼 때 회전자(8)와 중간회전자(15) 및 고정자(10)가 서로에 대해 동심으로 배치되어 있으며, 회전자(8)와 고정자(10)는 하나 이상의 단상 또는 다상의 전기적으로 이용가능한 권취부로 되어 있음과 더불어, 상기 중간회전자(15)가 기계적으로 그리고 전자기적으로 일체를 형성하고, 적어도 접선방향의 자속을 위한 컨덕터로 설치되어 있다.

Description

전기기계식 컨버터{ELECTROMECHANICAL CONVERTER}
일반적으로, 전기기계식 컨버터는 알려져 있는 바, 그 중에서도 국제특허출원 WO 00/34066호와 미국 특허 US 3683249호 및 유럽특허출원 EP-A-0866544호로 잘 알려져 있다. 이들은 EVT 형태로 특히 시내버스와 같은 다양한 육상차량 뿐만 아니라 디젤열차와 같은 철도차량 및 선박에 사용될 수 있다.
더욱이, 상기 WO 00/34066호에는 2개의 동심으로 배치되고서 각각 IC엔진 및 동력전달계통에 기계적으로 연결된 회전자를 둘러싸는 고정자를 구비하는 전기기계식 변속기를 갖춘 하이브리드 드라이브(hybrid drive)가 게재되어 있다. 내부회전자와 고정자 사이에 배치된 외부회전자를 상기 국제특허출원에서는 중간회전자라 하였다. 상기 WO 00/34066호의 회전자-중간회전자 및 중간회전자-고정자는 동시성 또는 비동시성을 가질 수 있으면서 기계적으로 일체가 된 2개의 전기장치를 형성한다. 회전자-중간회전자 및 중간회전자-고정자 사이의 자속(flux)전달은 방사상 또는 축방향으로 이루어진다. 상기 전기장치는 전자기적으로는 분리되어 있는데, 회전자에서 중간회전자를 거쳐 고정자로, 또는 그 반대로 자속전달은 없다. 중간회전자는 기계적으로는 연결되어 있지만, 전자기적으로는 별개인 부분들로 이루어진다. 전기기계식 변속기의 전자장치는 각각 개별적인 제어수단에 의해 제어된다.
EVT는 2개의 기계적인 게이트, 즉 제1(구동)축 및 제2(종동)축과, 에너지가 변환될 수 있는 전기적인 게이트를 갖춘 전기기계식 컨버터이다. 상기 전기적인 게이트를 사용하지 않으면 EVT는 통상의 무한가변식 변속기로 작용하는데, 여기서 전달비는 매우 광범위하게 된다. EVT는 차량의 기어박스와 클러치가 조합된 것의 기능에 비교되는 기능을 이행하는 바, EVT와의 조합으로 연소기관은 사실상 동력원으로 작용하여서, 속도가 엔진의 최적특성에 따라 설정될 수 있으며, 연료소모와 소음수준 및 차량으로부터 나오는 유해가스의 방출이 줄어들 수 있다. EVT가 무한가변식 변속기이기 때문에, 가속동안의 기어변속충격이 없다. 또한, 항상 일정한 (최대허용)동력으로 가속될 수 있고, 종래의 기어박스와 같이 시간에 따른 동력의 치형상 경로를 조금도 갖지 않는다. 동일한 엔진에서, EVT에 의한 가속은 종래의 기어박스보다 더 신속히 이루어진다.
EVT는 상기 전기적인 게이트를 내장배터리에 연결함으로써 대체로 마모가 없는 시동모터로 작용한다. 그 결과, EVT가 설치된 시내버스는 예컨대 어떤 부담없이 버스정류장에서 그 엔진을 끌 수 있게 되어 더욱 편안하고 실제로 연료를 더욱 절약하게 되었는데, 종래에는 빈번한 시동이 시동모터에 있는 시동링과 시동모터에 과도한 마모를 일으켰다.
전기적인 게이트와 전력전자식 컨버터를 매개로 하여, 내장네트워크가 제공될 수 있고, 이로써 내장배터리가 충전될 수 있다. 따라서, 대체로 마모가 없는 발전기가 이루어졌다. 종래의 발전기는 낮은 효율을 갖고 있기 때문에, 연료를 절약하기가 어려웠다. 통상의 발전기를 갖춘 전기시스템에서, 전력은 실제로 벨트구동과 낮은 전압에 의해 실제로 제한되는 반면에, EVT를 사용하면 전력전자식 컨버터를 매개로 하여 높은 수준의 전압이 간단하게 생길 수 있고, 전력은 디젤엔진에 의해 제한된다. 또한, 예컨대 버스의 압축기 또는 파워스티어링용 펌프와 같이 엔진에 의해 직접 구동되는 어떤 보조기관이 고효율로 전기에 의해 구동될 수 있다. 그 후에, 이들은 마음대로 시동을 걸거나 끌 수 있게 되어, 무부하 손실이 적게 되며, 연료를 절약하게 된다.
EVT에 의하면 모터를 통해 간단히 브레이크를 걸 수 있는 바, 제동력은 엔진의 속도를 높임으로써 증대될 수 있지만, 이는 동시에 큰 소음을 수반하게 된다, 덧붙여, 전기적인 게이트에 연결된 저항에서 제동에너지를 없앨 수 있다. 이는 예컨대 버스에 있는 종래의 감속기에 대비되어 세울 수 있게 한다. 브레이크를 걸 때, 모터는 바로 꺼질 수 있어서 연료소비가 감소되고 엔진은 어떤 소음도 일으키지 않는다.
전기적인 게이트에 배터리 또는 플라이휠의 형태로 된 완충기가 연결될 수 있다. 이들에 의해 제동에너지가 저장될 수 있는데, 나중에 가속을 위해 다시 사용될 수 있다. 특히 시내버스에서 비교적 비싼 이 부가장치는 대체로 연료를 절약하게 한다.
전기적인 게이트는 하이브리드형 차량에 사용되기에 아주 적합한 컨버터를 제공하는 바, 카르단(Cardan)축에 대한 기계적인 에너지가 IC엔진과 전원에 의해 생성될 수 있다.
본 발명은 전기기계식 컨버터에 관한 것으로, 특히 회전자가 장착된 제1축과, 중간회전자가 장착된 제2축 및, 전기기계식 컨버터의 하우징에 고정되게 장착된 고정자를 구비하고서, 방사상 방향으로 제1축에서 볼 때 회전자와 중간회전자 고정자가 서로에 대해 동심으로 배치되어 있으며, 회전자와 고정자는 하나 이상의 단상 또는 다상(多相)의 전기적으로 이용가능한 권취부로 되어 있는 전기가변식 변속기(이하 EVT라 함)에 관한 것이다. 제1축을 매개로 공급되는 동력의 일부는 전자기적인 방식으로 제2축에 있는 중간회전자로 바로 나아갈 수 있는 한편, 나머지 동력은 예컨대 슬립링(slip ring)을 이용하여 제1축에서 빠져나와 전력전자식 컨버터를 매개로 고정자에 공급될 수 있다. 더구나, 동력전달방향이 반대로 될 수 있고, 출력속도가 입력속도보다 보다 높거나 낮게 될 수 있으며, 이들 속도는 신호로 바뀔 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 EVT의 기본 구조를 도시한 개략도이다.
도 2는 상기 EVT의 실제 구조를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 EVT의 한 실시예를 도시한 상세도이다.
도 4 내지 도 6은 작동을 설명하기 위해, 본 발명에 따른 EVT에 있는 회전자-중간회전자-고정자 조합체를 도시한 단면도이다.
기존의 EVT의 가장 중요한 단점은 그 질량에 있는 바, 이는 종래의 기어박스보다 상당히 무겁다. 더구나, 기존의 EVT는 종래의 기어박스보다 더 비싸다.
전술된 바와 같이, 서문에 기술된 전기기계식 컨버터는 유럽특허출원 EP-A-0866544호로 알려져 있다. 하지만, 이 유럽특허출원에 설명된 전기기계식 컨버터는 중간회전자가 서로 기계적으로 연결되나 전자기적으로는 서로 분리된 2개의 회전자부로 형성되어서, 하나의 회전자부와 함께 회전자가 제1장치를 형성하고 고정자와 함께 다른 회전자부가 제1장치와 독립적으로 작동하는 제2장치를 형성하는 단점을 갖는다. 상기 두 장치의 자속이 별도로 제어될 수 있는 장점이 얻어지지만, 상기와 같은 구조로 인해 전기기계식 컨버터는 크고 무겁게 되는 심각한 단점을 갖는다.
이러한 단점을 극복하기 위해, 본 발명에서는 서문에 기술된 바와 같은 전기기계식 컨버터에서 중간회전자가 기계적으로 그리고 전자기적으로 일체를 형성하면서 적어도 접선방향의 자속을 위한 컨덕터(conductor)로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다. 즉, 유럽특허출원 EP-A-0866544호의 전기기계식 컨버터와 비교하면, 두 회전자부는 전자기적으로 연결되어 있음과 더불어 일체로 되어서, 부피와 중량이 줄어들 수 있게 되었다. 물론, 본 발명에 따른 전기기계식 컨버터에서는 방사상 방향의 자속유도가 남아 있다.
전기장치의 일부가 전자기적으로 연결되어 있는 바, 자속전달이 회전자에서 중간회전자를 거쳐 고정자로, 또는 그 반대로 일어날 수 있다. 상기 장치는 기계적으로 그리고 전자기적으로 일체를 형성한다. 전자기식 변속기의 부재들이 단일한 제어장치로 제어된다.
한편, 유럽특허출원 EP-A-1154551호로부터 일체를 형성하는 중간회전자를 사용하는 것이 알려져 있지만, 여기에 설명된 중간회전자는 방사상 방향의 자속 컨덕터로 작용하는 데에만 독점적으로 알맞게 되어 있다. 이 때문에, 상기 유럽특허출원에 설명된 중간회전자는 비교적 얇은 벽을 가진 관형유니트로 이루어지는 한편, 접선방향에서 볼 때 적어도 아주 최소범위까지도 자속을 유도하지 않는 특히 구리와 같은 재료로 자속 컨덕터가 매번 교체된다. 중간회전자가 방사상 방향 뿐만 아니라 접선방향의 자속을 위한 컨덕터를 형성하는 본 발명에 따른 형태 때문에, 아래에 설명되는 바와 같이 전기기계식 컨버터의 일부에서는 자속의 감쇠를 이용할 수 있게 되면서 다른 부분에서는 이용할 수 없다.
중간회전자는 전기 및 자기회로로 구성되어 있다. 본 발명에 따른 제1실시예에서, 자기회로는 전기회로를 형성하는 단락권취부가 뻗어 있고서 길이방향으로 형성된 홈이 그들 사이에 위치된 치형상부를 갖춘 방사상 내부면과 외부면에 구비된 실린더형 요크로 형성된다. 제2실시예에서는, 중간회전자가 자속을 유도하는 실린더형 요크로 형성되는 한편, 방사상 내부면과 외부면에 영구자석재료가 예컨대 블록형태로 배치되어 있다. 제3실시예에서는, 중간회전자가 자속을 유도하는 실린더형 요크로 형성되는 한편, 한쪽에는 영구자석재료가 구비되고 다른쪽에는 길이방향으로 홈이 형성되어 전기적으로 이용가능한 권취부가 구비되어 있다.
바람직하기로, 특히 홈이 그들 사이에 위치된 치형상부를 갖춘 요크와 같은 중간회전자의 자속을 유도하는 회로는 중간회전자의 방사상 내부면 또는 방사상 외부면에 대체로 매끄러운 표면을 갖춘다. 특히, 상기 회로의 자속을 유도하는 재료의 방사상 내부면 또는 외부면은 회로의 윤곽에 대해 자유로이 바깥쪽으로 뻗친 부분이다. 따라서, 돌출한 극은 중간회전자의 자속을 유도하는 재료에 예정된 고정형 자극을 형성하는 것이 없게 되어서, 중간회전자의 자속을 유도하는 재료에 자극의 패턴이 자유롭게 되고 작동하는 동안 변화될 수 있다. 이와 관련해서, 대체로 매끄러운 표면은 완전히 매끄러운 표면 뿐만 아니라, 회로에 대하여 방사상 안쪽으로 향하고 있는 홈(슬롯)을 예컨대 원통형상의 매끄러운 윤곽에 대해 갖추고 있는 표면을 의미한다. 그 후에, 이러한 홈은 회로의 방사상 내부면 또는 외부면의 전체 외주의 절반보다, 바람직하기로는 외주의 약 20~30%보다 적게 형성되어 있다.
고정자 권취부와 회전자 권취부는 하나 이상의 전력전자식 컨버터를 매개로하여 상호연결될 수 있다. 그 결과, 예컨대 오버드라이브하는 동안 차량이 질주할 때 회전자에서 고정자로, 또는 그 반대로 전기에너지가 전달될 수 있다. 특별한 경우에는, 하나 이상의 전력전자식 컨버터는 예컨대 내장배터리를 연결할 수 있도록 단일한 전기적인 게이트를 매개로 전기적으로 이용될 수 있어서, EVT의 도움으로 대체로 마모가 없는 시동모터가 이루어질 수 있다. 반대로, EVT에서부터 이 전기적인 게이트를 매개로 하여 내장배터리가 충전될 수 있어서, 대체로 마모가 없는 발전기가 얻어진다. 다른 실시예에서, 고정자 권취부와 회전자 권취부는 전기적인 게이트를 통해 전력전자식 컨버터를 매개로 하여 각각 별도로 전기적으로 이용될 수 있다. 이러한 경우에, 차량은 정지되어 있고서 단지 연소기관만 작동하고 있을 때 회전자-중간회전자 조합체가 예컨대 차량의 냉각설비를 위한 발전기로 작용할 수 있다. 또한, 중간회전자-고정자 조합체는 예컨대 하이브리드형 차량에서 모터로 이용될 수 있는데, 이 경우에 회전자-중간회전자 조합체는 사용되지 않는다.
입력축과 출력축은 선택적으로 예컨대 물림클러치 또는 마찰클러치에 의해 기계적으로 상호연결되어 소위 체결상태를 형성할 수 있는데, 이때 입력축과 출력축 사이에 직접적으로 기계적인 힘전달이 일어난다.
본 발명은 전기기계식 컨버터에 관한 것일 뿐만 아니라, 구동하는 연소기관을 시동시키기 위해, 또는 전기장치를 제공하기 위해 전술된 바와 같은 전기기계식 컨버터를 구비한 장치 및, 전술된 바와 같은 전기기계식 컨버터를 구비하고 에너지를 저장하기 위한 시스템을 구비한 장치에 관한 것이다.
이제, 본 발명은 첨부도면을 참조로 하고서 실시예를 기초로 하여 더욱 상세히 설명될 것이다.
도면에서 상응한 부분들은 동일한 참조부호로 표시된다.
EVT는 2개의 기계적인 게이트와 하나의 전기적인 게이트를 갖춘 전기기계식 컨버터이다. 이 EVT는 주로 무한가변식 변속기이며, 더구나 전기적인 게이트를 매개로 하여 에너지를 변환시킬 수 있다. 도면의 설명에서, 처음에는 전기적인 게이트가 고려되지 않을 것이다.
EVT의 기본 구조가 도 1에 개략적으로 나타나 있으며, 이는 유럽특허출원 EP-A-0866544호로 알려져 있다. 이 EVT는 전기기계부(1)와 전력전자부(2)로 구성되는 바, 전기기계부(1)는 제1축(5)을 갖춘 제1유도장치(4)와 제2축(7)을 갖춘 제2유도장치(6)가 설치된 하우징(3)을 구비하며, 상기 두 축(5,7)은 하우징(3)에 베어링으로 장착되어 있다. 제1유도장치(4)는 이 실시예에서 전기적으로 이용가능한 다상의 권취부를 갖춘 슬립링 전기자로 형성된 회전자(8)와, 비전기적으로 이용가능한 제1케이지 전기자(9)로 구성된다. 또한, 제2유도장치(6)는 하우징(3)에 고정되게연결된 고정부인 고정자(10)와 제2축(7)에 장착된 제2케이지 전기자(11)로 구성되는데, 이 제2유도장치(6)의 제2축(7)도 고정자(8)에 베어링으로 장착되어 있다. 고정자(10)는 전기적으로 이용가능한 다상의 권취부를 갖춘다. 회전자(8)와 고정자(10)의 사이에서 전기에너지가 전력전자부(2)를 거쳐 변환될 수 있는데, 이 전력전자부는 전력전자식 컨버터(12,13)를 구비하고, 이들은 교류전압-직류전압 인버터로 되어 있다. 두 인버터는 직류전압 쪽에서 서로 연결되어 있다. 본 발명에 따른 EVT의 요지는 전자기 클러치로 작용하는 제1유도장치(4)에 있다. 제2유도장치는 발전기를 갖춘 보조모터로 작용한다.
이 알려져 있는 EVT의 작동을 간단히 설명하기 위해서, 그 안에서는 손실이 일어나지 않는다고 가정한다. 먼저, 슬립링 전기자(8)는 제1전압인버터(12)로 형성된 직류전압원으로부터 공급받고, 제2축(7)이 제1축(5)과 대략 같은 속도로 회전한다고 가정한다. 제1유도장치(4)의 회전장이 슬립링 전기자(8)와 동시에 회전하고, 제2유도장치(6)는 아직 작동하지 않는다. 제1축(5)과 제1케이지 전기자(9) 및 제2축(7) 사이의 속도차로 인하여, 자기회전장이 생성되고 전류가 제1케이지 전기자(9)에서 유도되어서, 전자기토크가 생성되어 제1축의 토크가 최소 미끄럼손실로 제2축에 전달된다. 상기 직류전압원은 슬립링 전기자(8)의 회전류 권취부의 저항에서 소실되는 전력을 제공하는데, 이는 무시해도 좋다.
정상작동하에서, 전압컨버터는 직류전압이 아닌 교류전압을 전달하고, 전력전자부(2)를 매개로 하여 에너지변환이 일어난다.
제1케이지 전기자(9)의 미끄럼각속도를 무시하면, 고정상태에서 즉 토크평형상태에서 가해지는 것은 Tl= Tc1인데, 여기서 Tl은 예컨대 연소기관에서 의해 제1축(5)에 가해진 토크이고, Tc1은 제1유도장치(4)의 제1케이지 전기자(9)상에 있는 슬립링 전기자(8)에 의해 전자기장을 매개로 가해진 토크이다. 기계적인 동력에 대해서는, Pml= ωm1Tl과 Pml2= ωm2Tc1= ωm2Tl로 쓸 수 있는데, 여기서 Pml은 제1축(5)을 매개로 공급되는 기계적인 동력이고, ωm1은 제1축(5)의 각속도, Pml2는 제2유도장치(6)로 전달되는 기계적인 동력, ωm2는 제2축(7)의 각속도이다. 이들 두 동력의 차 Pe= (ωm1- ωm2)Tl는 슬립링 및 이와 접촉하는 브러쉬의 조합체(14)와 전력전자부(2)를 매개로 제거된다. 여기서, (ωm1- ωm2) 는 슬립링 전기자(8)에 대한 회전장의 속도를 나타내는 바, 공극토크와 함께 이 속도는 회전류 권취부를 매개로 전환되는 동력의 결정인자이다. 제2축(7)이 제1축(5)보다 낮은 속도(정지를 포함하여)로, 즉 ωm1＞ ωm2로 회전하면, 슬립링 전기자(8)는 슬립링 및 이와 접촉하는 브러쉬의 조합체(14)를 매개로 하여 전력을 전달한다. ωm1＜ ωm2인 경우(차량의 오버드라이브)에는 반대로 전력이 슬립링 전기자(8)로 공급되어야 한다.
이제, 추가로ωm1＞ ωm2라고 가정한다. 슬립링 전기자(8)는 전력을 전달한다. 이 전력은 전압인버터(12,13)의 도움으로 전력전자 전환과정을 통해 제2유도장치(6)로 공급된다. 이 전환과정도 손실이 없고 미끄럼각속도와 다른 손실이 일어나지 않는다고 가정하여, 전기적으로 공급된 전체 동력이 기계적인 동력으로 전환된다. 다음으로, 제2회전자에 가해진 토크는 Tc2= Pe/ωm2 =(ωm1- ωm2)Tl/ωm2이다. 예컨대, 기계적인 하중부에 제2축에 의해 가해진 토크는 제1토크와, 제2회전자에 가해진 토크의 합으로서, Tl+Tc2= ωm1Tl/ωm2이다. 이 경우(ωm1＞ ωm2)에, 출력토크는 입력토크보다 크게 된다. 제2축이 제1축보다 높은 속도(ωm1＜ ωm2)로 회전하는 경우에는 상기 방정식이 간단히 들어맞게 된다. 하지만, 이 경우에는 슬립링 및 이와 접촉하는 브러쉬의 조합체(14)를 매개로 하여 전력이 제1유도장치(4)로 공급되어야 한다(Pe＜ 0). 이 전력은 발전기로 작용하는 제2유도장치(6)에 의해 공급된다. 이러한 작동상태에서는, 제2유도장치(6)의 제2케이지 전기자(11)에 가해진 토크가 음(Tc2＜ 0)으로 되고, T2는 T1보다 작게 된다.
도 2는 도 1에 도시된 EVT의 실제 구성을 개략적으로 도시한 것으로, 이 실시예에서 제2유도장치(6)는 제1유도장치(4) 주위로 설치되어 있다. 하우징(3)에는, 중심선에서부터 연속하여 슬립링 전기자(8)와, 제1케이지 전기자(9), 제2케이지 전기자(11) 및, 고정자(10)가 서로에 대해 동심으로 배치되어 있다. 제1 및 제2케이지 전기자(9,11)는 각각 중공의 중간회전자(15)를 연대형성한다. 이는 제1 및 제2유도장치(4,6)가 공동으로 자속의 일부를 사용할 수 있게 하여서, 케이지의 권취부들 사이에 있는 요크가 보다 가벼운 구조로 되게 할 수 있다. 이 때문에, 두 케이지 전기자는 유럽특허출원 EP-A-0866544호의 전기기계식 컨버터인 경우에 기계적으로 연결될 뿐만 아니라 전자기적으로 연결된다. 가장 바람직한 방식에서, 이는 2개의 케이지 전기자(9,11)를 일체로 구성함으로써 구현될 수 있다. 따라서, 얻어진 중간회전자(15)는 도 3에 나타나 있고, 더구나 도 4 내지 도 6은 도 3의 회전자와 중간회전자 및 고정자의 A-A선 단면을 도시하고 있다. 중간회전자(15)는 전기 및 자기회로로 구성되어 있다. 도 3과 도 4 내지 도 6의 실시예에서, 자기회로는 전기회로를 형성하는 단락권취부(17)가 뻗어 있고 길이방향으로 형성된 홈을 양쪽에 갖춘 적층된 실린더(16)로 형성되어 있다. 도 4 내지 도 6에서 이들 권취부는 일부만 표시되어 있는데, 이는 우연히도 회전자(8) 및 고정자(10)의 실린더에 있는 홈 안의 회전자 및 고정자 권취부(18,19)에 대해서도 마찬가지이다.
그들 사이에 홈이 위치된 치형상부를 갖춘 요크로 된 중간회전자의 자속을 유도하는 회로는 그 방사상 내부면과 방사상 외부면에 대체로 매끄러운 표면을 갖추고 있다. 중간회전자의 자속을 유도하는 재료의 자극패턴은 작동하는 동안 변화될 수 있다. 전기기계식 컨버터의 회전자와 중간회전자 및 고정자는 전자기적으로 연결되어 있는데, 자속전달이 회전자에서 중간회전자를 거쳐 고정자로, 또는 그 반대로 일어날 수 있다. 중간회전자는 기계적으로 그리고 전자기적으로 일체를 형성한다. 전자기식 변속기의 부재들은 단일한 제어장치로 연대하여 제어된다.
도 3에 도시된 실시예에서, 전기기계식 컨버터는 4개의 극을 구비하는 한편, 도 4 내지 도 6에서는 다수의 자력선이 표시되어 있는 극들 중 하나가 굵은 선으로 표시되어 있다. 도 4는 특히 유럽특허출원 EP-A-1154551호의 EVT로 일어나는 상황에 비교될 수 있는 상황을 도시하는 바, 상기 유럽특허출원의 중간회전자에서는 접선방향이 아닌 방사상 방향으로만 전도가 일어난다. 관련된 자기장선의 경로가 도4에서 참조부호 20으로 표시되어 있다. 상기 EVT에서는 국부적인 자기장의 감쇠가 불가능한데, 이러한 감쇠는 도 5와 도 6에 나타내어진 것처럼 단지 접선방향으로 중간회전자(15)에서 자속을 유도하는 경우에만 가능하게 된다.
도 5는 예컨대 상기와 같은 EVT를 구비한 차량이 질주하고 있을 때, 본 발명에 따른 EVT에서 일어나는 상황을 도시한 것으로, 회전자(8)는 처음에 중간회전자(15)의 속도(ωm2)에 대해 비교적 높은 속도(ωm1)를 갖는다. 속도차(ωm1- ωm2)가 비교적 큰 값을 갖고서, 특정한 전압이 회전자(8)의 슬립링에 제1전력전자식 컨버터(12)에 의해 인가되되, 즉 Ur= c(ωm1- ωm2)Φr, 여기서 Φr은회전자에서 발생된 자속이고 c 는 상수인 경우에, 회전자에서는 비교적 약한 자속(Φr)이 생기게 된다. 이 경우에, 회전자(8)에 의해 중간회전자(15)에 가해진 토크가 커야 할 필요가 없기 때문에, 자속은 크게 될 필요가 없다. 회전자(8)는 고정자(10)를 위한 발전기로 작용하는 한편, 전압인버터(12,13)를 매개로 동력은 고정자로 전달되되, 비교적 높은 전압이 고정자에 인가되는데, 즉 US= c'ωm2Φs, 여기서 Φs는 고정자에서 발생된 자속이고 c' 는 상수이다. 이는 비교적 센 자속(Φs)이 고정자에서 생기게 되어, 비교적 큰 토크(Tc2)가 차례로 중간회전자(15)와 제2축(7) 및 이에 장착된 하중부에 전달될 수 있다. 중간회전자-고정자 조합체는 모터로 작용한다. 이 중간회전자-고정자 조합체에서 자속이 포화상태로 될 것이다. 이 상황에서의 자기장선의 경로가 도 5의 참조부호 21로 표시되어 있는데, 접선방향의 자속경로가 중간회전자(15)에 생긴다.
도 6은 예컨대 차량에 있는 EVT가 종래의 작동범위내에 있을 때, 본 발명에 따른 EVT에서 일어나는 상황을 도시한 것으로, 회전자(8)는 중간회전자(15)의 속도(ωm2)에 대해 비교적 낮은 속도(ωm1)를 갖는다. 속도차(ωm1- ωm2)가 비교적 작은 값을 갖고서, 특정한 전압이 회전자(8)의 슬립링에 제1전력전자식 컨버터(12)에 의해 인가되되, 즉 Ur= c(ωm1- ωm2)Φr, 여기서 Φr은회전자에서 발생된 자속이고 c 는 상수인 경우에, 회전자에서는 비교적 센 자속(Φr)이 생기게 되어서, 회전자(8)가 중간회전자(15)에 큰 토크를 가할 수 있게 된다. 이 경우에, 전압인버터(12,13)를 매개로 작은 동력이 고정자로 전달되되, 비교적 낮은 전압이 고정자(10)에 인가되는데, 즉 US= c'ωm2Φs, 여기서 Φs는 고정자에서 발생된 자속이고 c' 는 상수이다. 비교적 약한 자속(Φs)이 고정자에서 생기게 되어, 그 결과 전력전자부(2)를 매개로 하여 비교적 작은 토크(Tc2)가 중간회전자(15)와 제2축(7) 및 이에 장착된 하중부에 전달될 수 있다. 회전자-중간회전자 조합체는 모터로 작용한다. 이 회전자-중간회전자 조합체에서 자속이 포화상태로 될 것이다. 이 상황에서의 자기장선의 경로가 도 6의 참조부호 22로 표시되어 있는데, 접선방향의 자속경로가 중간회전자(15)에 생긴다.
오버드라이브의 상황에서, 전압인버터(12,13)를 매개로 하여 고정자(10)에서 회전자(8)로 동력전달이 일어난다. 고정자는 중간회전자(15)에 비교적 작은 토크를가하게 된다. 이에 비하여, 큰 토크는 회전자(8)에 의해 중간회전자에 가해진다.
본 발명은 도 3과 도 4 내지 도 6을 참조로 하여 여기에 설명된 실시예에 한정되지 않고, 당연히 아래 첨구범위의 범주내에 있는 한 모든 종류의 변형이 포함될 수 있다. 따라서, 중간회전자가 자속을 유도하는 실린더로 되되, 그 양쪽에는 예컨대 블록형상의 영구자석재료가 배치된다. 다른 실시예에서는, 중간회전자가 자속을 유도하는 실린더로 형성되되, 한쪽에는 영구자석재료가 사용되고 다른쪽에는 길이방향으로 홈이 형성되어 전기적으로 이용가능한 권취부가 구비되어 있다. 하지만, 이 경우에 전류공급점이 중간회전자(15) 또는 제2축(7) 상에 있어야 하는데, 이 제2축(7)에 있으면 슬립링은 쉽게 장착될 수 있고, 이를 매개로 전류는 공급되거나 제거될 수 있다.

Claims (10)

  1. 회전자(8)가 장착된 제1축(5)과, 중간회전자(15)가 장착된 제2축(7) 및, 그 하우징(3)에 고정되게 장착된 고정자(10)를 구비하고서, 방사상 방향으로 제1축(5)에서 볼 때 회전자(8)와 중간회전자(15) 및 고정자(10)가 서로에 대해 동심으로 배치되어 있으며, 회전자(8)와 고정자(10)는 하나 이상의 단상 또는 다상의 전기적으로 이용가능한 권취부로 되어 있는 전기기계식 컨버터에 있어서,
    상기 중간회전자(15)는 기계적으로 그리고 전자기적으로 일체를 형성하고, 적어도 접선방향의 자속을 위한 컨덕터로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기기계식 컨버터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중간회전자(15)는 전기 및 자기회로를 구비하되, 자기회로는 전기회로를 형성하는 단락권취부가 뻗어 있고서 길이방향으로 형성된 홈을 양쪽에 갖춘 실린더로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기기계식 컨버터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 중간회전자(15)는 자속을 유도하는 실린더로 형성되는 한편, 그 양쪽에 영구자석재료가 사용된 것을 특징으로 하는 전기기계식 컨버터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 중간회전자(15)는 자속을 유도하는 실린더로 형성되는 한편, 한쪽에는 영구자석재료가 사용되고 다른쪽에는 길이방향으로 홈이 형성되어전기적으로 이용가능한 권취부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전기기계식 컨버터.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정자 권취부와 상기 회전자 권취부는 하나 이상의 전력전자식 컨버터(12,13)를 매개로 하여 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전기기계식 컨버터.
  6. 제5항에 있어서, 상기 하나 이상의 전력전자식 컨버터(12,13)는 단일한 전기적인 게이트를 매개로 전기적으로 이용가능한 것을 특징으로 하는 전기기계식 컨버터.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정자 권취부와 상기 회전자 권취부는 전력전자식 컨버터를 통해 전기적인 게이트를 매개로 각각 별개로 이용가능한 것을 특징으로 하는 전기기계식 컨버터.
  8. 구동하는 연소기관을 시동시키기 위해, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 전기기계식 컨버터를 구비한 장치.
  9. 전기장치를 제공하기 위해, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 전기기계식 컨버터를 구비한 장치.
  10. 에너지를 저장하기 위한 시스템이 그 안에 병합되어 있는 것을 특징으로 하는, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 전기기계식 컨버터를 구비한 장치.
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