KR20070010253A - Non-inductive choke coil - Google Patents

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KR20070010253A
KR20070010253A KR1020050064689A KR20050064689A KR20070010253A KR 20070010253 A KR20070010253 A KR 20070010253A KR 1020050064689 A KR1020050064689 A KR 1020050064689A KR 20050064689 A KR20050064689 A KR 20050064689A KR 20070010253 A KR20070010253 A KR 20070010253A
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noise
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배연수
권성곤
박이석
김관명
최쾌호
김수웅
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주식회사 한마음에너지과학원
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Abstract

A non-inductive choke coil is provided to increase an insulation life span of a coil and to decrease a thermal loss due to an eddy current by reducing a surge and a noise. An N-inductive coil winding wire and an S-inductive coil winding wire are wound around a coreless type magnet circuit uniformly and differentially, and are connected in parallel and in series. The coreless type magnet circuit has a core type magnet circuit and a coil. The N-inductive coil winding wire is wound to induce an N-polarity. The S-inductive coil winding wire is wound to induce an S-polarity. Parallel non-inductive choke coils(43,44,45) are connected to a front end and a rear end of a load and an operational coil. A surge and a noise are reverse and offset each other when the surge and noise flow into the N-inductive coil winding wire and S-inductive winding wire of the parallel non-inductive choke coils(43,44,45). A series non-inductive choke coils(41,42) are connected to a front end and a rear end of a load and an operational coil. The N-inductive coil winding wire and S-inductive winding wire of the series non-inductive choke coils(41,42) are connected in series. A surge and a noise are reverse and offset each other by a non-inductive magnetic flux induced when the surge and noise flow along the winding wire. If the N-inductive coil winding wire and S-inductive winding wire of the non-inductive choke coils are wound differentially, and are connected in series and parallel, the non-inductive choke coils prevent a magnetic saturation and reduce a current ripple by inducing a magnet flux differentially based on a differential winding ratio.

Description

무유도 초크코일 {Non-inductive Choke Coil}Non-inductive Choke Coil

도1a는 종래의 직류용 초크코일 회로도,Figure 1a is a conventional choke coil circuit for direct current,

도1b는 종래의 교류용 COMMON MODE 초크코일회로도,Figure 1b is a conventional AC common choke coil circuit,

도2는 종래의 전원용 서지보호기 회로도,2 is a circuit diagram of a conventional surge protector for a power supply;

도3a는 본 발명의 병렬 결선된 무유도 초크코일구성회로도, Figure 3a is a circuit diagram of a parallel induction choke coil configuration of the present invention;

도3b는 본 발명의 직렬 결선된 무유도 초크코일구성회로도, 3B is a circuit diagram of a series-connected induction choke coil of the present invention;

도4a는 본 발명의 실시예의 무유도 초크코일을 이용한 인버터 구성회로도, 4A is a circuit diagram of an inverter using an induction-free choke coil of an embodiment of the present invention;

도4b는 본 발명의 상기 인버터의 스위칭 시퀸스도, 4b is a switching sequence diagram of the inverter of the present invention;

도5a는 종래의 Full-bridge 컨버터회로도,Figure 5a is a conventional full-bridge converter circuit diagram,

도5b는 종래의 컨버터 스위칭 시퀸스 및 전압파형도,Figure 5b is a conventional converter switching sequence and voltage waveform diagram,

도6a는 본 발명의 다른 실시예의 무유도 초크코일을 이용한 컨버터회로도, 6A is a converter circuit diagram using an induction-free choke coil of another embodiment of the present invention;

도6b는 본 발명의 스위칭 시퀸스 및 전류·전압파형도,6b is a switching sequence and a current / voltage waveform diagram of the present invention;

도7a는 종래의 서지 및 노이즈제거용 초크코일를 사용한 경우의 실험도,7A is an experimental diagram when a conventional surge and noise removing choke coil is used;

도7b는 본 발명의 서지 및 노이즈제거용 무유도 초크코일을 사용한 경우 의 실험도,Figure 7b is an experimental view when using the non-induction choke coil for surge and noise removal of the present invention,

본 발명은 자기회로도체(Core Type Magnet Circuit)와 코일만으로 구성된 자기회로(Coreless Type Magnet Circuit)에 전류흐름의 방향에 의하여 N극이 유도되도록 권선된 N유도코일과 S극이 유도되도록 권선된 S유도코일을 균등권선 및 차등권선으로 구성한 무유도 초크코일을 동작기능성코일의 앞단과 뒷단에 연결시켜 서지 및 노이즈제거와 전류리플 및 과전류를 억제하도록 구성한 무유도 초크코일에 관한 것이다.The present invention is wound around the S induction coil and the N induction coil wound so as to induce the N pole in the direction of the current flow in the magnetic circuit (Coreless Type Magnet Circuit) consisting of only a magnetic circuit conductor (Core Type Magnet Circuit) and coil It relates to an induction choke coil configured to connect surge-free choke coils consisting of induction coils with equal windings and differential windings to the front and rear ends of the functional functional coils to suppress surge and noise, and to suppress current ripple and overcurrent.

서지 및 노이즈의 발생원인은 첫째, 자기회로 및 스위칭에 의한 고조파 노이즈. 둘째, 스위칭 Turn-Off로 발생하는 Spike노이즈. 셋째, 뇌(flash)에 의해 발생하는 직격뢰(direct lightning strike)서지(Surge)와 유도뢰서지(induced lightning Surge) 넷째, 누설자속에 의한 노이즈(Noise)등이 있다.Sources of surge and noise are firstly harmonic noise caused by magnetic circuits and switching. Second, spike noise caused by switching turn-off. Third, direct lightning strike surge caused by flash and induced lightning surge. Fourth, noise due to leakage flux.

상기 원인으로 발생한 첫 번째와 두 번째 노이즈는 회전기 및 변압기 자기회로에서 코일과 코일사이에 형성된 절연막을 파괴시키는 원인으로 작용하였으며, 자기회로의 도체(Core)에서 발열과 소음을 발생시켰다. The first and second noises caused by the above causes acted as a cause of destroying the insulating film formed between the coil and the coil in the rotor and transformer magnetic circuits, and generated heat and noise in the conductor (Core) of the magnetic circuit.

본 발명은 첫째, 무유도 초크코일의 N유도코일과 S유도코일을 균등 권선하고 전류를 인가하여 유도된 무유도 자속유도기능을 이용하므로 인덕턴스가 없는 서지 및 노이즈필터기술을 제공하며 둘째, 무유도 초크코일의 N유도코일과 S유도코일을 차등 권선하고 전류를 인가하여 유도된 자기유도기능을 이용하므로 대 전류 인 가에도 자기포화가 되지 않으면서 높은 인덕턴스를 유도하여 전류리플 (Ripple)을 줄이여 직류특성을 높이는 기술을 제공한다. The present invention firstly provides an inductance-free surge and noise filter technology by using an inductive flux induction function induced by applying an electric current by winding the N induction coil and the S induction coil of the induction choke coil evenly. By using the magnetic induction function induced by differential winding winding N- and S-guided coils of choke coils and applying a current, the current ripple is reduced by inducing high inductance without magnetic saturation even with large current. Provides technology to improve DC characteristics.

지금까지 사용되어온 서지(Surge) 및 노이즈(Noise)제거 기술은 L의 교류통전억제성질과 C의 교류흡수성질을 이용하였으며, 보다 과도한 특성에 적용하기 위하여 바리스터(Varistor)를 사용하여 서지(Surge) 및 노이즈(Noise)를 제거하였다. The surge and noise removal technology used up to now uses the AC current suppression property of L and the AC absorption property of C, and surges are used by using varistors to apply to more excessive characteristics. And noise were removed.

보다 상세하게는 직류전원회로에서는 L(inductance)과 C(capacitor) 및 바리스터(Varistor)를 이용하여 서지(Surge) 및 노이즈(Noise)를 제거 하였고 단상교류전원회로에서 외부의 서지(Surge) 및 노이즈(Noise)를 제거하는 방법으로 COMMON MODE 초크코일을 이용하여 서지(Surge) 및 노이즈(Noise)를 제거하는 방법이 제시되었으나 3상 및 다상 전원회로에서 사용할 수 있는 서지(Surge) 및 노이즈(Noise)제거기술이 없었다. More specifically, in the DC power circuit, surge and noise are removed using L (inductance), C (capacitor) and varistor (Varistor), and external surge and noise in the single-phase AC power circuit. As a method of removing noise, a method of removing surge and noise using a common mode choke coil has been proposed, but surge and noise that can be used in three-phase and multi-phase power circuits. There was no removal technology.

그리고 대 전류를 정류하여 직류전원으로 만드는 과정에서 전류리플을 줄이는 방법으로 리액터를 이용하여 인덕턴스를 높이는 방법을 제시하고 있으나 자성체로 구성된 리액터에 대 전류가 흐르게 되면 대 전류에 의해 자성체가 포화되어 리액터로써의 기능을 상실하게 된다. 자성체 포화를 막기 위하여 공심코일을 권선할 경우 권선수를 대단히 높여야 하기 때문에 저항이 높아지고 대단히 큰 공간이 필요하며 코일길이가 길게 되어 코일가격 및 부대비용이 상승하여 경제성이 없었다.In the process of rectifying a large current to reduce the current ripple, a method of increasing the inductance by using a reactor is proposed. However, when a large current flows through a reactor composed of a magnetic material, the magnetic material is saturated by the large current. Will lose its function. In order to prevent the magnetic saturation, the winding of the air core coil has to be very high, so the resistance is high, a very large space is required, and the coil length is long.

본 발명은 이러한 문제점을 해소하기 위한 것으로 그 목적은 하나의 선상에 서 침입하거나 발생한 서지(Surge) 및 노이즈(Noise)를 분화시킨 후 반전시켜 상쇄되도록 하고자 함에 있다. The present invention is to solve such a problem and its object is to invert and then reverse the surge (Surge) and noise (Noise) generated or intruded on a single line.

본 발명의 다른 목적은 3상 및 다상으로 구성된 교류자기회로에서 인버터에 의해 발생하는 서지(Surge) 및 노이즈(Noise)를 제거 하고자 함에 있다.Another object of the present invention is to remove surges and noise generated by an inverter in an alternating magnetic circuit composed of three-phase and multi-phase.

본 발명의 또 다른 목적은 대 전류 직류전원회로에서 자기 포화가 방지된 인덕터를 구성하여 전류리플을 줄이고 하고자 함에 있다. Another object of the present invention is to reduce the current ripple by configuring an inductor prevented magnetic saturation in a large current DC power supply circuit.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 의하면 자기회로도체(Core Type Magnet Circuit)와 코일만으로 구성된 자기회로(Coreless Type Magnet Circuit)에 N극이 유도되도록 권선된 N유도코일권선과 S극이 유도되도록 권선된 S유도코일권선을 균등권선 및 차등권선하고 병렬과 직렬로 연결하고,According to an aspect of the present invention for achieving the above object, an N induction coil winding and an S pole wound so as to induce an N pole in a coreless magnet circuit consisting of only a core type magnet circuit and a coil. The S-guided coil windings wound so as to be induced are equally wound and differentially wound, and connected in parallel and in series.

부하 및 동작코일의 앞단과 뒷단에 병렬 무유도 초크코일을 연결시키고 병렬 무유도 초크코일의 N유도코일권선과 S유도코일권선으로 서지 및 노이즈가 나뉘어 흐르는 과정에서 상호반전상쇄 되도록 연결하며, Parallel induction choke coils are connected to the front and rear ends of the load and operation coils.The N-induction coil windings and S-induction coil windings of the parallel induction choke coils are connected to each other so that they are mutually reversed in the course of the surge and noise flow.

부하 및 동작코일의 앞단과 뒷단에 직렬 무유도 초크코일을 연결시키고 직렬 무유도 초크코일의 N유도코일권선과 S유도코일권선을 직렬로 연결시켜 서지 및 노이즈가 권선을 따라 흐르는 과정에서 유도되는 무유도 자속에 의해 상호반전상쇄 되도록 연결하고,By connecting the series induction choke coil to the front and rear ends of the load and operation coil, and connecting the N induction coil winding and S induction coil winding of the series induction choke coil in series, the absence of oil induced in the process of surge and noise flowing along the winding Connect them so that they are mutually reversed by magnetic flux,

무유도 초크코일의 N유도코일권선과 S유도코일권선을 차등 권선하고 병렬 및 직렬로 연결하여 전류를 인가하면 차등 권선비율에 의한 차등자속이 유도되어 자기 포화를 막고 전류리플을 줄이도록 연결한 무유도 초크코일이 제공된다.The non-inductive choke coil's N induction coil winding and S induction coil winding are differentially wound and connected in parallel and in series to apply a current to induce differential flux by the differential winding ratio to prevent magnetic saturation and reduce current ripple. A choke coil is provided.

이러한, 구성에 대하여 그 작용을 설명하면 다음과 같다. The operation of the structure will be described as follows.

도1a는 종래의 직류용 초크코일 회로도로써 그 작용은 다음과 같다. Figure 1a is a conventional choke coil circuit diagram for DC operation is as follows.

종래의 직류변환회로에서 서지 및 노이즈를 제거하는 방법으로 제시된 기술은 교류를 정류(1)하여 만들어진 리플(Ripple)을 포함하고 있는 직류성 전원을 커패시터(2)에서 충전과 방전과정에서 리플(Ripple)을 줄이고 더 이상의 리플(Ripple)은 유도성 초크코일(3)에서 평활하여 직류를 얻도록 구성되었다. 이 전원회로는 외부로부터 서지 및 노이즈가 침입하지 않는다는 전제조건이 필요하며 서지 및 노이즈가 침입하였을 경우 다른 대안이 없었다.The technique proposed as a method of removing surge and noise in a conventional DC conversion circuit includes a ripple in a charging and discharging process of a DC power supply including a ripple made by rectifying an alternating current (1) in a capacitor (2). ) And further ripple is configured to smooth the direct current in the inductive choke coil (3). This power supply circuit requires the precondition that surge and noise do not enter from the outside, and there is no alternative in case of surge and noise.

뿐만 아니라 저 전압·대 전류를 인가하는 직류변환회로에서는 커패시터(2)가 필터로써의 역할을 할 수 없기 때문에 평활한 직류변환은 사실상 어려웠다. In addition, in the DC conversion circuit to which low voltage and high current are applied, smooth DC conversion is practically difficult because the capacitor 2 cannot function as a filter.

도1b는 단상교류에서 주로 이용된 COMMON MODE 초크코일(10)로써 교류 전원(1)이 L1 유도성 초크코일(5)을 따라 부하(4)에 이르고 부하로 동작된 후의 전원(Ia)은 L2 유도성 초크코일(6)을 거쳐 교류전원(1)으로 되돌아가도록 회로가 구성되어 있다.FIG. 1B is a common mode choke coil 10 mainly used in single phase alternating current. The AC power source 1 reaches the load 4 along the L1 inductive choke coil 5, and the power source Ia after operating as a load is L2. The circuit is configured to return to the AC power source 1 via the inductive choke coil 6.

부하(4)로 진행하는 전원으로부터 유도된 L1 유도성 초크코일(5)의 전류방향과 부하(4)로부터 되돌아 나오는 전원으로부터 유도된 L2 유도성 초크코일(6)의 전류방향이 다르기 때문에 COMMON MODE 초크코일(10)에서는 무유도가 유도되어 일부의 노이즈는 제거되지만 서지는 부하(4)에 영향을 주게 된다. 이러한 문제를 해결하고자 도2에서 제시한 방법으로 한국특허등록공보 제10-0419912호의 전원용 써지 보호기이다. COMMON MODE because the current direction of the L1 inductive choke coil 5 derived from the power source traveling to the load 4 and the current direction of the L2 inductive choke coil 6 derived from the power source returned from the load 4 are different. In the choke coil 10, induction is induced so that some noise is removed, but the surge affects the load 4. In order to solve this problem, it is a surge protector for power supply of Korea Patent Registration No. 10-0419912 by the method shown in FIG.

이 방법에 따르면 써지제거방법으로 L1 유도성 초크코일의 앞단과 L2 유도성 초크코일의 뒷단에 V1바리스터를 연결하고, L2 유도성 초크코일의 앞단과 L1 유도성 초크코일의 뒷단에 V5바리스터를 연결하여 일부의 써지가 부하에 영향을 주지 않도록 바이패스 시키고 나머지 써지는 커패시터(C1, C2, C3,)와 바리스터(V2, V3, V4,)를 직렬과 병렬 및 접지로 연결하여 써지가 감쇄되도록 노력하였다.According to this method, the V1 varistor is connected to the front end of the L1 inductive choke coil and the rear end of the L2 inductive choke coil and the V5 varistor is connected to the front end of the L2 inductive choke coil and the rear end of the L1 inductive choke coil. Bypass some surges so as not to affect the load and connect the remaining surges (C1, C2, C3,) and varistors (V2, V3, V4,) in series, in parallel and to ground so that the surges are attenuated It was.

그러나 전원용 써지보호기는 L1 유도성 초크코일의 앞단과 L2 유도성 초크코일의 뒷단에 V1바리스터를 연결하고, L2 유도성 초크코일의 앞단과 L1 유도성 초크코일의 뒷단에 V5바리스터를 바이패스 연결한 것은 누설전원이 발생할 수 있는 원인이 되므로 전원효율을 고려하지 않은 회로이다.However, the power surge protector connects V1 varistor to the front end of L1 inductive choke coil and the rear end of L2 inductive choke coil, and bypasses V5 varistor to the front end of L2 inductive choke coil and rear end of L1 inductive choke coil. This is a circuit that does not consider power efficiency because it can cause leakage power.

따라서 본 발명은 서지 및 노이즈를 제거하는 방법뿐 아니라 서지 및 노이즈를 반전 상쇄시켜 전원으로 재활용할 수 있는 방법으로 무유도 초크코일과 그 실시 예를 제시하고자 한다. Therefore, the present invention intends to provide an induction-free choke coil and an embodiment thereof as a method of removing the surge and noise as well as a method of inverting the surge and noise to be recycled as a power source.

도3a는 본 발명의 병렬 결선된 무유도 초크코일의 서지 및 노이즈 필터로써의 기능을 설명하기 위한 구성회로도로써 그 구성과 작용은 다음과 같다. (편의상 변압기에서의 예를 제시하였으나 회전기의 경우에도 적용된다.)FIG. 3A is a circuit diagram illustrating the functions of the parallel-connected induction choke coil as a surge and noise filter of the present invention, and its configuration and operation are as follows. (For convenience, an example is given for the transformer, but this also applies to the rotor.)

어떤 원인에 의하여 외부로부터 전원(31)에 서지 및 노이즈가 침입했을 경우 무유도 초크코일의 서지 및 노이즈 제거작용에 대한 보다 상세하게는In the case where surge and noise invade the power source 31 from the outside due to some cause, the surge and noise removing action of the induction choke coil will be described in more detail.

N유도코일권선(37)과 S유도코일권선(38)을 균등 권선 및 차등 권선하고 병렬 결선된 L1 무유도 초크코일(32)에 서지 및 노이즈가 침입한 상전위 전원(301)을 인 가하면 N유도 코일(37)쪽으로 전원(321)의 1/2흐르고, 반전 권선된 S유도코일(38)쪽으로 전원(322)의 1/2흐르게 된다. 이 때 전원에 침입한 서지 및 노이즈도 높이가 1/2로 감소되어 전원을 따라 흐르게 된다. 이렇게 감소된 서지 및 노이즈는 N유도코일(37)과 S유도코일(38)에서 유도한 자속에 의해 상호반전 상쇄되어 없어지고 전원만 다시모여 합성전원(323)으로 구성되어 변압기자기회로(35)의 1차 코일에서 N자속을 유도시키고 L2 무유도 초크코일(33)을 거쳐 전원단 (31)으로 회귀한다.When the N induction coil winding 37 and the S induction coil winding 38 are equally and differentially wound, and a phase potential power source 301 in which surge and noise invade the L1 induction choke coil 32 connected in parallel is applied, N One half of the power source 321 flows toward the induction coil 37, and one half of the power source 322 flows toward the S-induction coil 38 which is inverted and wound. At this time, the surge and noise invading the power source are also reduced to 1/2, and flow along the power source. The reduced surge and noise are mutually inverted and canceled by the magnetic flux induced by the N induction coil 37 and the S induction coil 38, and are composed of a composite power supply 323 by collecting only the power and transformer magnetic circuit 35. Induces N magnetic flux in the primary coil of and returns to the power supply stage 31 via the L2 induction choke coil 33.

다음 작용은 N유도코일권선(37)과 S유도코일권선(38)을 균등 권선 및 차등 권선하여 병렬 결선된 L2 무유도 초크코일(33)에 서지 및 노이즈가 침입한 하전위 전원(302)을 인가하면 N유도 코일(37)쪽으로 전원(321)의 1/2흐르고, 반전 권선된 S유도코일(38)쪽으로 전원(322)의 1/2흐르게 된다. 이 때 전원에 침입한 서지 및 노이즈도 높이가 1/2로 감소되어 전원을 따라 흐르게 된다. 이렇게 감소된 서지 및 노이즈는 N유도코일권선(37)과 S유도코일권선(38)에서 유도한 자속에 의해 상호반전 상쇄되어 없어지고 전원만 다시모여 합성전원(333)으로 구성되어 변압기자기회로(35)의 1차 코일에서 S자속을 유도시키고 L1 무유도 초크코일(32)을 거쳐 전원단 (31)으로 회귀하도록 구성 및 작용한다.The next action is to equalize and differentially wind the N induction coil winding 37 and the S induction coil winding 38 to supply a charged electric power source 302 in which surge and noise invade the L2 induction choke coil 33 connected in parallel. When applied, 1/2 of the power supply 321 flows toward the N induction coil 37, and 1/2 of the power supply 322 flows toward the S-induction coil 38 inverted and wound. At this time, the surge and noise invading the power source are also reduced to 1/2, and flow along the power source. The reduced surge and noise are mutually inverted and canceled by the magnetic flux induced by the N induction coil winding 37 and the S induction coil winding 38, and are composed of a composite power supply 333 by collecting only the power. It is configured and acts to induce the S-magnetic flux in the primary coil of 35) and return to the power stage 31 via the L1 induction choke coil (32).

이렇게 반복하여 유도된 1차권선의 교번자속은 2차권선에서 기전력을 유도하며 부하(36)로 동작한다.The alternating magnetic flux of the primary winding thus repeatedly induced induces electromotive force in the secondary winding and operates as a load 36.

도3b는 본 발명의 직렬 결선된 무유도 초크코일의 서지 및 노이즈 필터로써의 기능을 설명하기 위한 구성회로도로써 그 구성과 작용은 다음과 같다. (편의상 변압기에서의 예를 제시하였으나 회전기의 경우에도 적용된다.)FIG. 3B is a configuration circuit diagram for explaining the function of the series-connected induction choke coil as a surge and noise filter of the present invention, and its configuration and operation are as follows. (For convenience, an example is given for the transformer, but this also applies to the rotor.)

어떤 원인에 의하여 외부로부터 전원(31)에 서지 및 노이즈가 침입했을 경우 무유도 초크코일의 서지 및 노이즈 제거작용에 대한 보다 상세하게는In the case where surge and noise invade the power source 31 from the outside due to some cause, the surge and noise removing action of the induction choke coil will be described in more detail.

N유도코일권선(317)과 S유도코일권선(318)을 균등 권선 및 차등 권선하고 직렬 결선된 L1 무유도 초크코일(312)에 서지 및 노이즈가 침입한 상전위 전원(301)을 인가하면 N유도코일권선(317)과 반전 권선된 S유도코일권선(318)로 서지 및 노이즈가 포함된 전원(321)이 인가되어 흐르는 과정에서 유도된 자속에 의해 서지 및 노이즈는 상호반전 상쇄되어 없어지고 서지 및 노이즈가 제거된 전원(323)만 변압기자기회로(35)의 1차 코일에서 N자속을 유도시키고 L2 무유도 초크코일(313)을 거쳐 전원단 (31)으로 회귀한다.When the N induction coil winding 317 and the S induction coil winding 318 are uniformly and differentially wound, and a phase potential power source 301 in which surge and noise invade is applied to the L1 induction choke coil 312 connected in series. Surge and noise are mutually reversed and canceled by the induced magnetic flux in the process of applying the power source 321 including surge and noise to the induction coil winding 317 and the inverted winding S guide coil winding 318. And only the power source 323 from which the noise is removed, induces N magnetic flux in the primary coil of the transformer magnetic circuit 35 and returns to the power supply terminal 31 via the L2 induction choke coil 313.

다음 작용은 N유도코일권선(37)과 S유도코일권선(38)을 균등 권선 및 차등 권선하여 직렬 결선된 L2 무유도 초크코일(313)에 서지 및 노이즈가 침입한 하전위 전원(302)을 인가하면 N유도코일권선(317)과 반전 권선된 S유도코일권선(318)로 서지 및 노이즈가 포함된 전원(331)이 인가되어 흐르는 과정에서 유도된 자속에 의해 서지 및 노이즈는 상호반전 상쇄되어 없어지고 서지 및 노이즈가 제거된 전원(333)만 변압기자기회로(35)의 1차 코일에서 S자속을 유도시키고 L1 무유도 초크코일(312)을 거쳐 전원단 (31)으로 회귀하도록 구성 및 작용한다. The next action is to equalize and differentially wind the N induction coil winding 37 and the S induction coil winding 38 to supply the charged potential power 302 in which surge and noise invade the L2 induction choke coil 313 connected in series. When applied, the surge and noise are mutually reversed by the magnetic flux induced in the process of applying the power 331 including the surge and noise to the N induction coil winding 317 and the inverted winding S guide coil winding 318. Only the power source 333 which is eliminated and the surge and noise are removed is configured and acted to induce the S-magnetic flux in the primary coil of the transformer magnetic circuit 35 and return to the power supply terminal 31 via the L1 non-inductive choke coil 312. do.

이렇게 반복하여 유도된 1차권선의 교번자속은 2차권선에서 기전력을 유도하며 부하(36)로 동작한다.The alternating magnetic flux of the primary winding repeatedly induced in this manner induces electromotive force in the secondary winding and operates as a load 36.

직렬, 병렬 결선된 무유도 초크코일의 장점은 첫째, 차등권선의 경우 자성체포화를 방지하여 높은 인덕턴스를 유지하며 재료저항값의 증가로 과전류인가를 방 지할 수 있다. The advantages of induction choke coils in series and parallel connection are as follows. First, in case of differential winding, it prevents magnetic arrest and maintains high inductance and prevents overcurrent application by increasing material resistance.

둘째, 균등권선의 경우 서지 및 노이즈제거효과가 크게 나타난다.Second, in the case of the equal winding, the surge and noise removal effect is large.

도4는 본 발명의 무유도 초크코일을 이용한 3상 회전기자기회로의 코일결선 및 인버터의 직류전원회로 구성의 실시 예를 도시한 구성회로도로써 그 구성과 작용은 다음과 같다.4 is a configuration circuit diagram showing an embodiment of a coil connection of a three-phase rotary magnetic circuit using a non-induction choke coil of the present invention and a DC power supply circuit of an inverter, the configuration and operation of which are as follows.

전동기 및 변압기자기회로에서 인버터 스위칭Spike에 의한 서지 및 노이즈의 작용은 첫째, 자성체(core) 절연을 파괴하고 와류를 유발시켜 열을 발생시킨다. The operation of surge and noise by inverter switching spike in the motor and transformer magnetic circuit firstly destroys the core insulation and induces vortex to generate heat.

둘째, 코일권선의 절연피로를 높이므로 코일권선의 수명을 단축시킨다. Second, it increases the insulation fatigue of the coil windings and shortens the life of the coil windings.

셋째, 소음을 유발시켜 사람의 정서를 불안정화 시킨다.Third, it causes noise to destabilize human emotion.

넷째, 서지 및 노이즈로 유발된 누설자속은 정밀기기의 동작을 방해한다.Fourth, leakage magnetic flux caused by surge and noise hinder the operation of precision equipment.

이러한 문제가 발생함에도 불구하고 서지 및 노이즈필터를 사용할 수 없었던 이유는 첫째, 인덕터(L)는 임피던스상승 때문에 사용할 수 없으며,Despite these problems, the reason why the surge and noise filter could not be used is because, firstly, the inductor (L) cannot be used due to the impedance increase.

둘째, 커패시터(C)는 코일에서 회로구성이 어렵기 때문에 사용할 수 없고, 셋째, 바리스터는 저항이기 때문에 코일에 연결할 수가 없었다.Second, the capacitor C cannot be used because the circuit configuration is difficult in the coil. Third, the varistor cannot be connected to the coil because it is a resistor.

따라서 회전기 및 변압기자기회로의 권선코일에 본 발명의 무유도 초크 코일을 연결하여 서지 및 노이즈를 제거하도록 구성한 자기회로 및 인버터를 제공하고자 한다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a magnetic circuit and an inverter configured to remove surges and noise by connecting an induction choke coil of the present invention to a winding coil of a rotor and a transformer magnetic circuit.

도4a에서 도시한 바와 같이 U코일권선(46), V코일권선(47), W코일 권선(48)의 앞단과 뒷단에 무유도 초크코일(43, 44, 45,)을 장착시켜 서지 및 노이즈를 제거하도록 하였고, 직류변환회로(40)에서도 무유도 초크코일(41, 42,)을 이용한 구 성회로를 제시하고 있다.  As shown in FIG. 4A, uninduced choke coils 43, 44, and 45 are mounted on the front and rear ends of the U coil winding 46, the V coil winding 47, and the W coil winding 48 so that surge and noise In the DC conversion circuit 40, the configuration circuit using the non-induction choke coils 41 and 42 is proposed.

이 회로의 작용은 도4b의 스위칭 시퀸스도를 기준으로 도시되지 않은 제어기 및 구동(Gate Drive)회로의 신호에 따라 인버터(49)가 동작하여 회전기 자기회로에서 회전동력을 발생시키고, 변압기에서는 전압가변을 유도시켜 부하전력을 만들게 된다.The action of this circuit is that the inverter 49 operates according to the signals of the controller and the gate drive circuit, not shown, based on the switching sequence diagram of FIG. 4b to generate rotational power in the rotor magnetic circuit, and in the transformer, voltage variation. Induces the load power.

특히 변압기로 승압시켜 전동기를 운전하는 경우 무유도 초크코일의 역할은 필수적인 대안이다. In particular, when operating a motor boosted by a transformer, the induction choke coil is an essential alternative.

도5a는 종래의 Full-bridge 컨버터를 도시한 것으로 그 구성과 작용을 도5b의 스위칭 시퀸스도와 관련하여 살펴보면 스위치S1(51), S2(52)를 동시에 On, Off하면 S1,S2(56)파형이 형성되고 스위치S3(53), S5(54)를 동시에On, Off시키면 S3,S4(57)파형이 만들어지며 이를 다이오드에서 반전합성하면 직류출력파형 Vo(58)가 된다.FIG. 5A illustrates a conventional full-bridge converter. The configuration and operation thereof are related to the switching sequence diagram of FIG. 5B. When the switches S1 (51) and S2 (52) are simultaneously turned on and off, the waveforms of S1 and S2 (56) are shown. When the switch S3 (53), S5 (54) is simultaneously turned on and off, the waveforms S3 and S4 (57) are made. When the diode is inverted and synthesized, the DC output waveform Vo (58) is obtained.

그런데 이런 컨버터는 주로 전압이 높고 전류량이 낮은 전압형 컨버터에 주로 사용되는 컨버터회로이므로 전압이 낮고 전류가 큰 용도의 컨버터에는 사용이 불가하다. 그 이유는 리액터를 이용하여 전류리플(Ripple)을 평활하게 하는데 한계가 있기 때문이다. However, these converters are mainly used in a voltage converter with a high voltage and a low current, and thus cannot be used in a converter having a low voltage and a large current. This is because there is a limit to smoothing the current ripple using a reactor.

즉, 리액터의 인덕터를 공심으로 할 경우 코일권선수를 높여야 하기 때문에 부피가 커지고 경제성이 없으며, 리액터의 인덕터에 자성체를 삽입하여 인덕턴스를 높일 경우 대 전류에 의해 자성체가 포화되기 때문에 이용할 수는 있으나 효과가 없다.In other words, if the reactor inductor is air-cored, the coil winding needs to be increased, so the volume is not economical, and if the inductance is increased by inserting the magnetic material into the reactor inductor, the magnetic material is saturated by the large current, but the effect is effective. There is no.

따라서 본 발명은 무유도 초크코일의 코일권선분화비율을 조정하여 자성체 포화를 방지하고 인덕턴스를 높여 전류를 평활하게 하는 방법을 제시하고자 한다.Therefore, the present invention is to provide a method of smoothing the current by preventing the magnetic saturation and increasing the inductance by adjusting the coil winding differentiation ratio of the induction choke coil.

도6a는 본 발명의 무유도 초크코일이 대 전류 컨버터에 이용된 구성회로도를 도시하고 있으며 도6b는 대 전류 컨버터의 스위칭 시퀸스 및 전압, 전류파형도를 도시하고 있다. Fig. 6A shows a configuration circuit diagram in which the inductive choke coil of the present invention is used in a large current converter, and Fig. 6B shows a switching sequence and a voltage and current waveform diagram of the large current converter.

본 발명의 무유도 초크코일에 코일권선분화비율을 조정하게 되면 코일의 임피던스가 변화하여 전류의 흐름을 변화시킬 수 있으므로 인위적 제어 기술적 방법을 부가하지 않고도 부분적으로 높은 인덕턴스를 유도하기 때문에 전류의 리플(Ripple)을 줄일 수 있다.When the coil winding differentiation ratio is adjusted to the induction choke coil of the present invention, since the impedance of the coil can be changed to change the current flow, the ripple of the current is induced because it induces a high inductance in part without adding an artificial technical control method. Ripple) can be reduced.

본 발명의 대 전류 컨버터에 대한 구성과 작용을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the configuration and operation of the large current converter of the present invention are as follows.

차등 권선된 무유도 초크코일과 균등 권선된 무유도 초크코일 및 차등 권선된 무유도 초크코일을 기능에 따라 직렬 또는 병렬로 연결시킨 무유도 초크코일의 집합기능 인덕터(60)를 2차권선의 직류전원출력단에 부착하여 전류리플을 줄이도록 구성하였다.A direct current inductor (60) of the secondary winding is connected to an inductor (60) of a secondary winding in which the differentially wound induction choke coil and the evenly wound induction choke coil and the differentially wound induction choke coil are connected in series or in parallel according to the function. It is attached to the power output terminal to reduce the current ripple.

그 작용은 스위치S1(61), S2(62)를 동시에 On, Off하면 S1,S2(66)파형이 형성되고 스위치S3(63), S5(64)를 동시에On, Off시키면 S3,S4(67)파형이 만들어지며 이를 다이오드에서 반전합성하면 직류전압파형 Vo(68)가 된다.The effect is that when the switches S1 (61) and S2 (62) are turned on and off at the same time, the waveforms of S1 and S2 (66) are formed, and when the switches S3 (63) and S5 (64) are turned on and off at the same time, S3 and S4 (67). Waveforms are created and synthesized inverted in a diode to form a DC voltage waveform Vo (68).

직류전압파형Vo(68)에 의해 형성된 전류파형(601)은 리플이 심하게 형성되어 있다. 리플을 줄이기 위하여 N유도코일권선과 S유도코일 권선으로 구성된 무유도 초크코일의 집합기능 인덕터(60)를 부착하게 되면 N유도코일권선과 S유도코일권 선의 차등 권선된 무유도 초크코일에 의하여 높은 자기인덕턴스와 차등권선저항에 의한 전류흐름의 변화로 리플을 줄일 수 있게 된다. 이렇게 리플을 줄인 전류는 균등 권선된 무유도 초크코일을 거치면서 안정화 시키고 다시 차등 권선된 무유도 초크코일에 전류를 흐르게 하여 평활한 직류전류와 과전류인가를 억제한다.  The current waveform 601 formed by the DC voltage waveform Vo 68 has a severe ripple. In order to reduce the ripple, when the inductor 60 of the induction choke coil consisting of the N induction coil winding and the S induction coil winding is attached, the high inductance of the N induction coil winding and the S induction coil winding is increased by the unwinding induction choke coil. Ripple can be reduced by changing the current flow due to the magnetic inductance and the differential winding resistance. The ripple-reduced current is stabilized through the uniformly wound induction choke coil, and the current is flowed through the differentially wound induction choke coil to suppress the smooth DC current and the overcurrent application.

이러한 방법은 대 전류를 직류로 만드는 컨버터에 적합한 기술이다 하겠다. This method is suitable for converters that make large currents direct current.

도7a는 3상 전동기를 Y결선하고 코일권선앞단에 종래의 초크코일을 부착하여 서지 및 노이즈(71)제거상태를 실험하였다. 이 때 전동기제어 방법은 PWM벡터제어로 운전하였다. Fig. 7A shows a three-phase electric motor connected to Y and a conventional choke coil attached to the front of the coil winding to test the surge and noise (71) removal conditions. At this time, the motor control method was operated by PWM vector control.

도7b는 3상 전동기를 Y결선하고 코일권선앞단에 본 발명의 병렬 결선된 무유도 초크코일을 부착하여 서지 및 노이즈(72)제거상태를 실험하였다. 이 때 전동기제어 방법은 PWM벡터제어로 운전하였다. Fig. 7B is a Y-phase three-phase motor and a parallel-wired induction choke coil of the present invention is attached to the front of the coil winding, and the surge and noise 72 are removed. At this time, the motor control method was operated by PWM vector control.

위 조건에서 실험결과는 도7a의 서지 및 노이즈(71)제거상태와 도7b의 서지 및 노이즈(72) 제거상태를 비교하여 살펴보면 본 발명의 무유도 초크코일을 부착한 경우가 서지 및 노이즈제거효과가 크게 나타났다. Under the above conditions, the results of the surge and noise elimination state of FIG. 7A are compared with those of the surge and noise elimination state of FIG. 7B. Appeared significantly.

본 발명에 의한 무유도 초크코일은 몇가지 실시예를 통하여 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.Induction-free choke coil according to the present invention can obtain the following effects through some embodiments.

N유도코일권선과 S유도코일권선으로 구성된 무유도 초크코일에 균등 권선하고 전원을 인가하면 도7b에서 제시하고 있는 바와 같이 서지 및 노이즈가 현저히 감쇄되었다.Evenly winding and applying power to the non-induction choke coil consisting of the N induction coil winding and the S induction coil winding significantly reduced the surge and noise as shown in FIG. 7B.

서지 및 노이즈의 감쇄는 코일의 절연수명을 늘리고 와류에 의한 열적손실을 줄일 수 있었다. Surge and noise attenuation could increase the insulation life of the coil and reduce thermal losses due to eddy currents.

그리고 무유도 초크코일의 N유도코일권선과 S유도코일권선을 차등 권선하고 전류를 인가하면 차등자속이 유도되며 유도된 차등자속은 자기포화가 되지 않으면서 높은 인덕턴스를 유도하여 전류리플(Ripple)을 줄이므로 대 전류 직류전원이 요구되는 초전도에너지저장장치 등에 경제성이 우수한 컨버터를 제공할 수 있는 것이 효과라 하겠다.And when differential winding of N guide coil winding and S guide coil winding of non-induced choke coil and applying current, differential flux is induced and induced differential flux induces high inductance without self saturation, resulting in current ripple. As a result, it is effective to provide a converter with excellent economic efficiency in a superconducting energy storage device requiring a large current DC power supply.

Claims (1)

자기회로도체(Core Type Magnet Circuit)와 코일만으로 구성된 자기회로(Coreless Type Magnet Circuit)에 N극이 유도되도록 권선된 N유도코일권선과 S극이 유도되도록 권선된 S유도코일권선을 균등권선 및 차등권선하고 병렬과 직렬로 연결하고,Uniform winding and differential between the N induction coil winding wound to induce the N pole and the S induction coil winding wound to induce the S pole to the coreless magnet circuit composed of a core type magnet circuit and a coil only. Winding and connected in parallel and in series, 부하 및 동작코일의 앞단과 뒷단에 병렬 무유도 초크코일을 연결시키고 병렬 무유도 초크코일의 N유도코일권선과 S유도코일권선으로 서지 및 노이즈가 나뉘어 흐르는 과정에서 상호반전상쇄 되도록 연결하며, Parallel induction choke coils are connected to the front and rear ends of the load and operation coils.The N-induction coil windings and S-induction coil windings of the parallel induction choke coils are connected to each other so that they are mutually reversed in the course of the surge and noise flow. 부하 및 동작코일의 앞단과 뒷단에 직렬 무유도 초크코일을 연결시키고 직렬 무유도 초크코일의 N유도코일권선과 S유도코일권선을 직렬로 연결시켜 서지 및 노이즈가 권선을 따라 흐르는 과정에서 유도되는 무유도 자속에 의해 상호반전상쇄 되도록 연결하고,By connecting the series induction choke coil to the front and rear ends of the load and operation coil, and connecting the N induction coil winding and S induction coil winding of the series induction choke coil in series, the absence of oil induced in the process of surge and noise flowing along the winding Connect them so that they are mutually reversed by magnetic flux, 무유도 초크코일의 N유도코일권선과 S유도코일권선을 차등 권선하고 병렬 및 직렬로 연결하여 전류를 인가하면 차등 권선비율에 의한 차등자속이 유도되어 자기포화를 막고 전류리플을 줄이도록 연결한 무유도 초크코일.The non-inductive choke coil's N induction coil winding and S induction coil winding are differentially wound and connected in parallel and in series to apply current, and the differential flux by the differential winding ratio is induced to prevent magnetic saturation and reduce the current ripple. Choke coil on the road.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024095706A1 (en) * 2022-10-31 2024-05-10 株式会社デンソー Power conversion device and program

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