KR20080064162A - 전자 정류기 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명의 전자 정류기 회로는 낮은 속도에서의 토크 한계를 극복하기 위해 주지의 전자 정류기 내에 내장될 수 있는 강제 정류 수단을 제공한다. 상기 강제 정류 수단은 기본 스위칭 스테이지에 사이리스터 쌍(1, 4)을 이용한 강제 정류 향상부로 구성된다. 커패시터들은 방전될 때, 코일 전압을 보충하기 위해 미리 충전되고 동기화될 수 있으며, 그에 따라 정류 오버랩 기간을 줄이고, 사이리스터들(1, 4)이 순 저지 출력에 도달하게 할 수 있는 턴 오프 시간을 최대화하게 된다. 그러한 용량성 방전을 제공하는 두 가지 수단이 이용될 수 있다. 첫 번째 수단은 정류에 뒤따라 전류를 공급할 동일한 사이리스터에 의해 용량성 방전을 시작한다. 두 번째 수단은 보조 사이리스터에 의해 용량성 방전을 시작한다.

정류기, 사이리스터, 브러시리스, 고정자, 권선

Description

전자 정류기 회로{ELECTRONIC COMMUTATOR CIRCUITS}

본 발명은 전자 정류기 회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전 장치와 선형 장치(예를 들어, 브러시리스 직류 회전 장치와 선형장치(brushless dc rotating and linear machines)에서의 강제 전자 정류(forced electronic commutation)에 이용되는 회로에 관한 것이다.

일반적으로 직류 회전 장치는 권선형 고정자(wound rotator)에 의해 둘러싸여 있는 회전자를 포함한다. 전자 스위칭 회로는 회전자의 각 위치(angular position)에 기초하여 고정자 권선에서 전류의 정류를 제어한다. 상기 회전자는 회전하는 자기장을 공급하고, 이러한 회전 자기장은 영구자석, 슬립링(slip ring)이나 브러시리스 여자 전원 장치(excitation power supply)에 구비된 통상적인 권선, 또는 적절한 여자 전원 장치에 구비된 초전도 권선에 의해 생성될 수 있다.

영국 특허출원(British Patent Application 2117580)은 전자 스위칭 회로를 이용하는 브러시리스 직류 회전 장치를 개시한다. 본질적으로 상기 전자 스위칭 회로는 산업규격의 랩 권선형 고정자(lap wound stator)를 위해 브러시들이 사이리스터에 의해 대체되고 정류자편들(commutator segments)이 사이리스터 연합쌍 사이의 공통 결합점(a point of common coupling)에 의해 대체된, 통상적인 브러시와 정류 기 토폴로지(brush and commutator topology)를 복제한다. 각 사이리스터 쌍에서 하나의 사이리스터는 그 애노드가 제1직류 단자에 연결된 반면에, 그 사이리스터 쌍에서 다른 사이리스터는 그 캐소드가 제2직류 단자에 연결된다. n개의 직렬 연결된 코일이 구비된 고정자 권선은 전자 스위칭 회로에서 n개의 공통 결합점을 구분하는(intercept) n개의 노드를 가진다. n=8인 경우가 도 1에 도시되어 있다.

제1코일 C1이 제2코일 C2에 연결되고, 제1공통 결합점 PCC1을 통해 제1사이리스터 쌍의 스위치 S1a와 S1b에 연결됨을 도 1로부터 알 수 있다. 사이리스터 S1a의 애노드는 제1링 "링 1"에 의해 제1직류 단자 DC1에 연결되고, 사이리스터 S1b의 캐소드는 제2링 "링 2"에 의해 제2직류 단자 DC2에 연결된다. 제2코일 C2는 제3권선 C3에 연결되고 제2공통 결합점 PCC2를 통해 제2사이리스터 쌍의 스위치 S2a와 S2b에 연결된다. 사이리스터 S2a의 애노드는 제1링 "링 1"에 의해 제1직류 단자 DC1에 연결되고, 사이리스터 S2b의 캐소드는 제2링 "링 2"에 의해 제2직류 단자 DC2에 연결된다. 이에 대응되는 방법으로, 나머지 코일들도 제1직류 단자 DC1과 제2직류 단자 DC2에 연결된다.

사이리스터 쌍들은 브러시리스 직류 회전 장치의 역기전력(즉 고정자 권선에서 유도된 기전력)과, 회전자의 각 위치에 동조된(synchronised) 게이트 펄스의 적용에 의해 정류된다. 회전자의 속도가 느릴 때 이 역기전력은 사이리스터에서의 정류를 위해서는 불충분할 수 있고, 직류 선형(dc line type)의 외부 정류 회로가 사용된다. 또한 이 외부 정류 회로는 회전자의 각 위치에 동조되며, 따라서 상기 사이리스터 쌍들의 게이트에 동조된다.

영국 특허출원(British Patent Application 2117580)의 브러시리스 직류 회전 장치는 다음과 같은 문제점이 있다:

(ⅰ) 사이리스터 쌍들의 게이팅(gating)에서 회전자의 각 위치(angular position)에의 동조화(synchronisation)가 실행되기 어렵고, 전자기적인 간섭을 받기 쉬우며;

(ⅱ) 사이리스터 쌍들의 게이팅 동조화(gating synchronisation)와 그 후의 정류 과정이 장치의 부하조건(load condition)에 정확하게 적응되기 어렵다.

영국 특허출원(British Patent Application 2117580)에서 설명된 브러시리스 직류 회전 장치와 등가인 일반적인 선형 장치를 유도할 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다. 도 1에서는, 상기 브러시리스 직류 회전 장치가 한 쌍의 링형 직류 단자들과 원형으로 배열된 스위칭 스테이지들(switching stages)을 구비하는 것으로서 묘사되었지만, 이러한 것들은 설명의 편의를 위해 선형의 형태로 표현될 수도 있다.

기본적인 고정자 권선(폴리고날 권선(polygonal winding)이나 랩 권선(lap winding))과 전자 정류기 회로의 선형 형태가 도 2에 도시되어 있다. 전자 정류기 회로는 원형의 배열보다는 선형으로 배치된 다수의 동일한 스위칭 스테이지들로 구성된다. 각 스위칭 스테이지는 도 3에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 사이리스터 1과 4가 포함되어 구성된다. 직류 전기장치가 발전 모드에서 동작하는 대부분의 시간 동안, 직류전류는 배열의 제1포인트에 있는 고정자 권선으로 들어가고, 배열의 제2포인트에 있는 고정자 권선으로 흘러나온다. 상기 제2포인트는 상기 제1포인트로부터 대략 180 전기 각도(electrical degree)만큼 옮겨진다. 도 2에 도시된 바와 같 이, 권선 전류는 제1포인트에서 두 개의 거의 같은 경로로 분기하고 제2포인트에서 재결합한다. 정류를 달성하기 위해 제1포인트나 제2포인트의 위치는 배열을 따라 한 단계씩 인덱스(index)되어야 한다. 상기 인덱싱(indexing)은 제1포인트부터 제3포인트까지 그리고 제2포인트부터 제4포인트까지 동시에 이루어질 수 있거나, 초기에 제1포인트부터 제3포인트까지 인덱싱된 후에 뒤이어 제2포인트부터 제4포인트까지 인덱싱되어 순차적으로 인덱싱되도록 구성될 수 있다. 주지의 자연정류 용어에 따라, 정류 후에 전류를 전송하는 스위칭 장치는 인커밍 장치(incoming device)로 알려져 있고, 정류 전에 전류를 전송하는 스위칭 장치는 아웃고잉 장치(outgoing device)로 알려져 있다. 이러한 두 장치들의 조건은 중첩되고 역으로 회복되기 쉬우며, 위상제어가 사용될 수도 있다. 이 경우 인덱싱은 인커밍 장치의 단자들이 순방향 바이어스(캐소드에 대하여 애노드가 '+')되는 순간에 인커밍 장치에 게이트펄스가 적용되는 것에 의해 발생되며, 그렇게 되는 동안 아웃고잉 장치의 전력 단자들은 역방향 바이어스된다.

인접한 스위칭 스테이지들의 인커밍 사이리스터와 아웃고잉 사이리스터에서의 일반적인 정류과정은 도 4 및 도 5에 도시되어 있다. 도 4는 등가회로 정의를 표시하고 도 5는 이상적인 정류파형을 나타낸다.

도 4를 참고하면, 정전류원 "I load" 는 아웃고잉 사이리스터에서 나오고 인커밍 사이리스터로 들어가서 정류되는 전류를 나타낸다. 정류되는 전류의 변화율은 고정자 권선의 등가회로 표현에 의해 결정되고, 시변 정류 전압(time-variable commuting voltage) E와, 인덕턴스 L을 갖는 정류 리액턴스를 포함하여 구성된다. 아웃고잉 사이리스터는 전류 "I out"를 전송하고 전압 "V out"를 유지한다. 인커밍 사이리스터는 전류 "I in"을 전송하고 전압 "V in"을 유지한다.

정류과정이 시작될 때, 상기 아웃고잉 사이리스터는 래치온(latched on)되지만, 언게이트(un-gated)되는 것으로 간주된다. 인커밍 사이리스터가 게이트 온 될 때 전압 "V in"은 감소되고 전류 "I in"은 E/L의 비율로 증가한다. 전류원 "I load"는 일정하기 때문에, 전류"I out"은 E/L의 비율로 감소한다. 전류 "I out"이 0까지 감소되는데 걸리는 시간은 오버랩(overlap)으로 정의된다. 오버랩이 끝날 때, 아웃고잉 사이리스터에서 턴 오프(turn-off)과정이 시작된다. 턴 오프과정은 아웃고잉 사이리스터에서의 역재생과 함께 시작되는데, 초기에 상기 아웃고잉 사이리스터는 역으로 전도되어 그에 따라 전류 "I in"에 오버슈트를 야기하고, 전류의 변화율은 E/L에 의해 결정된다. 결국, 역재생의 마지막으로 진행함에 따라, 전압 "V out"이 시변 정류 전압 -E 쪽으로 증가하게 되면서 상기 아웃고잉 사이리스터의 전도도가 감소하게 된다. 전압 "V out"이 증가한 결과, 아웃고잉 사이리스터로부터 외부로 전류를 방출하게 된다. 이때, 아웃고잉 사이리스터는 상당한 순 저지 출력(forward blocking capability)에는 도달하지 못하지만, 역 저지 출력(reverse blocking capability)을 갖는다. 그러므로 전압 "V out"은 고정자 권선에서 전류 방해의 결과로 오버슈트(overshoot)된다. 정류가 계속 진행됨에 따라, 아웃고잉 사이리스터 정상상태와 과도상태의 순전압 저지 출력(forward voltage blocking capability)이 증가한다.

결국, 전압 "V out"은 반전되고 아웃고잉 사이리스터는 이 전압을 유지해야 한다. 아웃고잉 사이리스터가 필요한 순전압 저지 출력에 도달하기 위한 총 시간은 턴 오프 타임 Tq 로 알려져 있다. 이 턴 오프 타임은 전류 "I out"이 음으로 진행하며 반전되는 시간과, 그 후 전압 "V out"이 양으로 진행하며 반전되는 시간 사이를 의미한다. 만약 턴 오프 타임 Tq 가 충분하다면, 전압 "V out"이 시변 정류 전압 E를 따르는 동안 전류 "I out"은 제로를 유지하게 된다. 그러나 만약 턴 오프 타임 Tq가 충분하지 않다면, 전압 "V out"이 양으로 진행할 때, 전류 "I out"은 다시 복구(re-established)될 것이고, 전압 "V out"은 온 상태로 되돌아갈 것이며, 아웃고잉 사이리스터의 턴오프는 실패하게 될 것이다. 이러한 장애는 때때로 "Tq 장애"로 불리어지며, 관련 장치에서의 치명적인 오작동과 함께 아웃고잉 사이리스터의 고장으로 귀결될 수 있다.

그러한 정류에서 상기 전류 "I in"과 "I out"의 변화율은 사이리스터가 턴 온시 소비되고, 턴 오프시 소비되며, 순저지 출력에 도달하는데 요구되는 시간(Tq)에 상당한 영향을 준다.

명확한 이해를 위해 로드 전류 "I load"는 한쪽 방향으로(즉 왼쪽에서 오른쪽으로 도시됨) 가정되기 때문에, 도 4에서는 각 스위칭 스테이지에 하나의 사이리스터만이 도시되어 있다. 사이리스터들은 둘 다 같은 극성을 갖게 되어 역재생 동안을 제외하고는, 도시된 바와 같이 사이리스터 전류는 오른쪽에서 왼쪽으로 흐르게 된다. 그러나, 로드 전류가 주기적으로 반전되기 쉬운 경우, 각 스위칭 스테이지는 반대 극성을 갖고 있는 사이리스터 쌍으로 통합될 것이다.

대체로, 전동장치에 사용되는 브러시리스 직류 회전 장치에서는 자연적으로 정류되는 사이리스터가 이상적이다. 그러나 낮은 속도에서 동작할 때에는, 고정자 권선으로 전류가 들어가도록 배치된 최적점들에 부적절한 코일 전압이 존재하게 되기 때문에, 신뢰할 만한 정류작용을 야기하기에는 작동상에 상당한 한계가 있다. 높은 전동 토크와 낮은 속도에서의 정류 오버랩 기간은 사이리스터들이 순저지 출력에 도달하기에 부족한 시간이 된다. 외부의 직류 선형 정류장치가 자연정류의 한계를 극복하기 위해 사용될 수 있으나, 이것은 바람직하지 않은 높은 크기의 토크 맥동(torque pulsation)과 추가적인 전력 손실이 발생되는 것을 야기할 수 있게 된다.

본 발명은 낮은 속도에서의 토크 한계를 극복하기 위해 주지의 전자 정류기 내에 내장될 수 있는 강제 정류 수단인 전자 정류기 회로를 제공함을 목적으로 한다.

본 발명의 전자 정류기 회로는 낮은 속도에서의 토크 한계를 극복하기 위해 주지의 전자 정류기 내에 내장될(embedded) 수 있는 강제 정류 수단을 제공한다. 상기 강제 정류 수단은 기본 스위칭 스테이지에 사이리스터 쌍을 이용한 강제 정류 향상부로 구성된다. 커패시터들은 방전될 때, 코일 전압을 보충하기 위해 미리 충전되고 동기화될 수 있으며, 그에 따라 정류 오버랩 기간(commutation overlap duration)을 줄이고, 사이리스터들이 순 저지 출력(forward blocking capability)에 도달하게 할 수 있는 턴 오프 시간을 최대화하게 된다. 그러한 용량성 방전을 제공하는 두 가지 수단이 이용될 수 있다. 첫 번째 수단은 정류에 뒤따라 전류를 공급할 동일한 사이리스터에 의해 용량성 방전을 시작한다. 두 번째 수단은 보조 사이리스터에 의해 용량성 방전을 시작한다.

보다 상세하게는, 본 발명은 브러시리스 직류 전기 장치의 고정자 권선을 위한 전자 정류기 회로를 제공하며, 상기 고정자 권선은 같은 수의 공통 결합점들에 의해 연결된 다수개의 코일을 구비하고, 상기 전자 정류기 회로는 각 스위칭 스테이지가 상기 공통 결합점들 중 각각의 하나와 제1 및 제2직류 단자 사이에 연결되고 상기 고정자 권선으로 선택적으로 전압을 방전하기 위한 용량성 정류 강제 수단(capacitive commutation forcing means)을 포함하는 상기 코일과 같은 수의 스위칭 스테이지들을 포함하여 구성된다. 각 스위칭 스테이지는, 애노드가 제1직류 단자에 연결된 제1사이리스터, 캐소드가 제2직류 단자에 연결된 제2사이리스터, 상기 고정자 권선으로 선택적으로 전압을 방전하기 위해 상기 공통 결합점에 연결된 제1커패시터를 포함하며 상기 제1사이리스터와 관련된 제1정류 강제 수단, 및 상기 고정자 권선으로 선택적으로 전압을 방전하기 위해 상기 공통 결합점에 연결된 제2커패시터를 포함하며 상기 제2사이리스터와 관련된 제2정류 강제 수단을 더 포함하여 구성된다.

본 발명의 제1측면에서 상기 제1정류 강제 수단은 상기 제1사이리스터의 캐소드와 상기 공통 결합점 사이에 연결된 제1다이오드와 상기 제1다이오드에 병렬 연결된 제1커패시터를 더 포함하여 구성될 수 있고, 상기 제2정류 강제 수단은 상기 제2사이리스터의 애노드와 상기 공통 결합점 사이에 연결된 제2다이오드와 상기 제2다이오드에 병렬 연결된 제2커패시터를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 전자 정류기 회로의 상기 스위칭 스테이지들 중의 하나는 1차권선과 상기 1차권선에 자기적으로 결합된 2차권선이 구비된 제1리액터를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 상기 1차권선은 바람직하게는 상기 제1다이오드의 캐소드와 상기 제2다이오드의 애노드에 연결된 제1단자와, 바람직하게는 상기 공통 결합점에 연결된 제2단자를 구비한다.

상기 제1리액터는 상기 직류 전기 장치에서의 소량의 정격 장치 권선 전류(rated machine winding current)에서 포화되는 코어(core)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 코어 포화(core saturation)는 바람직하게는 상기 정격 장치 권선 전류의 10%보다 작은 리액터 권선 전류에서 발생할 것이다. 또한 리액터 권선 인덕턴스의 포화된 값은 두 개의 인접한 공통 결합점들 사이에서 측정된 고정자 권선의 인덕턴스의 1%보다 작게 되는 것이 바람직하며, 실제적으로 할 수 있는 만큼 작게 되는 것이 가장 바람직하다. 리액터 권선 인덕턴스의 불포화된 값을 리액터 권선 인덕턴스의 포화된 값으로 나눈 비율은 지수 10보다 크게 되는 것이 바람직하고, 실제적으로 할 수 있는 만큼 크게 되는 것이 가장 바람직하다. 포화될 수 있는 제1리액터의 목적은 관련된 제1 및 제2사이리스터에서 전류의 변화율을 감소시키고, 그에 따라 스위칭 전력 손실을 감소시키는 것이다. 전류의 변화율의 감소는 낮은 전류가 흐를 때와 전류가 반전될 때에만 요구된다. 그러므로 상기 제1리액터는 상기 전자 정류기 회로가 동작하는 다른 모든 시간 동안에는 눈에 띄지 않는 것이 바람직하다. 그러므로 목적은 불포화된 인덕턴스와 포화된 인덕턴스의 가장 큰 실제적인 비율과 가능한 가장 낮은 포화전류를 이용하는 것이다.

상기 전자 정류기 회로는 1차권선과 상기 1차권선에 자기적으로 결합된 2차권선이 구비된 제2리액터(상술한 제1리액터와 동일한 특성을 갖는 것이 바람직하다)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제2리액터의 1차권선은 상기 스위칭 스테이지들 중 다른 하나(즉, 상기 제1리액터와 관련하여 위에서 언급한 것이 아닌 전자 정류기 회로의 스위칭 스테이지)의 제1다이오드의 캐소드와, 상기 스위칭 스테이지들 중 다른 하나와 관련된 제2다이오드의 애노드에 연결된 제1단자를 구비한다. 또한 상기 제2리액터의 1차권선은 상기 스위칭 스테이지들 중 다른 하나와 관련된 공통 결합점에 연결되는 것이 바람직한 제2단자를 포함하여 구성된다.

상기 제2리액터의 2차권선은 제1단자와 제2단자를 포함하는 것이 바람직하다. 제1단자는 스위칭 스테이지들 중 상술한 하나의 제1다이오드의 캐소드와 상기 제1리액터의 1차권선 사이의 접합부(junction), 및 스위칭 스테이지들 중 상술한 하나의 제2다이오드의 애노드와 상기 제1리액터의 1차권선 사이의 접합부(junction)에 연결되는 것이 바람직하다. 제2단자는 제1다이오드 열이나 등가 다이오드를 통하여 스위칭 스테이지들 중 상술한 하나의 제1다이오드의 애노드와, 제2다이오드 열이나 등가 다이오드를 통하여 스위칭 스테이지들 중 상술한 하나의 제2다이오드의 캐소드에 연결되는 것이 바람직하다.

상기 스위칭 스테이지들 중 하나에서 강제 정류의 이점을 제공하기 위해, 상기 다이오드 열이나 등가 다이오드는 스위칭 스테이지들 중 다른 하나(different one)에서 스위칭 스테이지들 중 상술한 하나(said one of the switching stages)로 상기 제1 및 제2커패시터들을 충전하기 위한 전력을 전달하는 수단을 제공한다. 상기 전력 전달은 스위칭 스테이지들 중 다른 하나에 관련된 제2리액터에서의 트랜스포머 작용과, 상기 제2리액터의 2차권선에서의 제2단자를 스위칭 스테이지들 중 상술한 하나의 제1 및 제2커패시터들에 연결하는 다이오드 열이나 등가 다이오드에서의 정류 작용에 의해 발생된다.

단일의 등가 다이오드는 충분히 작은 전류 정격(current rating)과 충분히 높은 전압 저지 출력(voltage blocking capability)을 갖지 않을 것이기 때문에, 다이오드 열(diode strings)이 경제적인 이유들로 인해 이용될 수 있다. 그러나, 적절한 성분을 이용할 수 있다면, 단일 등가 다이오드들도 이용될 수 있다. 만약 다이오드 열이 이용된다면, 정전압과 동적전압 공유를 유효하게 지키고, 필요할 경우 여분의 N+1 직렬연결을 제공하기 위해 산업 표준 수단이 이용되어야 한다. 상기 다이오드 열과 등가 다이오드의 역재생 파라미터들은 펄스 듀티에 적합하게 될 수 있다.

가포화 리액터의 1차권선을 통한 전류 전달 작용은 전류를 그것의 2차권선으로 주입하는(inject) 것이다. 이것에 대한 한 가지 조건은 상기 2차권선이 충분히 낮은 부하 임피던스를 갖는 구성요소에 연결되어 있어야 하는 것이다. 본 발명의 전자 정류기 회로에서, 다이오드 열들 또는 등가 다이오드들 중 하나와, 가포화 리액터 1차권선 전류의 첫 번째 반 사이클 동안 스위칭 스테이지들 중 하나에서의 강제 정류의 이점을 제공하기 위해 이용되는 관련된 커패시터는, 전류가 상기 가포화 리액터 권선 전류의 첫 번째 반 사이클에서만 상기 제2리액터의 2차권선에 흐르게 하도록 충분히 낮은 부하 임피던스를 나타낸다. 가포화 리액터 1차권선 전류의 반대쪽 반 사이클에서는, 다른 다이오드 열 또는 등가 다이오드와, 가포화 리액터 1차권선 전류의 반대쪽 반 사이클 동안 상기 스위칭 스테이지들 중 하나에서의 강제 정류의 이점을 제공하기 위해 이용되는 관련된 커패시터는, 전류가 상기 가포화 리액터 권선 전류의 반대쪽 반 사이클에서만 상기 제2리액터의 2차권선에 흐르게 하도록 충분히 낮은 부하 임피던스를 나타낸다.

제1 및 제2커패시터를 충전하기 위한 전력의 전달을 제공하는 제2리액터는 상기 스위칭 스테이지들 중 상술한 하나(said one)에는 위치할 수 없지만, 다른 편리한 스위칭 스테이지에 위치할 수 있다. 일반적으로 상기 제1 및 제2커패시터는 충전과 강제 정류 방전의 기간 동안 과도하게 방전되지 않는 것이 바람직하고, 제2리액터에 스위칭 스테이지들 중 다른 하나와, 제2리액터에 의해 충전된 제1 및 제2커패시터와 관련된 스위칭 스테이지들 중 상술한 하나 사이의 오프셋(달리 말하면 스위칭 스테이지의 원형 또는 선형 배열에서의 공간적 배치)은 적절히 선택될 수 있다. 공통 결합점의 위상 회전(phase rotation)이 단일 방향인 경우, 정류 커패시터 방전의 영향을 최소화하기 위해, 리액터 페이징(reactor phasing)과, 전하 공급 리액터들과 그에 관련된 전하 수신 커패시터들 사이의 스위칭 스테이지 오프셋을 설정할 수 있다. 공통 결합점의 위상 회전이 양방향이고 토크 요구조건이 회전에 관해 대칭인 경우, 리액터 페이징과, 전하 공급 리액터들과 그에 관련된 전하 수신 커패시터들 사이의 스위칭 스테이지 오프셋을 가능한 한 대칭에 가깝게 설정할 필요가 있다. 실제에 있어, 상기 전하 공급 리액터들과 그에 관련된 전하 수신 커패시터들 사이의 스위칭 스테이지 오프셋은 하나의 인덱싱 스텝을 최소한으로 하도록 설정할 필요가 있을 것이다. 대칭적인 토크 요구조건을 갖는 양방향 시스템은 특정 용도에서의 최적화 과정에 따라 대칭적인 정류 커패시터 충전으로부터 벗어날 수 있다.

상기 전자 정류기 회로는 스위치 모드 전력장치에 연결된 1차권선과, 상기 1차권선에 자기적으로 결합되고 제1단자와 제2단자가 구비된 2차권선이 구비된 펄스 변성기(pulse transformer)를 더 포함하여 구성된다. 상기 2차권선의 제1단자는 제1다이오드의 캐소드와 제2다이오드의 애노드에 연결되는 것이 바람직하다. 상기 펄스 변성기에 구비된 상기 2차권선의 제2단자는 제1다이오드 열 또는 등가 다이오드를 통하여 상기 제1다이오드의 애노드에, 그리고 제2다이오드 열 또는 등가 다이오드를 통하여 상기 제2다이오드의 캐소드에 연결되는 것이 바람직하다.

그러한 스위치 모드 전력 장치와 펄스 변성기를 이용하여 제1 및 제2커패시터를 충전하는 것은 항상 충전 용량을 제공함으로써, 장치의 속도, 방향 및 토크 민감도를 피할 수 있는 이점이 있다. 실제로, 편리한 개수의 스위치 모드 전력 장치가 편리한 개수의 펄스 변성기에 공급하기 위해 이용될 수 있다. 펄스 변성기는 편리한 개수의 2차권선에 통합될 수도 있다. 더욱이 상술한 가포화 제1 및 제2리액터는 편리한 개수의 2차권선을 가질 수 있고, 스위치 모드 전력 장치와 충전이 공급되는 펄스 변성기에 결합되어 이용될 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2커패시터는 적어도 하나의 전기적으로 분리된 보조 전력 장치(galvanically isolated auxiliary power supply)에 의해 충전될 수 있다. 제1 및 제2커패시터가 적어도 하나의 전기적으로 분리된 보조 전력 장치에 의해 충전된 경우, 전자 정류기 회로를 이용하는 브러시리스 직류 장치는 영국 특허출원(British Patent Application 2117580)의 브러시리스 직류 회전 장치와 유사한 방법으로 동작할 것이다. 그러나 본 발명의 전자 정류기의 특성은 본질적으로 고정자 전압 따라서 샤프트 속도나 선형 속도에 독립적인 것이다. 전자 정류기 회로가 고정자 전압에 독립적이라는 사실은 권선 전압에 관한 제어시스템의 불충분한 동기화로 인하여 발생되는 동작 문제를 겪지 않는다는 것을 의미한다. 다수의 전력원이 각 스위칭 스테이지에서 특정한 하나의 제1 및 제2커패시터를 충전하기 위해 공급될 때, 각 전력 공급은 자신의 다이오드 열이나 등가 다이오드를 구비해야 한다.

본 발명의 제2측면에서 상기 제1정류 강제 수단은, 서로 직렬로 연결되고, 제1보조 사이리스터가 상기 제1사이리스터와 동일한 극성을 갖도록 상기 제1사이리스터에 병렬 연결된 제1보조 사이리스터와 제1커패시터를 더 포함하며, 상기 제2정류 강제 수단은, 서로 직렬로 연결되고, 제2보조 사이리스터가 상기 제2사이리스터와 동일한 극성을 갖도록 상기 제2사이리스터에 병렬 연결된 제2보조 사이리스터와 제2커패시터를 더 포함하여 구성된다.

상기 전자 정류기 회로의 스위칭 스테이지들 중의 하나는, 1차권선과, 상기 1차권선에 자기적으로 결합된 2차권선이 구비된 제1리액터를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 상기 1차권선은 상기 제1사이리스터의 캐소드와 상기 제2사이리스터의 애노드에 바람직하게 연결된 제1단자와, 상기 공통 결합점에 바람직하게 연결된 제2단자가 구비된다.

또한 본 발명의 제2측면에 따른 제1리액터는 상기 직류 전기 장치에서의 소량의 정격 장치 권선 전류에서 포화되는 코어를 더 포함하는 것이 바람직하다. 그것의 다른 특성들은 상술한 본 발명의 제1측면에 따른 제1리액터와 같은 것이 바람직하다.

상기 전자 정류기 회로는 1차권선과 상기 1차권선에 자기적으로 연결된 2차권선이 구비된 제2리액터(상술한 제1리액터와 동일한 특성을 갖는 것이 바람직하다)를 더 포함하여 구성된다. 상기 1차권선은 상기 스위칭 스테이지들 중 다른 하나(즉, 상기 제1리액터와 관련하여 위에서 언급한 것이 아닌 전자 정류기 회로의 스위칭 스테이지)에서의 제1사이리스터의 캐소드와 상기 스위칭 스테이지들 중 다른 하나에 관련된 제2사이리스터의 애노드에 바람직하게 연결된 제1단자와, 상기 스위칭 스테이지들 중 다른 하나에 관련된 공통 결합점에 바람직하게 연결된 제2단자가 구비된다.

상기 제2리액터의 2차권선의 제1단자는 상기 스위칭 스테이지들 중 상술한 하나의 제1사이리스터의 캐소드와 상기 제1리액터의 1차권선 사이의 접합부에 연결되고, 상기 스위칭 스테이지들 중 상술한 하나의 제2사이리스터의 애노드와 상기 제1리액터의 1차권선 사이의 접합부에 연결되는 것이 바람직하다.

상기 제2리액터의 2차권선의 제2단자는 제1다이오드를 통하여 상기 제1보조 사이리스터와 제1커패시터의 접합부에 연결되고, 제2다이오드를 통하여 상기 제2보조 사이리스터와 상기 제2커패시터의 접합부에 연결되는 것이 바람직하다. 상기 스위칭 스테이지들 중 상술한 하나에서 강제 정류의 이점을 제공하기 위해, 상기 제1 및 제2다이오는 상기 스위칭 스테이지들 중 다른 하나(different one)에서 상기 스위칭 스테이지들 중 상술한 하나(said one of the switching stages)로 상기 제1 및 제2커패시터들을 충전하기 위한 전력을 전달하는 수단을 제공한다. 상기 제2리액터에서 상기 스위칭 스테이지들 중 상술한 하나에 관련된 제1 및 제2커패시터들로의 전력 전달은, 본 발명의 제1측면에 관하여 상술한 바와 일반적으로 동일하다.

또한 위에서 상세히 설명한 바와 같이, 스위치 모드 전력 장치와 펄스 변성기 및/또는 적어도 하나의 전기적으로 분리된 보조 전력 장치를 이용하여 상기 제1 및 제2커패시터를 충전할 수 있다.

상기 전자 정류기 회로는 회전자, 고정자, 같은 수의 공통 결합점들에 의해 연결된 다수의 코일이 구비된 고정자 권선을 포함하여 구성되는 직류 회전 장치에 이용될 수 있으며, 상기 전자 정류기 회로의 각 스위칭 스테이지는 상기 공통 결합점들 중 각각의 하나와 제1 및 제2직류 단자들 사이에 연결된다.

또한, 상기 전자 정류기 회로는 병진기(translator), 고정자, 같은 수의 공통 결합점들에 의해 연결된 다수의 코일이 구비된 고정자 권선을 포함하여 구성되는 직류 선형 장치에 이용될 수 있으며, 상기 전자 정류기 회로의 각 스위칭 스테이지는 상기 공통 결합점들 중 각각의 하나와 제1 및 제2직류 단자들 사이에 연결된다.

브러시리스 직류 전기 장치는 적절한 수단에 의해 여자(excited)될 수 있고, 여자의 형태는 전자 정류기 회로의 동작과 이점에 영향을 미치지 않는다. 그러므로 전자 정류기 회로는 슬립링이나 브러시리스 필드 시스템이 구비되고, 통상적인 권선이나 고온 초전도성 또는 저온 초전도성 필드 권선이 구비되며, 방사상, 축상 및 가로축상 플럭스 방향을 갖는 영구자석 회전자가 구비된, 통상적이고, 안팎으로(inside-out) 및 양면으로 배열된 직류 전기 장치에 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 전자 정류기 회로는, 직류 회전 장치 또는 직류 선형 장치 등이 낮은 속도에서 동작할 경우에도 주지의 전자 정류기에 내장되어 토크 한계를 극복함으로써 신뢰할 만한 정류작용을 제공할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 브러시가 사이리스터들에 의해 대체되고 정류자편들이 사이리스터 연합쌍 사이의 공통 결합점에 의해 대체된, 산업 규격에 따른 랩 권선형 고정자에서 통상적인 브러시와 정류기 토폴로지를 복제하는 종래 기술에 따른 고정자 권선과 그에 관련된 전자 정류기를 나타내는 개략도.

도 2는 종래 기술에 따른 고정자 권선과 전자 정류 회로를 선형 형태로 나타내는 개략도.

도 3은 종래 기술에 따른 도 2의 전자 정류기 회로의 단일 스위칭 스테이지를 나타내는 개략도.

도 4는 스위칭 스테이지로서 한 쌍의 사이리스터를 이용하는 일반 정류 과정에 대한 등가 회로 정의를 묘사하는 개략도.

도 5는 도 4의 일반 정류 과정에 대한 이상적인 정류 파형을 나타내는 파형도.

도 6A는 본 발명에 따른 브러시리스 직류 전기 장치에서의 제1전자 정류기 회로를 나타내는 개략도.

도 6B는 펄스 변성기(pulse transformer)에 통합된 도 6A의 제1전자 정류기 회로의 변형을 나타내는 개략도.

도 7 내지 도 10은 도 6A의 제1전자 정류기 회로의 동작을 나타내는 개략도.

도 11은 브러시리스 직류 전기 장치가 전동 모드에서 동작할 때 도 6A의 제1전자 정류기 회로에 대한 사이리스터 파형을 나타내는 파형도.

도 12는 도 11의 사이리스터 파형을 보다 상세히 나타내는 파형도.

도 13은 브러시리스 직류 전기 장치가 발전 모드에서 동작할 때 도 6A의 제1전자 정류기 회로에 대한 사이리스터 파형을 나타내는 파형도.

도 14는 본 발명에 따른 브러시리스 직류 전기 장치에서의 제2전자 정류기 회로를 나타내는 개략도.

도 15 내지 도 20은 도 14의 제2전자 정류기 회로의 동작을 나타내는 개략도.

명확한 이해를 위해, 스위칭 보조 네트워크(때로는 스너버(snubber)로 불림)는 도면에 포함되어 있지 않다. 그러나 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 실제로 모든 전자 정류기 회로는 전력 전자 장치에서의 스위칭 손실을 줄이기 위한 목적으로 스위칭 보조 네트워크를 포함할 수 있음은 명확할 것이다. 아래에서 언급되는 적절한 리액터들(reactors)은 상술한 이점을 제공할 뿐만 아니라, 상기 스위칭 보조 네트워크의 전체적인 효과에도 기여할 것이다.

비록 상기 전자 정류기 회로는 이하에서 직류 회전 장치를 기준으로 설명되지만, 직류 선형 장치에의 이용을 위해서도 적응될 수 있을 것이다. 선형 장치의 경우에, 용어 "회전자"로 이용된 것은 용어 "병진기(translator)", "이동부재" 또는 다른 적절한 용어로서 적합하게 대체될 수 있다. 이하에서 언급되는 회전하는 브러시리스 직류 전기 장치는 연속적인 전자기 회로를 가짐에 반하여, 선형 장치의 고정자 권선과 이동부재에서의 전자기 관계는 모든 고정자와 이동부재 끝단에서 불연속적이 될 필요가 있다.

도 6A는 브러시리스 직류 전기 장치에 대한 제1전자 정류기 회로를 나타낸다. 상기 회로는 제1다이오드(2)에 직렬 연결된 제1사이리스터(1)와, 제2다이오드(5)에 직렬 연결된 제2사이리스터(4)를 포함하여 구성된다. 상기 제1 및 제2다이오드(2, 5)는 리액터(7)의 1차권선(primary winding)(8)의 왼쪽에 연결되어 있다. 상기 1차권선(8)의 오른쪽은 스위칭 스테이지마다 두 개의 코일을 가진 고정자 권선의 권선탭 n에 연결된다. 전류가 상기 직류 단자 DC1로부터 제1사이리스터(1), 제1다이오드(2) 및 상기 리액터(7)의 1차권선(8)을 통하여 흐를 수 있도록, 상기 제1다이오드(2)는 적절한 극성을 갖고 상기 1차권선(8)에 연결된다. 이와 유사하게, 전류가 상기 권선탭 n으로부터 1차권선(8), 제2다이오드(5) 및 제2사이리스터(4)를 통하여 직류 단자 DC2로 흐를 수 있도록, 상기 제2다이오드(5)는 적절한 극성을 갖고 상기 1차권선에 연결된다.

만약 상기 리액터(7)의 기능이 다른 전자 구성요소들(제1다이오드(2)는 단락 회로 처럼 간주된다)을 절연시키는 것이라면, 상기 리액터의 코어(core)는 소량의 정격 장치 권선 전류(rated machine winding current)에서 포화되도록 설계됨을 알 수 있을 것이다. 1차권선(8)이 상기 리액터(7)의 코어를 포화시키기 위해 필요한 것보다 더 적은 전류를 전달할 때, 1차권선에서의 유도는 최대가 된다. 한편 상기 1차권선(8)이 상기 리액터(7)의 코어를 포화시키기 위해 필요한 것보다 더 큰 전류를 전달할 때, 상기 1차권선에서의 유도는 최소가 된다. 제1사이리스터(1)가 턴 온될 때, 상기 1차권선(8)에 의해 전달되는 전류가 처음에는 적고 1차권선 인덕턴스가 상기 제1사이리스터에서의 턴 온 손실을 감소시키는데 유리하기 때문에, 상기 리액터(7)는 포화되지 않는다. 제1사이리스터(1)가 전자 정류기 회로의 다른 어느 곳에서든 사이리스터의 작용 결과로 정류될 때, 상기 1차권선 인덕턴스는 상기 1차권선(8)에 의해 전달되는 전류가 0 에 가깝게 되는 동안 증가하게 된다. 상기 1차권선 인덕턴스는 제1사이리스터(1)에서 턴 오프 손실을 감소시키는데 유리하다. 상기 리액터(7)의 기능은 상기 제2사이리스터(4)에서의 턴 온 손실과 턴 오프 손실을 감소시키는 데에도 마찬가지로 유리하게 된다.

실제로, 상기 리액터(7)의 기능은 부가적인 구성요소들이 존재함으로 인하여 더 복잡해지게 된다. 상기 리액터(7)와 관련된 이러한 부가적인 구성요소들의 상호작용은 이제 설명될 것이다. 상기 전자 정류기 회로는 상기 제1다이오드(2)에 병렬 연결된 제1커패시터(3)와, 상기 제2다이오드(5)에 병렬 연결된 제2커패시터(6)를 포함하여 구성된다. 상기 고정자 권선의 인접한 권선탭 n+1은 유사한 리액터(7n+1)에 연결된다. 이러한 리액터(7n+1)는 2차권선(9n+1)을 구비하며, 상기 2차권 선(9n+1)의 출력은 제1다이오드 열(first diode string)(10)에서의 반파 정류 효과에 의해 상기 제1커패시터(3)를 충전하는데 이용된다. 또한 상기 2차권선(9n+1)의 출력은 제2다이오드 열(second diode string)(11)에서의 반파 정류 효과에 의해 상기 제2커패시터(6)를 충전하는데 이용될 수도 있다. 1차권선과 2차권선을 구비하고 포화될 수 있는 리액터들은 펄스 변성기(pulse transformers)로서 동작하게 될 수 있고, 그에 따라 상기 리액터(7n+1)의 1차권선(8n+1)으로부터 제1커패시터(3) 와 제2커패시터(6)로 에너지가 간편하게 변환될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한 상기 리액터(7)의 2차권선(9)은 인접한 권선탭 n+1과 관련된 전자 정류기 회로에서 한 쌍의 커패시터들(미도시)을 충전하는데 이용될 수 있다.

상기 제1 및 제2커패시터(3, 6)가 충전되어 주어진 경우, 제1 및 제2사이리스터(1, 4)에서의 정류와 관련된 기능은 이제 설명될 것이다. 명확한 이해를 위해, 상기 제1다이오드(2)가 역 바이어스(reverse biased)되도록 상기 제1커패시터(3)가 충전되고, 1차권선의 임피던스가 무시할 수 있을 정도도 작다면, 상기 제1커패시터 양단에서의 전압은 도 2 및 도 3에서의 주지의 전자 정류기 회로의 제1사이리스터(1)에 의해 일반적으로 걸리는 오프상태 전압(off-state voltage)에 중첩될 것이다. 그러므로 상기 제1사이리스터가 게이트될(gated) 때, 상기 제1커패시터(3) 양단에서의 전압은, 도 3에서의 주지의 전자 정류기 회로의 제1사이리스터(1)에 의해 겪게 되는 전류의 증가율에 비례하여 상기 제1사이리스터(1)에서의 전류의 증가율을 증대시킨다. 이와 유사하게, 상기 제1사이리스터가 게이트될(gated) 때, 상기 제1커패시터(3) 양단에서의 전압은, 주지의 전자 정류기 회로에서의 등가 사이리스 터에 의해 다른 방법으로 겪게 되는 아웃고잉 사이리스터(다른 곳에서 설명되지만 이 정류와 관련됨)에서의 전류의 감소를 증대시킨다. 상기 제2커패시터(6) 양단에서의 전압은 상기 제2사이리스터(4)와 관련된 정류를 향상시키기 위해 같은 방법으로 이용될 수 있다. 상기 제1 및 제2사이리스터(1, 4)에서 증가된 전류의 변화율은 오버랩 각도(overlap angle)를 감소시키고, 그에 따라 주지의 전자 정류기 회로와 관련하여 사이리스터들의 턴 오프 시간을 증가시키게 된다. 상기 리액터(7)를 적절히 설계함으로써, 정류 과정의 속도가 회전자의 속도로부터 상당히 분리될(de-coupled) 수 있고, 코일 전압이 스스로 신뢰할 만한 자연 정류를 야기하기 불충분할 때에도, 낮은 샤프트 속도(shaft speeds)에서 큰 전류를 신뢰성 있게 강제 정류할 수 있게 된다.

상술한 전자 정류기 회로는 역전된 가변 속도 구동 장치(reversing variable speed drive application)에서는 받아들일 수 없는 방향 감도(direction sensitivity)를 가질 수 있다. 그러한 장치에서 정류 순서는, 예를 들어 권선탭 n-1, 권선탭 n, 권선탭 n+1, 권선탭 n+2 등 도 6A에서의 라벨링 규약에 따라, 한 번에 하나의 스위칭 스테이지가 인덱스된다. 그러한 전자 정류기 회로에서, 상기 제1 및 제2사이리스터(1, 4)의 게이팅(gating) 전에, 상기 제1 및 제2커패시터(3, 6)가 각각 적절하게 충전되어야 하는 것은 필수적이다. 그러므로 권선탭 n+2에서 권선탭 n+1로 정류되는 동안(즉, 권선탭 n+1에서 권선탭 n으로의 정류에 바로 선행하는) 이러한 커패시터들이 충전되는 것이 더 효과적일 것이며, 그에 따라 커패시터 충전과 스위칭되는 방전 사이의 기간을 최소화하고, 상기 커패시터들이 너무 빨리 방전 되는 위험을 감소시킬 것이다. 이 경우 충전과 스위칭되는 방전 사이의 기간은 하나의 고정자 권선 피치의 각 공간(angular spacing)과 관련될 것이다. 각 리액터(7)는 상기 직류 전기 장치의 회전자에서 각각의 완전한 회전(revolution)동안 두 번의 정류를 겪게 되고, 각 정류 간의 기간은 고정자 기본 주파수에서 180˚이기 때문에, 만약 상기 직류 전기 장치가 반대 방향으로 회전한다면, 스위칭되는 방전이 일어나기 전에, 상기 커패시터 충전은 180˚에서 하나의 고정자 권선 피치의 각 공간을 뺀 것이 될 것이다.

이러한 방향 감도는 상기 제1 및 제2커패시터(3, 6)를 충전하기 위해 고정자 기본 주파수에서 대략 90˚에 위치하는 리액터를 이용하여 극복될 수 있을 것이다. 사실, 상기 리액터의 2차권선과 그에 관련된 제1 및 제2커패시터들 사이의 각 변위는 고정자 권선 피치의 편리한 정수배로 설정될 수 있다. 게다가, 다수의 2차권선들(multiple secondary windings)이 상기 제1 및 제2커패시터(3, 6)를 충전하기 위해 이용될 수 있다. 이 경우, 각 커패시터는 2차권선 각각을 위한 다이오드 열(a diode string)을 필요로 한다.

상기 제1 및 제2다이오드 열(10, 11)은 부하 전류가 과도하게 비례하여 상기 제1 및 제2다이오드(2, 5)에서 벗어나 상기 리액터 7n+1의 2차권선 9n+1로 유입되는 것을 방지하기 위해 충분한 순방향 전압 강하를 가져야 한다. 상기 제1 및 제2다이오드(2, 5)가 부하전류를 전송할 때, 상기 2차권선 9n+1로 분산되는 부하 전류의 비율은 상기 리액터 7n+1를 포화시키기 위해 필요한 것보다 현저히 작아야 한다.

상기 방향 감도를 방지하기 위한 다른 방법은, 상기 제1 및 제2커패시터(3, 6)를 충전하기 위해 전기적으로 분리된 보조 전력 장치(galvanically isolated auxiliary power supplies)(미도시)를 이용하는 것이다. 펄스 변성기가 전기적 분리(galvanic isolation) 목적으로 이용될 수 있고, 상기 펄스 변성기의 2차회로(secondaries)는 리액터의 2차권선(9) 대신으로 대체된다. 공통 1차권선에 더하여, 필요한 개수만큼의 2차권선으로 구성된 펄스 변성기와 전력 장치가 편리한 개수만큼 이용될 수 있다. 도 6B는 스위치 모드 전력 장치가 1차권선(19)을 갖는 펄스 변성기(18)에 교류 전압을 공급하기 위해 이용되는, 도 6A의 전자 정류기 회로의 변형을 나타낸다. 도 6A의 전자 정류기 회로에서의 2차권선 9 및 9n+1은, 전력이 스위치 모드 전력 장치(20)에서 2차권선 9 및 9n+1로 변환될 수 있도록, 상기 펄스 변성기에서 위치가 변경되어 도시된다. 실제로, 상기 펄스 변성기(18)는 편리한 만큼 많은 2차권선들이 구비되도록 갖춰질 수 있다. 예를 들어, 4개의 2차권선들 9, 9n+1, 9n+2 및 9n+3이 상기 펄스 변성기(18)에 갖춰질 수 있고, 4개의 2차권선들 9n+4, 9n+5, 9n+6 및 9n+7이 제2펄스 변성기(미도시)에 갖춰질 수 있으며, 그 외에도 마찬가지이다. 상기 펄스 변성기(18)는 물리적 크기를 최소화하고 절연 설계(insulation design)를 단순화하기 위해, 비교적 높게 반복되는 펄스 주파수, 즉, 약 20㎑에서 동작될 수 있다. 상기 펄스 변성기(18)의 설계는 비용을 초기에 감소시키고, 실제적으로 너무 많은 2차권선이 구비된 결과 펄스 변성기의 2차권선의 절연(insulation), 종단(termination), 제조 및 설치가 과도하게 복잡해 지지 않을 정도까지만 2차권선들을 구비하여 장비를 초기에 간소화시키도록 절충될 것이 다. 도 6B에 도시되어 있지 않은 단순화 수단 중의 하나는 단일의 스위치 모드 전력 장치로부터 다수개 펄스 변성기들의 1차권선을 공급하는 것이다. 상기 스위치 모드 전력 장치가 전력 평가에서의 크기(scale)의 경제적인 이점을 주는 반면, 각 펄스 변성기는 편리한 만큼 많은 2차권선을 구비할 것이다.

상기 제1전자 정류기 장치의 동작은 도 7 내지 도 10을 참조하여 보다 설명될 것이다. 상기 동작은 고정자 권선의 권선탭 n과 관련된 제1스위칭 스테이지와, 고정자 권선에 인접한 권선탭 n+1과 관련된 제2스위칭 스테이지에 대한 일반적인 경우를 나타낸다. 정류 순서는 직류 전기 장치의 회전자에 관련된 필드의 회전(rotation of the field)과 보조를 맞추는 동안, 상기 고정자 권선에서 포인트들로 입출력(entry and exit)되는 권선전류에 인덱스(index)하도록 구성된다. 아래의 설명에서는, 제1사이리스터로부터의 부하 전류가 제2사이리스터에서 정류되고, 그 동안 제3사이리스터에서 계속하여 흐르는 상황을 나타낸다.

모든 실제적인 목적들에 있어서, 상기 고정자 권선의 출력 포인트에 발생되는 정류 순서는 상기 고정자 권선의 입력 포인트에서 발생되는 정류 순서와는 독립적이다. 상기 입출력 포인트들에서의 정류는 동시에 발생되거나, 입력 포인트 정류가 출력 포인트 정류보다 미리 발생될 수 있거나 그 반대의 경우도 가능하지만, 타이밍 스큐(timing skew)는 회전하는 전류가 폴리고날 권선 둘레에서 흐를 정도로 충분히 크지는 않아야 한다. 어떠한 경우든, 상기 전류 순서는 동일하다. 그러므로 도 7 내지 도 10을 참조한 상세한 설명은 1차권선탭 n에 관련된 제1사이리스터 1n로부터 인접한 권선탭 n+1에 관련된 제1사이리스터 1n+1로의 정류에 집중된다. 1차 권선탭 n에 관련된 제2사이리스터 4n로부터 인접한 권선탭 n+1에 관련된 제2사이리스터 4n+1로의 정류는, 전류와 전압 극성이 반전되었다는 사실만을 제외하고는 동일하다. 고정자 권선의 입력 포인트에서의 정류가 제1사이리스터 1n에서 제1사이리스터 1n+1로 이루어질 때, 고정자 권선의 출력 포인트에서의 정류가 제2사이리스터 4n+m에서 제2사이리스터 4n+m+1로 이루어지는 것이 뒤따르며, 여기서 m은 특정한 폴리고날 권선이나 랩 권선에서 공동 결합점들의 개수의 반에 따라 오프셋(offset)된다. 연속적인 정류가 고정자 권선의 입출력 포인트들의 인덱싱(indexing)을 야기함에 따라, 나중에 입력 포인트는 결국 고정자 기본 주파수의 180˚인 출력 포인트가 될 것이다.

도 2에 도시된 것처럼, 정류 전에, 권선 전류는 고정자 권선을 따라 흐르고, 상기 고정자 권선에 있는 입력 포인트로 들어가며, 고정자 권선에 있는 출력 포인트로 출력되는 것으로 가정한다. 정류의 시작점은 도 7에 도시되어 있다. 권선탭 n+1과 관련된 커패시터 3n+1은 초기 전압(Vcapacitor)으로 충전되고, 부하전류가 전달되는 고정자 권선에 있는 포인트에 연결된다. 상기 커패시터 3n+1과 관련된 사이리스터 1n+1은 커패시터 전압(Vcapacitor)과 코일 전압(Vcoil)의 합과 같은 순방향 전압(Vthyristor, V사이리스터)를 겪는다. 상기 커패시터 전압(Vcapacitor)의 존재는 게이트 되었을 때, 심지어 코일 전압(Vcoil)이 스스로는 그렇게 급격한 턴 온을 야기할 만큼 충분하지 않을 경우에도, 상기 권선탭 n+1과 관련된 사이리스터 1n+1이 급격하게 턴온 되게 한다.

전류의 정류는 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 사이리스터 1n+1가 파이어 링(firing)되는 것에 의해 시작된다. 상기 사이리스터 1n+1에 의해 걸리는 순방향 전압(Vthyristor)가 감소함에 따라, 전압이 리액터 7n+1에 인가되고 전류는 낮은 초기 변화율(di/dt)로 증가하기 시작한다. 상기 전류의 흐름은 상기 리액터 7n+1이 (정격 장치 권선 전류의 일부에서) 포화될 때까지 더 증가하고, 전류의 변화율(di/dt)은 상기 리액터 인덕턴스의 감소에 따라 증가한다. 상기 전류의 흐름은, 전류가 다이오드 2n+1에 전달될 때까지 방전을 야기하면서, 초기에는 상기 커패시터 3n+1을 통하여 이루어진다. 이것은 결국 도 9에 도시된 것처럼, 상기 권선탭 n과 권선탭 n+1사이에서 고정자 권선에 있는 코일에서의 전류 흐름을 반전시키는 결과를 가져온다.

상기 정류 과정이 계속됨에 따라, 상기 사이리스터 1n에 있는 전류는 0으로 감소하게 된다. 다이오드 2n은 상기 사이리스터 1n 보다 더 빠른 역재생(reverse recovery)을 갖도록 선택되고, 그러므로 상기 사이리스터 1n이 완전히 역재생되기 전에 역전압(reverse voltage)을 유지하기 시작할 것이다. 이것은 상기 사이리스터 1n에서의 역재생 손실이 최소화되는 것을 확실하게 하지만, 턴 오프 시간(Tq) 장애를 피하기 위해 코일 전압(Vcoil)은 상기 사이리스터 1n이 완전히 회복되기 위한 충분한 시간의 길이동안 양(positive)으로 유지되어야 한다. 상기 다이오드 2n과 사이리스터 1n의 재생 과정은, 전류가 0에 가까워지고 그 코어(core)가 포화되지 않게됨에 따라, 전류의 변화율(di/dt)이 상기 사이리스터 1n에서 감소되게 하는 인덕턴스를 갖는 가포화 리액터(saturable reactor) 7n의 존재에 의해 도움을 받는다. 이것은 역재생 전류를 감소시킨다. 도 10은 정류 과정이 끝난 후에 스위칭 스 테이지의 상태를 나타낸다.

직류 전기 장치가 전동모드(motoring mode)(즉, 전류가 전자 정류기 회로를 통해 직렬 연결된 고정자 권선의 코일로 공급된다)에서 동작할 때, 상기 사이리스터 파형은 도 11에 도시된 것과 유사한 형태를 갖는다. 상기 사이리스터들이 역 바이어스되는 동안의 시간 비율("A"로 표시됨)은 상대적으로 작고, 전압 리플(voltage ripple)은 고정자 권선에 있는 코일의 개수와는 독립적이다. 사이리스터의 부드러운 역 재생 전류(soft reverse recovery current)는 명확하게 표현된다. "B"로 표시된 파형 부분은 상기 사이리스터 전압(Vthyristor)이 증가하도록 관련된 커패시터로 전하가 주입되는 동안의 시간을 나타낸다. "C"로 표시된 파형 부분은 상기 사이리스터가 게이트 온되는 시간을 나타낸다. "D"로 표시된 파형 부분은 상기 사이리스터의 부드러운 역 재생 전류를 나타낸다. 도 12는 정류 과정과 특정한 사이리스터의 턴 오프 시간 Tq과 오버랩 μ를 더 잘 나타내기 위해 도 11의 파형이 더 확장된 것이다.

직류 전기 장치가 발전모드(generating mode)(즉, 전류가 전자 정류기 회로를 통해 직렬 연결된 고정자 권선의 코일로부터 공급된다)에서 동작할 때, 상기 사이리스터 파형은 도 13에 도시된 것과 유사한 형태를 갖는다. 상기 사이리스터들이 역 바이어스되는 동안의 시간 비율("A"로 표시됨)은 상대적으로 크다. 사이리스터의 부드러운 역 재생 전류(soft reverse recovery current)는 명확하게 표현된다. "B"로 표시된 파형 부분은 상기 사이리스터 전압(Vthyristor)이 증가하도록 관련된 커패시터로 전하가 주입되는 동안의 시간을 증가시키는 것을 나타낸다. "C"로 표시 된 파형 부분은 상기 사이리스터가 게이트 온되는 시간을 나타낸다. "D"로 표시된 파형 부분은 상기 사이리스터의 부드러운 역 재생 전류를 나타낸다.

전동 장치와 발전 장치 모두에서 사용할 수 있는 직류 전기 장치에서, 상기 직류 단자 전류 흐름은, 관련된 직류 단자들에 관한 사이리스터들의 극성에 의해 결정되는 단일 방향의 극성을 갖는다. 전동 모드와 발전 모드의 제어는 회전자의 위치에 관한 사이리스터들의 파이어링(firing) 포인트 조정에 의해 영향 받을 수 있으며, 그에 따라 주지의 사이리스터 변환기 위상 제어 원리에 의해 직류 단자 전압의 평균값을 조정하고 반전하는 것을 가능하게 한다. 이것은 상기 사이리스터들이 역 바이어스되는 동안의 시간 비율을 조정할 수 있게 한다. 또한 회전의 방향은 위상 제어에 의한 상기 직류 단자 전압의 위상에 따라 조절될 수 있다. 또한 상기 직류 전기 장치의 동작점은 예를 들어, 정류하고 반전할 수 있는 사이리스터 공급 브리지의 수단과 같은 외부 수단에 의해 상기 직류 단자 전류를 조정함으로써 제어될 수 있다.

그러므로 전기적으로 정류되는 직류 전기 장치는 다음의 모드에서 동작될 수 있다:

(ⅰ) 직류 출력 전압이 대략 그 권선 전압에 비례하는 발전기로서;

(ⅱ) 직류 출력 전압이 그 권선 전압에 관해서 조정되고, 그 결과 직류측 장애 전류(dc side fault current)를 스스로 제한(self-limit)하는데 이용될 수 있는 발전기로서;

(ⅲ) 직류 단자 전압이 대략 그 권선 전압에 비례하는 전동기로서;

(ⅳ) 직류 출력 전압이 그 권선 전압에 관해서 조정되고, 그 결과 그 동작 성능을 능동적으로 제어하는데 이용되거나 그 동작 성능의 제어에 기여하도록 이용될 수 있는 전동기로서; 또는

(ⅴ) 그 권선 전압에 관해 직류 단자 전압의 크기와 극성을 조정함으로써 전동 또는 발전에 이용될 수 있고, 그 결과 주지의 "4 쿼드런트(four quadrant)" 응용장치에 이용될 수 있는 장치로서 동작될 수 있다.

도 14는 직류 전기 장치를 위한 제2전자 정류기 회로를 나타낸다. 상기 회로는 리액터(7)의 1차권선(8)의 왼쪽에 연결된 제1사이리스터(1)와 제2사이리스터(4)를 포함한다. 상기 1차권선(8)의 오른쪽은 고정자 권선의 권선탭 n에 연결되어 있다. 상기 제1사이리스터(1)는 전류가 직류 단자 DC1에서 상기 리액터(7)의 제1사이리스터(4)와 1차권선(8)을 통하여 권선탭 n으로 흐를 수 있도록, 적절한 극성을 갖고 1차권선(8)에 연결된다. 이와 유사하게, 상기 제2사이리스터(4)는 전류가 권선탭 n에서 상기 1차권선(8)과 제2사이리스터를 통하여 직류 단자 DC2로 흐를 수 있도록, 적절한 극성을 갖고 1차권선(8)에 연결된다.

상기 리액터(7)는 상술한 제1전자 정류기 회로의 리액터와 같은 방법으로 기능한다. 이와 유사하게, 제1 및 제2커패시터(12, 15)는, 그들의 스위칭된 방전이 제3 및 제4보조 사이리스터(14, 17)의 게이팅(dating)에 의해 각각 시작된다는 점만을 제외하고는, 상술한 제1전자 정류기 회로의 제1 및 제2 커패시터(3, 6)와 같은 방법으로 기능한다. 상기 보조 사이리스터들(14, 17)의 파이어링(firing) 작용은 상기 제1 및 제2사이리스터(1, 4)가 순간적으로 역 바이어스되게 하기 때문에, 상기 보조 사이리스터들의 파이어링에 관해서는 그것들이 정 바이어스되고 신뢰할 만하게 턴 온 되기 위해, 상기 제1 및 제2사이리스터의 게이팅(gating)이 순간적으로 지연되어야 하며, 그렇게 함으로써, 상기 보조 사이리스터(14, 17) 각각에서 정류가 일어난다. 상기 제1 및 제2사이리스터(1, 4)의 기능은 상술한 제1전자 정류기 회로를 참조하여 달리 설명된다.

상기 제1 및 제2다이오드(13, 16)의 기능은 제1전자 정류기 회로의 다이오드 열(10, 11) 각각에서 설명된 것과 동일하지만, 상기 보조 사이리스터(14, 17)에서의 정류가 상기 리액터 7n+1의 2차권선 9n+1로 전류를 정류하여 출력하기 때문에, 높은 순방향 전압 강하를 만들기 위해 직렬 연결된 다이오드들의 열에 대한 요구조건이 없다.

또한 상기 제1 및 제2커패시터(12, 15)의 충전은, 상기 제1전자 정류기 회로를 참조하여 위에서 상세히 설명한 것처럼, 전기적으로 분리된 전력 장치인 펄스 변성기(pulse transformer galvanically isolated power supplies)를 이용하여 수행될 수 있다.

상기 제2전자 정류기 회로의 동작은 도 15 내지 도 20을 참조하여 더 설명될 것이다. 상기 동작은 고정자 권선의 권선탭 n과 관련된 제1스위칭 스테이지와, 고정자 권선의 인접한 권선탭 n+1과 관련된 제2스위칭 스테이지에 대한 일반적인 경우를 나타낸다. 다시 한 번, 정류 순서는 직류 전기 장치의 회전자에 관련된 필드의 회전(rotation of the field)과 보조를 맞추는 동안, 상기 고정자 권선에서 포인트들로 입출력(entry and exit)되는 권선전류에 인덱스(index)하도록 구성된다. 아래의 설명에서는, 제1사이리스터로부터의 부하 전류가 제2사이리스터에서 정류되고, 그 동안 제3사이리스터에서 계속하여 흐르는 상황을 나타낸다. 상기 정류는 보조 사이리스터에 이해 시작된다.

도 2에 도시된 것처럼, 정류 전에, 권선 전류는 고정자 권선을 따라 흐르고, 상기 고정자 권선에 있는 입력 포인트로 들어가며, 고정자 권선에 있는 출력 포인트로 출력되는 것으로 가정한다. 정류의 시작점은 도 15에 도시되어 있다. 커패시터 12n+1은 초기 전압(Vcapacitor)으로 충전되고, 부하전류가 전달되는 고정자 권선에 있는 포인트에 연결된다. 상기 커패시터 12n+1과 관련된 보조 사이리스터 14n+1은 커패시터 전압(Vcapacitor)과 코일 전압(Vcoil)의 합과 같은 순방향 전압(Vaux_thyristor)을 겪는다. 상기 커패시터 전압(Vcapacitor)의 존재는 게이트 되었을 때, 심지어 코일 전압(Vcoil)이 스스로는 그렇게 급격한 턴 온을 야기할 만큼 충분하지 않을 경우에도, 상기 보조 사이리스터 14n+1이 급격하게 턴 온되게 한다.

전류의 정류는 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 보조 사이리스터 14n+1이 파이어링(firing)되는 것에 의해 시작된다. 상기 보조 사이리스터 14n+1에 의해 걸리는 순방향 전압(Vaux_thyristor)가 감소함에 따라, 전압이 리액터 7n+1에 인가되고 전류는 낮은 초기 변화율(di/dt)로 증가하기 시작한다. 이 전류는 상기 보조 사이리스터 14n+1과 커패시터 12n+1을 통하여 흐른다. 이 전류의 흐름은 상기 리액터 7n+1이 (정격 장치 권선 전류의 일부에서) 포화될 때까지 더 증가하고, 전류의 변화율(di/dt)은 상기 리액터 인덕턴스의 감소에 따라 증가한다. 이 전류가 증가함에 따라, 상기 사이리스터 1n으로부터 상기 권선탭 n에 흐르는 전류는 감소한다. 커패시터 12n+1을 통한 전류의 흐름은 상기 커패시터 전압(Vcapacitor)의 감소를 야기한다.

상기 커패시터 12n+1을 통한 전류의 흐름은 결국 상기 커패시터 전압 (Vcapacitor)을 반전시키게 되고, 그 결과 상기 사이리스터 1n+1은 정 바이어스되고, 또한 도 17에 도시된 바와 같이, 다이오드 13n+1과 리액터 7n+2와 관련된 2차권선에 전류가 흐르게 한다. 이러한 커패시터 전압(Vcapacitor)에서의 반전은 적절한 제어수단(미도시)에 의해 감지되고, 이것은 상기 사이리스터 1n+1이 게이트되게 한다. 그러므로 상기 사이리스터 14n+1은 정류되고, 권선전류는 상기 사이리스터 1n+1로 전송된다. 또한, 전류는 도 18에 도시된 것처럼, 상기 다이오드 13n+1과 그에 연결된 리액터 7n+2에 의해 방해받는다. 상기 사이리스터 1n+1로 흐르는 전류의 계속적인 증가는 결국 도 19에 도시된 것처럼, 권선탭 n과 권선탭 n+1 사이에서 고정자 권선의 코일로 흐르는 전류의 반전을 초래하게 된다. 다음에는, 도 20에 도시된 것처럼 상기 사이리스터 1n에서의 역재생이 일어난다.

턴 오프 시간(Tq) 장애를 피하기 위해 코일 전압(Vcoil)은 상기 사이리스터 1n이 완전히 회복되기 위한 충분한 시간의 길이동안 양(positive)으로 유지되어야 한다. 상기 사이리스터 1n의 재생 과정은, 전류가 0에 가까워지고 그 코어(core)가 포화되지 않게 됨에 따라, 전류의 변화율(di/dt)이 상기 사이리스터 1n에서 감소되게 하는 인덕턴스를 갖는 가포화 리액터(saturable reactor)(7n)의 존재에 의해 도움을 받는다. 상기 사이리스터 파형은 도 11내지 도 13에 도시된 바와 같이, 제1전 자 정류기 회로에 대한 파형과 유사하다. 주된 차이는 턴 온 되기 전에 사이리스터 14n+1의 순간적인 역 바이어싱이다.

상기 제2전자 정류기 회로는 직류 전기 장치에 상기 제1전자 정류기 회로와 같은 동작 출력(operational capability)과 특성을 제공한다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (19)

1. 고정자 권선은 다수개의 코일이 구비되고, 상기 코일은 같은 수의 공통 결합점들(권선탭 n, 권선탭 n+1)에 의해 연결되며,

   각 스위칭 스테이지가 상기 공통 결합점들(권선탭 n, 권선탭 n+1) 중 각각의 하나와 제1 및 제2직류 단자(DC1, DC2)사이에 연결되고, 상기 고정자 권선으로 선택적으로 전압을 방전하기 위한 용량성 정류 강제 수단(capacitive commutation forcing means)을 포함하는, 상기 코일과 같은 수의 스위칭 스테이지들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류 전기 장치의 고정자 권선을 위한 전자 정류기 회로.
2. 제1항에 있어서, 각 스위칭 스테이지는,

   애노드가 상기 제1직류 단자(DC1)에 연결된 제1사이리스터(1);

   캐소드가 상기 제2직류 단자(DC2)에 연결된 제2사이리스터(4);

   상기 고정자 권선으로 선택적으로 전압을 방전하기 위해 상기 공통 결합점(권선탭 n)에 연결된 제1커패시터(3)를 포함하며, 상기 제1사이리스터(1)와 관련된 제1정류 강제 수단; 및

   상기 고정자 권선으로 선택적으로 전압을 방전하기 위해 상기 공통 결합점(권선탭 n)에 연결된 제2커패시터(6)를 포함하며, 상기 제2사이리스터(4)와 관련된 제2정류 강제 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 정류기 회로.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1정류 강제 수단은 상기 제1사이리스터(1)의 캐소드와 상기 공통 결합점(권선탭 n) 사이에 연결된 제1다이오드(2)와, 상기 제1다이오드(2)에 병렬 연결된 제1커패시터(3)를 더 포함하여 구성되고,

   상기 제2정류 강제 수단은 상기 제2사이리스터(4)의 애노드와 상기 공통 결합점(권선탭 n) 사이에 연결된 제2다이오드(5)와, 상기 제2다이오드(5)에 병렬 연결된 제2커패시터(6)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 정류기 회로.
4. 제3항에 있어서,

   상기 스위칭 스테이지들 중의 하나는:

   상기 제1다이오드(2)의 캐소드와 상기 제2다이오드(5)의 애노드에 연결된 제1단자와, 상기 공통 결합점(권선탭 n)에 연결된 제2단자가 구비된 1차권선(8); 및

   상기 1차권선(8)에 자기적으로 결합된 2차권선(9)이 구비된 제1리액터(7)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 정류기 회로.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제1리액터(7)는 상기 직류 전기 장치에서의 소량의 정격 장치 권선 전류(rated machine winding current)에서 포화되는 코어(core)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 정류기 회로.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,

   상기 스위칭 스테이지들 중 다른 하나와 관련된 제1다이오드의 캐소드와 상기 스위칭 스테이지들 중 다른 하나와 관련된 제2다이오드의 애노드에 연결된 제1단자와, 상기 스위칭 스테이지들 중 다른 하나와 관련된 공통 결합점(권선탭 n+1)에 연결된 제2단자가 구비된 1차권선(8n+1); 및

   상기 1차권선(8n+1)에 자기적으로 연결되고, 제1단자가:

   (ⅰ) 상기 스위칭 스테이지들 중 하나의 제1다이오드(2)의 캐소드와 상기 제1리액터(7)의 1차권선(8) 사이의 접합부(junction)와,

   (ⅱ) 상기 스위칭 스테이지들 중 하나의 제2다이오드(5)의 애노드와 상기 제1리액터(7)의 1차권선(8) 사이의 접합부(junction)에 연결되며;

   제2단자가:

   제1다이오드 열이나 등가 다이오드(10)를 통하여 상기 제1다이오드(2)의 애노드와,

   제2다이오드 열이나 등가 다이오드(11)를 통하여 상기 제2다이오드(5)의 캐소드에 연결된 2차권선(9n+1)이 구비된 제2리액터(7n+1)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 정류기 회로.
7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   스위치 모드 전력장치(20)에 연결된 1차권선(19)과 상기 1차권선(19)에 자기적으로 결합된 2차권선(9n+1)이 구비되고,

   상기 2차권선(9n+1)은 상기 제1다이오드(2)의 캐소드와 제2다이오드(5)의 애노드에 연결된 제1단자와, 제1다이오드 열 또는 등가 다이오드(10)를 통하여 상기 제1다이오드(2)의 애노드와 제2다이오드 열 또는 등가 다이오드(11)를 통하여 상기 제2다이오드(5)의 캐소드에 연결된 제2단자가 구비된 펄스 변성기(pulse transformer)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 정류기 회로.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,

   상기 스위칭 스테이지들 중 다른 하나는 상기 제1리액터와 관련된 상기 스위칭 스테이지들 중의 하나에 인접한 것을 특징으로 하는 전자 정류기 회로.
9. 제6항 또는 제7항에 있어서,

   상기 스위칭 스테이지들 중 다른 하나 및 상기 제1리액터(7)와 관련된 제2리액터(7n+1)는 스위칭 스테이지들의 정수배에 의해 오프셋(offset)되는 것을 특징으로 하는 전자 정류기 회로.
10. 제2항에 있어서,

    상기 제1정류 강제 수단은, 서로 직렬로 연결되고, 제1보조 사이리스터(14)가 상기 제1사이리스터(1)와 동일한 극성을 갖도록 상기 제1사이리스터(1)에 병렬 연결된 제1보조 사이리스터(14)와 제1커패시터(12)를 더 포함하며,

    상기 제2정류 강제 수단은, 서로 직렬로 연결되고, 제2보조 사이리스터(17)가 상기 제2사이리스터(4)와 동일한 극성을 갖도록 상기 제2사이리스터(4)에 병렬 연결된 제2보조 사이리스터(17)와 제2커패시터(15)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 정류기 회로.
11. 제10항에 있어서,

    상기 스위칭 스테이지들 중의 하나는:

    상기 제1사이리스터(1)의 캐소드와, 상기 제2사이리스터(4)의 애노드에 연결된 제1단자와, 상기 공통 결합점(권선탭 n)에 연결된 제2단자가 구비된 1차권선(8)과,

    상기 1차권선(8)에 자기적으로 결합된 2차권선(9)이 구비된 제1리액터(7)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 정류기 회로.
12. 제10항에 있어서,

    상기 제1리액터(7)는 상기 직류 전기 장치에서의 소량의 정격 장치 권선 전류(rated machine winding current)에서 포화되는 코어(core)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 정류기 회로.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서,

    상기 스위칭 스테이지들 중 다른 하나와 관련된 제1사이리스터의 캐소드와, 상기 스위칭 스테이지들 중 다른 하나와 관련된 제2사이리스터의 애노드에 연결된 제1단자와, 상기 스위칭 스테이지들 중 다른 하나와 관련된 공통 결합점에 연결된 제2단자가 구비된 1차권선(8n+1); 및

    상기 1차권선(8n+1)에 자기적으로 연결되고, 제1단자가:

    (ⅰ) 상기 스위칭 스테이지들 중 하나의 제1사이리스터(1)의 캐소드와 상기 제1리액터(7)의 1차권선(8) 사이의 접합부(junction)와,

    (ⅱ) 상기 스위칭 스테이지들 중 하나의 제2사이리스터(4)의 애노드와 상기 제1리액터(7)의 1차권선(8) 사이의 접합부(junction)에 연결되며;

    제2단자가:

    제1다이오드 열이나 등가 다이오드(13)를 통하여 상기 제1보조 사이리스터(14)와 제1커패시터(12)의 접합부(junction)와,

    제2다이오드 열이나 등가 다이오드(16)를 통하여 상기 제2보조 사이리스터(17)의 캐소드와 상기 제2커패시터(15)의 접합부(junction)에 연결된 2차권선(9n+1)이 구비된 제2리액터(7n+1)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 정류기 회로.
14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

    스위치 모드 전력장치에 연결된 1차권선과 상기 1차권선에 자기적으로 결합된 2차권선이 구비되고,

    상기 2차권선은 상기 제1사이리스터의 캐소드와 제2사이리스터의 애노드에 연결된 제1단자와, 제1다이오드 열 또는 등가 다이오드를 통하여 상기 제1보조 사이리스터와 제1커패시터의 접합부 및 제2다이오드 열 또는 등가 다이오드를 통하여 상기 제2보조 사이리스터와 제2커패시터의 접합부에 연결된 제2단자가 구비된 펄스 변성기(pulse transformer)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 정류기 회로.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서,

    상기 스위칭 스테이지들 중 다른 하나는 상기 제1리액터(7)와 관련된 상기 스위칭 스테이지들 중의 하나에 인접한 것을 특징으로 하는 전자 정류기 회로.
16. 제13항 또는 제14항에 있어서,

    상기 스위칭 스테이지들 중 다른 하나 및 상기 제1리액터(7)와 관련된 제2리액터(7n+1)는 스위칭 스테이지들의 정수배에 의해 오프셋(offset)되는 것을 특징으로 하는 전자 정류기 회로.
17. 제2항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제1 및 제2커패시터(12, 15)는 적어도 하나의 전기적으로 분리된 보조 전력 장치(galvanically isolated auxiliary power supply)에 의해 충전되는 것을 특징으로 하는 전자 정류기 회로.
18. 회전자, 고정자, 같은 수의 공통 결합점들에 의해 연결된 다수의 코일이 구비된 고정자 권선, 및 선행하는 청구항들 중 어느 하나의 항에 의한 전자 정류기 회로를 포함하여 구성되고,

    상기 전자 정류기 회로의 각 스위칭 스테이지는 상기 공통 결합점들 중 각각의 하나와 제1 및 제2직류 단자들 사이에 연결된 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류 회전 장치.
19. 병진기(translator), 고정자, 같은 수의 공통 결합점들에 의해 연결된 다수의 코일이 구비된 고정자 권선, 및 제1항 내지 제17항 중 어느 하나의 항에 의한 전자 정류기 회로를 포함하여 구성되고,

    상기 전자 정류기 회로의 각 스위칭 스테이지는 상기 공통 결합점들 중 각각의 하나와 제1 및 제2직류 단자들 사이에 연결된 것을 특징으로 하는 직류 선형 장치.

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