KR20160134538A - 전력 증폭을 댐핑할 수 있는 자전기 디바이스 - Google Patents

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Abstract

자전기 디바이스는 저항 소자(R, S, T), 댐핑 모듈(2) 및 구동 모듈(5)을 포함한다. 각각의 저항 소자(R, S, T)는 루프 형상 제1 세그먼트(62) 및 제1 세그먼트(62)에 연결되는 제2 세그먼트(61)를 갖는 자기 코어 유닛(6)과, 제1 세그먼트(62) 주위에 감기며 느슨하게 결합되는 제1 내지 제3 코일(L1 내지 L3)과, 제2 코일(L2)과 제3 코일(L3) 사이에 연결되는 제1 커패시터(C1)와, 제3 코일(L3)에 병렬로 연결되는 제2 커패시터(C2)를 포함한다. 각각의 댐핑 모듈(2)은 각각의 저항 소자(R, S, T)로부터 전기 에너지를 받아, 전기 에너지를 DC 전원(Vdc)에 방출한다. 구동 모듈(5)은, 각각의 AC 전압이 각각의 제1 코일(L1) 양단에 생성되도록 DC 전원(Vdc)을 각각의 제1 코일(L1)에 연결한다.

Description

전력 증폭을 댐핑할 수 있는 자전기 디바이스{MAGNETOELECTRIC DEVICE CAPABLE OF DAMPING POWER AMPLIFICATION}
본 개시는 전기 디바이스에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 자전기 디바이스에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 종래의 변압기(1)는 E-형상 자기 코어(13), I-형상 자기 코어(14) 및 E-형상 자기 코어(13) 주위에 감기며 타이트하게 결합되는 1차 코일(11)과 2차 코일(12)을 포함한다. 자기 코어(13 및 14)는 일반적으로 단일 소재로 만들어지며, 그에 따라 자기 코어(13과 14) 사이에는 공극이 있어서 결국 음의 자기 댐핑 효과를 초래하여 출력 전기 에너지를 제한하는 자기 포화를 방지해야 한다. 게다가, 종래의 변압기(1)의 출력 측(OUT)에 생성되는 역기전력은 종래의 변압기(1)의 입력측(IN)에 직접 영향을 미칠 수 있어서, 큰 와류 손실을 초래할 수 있다. 결국, 종래의 변압기(1)가 큰 변환 효율을 갖더라도, 이 변압기는 오직 전기 에너지의 전송 또는 전달에 사용될 수 있다.
그러므로, 본 개시의 목적은 전력 증폭을 댐핑할 수 있는 자전기 디바이스를 제공하는 것이다. 자전기 디바이스는 양의 자기 댐핑 효과를 가지며, 유용한 전기 에너지를 저장할 수 있다.
본 개시에 따르면, 자전기 디바이스는 복수의 릴럭턴스 구성요소, 복수의 댐핑 모듈 및 구동 모듈을 포함한다. 릴럭턴스 구성요소 각각은 자기 코어 유닛, 제1 코일 및 공진 회로를 포함한다. 각각의 릴럭턴스 구성요소에서, 자기 코어 유닛은 용량성이며 또한 유도성이고, 루프-형상의 제1 세그먼트와 제1 세그먼트에 연결되는 제2 세그먼트를 가지며, 공진 회로는 제2 코일, 제3 코일, 제1 커패시터 및 제2 커패시터를 포함하며, 제1, 제2 및 제3 코일은 제1 세그먼트 주위에 감기며 이에 느슨하게 결합되며, 제1 커패시터는 제2 코일과 제3 코일 사이에 연결되고, 제2 커패시터는 제3 코일에 병렬로 연결된다. 각각의 댐핑 모듈은 릴럭턴스 구성요소 각각의 공진 회로에 연결되어, 이로부터 전기 에너지를 받으며, DC(직류) 전원에 연결되어 여기에 전기 에너지를 릴리스하는데 사용된다. 구동 모듈은 릴럭턴스 구성요소 각각의 제1 코일에 연결되고, DC 전원에 연결되도록 사용되어, 각각의 AC(교류) 전압이 릴럭턴스 구성요소 각각의 제1 코일 양단에서 생성되도록 DC 전원을 릴럭턴스 구성요소 각각의 제1 코일에 연결하도록 구성된다.
본 개시의 다른 특성 및 장점은 수반하는 도면을 참조하여 실시예에 대한 다음의 상세한 설명에서 분명하게 될 것이다.
도 1은 종래의 변압기를 예시하는 개략도이다.
도 2 내지 도 5는, 본 개시에 따른 자전기 디바이스의 실시예를 예시하는 개략적인 회로 블록도이다.
도 6은, 이 실시예의 각각의 릴럭턴스 구성요소의 자기 코어 유닛의 제1 구현의 분해 사시도이다.
도 7은, 이 실시예의 각각의 릴럭턴스 구성요소의 자기 코어 유닛의 제1 구현의 사시도이다.
도 8은, 이 실시예의 각각의 릴럭턴스 구성요소의 자기 코어 유닛의 제2 구현의 사시도이다.
도 9는, 이 실시예의 각각의 댐핑 모듈의 제1 구현을 예시하는 개략적인 회로도이다.
도 10은, 이 실시예의 각각의 댐핑 모듈의 제2 구현을 예시하는 개략적인 회로도이다.
도 11은, 이 실시예의 릴럭턴스 구성요소의 제1 코일 양단의 AC 전압을 각각 예시하는 타이밍도이다.
도 12는, 이 실시예의 구동 회로의 동작을 예시하는 개략적인 회로 블록도이다.
도 13은, 이 실시예의 릴럭턴스 구성요소에 의해 각각 생성되는 AC 전압을 예시하는 타이밍도이다.
도 14는, 이 실시예의 구동 회로의 동작을 예시하는 개략적인 회로 블록도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 개시에 따른 자전기 디바이스의 실시예는 다수(N)의 릴럭턴스 구성요소(R, S 및 T), 다수(N)의 댐핑 모듈(2), 구동 모듈(5) 및 제어기(8)를 포함하며, 여기에서 N=3이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 각각의 릴럭턴스 구성요소(R, S 및 T)는, 루프-형상의 제1 세그먼트(62)와 제1 세그먼트(62)에 연결되는 제2 세그먼트(61)를 가지며 복수의 자기 코어 소재로 되어 있는 자기 코어 유닛(6)을 포함하며, 자기 코어 유닛(6)은 용량성이며 또한 유도성이다. 이 실시예에서, 각각의 릴럭턴스 구성요소(R, S 및 T)의 경우, 제2 세그먼트(61)는 제1 세그먼트(62)에 의해 에워싸여 있으며, 제1 세그먼트(62)의 반대편에 배열된 섹션(63과 64) 사이에서 연장한다. 게다가, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 릴럭턴스 구성요소(R, S 및 T)의 자기 코어 유닛(6)은, 스택되어 배치되는 제1 세트의 용량성 실리콘 강 시트(601)와 유도성 무정형 자기 코어(602)를 포함할 수 있으며, 유도성 무정형 자기 코어(602)와 제1 세트의 용량성 실리콘 강 시트(601) 사이에서는 공극이 없다. 대안적으로, 도 8에 도시한 바와 같이, 각각의 릴럭턴스 구성요소(R, S 및 T)의 자기 코어 유닛(6)은 또한 제2 세트의 용량성 실리콘 강 시트(603)를 포함할 수 있으며, 유도성 무정형 자기 코어(602)는 제1 및 제2 세트의 용량성 실리콘 강 시트(601과 603) 사이에 삽입될 수 있으며, 유도성 무정형 자기 코어(602)와 제1 세트의 용량성 실리콘 강 시트(601) 사이에는 공극이 없으며, 유도성 무정형 자기 코어(602)와 제2 세트의 용량성 실리콘 강 시트(603) 사이에는 공극이 없다.
도 2 내지 도 4를 다시 참조하면, 각각의 릴럭턴스 구성요소(R, S 및 T)는 또한 제1 코일(L1)과 공진 회로(7)를 포함한다. 릴럭턴스 구성요소(R, S 및 T)는 동일한 구성을 가지므로, 릴럭턴스 구성요소(R, S 및 T) 중 단 하나를 간략성을 위해서 예시적으로 이후에 기재함을 주목해야 한다. 이 실시예에서, 공진 회로(7)는 제1 단자와 제2 단자를 갖는 제2 코일(L2), 제1 단자와 제2 단자를 갖는 제3 코일(L3), 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)를 포함한다. 제1, 제2 및 제3 코일(L1, L2 및 L3)은 제1 세그먼트(62) 주위에 감기며 느슨하게 결합되어 이로부터 절연된다. 제1 커패시터(C1)는 제2 코일(L2)의 제2 단자와 제3 코일(L3)의 제1 단자 사이에 연결된다. 제2 커패시터(C2)는 제3 코일(L3)에 병렬로 연결된다. 결국, 제2 코일(L2)과 제1 커패시터(C1)가 직렬 공진 회로를 구성하고, 제3 코일(L3)과 제2 커패시터(C2)가 병렬 공진 회로를 구성한다. 제1 및 제2 코일 회로(L1 및 L2)는 각각, 제2 세그먼트(61)의 반대편 측 상에 배열되는 제1 세그먼트(62)의 섹션(65 및 67) 주위에 감기고, 느슨하게 결합되며 이로부터 절연되고, 제2 및 제3 코일(L2 및 L3)은 제1 세그먼트(62)의 동일 섹션(67) 주위에 감기고, 느슨하게 결합되며 이로부터 절연된다.
제1, 제2 및 제3 코일(L1, L2 및 L3)은 자기 코어 유닛(6)에 느슨하게 결합되어 이로부터 절연되므로, 그리고 제1 세트의 용량성 실리콘 강 시트(601)(도 7 참조)와 유도성 무정형 자기 코어(602)(도 7 참조) 사이 또는 제1 및 제2 세트의 용량성 실리콘 강 시트(601 및 603)(도 8 참조)와 유도성 무정형 자기 코어(602)(도 8 참조) 사이에는 공극이 없으므로, 제1 코일(L1)이 전류로 여기되어 자기 코어 유닛(6)을 자화시키는 자계를 생성할 때 자기 코어 유닛(6)은 신속하게 자기 포화에 도달하며, 전류를 제1 코일(L1)에 제공하는 것이 후속하여 정지할 때, 자기 코어 유닛(6)은 매우 짧은 시간에 소자되어(demagnetized), 결국 양의 자기 댐핑 효과(즉, 자기 션트)를 초래하며, 자기 에너지의 릴리스의 결과로서 제2 및 제3 코일(L2 및 L3)에 결합되는 와류를 생성하여, 제2 및 제3 코일(L2 및 L3)에 의해 출력되는 전기 에너지가 결과로서 증가한다.
댐핑 모듈(2)은, 제1 입력 단자(21)와 제2 입력 단자(22)를 포함하며 공진 회로(7)에 연결되어 이로부터 전기 에너지를 받기 위한 입력측(IN)과, DC(직류) 전원(Vdc)(예컨대, 재충전 가능한 배터리)에 연결되어 여기에 전기 에너지를 릴리스하도록 사용되는 출력측(OUT)을 갖는다. 이 실시예에서, 도 9에 도시한 바와 같이, 댐핑 모듈(2)은 제1 다이오드(D1), 제2 다이오드(D2), 제1 비극성 커패시터(Cs1), 제2 비극성 커패시터(Cs2) 및 극성 커패시터(Cp)를 포함할 수 있다. 제1 다이오드(D1)는 제1 입력 단자(D1) 역할을 하며 제2 코일(L2)의 제1 입력 단자에 연결되는 양극과, 출력측(OUT)의 일 단자 역할을 하며 DC 전원(Vdc)의 양의 단자에 연결되도록 사용되는 음극을 갖는다. 제2 다이오드(D2)는 출력측(OUT)의 다른 단자 역할을 하며 DC 전원(Vdc)의 음의 단자에 연결되도록 사용되는 양극과, 제1 다이오드(D1)의 양극에 연결되는 음극을 갖는다. 제1 비극성 커패시터(Cs1)는 제1 다이오드(D1)의 음극에 연결되는 제1 단자와, 제2 입력 단자(22) 역할을 하며 제3 코일(L3)의 제2 단자에 연결되는 제2 단자를 갖는다. 제2 비극성 커패시터(Cs2)는 제1 비극성 커패시터(Cs1)의 제2 단자와 제2 다이오드(D2)의 양극 사이에 연결된다. 극성 커패시터(Cp)(예컨대, 수퍼커패시터 또는 전해 커패시터)는 제1 다이오드(D1)의 음극에 연결되는 양의 리드와, 제2 다이오드(D2)의 양극에 연결되는 음의 리드를 갖는다. 게다가, 제1 및 제2 비극성 커패시터(Cs1 및 Cs2) 각각은 높은 주파수 커패시터일 수 있다. 결국, 제1 및 제2 비극성 커패시터(Cs1 및 Cs2)와 극성 커패시터(Cp)는 많은 양의 전기 에너지를 저장할 수 있는 댐핑 커패시터 유닛을 구성한다. 댐핑 커패시터의 특징과 기능은 대만 특허 제 M477033호에 개시되어 있으며, 그 세부 내용은 여기서 간략성을 위해서 생략한다.
대안적으로, 도 10에 도시한 바와 같이, 댐핑 모듈(2)은 제1 인덕터(Ls1), 제2 인덕터(Ls2), 제3 인덕터(Lp1), 제4 인덕터(Lp2), 제3 다이오드(D3) 및 제4 다이오드(D4)를 포함할 수 있다. 제1 인덕터(Ls1)는 제1 입력 단자(21) 역할을 하며 제2 코일(L2)의 제1 단자에 연결되는 제1 단자와 제2 단자를 갖는다. 제2 인덕터(Ls2)는 제1 인덕터(Ls1)의 제2 단자에 연결되는 제1 단자와, 제2 입력 단자(22) 역할을 하며 제3 코일(L3)의 제2 단자에 연결되는 제2 단자를 갖는다. 제3 인덕터(Lp1)는 제1 단자와, 제2 인덕터(Ls2)의 제2 단자에 결합되는 제2 단자를 갖는다. 제4 인덕터(Lp2)는 제3 인덕터(Lp1)에 병렬로 연결된다. 제3 다이오드(D3)는 제3 인덕터(Lp1)의 제1 단자에 연결되는 양극과, 출력측(OUT)의 일 단자 역할을 하며 DC 전원(Vdc)의 양의 단자에 연결되도록 사용되는 음극을 갖는다. 제4 다이오드(D4)는 출력측(OUT)의 다른 단자 역할을 하며 DC 전원(Vdc)의 음의 단자에 연결되도록 사용되는 양극과, 제3 인덕터(Lp1)의 제2 단자에 연결되는 음극을 갖는다. 결국, 댐핑 모듈(2)의 제1, 제2, 제3 및 제4 인덕터(Ls1, Ls2, Lp1 및 Lp2)는 전기 에너지를 저장할 수 있는 댐핑 인덕터 유닛을 구성한다. 댐핑 인덕터 유닛의 특징과 기능은 대만 특허 제 M470365호에 개시되어 있으며, 그 세부 내용은 본 명세서에서는 간략성을 위해 생략한다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 구동 모듈(5)은 각각의 릴럭턴스 구성요소(R, S 및 T)의 제1 코일(L1)에 연결되고, DC 전원(Vdc)에 연결되도록 사용되어, 각각의 AC(교류) 전압이 각각의 릴럭턴스 구성요소(R, S 및 T)의 제1 코일(L1) 양단에 생성되도록, DC 전원(Vdc)을 각각의 릴럭턴스 구성요소(R, S 및 T)의 제1 코일(L1)에 연결하도록 구성된다. 이 실시예에서, 구동 모듈(5)은 다수(N)의 (즉, 이 실시예에서는 세 개의) 스위칭 회로(51 내지 53)를 포함한다. 각각의 스위칭 회로(51 내지 53)는 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3), 제4 스위치(S4) 및 제4 프리휠링 다이오드(D)를 포함한다. 각각의 스위칭 회로(51 내지 53)의 경우, 제1 스위치(S1)는 DC 전원(Vdc)의 양의 단자에 연결되도록 사용되는 제1 단자와, 각각의 릴럭턴스 구성요소(R, S 및 T)의 제1 코일(L1)의 일 단자(R+, S+ 및 T+)에 연결되는 제2 단자를 가지며; 제2 단자(S2)는 제1 스위치(S1)의 제2 단자에 연결되는 제1 단자와, DC 전원(Vdc)의 음의 단자에 연결되도록 사용되는 제2 단자를 가지며; 제3 스위치(S3)는 제1 스위치(S1)의 제1 단자에 연결되는 제1 단자와, 각각의 릴럭턴스 구성요소(R, S 및 T)의 제1 코일(L1)의 다른 단자(R-, S- 및 T-)에 연결되는 제2 단자를 가지며; 제4 스위치(S4)는 제3 스위치(S3)의 제2 단자에 연결되는 제1 단자와, 제2 스위치(S2)의 제2 단자에 연결되는 제2 단자를 가지며; 프리휠링 다이오드(D)는 각각 제1, 제2, 제3 및 제4 스위치(S1, S2, S3 및 S4)에 병렬로 연결되며, 각각의 프리휠링 다이오드(D)는 각각의 스위치(S1 내지 S4)의 제2 단자에 결합되는 양극을 갖는다.
제어기(8)는 스위칭 회로(51 내지 53)에 연결되어, 펄스폭 변조를 사용하여 스위칭 회로(51 내지 53)의 제1, 제2, 제3 및 제4 스위치(S1 내지 S4) 각각의 동작을 ON 상태와 OFF 상태 사이에서 제어한다. 이 실시예에서, 제어기(8)의 제어 하에서, 릴럭턴스 구성요소(S 및 T) 중 (n+1)번째 구성요소의 제1 코일(L1) 양단의 AC 전압의 위상은 릴럭턴스 구성요소(R 및 S)의 n번째 구성요소의 제1 코일(L1) 양단의 AC 전압의 위상보다 (360°/N)(즉, 이 실시예에서는 120°)만큼 지연되며, 여기서 1≤n≤(N-1)(즉, 이 실시예에서는 1≤n≤2)이다. 예컨대, 도 11에 도시한 바와 같이, 제2 릴럭턴스 구성요소(S)의 제1 코일(L1) 양단의 AC 전압(82)의 위상은 제1 릴럭턴스 구성요소(R)의 제1 코일(L1) 양단의 AC 전압(81)의 위상보다 120°만큼 지연되며, 제3 릴럭턴스 구성요소(T)의 제1 코일(L1) 양단의 AC 전압(83)의 위상은 제2 릴럭턴스 구성요소(S)의 제1 코일(L1) 양단의 AC 전압(82)의 위상보다 120°만큼 지연된다.
도 2 내지 도 4와 도 11 내지 도 13을 참조하면, 처음에는, 스위칭 회로(51)의 제1 및 제4 스위치(S1 및 S4)가 0N 상태인 반면 스위칭 회로(51)의 제2 및 제3 스위치(S2 및 S3)와 스위칭 회로(52 및 53)의 제1 내지 제4 스위치(S1 내지 S4)는 OFF 상태일 때, 제1 릴럭턴스 구성요소(R)의 제1 코일(L1) 양단의 AC 전압(81)은 양의 크기를 가지며, 제2 및 제3 릴럭턴스 구성요소(S 및 T) 각각의 제1 코일(L1) 양단의 AC 전압(82 및 83)의 크기는 0이며, DC 전원(Vdc)에 의해 제공되는 전류는 제1 릴럭턴스 구성요소(R)의 제1 코일(L1)을 통해 흘러서 이것을 여기한다. 결국, 자계가 생성되어 제1 릴럭턴스 구성요소(R)의 자기 코어 유닛(6)을 자화시켜, 제1 릴럭턴스 구성요소(R)의 자기 코어 유닛(6)은 신속하게 자기 포화에 도달하여 즉시 자석이 된다. 그 후, 스위칭 회로(51)의 제1 및 제4 스위치(S1 및 S4)는 동시에 OFF 상태에 들어가며, 제1 릴럭턴스 구성요소(R)의 자기 코어 유닛(6)은 자기 션트로 인해 매우 짧은 시간에 소자되어, 제1 릴럭턴스 구성요소(R)의 제2 및 제3 코일(L2 및 L3)에 결합된 와류를 생성한다. 제1 릴럭턴스 구성요소(R)의 제1 코일(L1) 양단의 AC 전압(81)이 양의 크기를 갖는 기간 동안, 제1 릴럭턴스 구성요소(R)의 제1 코일(L1) 양단의 AC 전압(81)은 제1 릴럭턴스 구성요소(R)의 공진 회로(7)가 공진으로 인해 양의 크기를 갖는 각각의 사인 AC 전압(A1)을 생성하게 하며; 제1 릴럭턴스 구성요소(R)의 공진 회로(7)는 각각의 댐핑 모듈(2)과 공진하여, 사인 AC 전압(A1)의 전기 에너지는 각각의 댐핑 모듈(2)에 전송된다. 도 9에 도시한 구현에서, 양의 크기를 갖는 사인 AC 전압(A1)은 각각의 댐핑 모듈(2)의 제1 다이오드(D1)에 의해 정류되며, 그에 따라 생성된 전압이 각각의 댐핑 모듈(2)의 제1 비극성 커패시터(Cs1)를 충전한다. 도 10에 도시한 구현에서, 양의 크기를 갖는 사인 AC 전압(A1)은 각각의 댐핑 모듈(2)의 제1 및 제2 인덕터(Ls1 및 Ls2)로부터 각각의 댐핑 모듈(2)의 제3 및 제4 인덕터(Lp1 및 Lp2)에 결합되어, 각각의 댐핑 모듈(2)의 제3 다이오드(D3)에 의해 정류되어, 그에 따라 생성된 전압이 DC 전원(Vdc)을 충전한다.
도 2 내지 도 4, 도 11 및 도 14를 참조하면, 스위칭 회로(51)의 제2 및 제3 스위치(S2 및 S3)와, 스위칭 회로(52)의 제1 및 제4 스위치(S1 및 S4)가 ON 상태에 있는 반면, 스위칭 회로(51)의 제1 및 제4 스위치(S1 및 S4), 스위칭 회로(52)의 제2 및 제3 스위치(S2 및 S3) 및 스위칭 회로(53)의 제1 내지 제4 스위치(S1 내지 S4)가 OFF 상태에 있을 때, 제1 릴럭턴스 구성요소(R)의 제1 코일(L1) 양단의 AC 전압(81)은 음의 크기를 갖고, 제2 릴럭턴스 구성요소(S)의 제1 코일(L1) 양단의 AC 전압(82)은 양의 크기를 갖고, 제3 릴럭턴스 구성요소(T)의 제1 코일(L1) 양단의 AC 전압(83)의 크기는 0이며, DC 전원(Vdc)에 의해 제공되는 전류는 제1 및 제2 릴럭턴스 구성요소(R 및 S)의 제1 코일(L1)을 통해 흘러서 이를 여기한다. 결국, 자계가 생성되어 제1 릴럭턴스 구성요소(R)의 자기 코어 유닛(6)을 자화시켜, 제1 릴럭턴스 구성요소(R)의 자기 코어 유닛(6)이 신속하게 자기 포화에 도달하여 즉시 자석이 된다. 그 후, 스위칭 회로(51)의 제2 및 제3 스위치(S2 및 S3)는 동시에 OFF 상태에 들어가며, 제1 릴럭턴스 구성요소(R)의 자기 코어 유닛(6)은 자기 션트로 인해 매우 짧은 시간에 소자되어, 제1 릴럭턴스 구성요소(R)의 제2 및 제3 코일(L2 및 L3)에 결합된 와류를 생성한다. 제1 릴럭턴스 구성요소(R)의 제1 코일(L1) 양단의 AC 전압(81)이 음의 크기를 갖는 기간 동안, 제1 릴럭턴스 구성요소(R)의 제1 코일(L1) 양단의 AC 전압(81)은 제1 릴럭턴스 구성요소(R)의 공진 회로(7)가 공진으로 인해 음의 크기를 갖는 각각의 사인 AC 전압(A1)을 생성하게 하며; 제1 릴럭턴스 구성요소(R)의 공진 회로(7)는 각각의 댐핑 모듈(2)과 공진하여, 사인 AC 전압(A1)의 전기 에너지는 각각의 댐핑 모듈(2)에 전송된다. 도 9에 도시한 구현에서, 음의 크기를 갖는 사인 AC 전압(A1)은 각각의 댐핑 모듈(2)의 제2 다이오드(D2)에 의해 정류되며, 그에 따라 생성된 전압이 각각의 댐핑 모듈(2)의 제2 비극성 커패시터(Cs2)를 충전하며; 각각의 댐핑 회로(2)의 제1 및 제2 비극성 커패시터(Cs1 및 Cs2) 양단의 전압이 각각의 댐핑 회로(2)의 극성 커패시터(Cp) 양단의 전압과 같으므로 그리고 각각의 댐핑 회로(2)의 제1 및 제2 비극성 커패시터(Cs1 및 Cs2)의 비극성 특징으로 인해, 각각의 댐핑 회로(2)의 극성 커패시터(Cp)는, DC 전원(Vdc)에 의해 제공되는 전압이 각각의 댐핑 회로(2)의 극성 커패시터(Cp) 양단의 전압보다 낮을 때 전기 에너지를 릴리스할 수 있어서 DC 전원(Vdc)을 충전할 수 있다. 도 10에 도시한 구현에서, 음의 크기를 갖는 사인 AC 전압(A1)은 각각의 댐핑 모듈(2)의 제1 및 제2 인덕터(Ls1 및 Ls2)로부터 각각의 댐핑 모듈(2)의 제3 및 제4 인덕터(Lp1 및 Lp2)에 결합되어, 각각의 댐핑 모듈(2)의 제4 다이오드(D4)에 의해 정류되어, 그에 따라 생성된 전압이 DC 전원(Vdc)을 충전한다. 그러므로 사인 AC 전압(A1)은 제1 릴럭턴스 구성요소(R)의 제1 코일(L1) 양단의 AC 전압(81)의 주파수와 같은 주파수를 갖는다.
게다가, 스위칭 회로(52), 제2 릴럭턴스 구성요소(S) 및 각각의 댐핑 모듈(2)의 동작은 앞서 기재한 바와 같이 스위칭 회로(51), 릴럭턴스 구성요소(R) 및 각각의 댐핑 모듈(2)의 동작과 유사하다. 그러므로, 제2 릴럭턴스 구성요소(S)의 공진 회로(7)에 의해 생성되는 사인 AC 전압(A2)은 제2 릴럭턴스 구성요소(S)의 제1 코일(L1) 양단의 AC 전압(82)의 주파수와 같은 주파수를 가지며, 그 위상은 사인 AC 전압(A1)의 위상보다 120°만큼 지연된다.
게다가, 스위칭 회로(53), 제3 릴럭턴스 구성요소(T) 및 각각의 댐핑 모듈(2)의 동작은 앞서 기재한 바와 같이 스위칭 회로(51), 릴럭턴스 구성요소(R) 및 각각의 댐핑 모듈(2)의 동작과 유사하다. 그러므로, 제3 릴럭턴스 구성요소(T)의 공진 회로(7)에 의해 생성되는 사인 AC 전압(A3)은 제3 릴럭턴스 구성요소(T)의 제1 코일(L1) 양단의 AC 전압(83)의 주파수와 같은 주파수를 가지며, 그 위상은 사인 AC 전압(A2)의 위상보다 120°만큼 지연된다.
상기 내용에 비춰서, 제어기(8)의 제어 하에서, 각각의 릴럭턴스 구성요소(R, S 및 T)의 제1 코일(L1)은 DC 전원(Vdc)에 의해 제공되는 전류에 의해 반복적으로 여기되어, 각각의 릴럭턴스 구성요소(R, S 및 T)의 자기 코어 유닛(6)은 교대로 신속하게 자화되며 신속하게 소자되어, 릴럭턴스 구성요소(R, S 및 T)의 제2 및 제3 코일(L2 및 L3)에 결합된 와류를 계속해서 생성하며; 각각의 릴럭턴스 구성요소(R, S 및 T)의 제1 코일(L1) 양단에서 생성되는 AC 전압(81 내지 83)은 각각의 공진 회로(7)가 공진으로 인해 각각의 AC 사인 전압(A1 내지 A3)을 계속해서 생성하게 하며; 각각의 댐핑 모듈(2)은 각각의 AC 사인 전압(A1 내지 A3)의 전기 에너지를 받고, 전기 에너지를 릴리스하여 DC 전원(Vdc)을 충전한다. 결국, 본 개시에 따른 자전기 디바이스는 전력 증폭을 댐핑할 수 있으며, 이는 양의 자기 댐핑 효과를 갖는 각각의 자기 코어 유닛(6)의 자기 에너지가 전기 에너지로 변환되어 출력되어, 출력되는 전기 에너지가 증가하여, DC 전원(Vdc)에 저장되는 유용한 전기 에너지를 높일 수 있기 때문이다.
다른 실시예에서, N은 3이 아닌 복수가 될 수 있음을 주목해야 한다.
상기 설명에서, 설명을 위해, 수많은 특정한 상세를 제시하여 실시예(들)의 완벽한 이해를 제공하였다. 그러나 당업자에게는, 이들 특정한 상세 중 일부 없이도, 하나 이상의 실시예를 실행할 수 있음이 분명할 것이다. 또한, 본 명세서 전반에서 "일 실시예", "실시예", 서수 표시가 된 실시예 등에 대한 참조가 의미하는 점이, 특정 특성, 구조 또는 특징이 본 개시의 실행 시에 포함될 수 있음을 이해해야 한다. 상세한 설명에서, 여러 특성은 종종, 본 개시를 간소화하고 여러 본 발명의 양상의 이해를 돕기 위해, 단일 실시예, 도면 또는 그 상세한 설명으로 함께 그룹지을 수 있음을 또한 이해해야 한다.
본 개시는 예시적인 실시예(들)로 고려된 것과 연계하여 기재하였지만, 본 개시는 개시한 실시예(들)로 제한되기보다는 가장 넓은 해석의 범위와 사상 내에 포함되는 여러 배치를 포함하여 모든 그러한 변경 및 등가의 배치를 포함하고자 함을 이해해야 한다.

Claims (11)

  1. 자전기 디바이스로서,
    자기 코어 유닛, 제1 코일 및 공진 회로를 각각 포함하는 복수의 릴럭턴스 구성요소로서, 상기 릴럭턴스 구성요소 각각에서,
    상기 자기 코어 유닛은 용량성이며 또한 유도성이고, 루프-형상의 제1 세그먼트와, 상기 제1 세그먼트에 연결되는 제2 세그먼트를 갖고,
    상기 공진 회로는 제1 단자와 제2 단자를 갖는 제2 코일, 제1 단자와 제2 단자를 갖는 제3 코일, 상기 제2 코일의 상기 제2 단자와 상기 제3 코일의 상기 제1 단자 사이에 연결되는 제1 커패시터, 및 상기 제3 코일에 병렬로 연결되는 제2 커패시터를 포함하며,
    상기 제1, 제2 및 제3 코일은 상기 제1 세그먼트 주위에 감기며 이에 느슨하게 결합되는, 상기 복수의 릴럭턴스 구성요소;
    상기 릴럭턴스 구성요소 각각의 상기 공진 회로에 각각 연결되어 이로부터 전기 에너지를 받으며, DC(직류) 전원에 연결되도록 각각 사용되어 이에 전기 에너지를 릴리스하는 복수의 댐핑 모듈; 및
    상기 릴럭턴스 구성요소 각각의 상기 제1 코일에 연결되고, 상기 DC 전원에 연결되도록 사용되며, 각각의 AC(교류) 전압이 상기 릴럭턴스 구성요소 각각의 상기 제1 코일 양단에 생성되는 방식으로 상기 DC 전원을 상기 릴럭턴스 구성요소 각각의 상기 제1 코일에 연결하도록 구성되는 구동 모듈을 포함하는, 자전기 디바이스.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 릴럭턴스 구성요소 각각에서, 상기 제2 세그먼트는 상기 제1 세그먼트에 의해 에워싸이며 상기 제1 세그먼트의 반대편에 배열된 섹션 사이에서 연장하고, 상기 제1 및 제2 코일 각각은, 상기 제2 세그먼트의 반대편 측 상에 배열되는 상기 제1 세그먼트의 섹션 주위에 감기고 이에 느슨하게 결합되며, 상기 제2 및 제3 코일은 상기 제1 세그먼트의 동일한 섹션 주위에 감기며 이에 느슨하게 결합되는, 자전기 디바이스.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 릴럭턴스 구성요소 각각에서, 상기 자기 코어 유닛은, 스택되어 배치되는 제1 세트의 용량성 실리콘 강 시트와 유도성 무정형 자기 코어를 포함하는, 자전기 디바이스.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 릴럭턴스 구성요소 각각에서, 상기 자기 코어 유닛은 또한 제2 세트의 용량성 실리콘 강 시트를 포함하며, 상기 유도성 무정형 자기 코어는 상기 제1 세트의 용량성 실리콘 강 시트와 상기 제2 세트의 용량성 실리콘 강 시트 사이에 삽입되는, 자전기 디바이스.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 구동 회로는 복수의 스위칭 회로를 포함하며, 상기 스위칭 회로 각각은:
    상기 DC 전원의 양의 단자에 연결되도록 사용되는 제1 단자와, 상기 릴럭턴스 구성요소 각각의 상기 제1 코일의 일 단자에 연결되는 제2 단자를 갖는 제1 스위치;
    상기 제1 스위치의 상기 제2 단자에 연결되는 제1 단자와, 상기 DC 전원의 음의 단자에 연결되도록 사용되는 제2 단자를 갖는 제2 스위치;
    상기 제1 스위치의 상기 제1 단자에 연결되는 제1 단자와, 상기 릴럭턴스 구성요소 각각의 상기 제1 코일의 다른 단자에 연결되는 제2 단자를 갖는 제3 스위치; 및
    상기 제3 스위치의 상기 제2 단자에 연결되는 제1 단자와, 상기 제2 스위치의 상기 제2 단자에 연결되는 제2 단자를 갖는 제4 스위치를 포함하는, 자전기 디바이스.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 스위칭 회로 각각은 또한, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 스위치에 각각 병렬로 연결되는 네 개의 프리휠링(freewheeling) 다이오드를 포함하며, 상기 프리휠링 다이오드 각각은 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 스위치 각각의 상기 제2 단자에 결합되는 양극을 갖는, 자전기 디바이스.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 스위칭 회로에 연결되며, 상기 스위칭 회로의 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 스위치 각각의 동작을 ON 상태와 OFF 상태 사이에서 제어하는 제어기를 또한 포함하는, 자전기 디바이스.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 릴럭턴스 구성요소 중 (n+1)번째 구성요소의 상기 제1 코일 양단의 AC 전압의 위상은 상기 릴럭턴스 구성요소의 n번째 구성요소의 상기 제1 코일 양단의 AC 전압의 위상보다 (360°/N)만큼 지연되며, 여기서 N은 상기 릴럭턴스 구성요소의 수이며, 1≤n≤(N-1)인, 자전기 디바이스.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 댐핑 모듈 각각은:
    상기 릴럭턴스 구성요소 각각의 상기 제2 코일의 상기 제1 단자에 연결되는 양극과, 상기 DC 전원의 양의 단자에 연결되도록 사용되는 음극을 갖는 제1 다이오드;
    상기 DC 전원의 음의 단자에 연결되도록 사용되는 양극과, 상기 제1 다이오드의 상기 양극에 연결되는 음극을 갖는 제2 다이오드;
    상기 제1 다이오드의 상기 음극에 연결되는 제1 단자와, 상기 릴럭턴스 구성요소 각각의 상기 제3 코일의 상기 제2 단자에 연결되는 제2 단자를 갖는 제1 비극성 커패시터;
    상기 제1 비극성 커패시터의 상기 제2 단자와 상기 제2 다이오드의 상기 양극 사이에 연결되는 제2 비극성 커패시터; 및
    상기 제1 다이오드의 상기 음극과 상기 제2 다이오드의 상기 양극 사이에 연결되는 극성 커패시터를 포함하는, 자전기 디바이스.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 댐핑 모듈 각각에서, 상기 제1 및 제2 비극성 커패시터 각각은 고주파수 커패시터인, 자전기 디바이스.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 댐핑 모듈 각각은:
    상기 릴럭턴스 구성요소 각각의 상기 제2 코일의 상기 제1 단자에 연결되는 제1 단자와 제2 단자를 갖는 제1 인덕터;
    상기 제1 인덕터의 상기 제2 단자에 연결되는 제1 단자와, 상기 릴럭턴스 구성요소 각각의 상기 제3 코일의 상기 제2 단자에 연결되는 제2 단자를 갖는 제2 인덕터;
    상기 제1 단자와, 상기 제2 인덕터의 상기 제2 단자에 결합되는 제2 단자를 갖는 제3 인덕터;
    상기 제3 인덕터에 병렬로 연결되는 제4 인덕터;
    상기 제3 인덕터의 상기 제1 단자에 연결되는 양극과, 상기 DC 전원의 양의 단자에 연결되도록 사용되는 음극을 갖는 제1 다이오드; 및
    상기 DC 전원의 음의 단자에 연결되도록 사용되는 양극과, 상기 제3 인덕터의 상기 제2 단자에 연결되는 음극을 갖는 제2 다이오드를 포함하는, 자전기 디바이스.
KR1020160058101A 2015-05-13 2016-05-12 전력 증폭을 댐핑할 수 있는 자전기 디바이스 KR101989658B1 (ko)

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