KR20220107582A - Rotational dc transformer - Google Patents

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KR20220107582A KR1020210010368A KR20210010368A KR20220107582A KR 20220107582 A KR20220107582 A KR 20220107582A KR 1020210010368 A KR1020210010368 A KR 1020210010368A KR 20210010368 A KR20210010368 A KR 20210010368A KR 20220107582 A KR20220107582 A KR 20220107582A
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Abstract

The present invention relates to a rotary direct current (DC) transformer, wherein the rotary DC transformer according to an aspect of the present invention comprises: a stator into which permanent magnets opposing each other are individually inserted on one side thereof and the other side thereof; a rotor rotatably installed inside the stator and surrounded by conductors on an outer surface thereof; a primary side brush group including at least one brush pair spaced apart and in contact with an outer circumferential surface of the rotor along a longitudinal direction, and providing DC power of a preset first voltage level to the rotor through the at least one brush pair so that the rotor rotates; and a secondary side brush group including at least one brush pair spaced apart from the brush pair of the primary side brush group and the rotor along the longitudinal direction, while being spaced apart and in contact with the outer circumferential surface of the rotor along the longitudinal direction, and outputting DC power of a second voltage level different from the first voltage level induced to the at least one brush pair by an electromagnetic induction phenomenon as the rotor rotates. The purpose of the present invention is to provide a rotary DC transformer capable of varying a DC voltage by a rotary motion of the motor without a switching operation.

Description

회전식 DC 변압기{ROTATIONAL DC TRANSFORMER}Rotary DC Transformer

본 발명은 회전식 DC 변압기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전자의 회전 운동을 통해 직류 전압을 변압할 수 있는 회전식 DC 변압기에 관한 것이다.The present invention relates to a rotary DC transformer, and more particularly, to a rotary DC transformer capable of transforming a DC voltage through a rotational motion of a rotor.

본 발명은 한국전력공사의 2018년 선정 기초연구개발 과제 연구비에 의해 지원된 것이다(과제번호 : R18XA06-73).The present invention was supported by a research grant for a basic research and development project selected in 2018 by the Korea Electric Power Corporation (project number: R18XA06-73).

시간에 따른 전압의 극성 변화가 없는 직류(DC) 전압의 변압을 위한 기술로 반도체 소자의 스위칭 동작에 기반을 둔 DC-DC 컨버터 기술이 주로 사용되고 있다. DC-DC 컨버터 기술은 반도체 스위치를 비선형영역에서 동작시켜 높은 효율과 고출력 밀도를 얻을 수 있지만, 스위칭 동작에 의한 전자기 노이즈가 발생하고 열에 취약한 반도체의 특성상 출력밀도를 추가로 개선하기 어렵다는 문제점이 있다.A DC-DC converter technology based on a switching operation of a semiconductor device is mainly used as a technology for transforming a direct current (DC) voltage without a change in the polarity of the voltage over time. DC-DC converter technology operates a semiconductor switch in a non-linear region to obtain high efficiency and high power density, but electromagnetic noise due to the switching operation occurs and it is difficult to further improve the output density due to the characteristics of the semiconductor, which is vulnerable to heat.

또한, 브러시 DC 모터와 브러시 DC 발전기를 직렬로 연결하는 방식의 또 다른 DC 변압 기술은, DC 전압을 브러시와 정류자라는 기계식 정류장치를 통해 AC 전압, 전류로 변환시킴에 따른 스위칭 동작이 발생하며, AC/DC 변환 과정에서 리플 전압이 발생하는 문제점이 있었다.In addition, another DC transformation technology that connects a brush DC motor and a brush DC generator in series causes a switching operation by converting DC voltage into AC voltage and current through a mechanical rectifier called a brush and a commutator. There was a problem that a ripple voltage was generated during the /DC conversion process.

대한민국 특허출원번호 제10-2015-0177843호Republic of Korea Patent Application No. 10-2015-0177843 미국 특허등록번호 05821659US Patent Registration No. 05821659

본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 스위칭 동작 없이 회전자의 회전 운동에 의해 DC 전압을 가변할 수 있는 회전식 DC 변압기를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a rotary DC transformer capable of varying a DC voltage by a rotational motion of a rotor without a switching operation.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood from the description below.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 회전식 DC 변압기는 일측과 타측에 서로 대향되는 영구자석이 각각 삽입되는 고정자, 고정자 내측에 회전 가능하게 설치되며 외면이 도체로 둘러싸인 회전자, 회전자의 외주면에 길이방향을 따라 이격되어 접하는 적어도 하나의 브러시 쌍을 포함하고, 적어도 하나의 브러시 쌍을 통해 회전자에 기설정된 제1 전압 레벨의 DC 전원을 제공함에 따라 회전자가 회전하도록 하는 1차측 브러시그룹 및 회전자의 외주면에 길이방향을 따라 이격되어 접하되 1차측 브러시그룹의 브러시 쌍과 회전자의 길이방향을 따라 이격되는 적어도 하나의 브러시 쌍를 포함하여, 회전자가 회전함에 따른 자기유도현상에 의해 적어도 하나의 브러시 쌍에 유도되는 제1 전압 레벨과는 다른 제2 전압 레벨의 DC 전원을 출력하는 2차측 브러시그룹을 포함한다.A rotary DC transformer according to an aspect of the present invention for achieving the above object is a stator in which permanent magnets opposite to each other are inserted on one side and the other side, respectively, a rotor that is rotatably installed inside the stator and the outer surface is surrounded by conductors, the rotor A primary-side brush comprising at least one pair of brushes spaced apart from each other in the longitudinal direction on the outer peripheral surface of the brush to rotate the rotor as DC power of a predetermined first voltage level is provided to the rotor through the at least one pair of brushes By the magnetic induction phenomenon as the rotor rotates, including a pair of brushes of the primary side brush group and at least one pair of brushes spaced apart along the longitudinal direction of the group and the rotor in contact with the outer circumferential surface of the rotor in the longitudinal direction and a secondary-side brush group for outputting a DC power supply having a second voltage level different from the first voltage level induced to the at least one brush pair.

본 발명에 따르면 스위칭 동작 없이 회전자의 회전 운동에 의해 DC 전압을 가변할 수 있는 회전식 DC 변압기를 제공하는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect of providing a rotary DC transformer capable of varying a DC voltage by a rotational motion of a rotor without a switching operation.

또한, AC 전압으로의 변환없이 DC 전압을 변압하여 출력전압의 전압 리플이 발생하지 않도록 하는 회전식 DC 변압기를 제공하는 효과를 가진다.In addition, it has the effect of providing a rotary DC transformer that transforms a DC voltage without conversion to an AC voltage so that a voltage ripple of the output voltage does not occur.

본 발명의 효과는 상기에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 회전식 DC 변압기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 회전식 DC 변압기의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 회전식 DC 변압기의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 회전식 DC 변압기의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 회전식 DC 변압기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전식 DC 변압기에 있어서 회전자의 외주면에 배치되는 1차측 브러시그룹과 2차측 브러시그룹을 도시한 도면이다.
도 7a는 도 6의 1차측 브러시그룹의 브러시 쌍이 병렬로 연결된 배선도이다.
도 7b는 도 6의 1차측 브러시그룹의 브러시 쌍이 직렬로 연결된 배선도이다.
도 8a는 도 6의 2차측 브러시그룹의 브러시 쌍이 병렬로 연결된 배선도이다.
도 8b는 도 6의 2차측 브러시그룹의 브러시 쌍이 직렬로 연결된 배선도이다.1 is a perspective view of a rotary DC transformer according to an embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view of a rotary DC transformer according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a rotary DC transformer according to an embodiment of the present invention.
4 is a side view of a rotary DC transformer according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining the operation of the rotary DC transformer according to embodiments of the present invention.
6 is a view showing a primary side brush group and a secondary side brush group disposed on the outer peripheral surface of the rotor in the rotary DC transformer according to another embodiment of the present invention.
7A is a wiring diagram in which a pair of brushes of the primary side brush group of FIG. 6 are connected in parallel.
7B is a wiring diagram in which the brush pairs of the primary side brush group of FIG. 6 are connected in series.
8A is a wiring diagram in which a pair of brushes of the secondary side brush group of FIG. 6 are connected in parallel.
8B is a wiring diagram in which the brush pairs of the secondary side brush group of FIG. 6 are connected in series.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로서, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the description of the claims. On the other hand, the terms used in the present specification are for describing the embodiments, and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase.

본 발명의 실시예들에 따른 회전식 DC 변압기는 일단과 타단에 서로 반대 방향으로 착자된 영구자석이 삽입되는 고정자와, 자성체로 이루어지되 외면이 도체로 둘러싸여 고정자의 내측에 회전가능하게 설치되는 회전자와, 회전자의 외주면 일측에서 회전자에 DC 전원을 제공함에 따라 회전자가 회전하도록 하는 1차측 브러시그룹과, 1차측 브러시그룹과 회전자의 길이방향을 따라 이격되어 회전자의 외주면 타측에서 회전자의 회전에 의해 유도되는 DC 전원을 출력하는 2차측 브러시그룹을 포함하여, 스위칭 동작이나 DC/AC 및 AC/DC 로의 변환없이 DC 전원의 변압이 가능하도록 한다.A rotary DC transformer according to embodiments of the present invention includes a stator into which permanent magnets magnetized in opposite directions are inserted at one end and the other end, and a rotor made of a magnetic material, the outer surface of which is surrounded by conductors, and rotatably installed inside the stator And, a primary side brush group that rotates the rotor by providing DC power to the rotor from one side of the outer peripheral surface of the rotor, and the primary side brush group and the rotor are spaced apart along the longitudinal direction of the rotor from the other side of the outer peripheral surface of the rotor Including a secondary-side brush group that outputs DC power induced by the rotation of

이에 따라 본 발명의 실시예들에 따른 회전식 DC 변압기는 스위칭 동작에 따른 전자기 노이즈 발생을 방지하여 EMC(Electromagnetic Compatibility) 성능을 향상시킬 수 있으며, DC/AC 및 AC/DC 변환에 의한 전압 리플 현상이 발생하지 않는 이점이 있다.Accordingly, the rotary DC transformer according to the embodiments of the present invention can improve EMC (Electromagnetic Compatibility) performance by preventing the generation of electromagnetic noise according to the switching operation, and the voltage ripple phenomenon caused by DC/AC and AC/DC conversion is reduced. The advantage is that it doesn't happen.

또한, 본 발명의 실시예들에 따른 회전식 DC 변압기는 전자기 유도현상을 이용하는 관계로 기존 DC 변압 기술로는 구현할 수 없는 마이크로 혹은 나노 스케일로도 제작 가능하다는 이점을 가진다.In addition, the rotary DC transformer according to the embodiments of the present invention has the advantage that it can be manufactured on a micro or nano scale, which cannot be implemented with the existing DC transformer technology because it uses electromagnetic induction.

추가적으로, 본 발명의 실시예들에 따른 회전식 DC 변압기는 1차측 브러시그룹과 2차측 브러시그룹에 DC 전압을 인가하여 변압기가 아닌 모터로 동작 가능하며, 본 발명의 실시예들에 따른 회전식 DC 변압기의 회전자를 외부의 기계적인 동력으로 구동하는 경우 1차측 브러시그룹과 2차측 브러시그룹에서 DC 전력을 생성하는 발전기로도 사용될 수 있다.Additionally, the rotary DC transformer according to the embodiments of the present invention can operate as a motor rather than a transformer by applying a DC voltage to the primary-side brush group and the secondary-side brush group. When the rotor is driven by external mechanical power, it can also be used as a generator to generate DC power from the primary side brush group and the secondary side brush group.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 회전식 DC 변압기의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 회전식 DC 변압기의 분해사시도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 회전식 DC 변압기의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 회전식 DC 변압기의 측면도이다.1 is a perspective view of a rotary DC transformer according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of a rotary DC transformer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a rotary DC transformer according to an embodiment of the present invention It is a cross-sectional view of a transformer, and FIG. 4 is a side view of a rotary DC transformer according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 회전식 DC 변압기(100)는 일측과 타측에 서로 대향되는 영구자석(13, 15)이 각각 삽입되는 고정자(10)와, 고정자(10)의 내측에 회전 가능하게 설치되며 외면이 도체로 둘러싸인 회전자(20)와, 회전자(20)의 외주면에 길이방향을 따라 이격되어 접하는 적어도 하나의 브러시 쌍(31, 32)을 포함하고, 적어도 하나의 브러시 쌍(31, 32)을 통해 회전자(20)에 기설정된 제1 전압 레벨의 DC 전원을 제공함에 따라 회전자(20)가 회전하도록 하는 1차측 브러시그룹(30)과, 회전자(20)의 외주면에 길이방향을 따라 이격되어 접하되 1차측 브러시그룹(30)의 브러시 쌍(31, 32)과 회전자(20)의 길이방향을 따라 이격되는 적어도 하나의 브러시 쌍(41, 42)을 포함하여, 회전자(20)가 회전함에 따른 자기유도현상에 의해 적어도 하나의 브러시 쌍(41, 42)에 유도되는 제1 전압 레벨과는 다른 제2 전압 레벨의 DC 전원을 출력하는 2차측 브러시그룹(40)을 포함한다.1 to 4, the rotary DC transformer 100 according to an embodiment of the present invention has a stator 10 into which permanent magnets 13 and 15 opposed to each other are respectively inserted on one side and the other side, and the stator ( 10) is rotatably installed on the inside of the rotor 20 and the outer surface is surrounded by a conductor, and at least one brush pair 31 and 32 in contact with the outer peripheral surface of the rotor 20 spaced apart along the longitudinal direction, , a primary side brush group 30 for rotating the rotor 20 by providing DC power of a predetermined first voltage level to the rotor 20 through at least one brush pair 31 and 32; The brush pairs 31 and 32 of the primary side brush group 30 and at least one pair of brushes spaced apart along the longitudinal direction of the rotor 20 are in contact with the outer peripheral surface of the rotor 20 in the longitudinal direction ( Including 41 and 42, a DC power of a second voltage level different from the first voltage level induced in the at least one brush pair 41 and 42 by the magnetic induction phenomenon as the rotor 20 rotates and a secondary-side brush group 40 for output.

고정자(10)는 투자율(magnetic permeability)이 높은 탄소강(예를 들어 S45C, S20C)과 같은 자성체로 구성된다.The stator 10 is made of a magnetic material such as carbon steel (eg, S45C or S20C) having high magnetic permeability.

이에 따라 본 발명의 실시예들에 따른 회전식 DC 변압기를 대용량으로 제작하는 경우, 스위칭 손실이 존재하는 기존 DC/DC 컨버터 기술에 비해 효율측면에서 우수한 변압기를 제공할 수 있다.Accordingly, when the rotary DC transformer according to the embodiments of the present invention is manufactured with a large capacity, it is possible to provide a transformer superior in efficiency compared to the existing DC/DC converter technology in which switching loss exists.

또한, 본 발명의 실시예들에 있어서 고정자(10)를 지나가는 자속은 시간에 따른 변화가 없는 DC 자속이므로, AC 자속에 의한 철손이 발생하지 않아 비적층 방식으로 제작 가능하다.In addition, in the embodiments of the present invention, since the magnetic flux passing through the stator 10 is a DC magnetic flux that does not change with time, iron loss does not occur due to the AC magnetic flux, so that it can be manufactured in a non-stacking manner.

이는 기존 변압기나 전기모터의 코어를 지나가는 자속은 시간에 따라 크기가 변화하는 AC 형태로, 이 AC 자속으로 인해 발생하는 철손을 저감하기 위하여 종래의 변압기나 전기모터의 고정자 코어가 얇은 두께를 가지는 전기강판으로 적층되어 제작되어야 하는 것과는 상이하다.This is because the magnetic flux passing through the core of a conventional transformer or electric motor is in the form of an AC in which the magnitude changes with time. It is different from that which has to be laminated with a steel plate and manufactured.

고정자(10)는 중심에 회전자(20)가 설치되는 중공(101)이 길이방향을 따라 관통 형성되고, 외곽에 영구자석(13, 15)이 삽입되는 삽입홀(103)이 길이방향을 따라 관통 형성되며, 중공(101)의 내주면에 삽입홀(103)과 연통하고 백 요크(17)가 삽입되는 요크홈(105)이 형성되는 것일 수 있다.In the stator 10, a hollow 101 in which the rotor 20 is installed in the center is formed penetrating along the longitudinal direction, and the insertion hole 103 into which the permanent magnets 13 and 15 are inserted outside the stator 10 along the longitudinal direction. A yoke groove 105 that communicates with the insertion hole 103 and is inserted into the back yoke 17 may be formed on the inner circumferential surface of the hollow 101 .

삽입홀(103)은 고정자(10)의 측면에서 고정자(10)와 회전자(20) 사이에 형성된 공극의 단면적보다 큰 단면적을 가지는 자속 집중 구조로 형성되는 것일 수 있다.The insertion hole 103 may be formed in a magnetic flux concentration structure having a cross-sectional area larger than the cross-sectional area of the air gap formed between the stator 10 and the rotor 20 on the side surface of the stator 10 .

삽입홀(103)은 중공(101)의 외곽에 둘레를 따라 원호 형상으로 길이방향을 따라 관통 형성되며, 중공(101)의 외곽에서 둘레를 따라 일정 간격의 브릿지(107)를 사이에 두고 복수 개 형성되는 것일 수 있다.The insertion hole 103 is formed through a circular arc shape along the periphery along the periphery of the hollow 101 in the longitudinal direction, and a plurality of bridges 107 at regular intervals along the periphery from the periphery of the hollow 101 are interposed therebetween. may be formed.

다른 예에서 삽입홀은 중공의 외곽에 둘레를 따라 원 현상으로 길이방향을 따라 관통 형성되는 것일 수 있다. 이 경우 고정자가 삽입홀을 기준으로 분리되므로, 본 발명의 실시예들에 있어서 고정자의 삽입홀이 중공의 외곽에 둘레를 따라 원 현상으로 길이방향을 따라 관통 형성되는 회전식 DC 변압기는, 분리된 고정자를 고정하기 위해 고정자의 양측에 각각 설치되는 앤드 플레이트를 더 포함하는 것일 수 있다.In another example, the insertion hole may be penetrating along the longitudinal direction in a circular phenomenon along the periphery of the periphery of the hollow. In this case, since the stator is separated based on the insertion hole, in embodiments of the present invention, the rotary DC transformer in which the insertion hole of the stator is formed through the longitudinal direction in a circular motion along the periphery along the periphery of the hollow, the separated stator It may be to further include an end plate respectively installed on both sides of the stator to fix the.

여기서 앤드 플레이트는 볼트 등의 기구물을 이용하여 고정자의 양측에서 고정자와 결합됨에 따라, 삽입홀을 기준으로 분리된 고정자를 고정시키도록 한다.Here, as the end plate is coupled to the stator from both sides of the stator using a mechanism such as a bolt, the stator separated based on the insertion hole is fixed.

삽입홀(103)의 일측에서는 고정자(10)의 내주면에서 외주면을 향하는 양의 반경방향으로 자속이 발생되도록 착자된 영구자석(13)이 삽입되고, 삽입홀(103)의 타측에는 고정자(10)의 외주면에서 내주면을 향하는 음의 반경방향으로 자속이 발생되도록 착자된 영구자석(15)이 삽입되는 것일 수 있다.At one side of the insertion hole 103, a permanent magnet 13 magnetized so that magnetic flux is generated in a positive radial direction from the inner circumferential surface of the stator 10 toward the outer circumferential surface is inserted, and the other side of the insertion hole 103 is the stator 10. The magnetized permanent magnet 15 may be inserted so that magnetic flux is generated in a negative radial direction from the outer circumferential surface to the inner circumferential surface.

여기서, 반경방향이란 축대칭인 원통 좌표계에서 축과 수직한 반지름 방향을 의미하는 것으로, 양의 반경방향은 축을 기준으로 원통의 외주를 향하는 방향을 의미하고 음의 반경방향은 양의 반경방향과 반대인 방향을 의미한다.Here, the radial direction means a radial direction perpendicular to the axis in an axisymmetric cylindrical coordinate system. means direction.

삽입홀(103)의 일측과 타측에서 각각 삽입된 영구자석(13, 15)은 요크홈(105)에 삽입된 백 요크(17)에 의해 고정되는 것일 수 있다.The permanent magnets 13 and 15 respectively inserted from one side and the other side of the insertion hole 103 may be fixed by the back yoke 17 inserted into the yoke groove 105 .

요크홈(105)은 길이방향에서 삽입홀(103)을 양측으로 분할하여, 삽입홀(103)의 일측과 타측에 서로 대향되도록 착자된 영구자석(13, 15)이 각각 삽입되도록 한다.The yoke groove 105 divides the insertion hole 103 into both sides in the longitudinal direction so that the magnetized permanent magnets 13 and 15 are respectively inserted into one side and the other side of the insertion hole 103 to face each other.

즉 본 발명의 실시예들에 있어서 고정자(10)의 일측과 타측에 각각 삽입되는 영구자석(13, 15)은 회전자(20)의 외주면과 수직한 자속을 발생시키되, 고정자(10)의 일측에 삽입된 영구자석(13)으로부터 회전자(20)의 외주면에 가해지는 자속의 방향과 고정자(10)의 타측에 삽입된 영구자석(15)으로부터 회전자(20)의 외주면에 가해지는 자속의 방향은 서로 반대가 되도록 한다.That is, in the embodiments of the present invention, the permanent magnets 13 and 15 respectively inserted into one side and the other side of the stator 10 generate magnetic flux perpendicular to the outer circumferential surface of the rotor 20 , one side of the stator 10 . The direction of magnetic flux applied to the outer peripheral surface of the rotor 20 from the permanent magnet 13 inserted in the The directions should be opposite to each other.

고정자(10)의 일측과 타측에 삽입되는 각 영구자석(13, 15)으로부터 회전자(20)의 외주면에 가해지는 자속밀도는 동일한 것일 수 있다.The magnetic flux density applied to the outer peripheral surface of the rotor 20 from each of the permanent magnets 13 and 15 inserted into one side and the other side of the stator 10 may be the same.

회전자(20)의 외주면에서 고정자(10)의 일측에 삽입된 영구자석(13)과 대응되는 영역에는 고정자(10)의 일측에 삽입된 영구자석(13)으로부터 발생된 자속이 수직하게 관통하며, 회전자(20)의 외주면에서 고정자(10)의 타측에 삽입된 영구자석(15)과 대응되는 영역에는 고정자(10)의 타측에 삽입된 영구자석(15)으로부터 발생된 자속이 수직하게 관통한다.In an area corresponding to the permanent magnet 13 inserted on one side of the stator 10 on the outer peripheral surface of the rotor 20, the magnetic flux generated from the permanent magnet 13 inserted on one side of the stator 10 penetrates vertically, , in an area corresponding to the permanent magnet 15 inserted into the other side of the stator 10 on the outer circumferential surface of the rotor 20, the magnetic flux generated from the permanent magnet 15 inserted into the other side of the stator 10 penetrates vertically. do.

회전자(20)는 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되는 샤프트(21)와, 샤프트(21)가 삽입되는 샤프트홀이 중심에 형성되며 자성체(soft magnetic)로 이루어진 회전자코어(23)와, 회전자코어(23)의 외주면을 따라 일정 두께로 부착되는 도체(25)를 포함하는 것일 수 있다.The rotor 20 includes a shaft 21 that is rotatably supported by a bearing, a rotor core 23 having a shaft hole into which the shaft 21 is inserted and made of a magnetic material (soft magnetic), and a rotation It may include a conductor 25 attached to a predetermined thickness along the outer circumferential surface of the electronic core 23 .

도체(25)는 구리로 구성되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The conductor 25 may be made of copper, but is not limited thereto.

1차측 브러시그룹(30)에 포함된 브러시 쌍(31, 32)은 회전자(20)의 외주면에서 삽입홀(103)의 일측에서 삽입되는 영구자석(13)의 외곽과 수직 하방으로 대응되는 위치에 접하는 제1 브러시(31)와, 회전자(20)의 외주면에서 제1 브러시(31)와 길이방향을 따라 이격되며 요크홈(105)과 수직 하방으로 대응되는 위치에 접하는 제2 브러시(32)로 구성되는 것일 수 있다.The brush pairs 31 and 32 included in the primary-side brush group 30 are positioned vertically downward to the outer peripheral surface of the rotor 20 and to the outside of the permanent magnet 13 inserted from one side of the insertion hole 103 . A first brush 31 in contact with and a second brush 32 spaced apart from the first brush 31 in the longitudinal direction on the outer circumferential surface of the rotor 20 and in contact with a position corresponding to the yoke groove 105 in a vertical downward direction. ) may be composed of

1차측 브러시그룹(30)의 각 브러시 쌍(31, 32)은 고정자(10)의 일측에 삽입된 영구자석(13)에 의한 자속이 수직하게 관통하는 회전자(20)의 외주면에 접하는 것일 수 있다.Each brush pair 31, 32 of the primary side brush group 30 may be in contact with the outer peripheral surface of the rotor 20 through which the magnetic flux by the permanent magnet 13 inserted into one side of the stator 10 passes vertically. have.

1차측 브러시그룹(30)은 브러시 쌍(31, 32)에 기설정된 제1 전압 레벨의 DC 전원을 제공함에 따라, 고정자(10)의 일측에 삽입된 영구자석(13)에 의한 자속이 수직하게 관통하는 회전자(20)의 외주면에서 회전자(20)의 길이방향의 DC 전류가 흐르도록 하며, 자속과 DC 전류에 의해 회전자(20)에 회전력이 발생하도록 한다.As the primary side brush group 30 provides DC power of a predetermined first voltage level to the brush pairs 31 and 32 , the magnetic flux by the permanent magnet 13 inserted into one side of the stator 10 is vertically A DC current in the longitudinal direction of the rotor 20 flows on the outer circumferential surface of the penetrating rotor 20 , and a rotational force is generated in the rotor 20 by magnetic flux and DC current.

즉, 1차측 브러시그룹(30)은 고정자(10)의 일측에 삽입된 영구자석(13)에 의한 자속이 수직하게 관통하는 회전자(20)의 외주면에서 길이방향을 따라 이격된 브러시 쌍(31, 32)에 기설정된 제1 전압 레벨의 DC 전원을 제공함에 따라 플레밍 왼손 법칙에 의한 회전력이 회전자(20)에 발생하도록 한다.That is, the primary side brush group 30 is a pair of brushes 31 spaced apart in the longitudinal direction from the outer peripheral surface of the rotor 20 through which the magnetic flux by the permanent magnet 13 inserted into one side of the stator 10 passes vertically. , 32) to generate a rotational force according to Fleming's left hand rule in the rotor 20 by providing a DC power of a predetermined first voltage level.

2차측 브러시그룹(40)에 포함된 브러시 쌍(41, 42)은 회전자(20)의 외주면에서 길이방향을 따라 1차측 브러시그룹(30)의 제2 브러시(31)와 소정 간격 이격되며 요크홈과 수직 하방으로 대응되는 위치에 접하는 제3 브러시(41)와, 회전자(20)의 외주면에서 제3 브러시(41)와 길이방향을 따라 이격되며 고정자(10)의 타측에 삽입되는 영구자석(15)의 외곽과 수직 하방으로 대응되는 위치에 접하는 제4 브러시(42)로 구성되는 것일 수 있다.The brush pairs 41 and 42 included in the secondary side brush group 40 are spaced apart from the second brush 31 of the primary side brush group 30 along the longitudinal direction on the outer circumferential surface of the rotor 20 by a predetermined distance, and the yoke A third brush 41 in contact with a position corresponding to the groove and vertically downward, and a permanent magnet spaced apart from the third brush 41 in the longitudinal direction on the outer circumferential surface of the rotor 20 and inserted into the other side of the stator 10 . It may be composed of a fourth brush 42 in contact with a position corresponding to the periphery of (15) in a vertical downward direction.

2차측 브러시그룹(40)의 각 브러시 쌍(41, 42)은 고정자(10)의 타측에 삽입된 영구자석(15)에 의한 자속이 수직하게 관통하는 회전자(20)의 외주면에 접하는 것일 수 있다.Each brush pair 41, 42 of the secondary side brush group 40 may be in contact with the outer peripheral surface of the rotor 20 through which the magnetic flux by the permanent magnet 15 inserted into the other side of the stator 10 passes vertically. have.

즉, 2차측 브러시그룹(40)의 브러시 쌍(41, 42)이 접하는 회전자(20)의 외주면에는 1차측 브러시그룹(30)의 브러시 쌍(31, 32)이 접하는 회전자(20)의 외주면에 가해지는 자속과 반대 방향으로 수직한 자속이 관통하게 된다.That is, on the outer peripheral surface of the rotor 20 in contact with the brush pairs 41 and 42 of the secondary side brush group 40, the brush pairs 31 and 32 of the primary side brush group 30 are in contact with the rotor 20. A magnetic flux perpendicular to the direction opposite to the magnetic flux applied to the outer circumferential surface passes through.

2차측 브러시그룹(40)의 브러시 쌍(41, 42)이 접하는 회전자(20)의 외주면에는 1차측 브러시그룹(30)의 브러시 쌍(31, 32)이 접하는 회전자(20)의 외주면과 반대 방향의 자속이 관통하므로, 1차측 브러시그룹(30)으로부터 제공되는 제1 전압 레벨의 DC 전원에 의해 회전자(20)에 회전운동이 발생하면, 2차측 브러시그룹(40)의 브러시 쌍(41, 42)에는 회전자(20)와 고정자(10)의 타측에 삽입된 영구자석(15)으로부터 발생한 자속 사이의 상대운동에 의한 유도기전력이 발생하여, 2차측 브러시그룹(40)은 적어도 하나의 브러시 쌍(41, 42)에 유도되는 제2 전압 레벨의 DC 전원을 출력할 수 있다.The outer peripheral surface of the rotor 20 in contact with the brush pairs 41 and 42 of the secondary side brush group 40 includes the outer peripheral surface of the rotor 20 in contact with the brush pairs 31 and 32 of the primary side brush group 30 and Since the magnetic flux in the opposite direction passes through, when a rotational motion occurs in the rotor 20 by the DC power of the first voltage level provided from the primary side brush group 30, the brush pair of the secondary side brush group 40 ( An induced electromotive force is generated in the rotor 20 and the magnetic flux generated from the permanent magnet 15 inserted on the other side of the stator 10 at 41 and 42 , so that the secondary side brush group 40 has at least one A DC power of the second voltage level induced to the brush pairs 41 and 42 may be output.

1차측 브러시그룹(30)에 속하는 적어도 하나의 브러시 쌍(31, 32)과 2차측 브러시그룹(40)에 속하는 적어도 하나의 브러시 쌍(41, 42)은 각각 회전자(20)의 외주 둘레를 따라 배치되는 것일 수 있다.At least one pair of brushes 31 and 32 belonging to the primary side brush group 30 and at least one pair of brushes 41 and 42 belonging to the secondary side brush group 40 each have an outer circumference of the rotor 20 . It may be arranged accordingly.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전식 DC 변압기에 있어서 회전자의 외주면에 배치되는 1차측 브러시그룹과 2차측 브러시그룹을 도시한 도면으로, 도 1 내지 6에서는 1차측 브러시그룹(30)에 속한 브러시 쌍(31, 32, 311, 321, 312, 322, 313, 323)의 개수와 2차측 브러시그룹(40)에 속한 브러시 쌍(41, 42, 411, 421, 412, 422, 413, 423)의 개수가 동일한 실시예를 도시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며 1차측 브러시그룹(30)에 속한 브러시 쌍의 개수와 2차측 브러시그룹(40)에 속한 브러시 쌍의 개수는 서로 다를 수 있다.6 is a view showing a primary side brush group and a secondary side brush group disposed on the outer peripheral surface of the rotor in a rotary DC transformer according to another embodiment of the present invention. In FIGS. 1 to 6, the primary side brush group 30 The number of brush pairs (31, 32, 311, 321, 312, 322, 313, 323) belonging to the brush pairs (41, 42, 411, 421, 412, 422, 413, 423) is illustrated, but the embodiment is not limited thereto, and the number of brush pairs belonging to the primary side brush group 30 and the number of brush pairs belonging to the secondary side brush group 40 may be different from each other.

도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 회전식 DC 변압기의 동작을 설명하기 위한 도면으로, 도 5를 참조하면, 1차측 브러시그룹(30)의 브러시 쌍(31, 32)은 회전자(20)의 외주면에 길이방향을 따라 이격되게 접하여 기설정된 제1 전압 레벨의 DC 전원(V1)을 제공함에 따라 회전자(20)의 길이방향으로 DC 전류가 흐르도록 하고, 회전자(20)에는 고정자(10)의 일측에 삽입된 영구자석(13)으로부터 발생한 자속과 1차측 브러시그룹(30)의 브러시 쌍(31, 32)을 통해 인가된 DC 전원에 의한 회전력(Rotating Torque)이 발생하여 회전할 수 있다.5 is a view for explaining the operation of a rotary DC transformer according to embodiments of the present invention. Referring to FIG. 5 , the brush pairs 31 and 32 of the primary side brush group 30 are the rotor 20 The DC current flows in the longitudinal direction of the rotor 20 by providing DC power (V 1 ) of a predetermined first voltage level by being in contact with the outer circumferential surface spaced apart along the longitudinal direction, and the rotor 20 has a stator Rotating torque is generated by the magnetic flux generated from the permanent magnet 13 inserted into one side of 10 and the DC power applied through the brush pairs 31 and 32 of the primary side brush group 30. can

1차측 브러시그룹(30)의 브러시 쌍(31, 32)을 통해 인가된 DC 전원에 의한 회전력으로 회전자(20)가 회전하면, 2차측 브러시그룹(40)의 브러시 쌍(41, 42)에는 회전자(20)의 회전력과 고정자(10)의 타측에 삽입된 영구자석(15)으로부터 발생한 자속에 의한 전자기 유도 현상에 의해 제2 전압 레벨의 DC 전원(V2)을 출력할 수 있다.When the rotor 20 rotates with the rotational force by the DC power applied through the brush pairs 31 and 32 of the primary side brush group 30, the brush pairs 41 and 42 of the secondary side brush group 40 have The DC power V 2 of the second voltage level may be output by the electromagnetic induction phenomenon due to the rotational force of the rotor 20 and the magnetic flux generated from the permanent magnet 15 inserted into the other side of the stator 10 .

고정자(10)의 일측에 삽입된 영구자석(13)으로부터 발생한 자속에 의해 1차측 브러시그룹(30)의 각 브러시 쌍(31, 32)에서 발생하는 유도기전력(Eb1)은 아래의 수학식 1과 같다.The induced electromotive force E b1 generated in each brush pair 31 and 32 of the primary side brush group 30 by the magnetic flux generated from the permanent magnet 13 inserted into one side of the stator 10 is expressed by Equation 1 below. same as

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서

Figure pat00002
는 고정자(10)의 일측에 삽입된 영구자석(13)에 의한 회전자(20)의 도체(25)에서의 자속 밀도이고,
Figure pat00003
는 회전자(20)의 회전운동으로 인한 도체 표면에서의 원주 방향으로의 선속도이고,
Figure pat00004
은 1차측 브러시그룹(30)의 각 브러시 쌍(31, 32) 사이의 간격이다.here
Figure pat00002
is the magnetic flux density in the conductor 25 of the rotor 20 by the permanent magnet 13 inserted on one side of the stator 10,
Figure pat00003
is the linear velocity in the circumferential direction on the surface of the conductor due to the rotational motion of the rotor 20,
Figure pat00004
is the distance between each pair of brushes 31 and 32 of the primary side brush group 30 .

1차측 브러시그룹(30) 전체에서 발생하는 유도기전력(V1)은 아래의 수학식 2와 같다.The induced electromotive force (V 1 ) generated in the entire primary-side brush group 30 is expressed by Equation 2 below.

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서, n1은 1차측 브러시그룹(30)에 포함된 브러시 쌍(31, 32)의 전체 개수이고, N1은 1차측 브러시그룹(30)의 병렬 회로수이다.Here, n 1 is the total number of brush pairs 31 and 32 included in the primary-side brush group 30 , and N 1 is the number of parallel circuits in the primary-side brush group 30 .

2차측 브러시그룹(40)의 각 브러시 쌍(41, 42)에 가해지는 유도기전력(Eb2)은 아래의 수학식 3과 같다.The induced electromotive force E b2 applied to each brush pair 41 and 42 of the secondary side brush group 40 is expressed by Equation 3 below.

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서

Figure pat00007
는 고정자(10)의 타측에 삽입된 영구자석(15)에 의한 회전자(20)의 도체(25)에서의 자속 밀도이고,
Figure pat00008
는 회전자(20)의 회전운동으로 인한 도체(25) 표면에서의 원주 방향으로의 선속도이고,
Figure pat00009
은 2차측 브러시그룹(40)의 각 브러시 쌍(41, 42) 사이의 간격이다.here
Figure pat00007
is the magnetic flux density in the conductor 25 of the rotor 20 by the permanent magnet 15 inserted on the other side of the stator 10,
Figure pat00008
is the linear velocity in the circumferential direction on the surface of the conductor 25 due to the rotational motion of the rotor 20,
Figure pat00009
is the distance between each pair of brushes 41 and 42 of the secondary side brush group 40 .

2차측 브러시그룹(40) 전체에서 발생하는 유도기전력(V2)는 아래의 수학식 4와 같다.The induced electromotive force (V 2 ) generated in the entire secondary-side brush group 40 is expressed in Equation 4 below.

Figure pat00010
Figure pat00010

여기서 n2은 2차측 브러시그룹(40)에 포함된 브러시 쌍(41, 42)의 전체 개수이고, N2은 2차측 브러시그룹(40)의 병렬 회로수이다.Here, n 2 is the total number of brush pairs 41 and 42 included in the secondary-side brush group 40 , and N 2 is the number of parallel circuits in the secondary-side brush group 40 .

제1 전압 레벨에 대한 제2 전압 레벨의 비는 아래의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.The ratio of the second voltage level to the first voltage level may be expressed as Equation 5 below.

Figure pat00011
Figure pat00011

상기한 수학식 5를 참조하면, 제1 전압 레벨(V1)에 대한 제2 전압 레벨(V2)의 비율은 제1 브러시(31)와 제2 브러시(32) 사이의 간격(d1)에 대한 제3 브러시(41)와 제4 브러시(42) 사이의 간격(d2)의 비율에 비례하는 것일 수 있다.Referring to Equation 5 above, the ratio of the second voltage level V 2 to the first voltage level V 1 is the distance d 1 between the first brush 31 and the second brush 32 . It may be proportional to the ratio of the distance d 2 between the third brush 41 and the fourth brush 42 with respect to .

제1 전압 레벨(V1)에 대한 제2 전압 레벨(V2)의 비율은 1차측 브러시그룹(30)에 포함된 브러시 쌍(31, 32)의 개수에 대한 2차측 브러시그룹(40)에 포함된 브러시 쌍(41, 42)의 개수의 비율에 비례하는 것일 수 있다.The ratio of the second voltage level (V 2 ) to the first voltage level (V 1 ) is in the secondary-side brush group 40 with respect to the number of brush pairs 31 and 32 included in the primary-side brush group 30 . It may be proportional to the ratio of the number of the included brush pairs 41 and 42 .

1차측 브러시그룹(30)의 적어도 하나의 브러시 쌍(31, 32)이 병렬로 연결되는 경우 제1 전압 레벨(V1)에 대한 제2 전압 레벨(V2)의 비율은 1차측 브러시그룹(30)의 병렬회로수(N1)에 비례하는 것일 수 있다.When at least one brush pair 31, 32 of the primary side brush group 30 is connected in parallel, the ratio of the second voltage level V 2 to the first voltage level V 1 is the primary side brush group ( 30) may be proportional to the number of parallel circuits (N 1 ).

2차측 브러시그룹(40)의 적어도 하나의 브러시 쌍(41, 42)이 병렬로 연결되는 경우 제1 전압 레벨(V1)에 대한 제2 전압 레벨(V2)의 비율은 2차측 브러시그룹(40)의 병렬회로수(N2)에 반비례하는 것일 수 있다.When at least one brush pair 41, 42 of the secondary side brush group 40 is connected in parallel, the ratio of the second voltage level V 2 to the first voltage level V 1 is the secondary side brush group ( 40) may be inversely proportional to the number of parallel circuits (N 2 ).

이하 도 6 내지 8을 참조하여 1차측 브러시그룹(30)에 속하는 브러시 쌍(311, 321, 312, 322, 313, 323)의 개수 및 연결방식과 2차측 브러시그룹(40)에 속한 브러시 쌍(411, 421, 412, 422, 413, 423)의 개수 및 연결방식에 따른 1차측 브러시그룹(30)으로부터 제공되는 DC 전원의 제1 전압 레벨(V1)과 2차측 브러시그룹(40)에서 출력되는 DC 전원의 제2 전압 레벨(V2)의 관계를 설명하도록 한다.6 to 8, the number and connection method of the brush pairs 311, 321, 312, 322, 313, 323 belonging to the primary side brush group 30 and the brush pairs belonging to the secondary side brush group 40 ( The first voltage level (V 1 ) of the DC power provided from the primary side brush group 30 according to the number and connection method of 411 , 421 , 412 , 422 , 413 , 423 , and output from the secondary side brush group 40 ) The relationship between the second voltage level (V 2 ) of the DC power source to be used will be described.

1차측 브러시그룹에 속하는 브러시 쌍(311, 321, 312, 322, 313, 323)과 2차측 브러시그룹에 속한 브러시 쌍(411, 421, 412, 422, 413, 423)이 각각 모두 병렬로 연결(도 7a, 도 8a)된 경우, 1차측 브러시그룹의 브러시 쌍(311, 321, 312, 322, 313, 323) 사이의 간격(d1)에 대한 2차측 브러시그룹(40)에 속한 브러시 쌍(411, 421, 412, 422, 413, 423) 사이의 간격(d2)의 비에 따라 제1 전압 레벨(V1)에 대한 제2 전압 레벨(V2)의 변압비를 조정할 수 있다.The brush pairs (311, 321, 312, 322, 313, 323) belonging to the primary side brush group and the brush pairs (411, 421, 412, 422, 413, 423) belonging to the secondary side brush group are all connected in parallel ( In the case of FIGS. 7A and 8A ), the brush pair ( The transformation ratio of the second voltage level V 2 to the first voltage level V 1 may be adjusted according to the ratio of the interval d 2 between the 411 , 421 , 412 , 422 , 413 , and 423 .

1차측 브러시그룹의 브러시 쌍(311, 321, 312, 322, 313, 323) 사이의 간격(d1)에 대한 2차측 브러시그룹(40)에 속한 브러시 쌍(411, 421, 412, 422, 413, 423) 사이의 간격(d2)이 동일한 경우, 1차측 브러시그룹에 속하는 브러시 쌍(311, 321, 312, 322, 313, 323)과 2차측 브러시그룹에 속한 브러시 쌍(411, 421, 412, 422, 413, 423)을 각각 직렬 또는 병렬로 연결함에 따라 제1 전압 레벨(V1)을 승압 또는 감압하여 제2 전압 레벨(V2)을 출력할 수 있다.The brush pairs 411, 421, 412, 422, 413 belonging to the secondary side brush group 40 for the interval d 1 between the primary side brush group brush pairs 311, 321, 312, 322, 313, 323 , 423) are the same, the brush pairs 311, 321, 312, 322, 313, 323 belonging to the primary side brush group and the brush pairs 411, 421, 412 belonging to the secondary side brush group , 422 , 413 , and 423 are respectively connected in series or in parallel to boost or reduce the first voltage level V 1 to output the second voltage level V 2 .

예를 들어, 1차측 브러시그룹에 속하는 브러시 쌍(311, 321, 312, 322, 313, 323)을 직렬로 연결(도 7b)하고 2차측 브러시그룹에 속한 브러시 쌍(411, 421, 412, 422, 413, 423)을 병렬로 연결(도 8a)하여 제1 전압 레벨(V1)에 1차측 브러시그룹에 속하는 브러시 쌍(311, 321, 312, 322, 313, 323)의 개수(n1=3)를 나눔에 따른 제2 전압 레벨(V2)의 DC 전원이 출력되도록 함에 따라 감압할 수 있다.For example, the brush pairs 311, 321, 312, 322, 313, 323 belonging to the primary side brush group are connected in series (FIG. 7B), and the brush pairs 411, 421, 412, 422 belonging to the secondary side brush group are connected in series. , 413, 423 are connected in parallel (FIG. 8a) to the first voltage level (V 1 ) The number of brush pairs 311, 321, 312, 322, 313, 323 belonging to the primary side brush group (n 1 = By dividing 3), the pressure may be reduced as the DC power of the second voltage level (V 2 ) is output.

또한, 1차측 브러시그룹에 속하는 브러시 쌍(311, 321, 312, 322, 313, 323)을 병렬로 연결(도 7a)하고 2차측 브러시그룹에 속한 브러시 쌍(411, 421, 412, 422, 413, 423)을 직렬로 연결(도 8b)하여 제1 전압 레벨(V1)에 2차측 브러시그룹에 속하는 브러시 쌍(411, 421, 412, 422, 413, 423)의 개수(n2=3)를 곱한 값에 따른 제2 전압 레벨(V2)의 DC 전원이 출력되도록 함에 따라 승압할 수 있다.In addition, the brush pairs 311, 321, 312, 322, 313, 323 belonging to the primary side brush group are connected in parallel (Fig. 7a), and the brush pairs 411, 421, 412, 422, 413 belonging to the secondary side brush group are connected in parallel. , 423) are connected in series (FIG. 8b) to the first voltage level (V 1 ) the number of brush pairs (411, 421, 412, 422, 413, 423) belonging to the secondary-side brush group (n 2 =3) The voltage may be boosted as the DC power of the second voltage level (V 2 ) according to the multiplied value is output.

고정자(10)의 내측에 회전 가능하게 설치되며 외면이 도체로 둘러싸인 회전자(20)와, 회전자(20)의 외주면에 길이방향을 따라 이격되어 접하는 적어도 하나의 브러시 쌍(31, 32)을 포함하고, 적어도 하나의 브러시 쌍(31, 32)을 통해 회전자(20)에 기설정된 제1 전압 레벨의 DC 전원을 제공함에 따라 회전자(20)가 회전하도록 하는 1차측 브러시그룹(30)과, 회전자(20)의 외주면에 길이방향을 따라 이격되어 접하되 1차측 브러시그룹(30)의 브러시 쌍(31, 32)과 회전자(20)의 길이방향을 따라 이격되는 적어도 하나의 브러시 쌍(41, 42)을 포함하여, 회전자(20)가 회전함에 따른 전자기유도현상에 의해 적어도 하나의 브러시 쌍(41, 42)에 유도되는 제1 전압 레벨과는 다른 제2 전압 레벨의 DC 전원을 출력하는 2차측 브러시그룹(40)을 포함한다.The rotor 20 is rotatably installed inside the stator 10 and the outer surface is surrounded by a conductor, and at least one pair of brushes 31 and 32 in contact with the outer peripheral surface of the rotor 20 spaced apart along the longitudinal direction. The primary side brush group 30 which includes, and causes the rotor 20 to rotate by providing DC power of a predetermined first voltage level to the rotor 20 through at least one brush pair 31 and 32 . And, at least one brush spaced apart along the longitudinal direction of the outer circumferential surface of the rotor 20 and in contact with the brush pairs 31 and 32 of the primary side brush group 30 and the rotor 20 in the longitudinal direction. DC of a second voltage level different from the first voltage level induced in the at least one brush pair 41 and 42 by an electromagnetic induction phenomenon as the rotor 20 rotates, including the pairs 41 and 42 and a secondary-side brush group 40 for outputting power.

다시 정리해보면, 본 발명의 실시예들에 따른 회전식 DC 변압기는 일측과 타측에 서로 대향되는 영구자석이 각각 삽입되는 고정자와, 고정자의 내측에 회전 가능하게 설치되며 외면이 도체로 둘러싸인 회전자와, 고정자의 일측에 삽입된 영구자석에 대응되어 회전자의 길이방향을 따라 이격되어 접하는 적어도 하나의 브러시 쌍을 포함하는 1차측 브러시그룹을 포함하여 1차측 브러시그룹의 브러시 쌍에 제1 전압 레벨의 DC 전원을 인가함에 따라 회전자에 회전력을 발생시킬 수 있다.In summary, the rotary DC transformer according to the embodiments of the present invention includes a stator into which permanent magnets opposed to each other are respectively inserted on one side and the other side, a rotor rotatably installed inside the stator and surrounded by a conductor, DC of the first voltage level to the brush pair of the primary side brush group, including the primary side brush group including at least one brush pair spaced apart along the longitudinal direction of the rotor corresponding to the permanent magnet inserted into one side of the stator and in contact As power is applied, rotational force can be generated in the rotor.

또한, 본 발명의 실시예들에 따른 회전식 DC 변압기는 고정자의 타측에 삽입된 영구자석에 대응되어 회전자의 길이방향을 따라 이격되어 접하는 적어도 하나의 브러시 쌍을 포함하는 2차측 브러시그룹을 포함하여 1차측 브러시그룹에서 제공받은 DC 전원에 의해 회전자가 회전할 때 전자기유도현상에 의해 2차측 브러시그룹의 브러시 쌍에 유도되는 제2 전압 레벨의 DC 전원을 출력할 수 있다.In addition, the rotary DC transformer according to the embodiments of the present invention includes a secondary-side brush group including at least one pair of brushes spaced apart along the longitudinal direction of the rotor and in contact with the permanent magnet inserted into the other side of the stator. When the rotor rotates by the DC power supplied from the primary side brush group, the DC power of the second voltage level induced to the brush pair of the secondary side brush group by the electromagnetic induction phenomenon may be output.

제1 전압 레벨에 대한 제2 전압 레벨의 비는 1차측 브러시그룹에 포함된 브러시 쌍의 브러시간의 간격, 1차측 브러시그룹에 포함된 브러시 쌍의 개수, 1차측 브러시그룹의 병렬회로수, 2차측 브러시그룹에 포함된 브러시 쌍의 브러시간의 간격, 2차측 브러시그룹에 포함된 브러시 쌍의 개수, 2차측 브러시그룹의 병렬회로수를 변경함에 따라 조정 가능하다.The ratio of the second voltage level to the first voltage level is the distance between the brushes of the brush pairs included in the primary brush group, the number of brush pairs included in the primary brush group, the number of parallel circuits in the primary brush group, and the secondary It can be adjusted by changing the distance between the brushes of the brush pairs included in the brush group, the number of brush pairs included in the secondary brush group, and the number of parallel circuits in the secondary brush group.

본 발명에 따르면 스위칭 동작이나, AC/DC 및 DC/AC로의 변환 없이 DC 전원의 변압이 가능한 회전식 DC 변압기를 제공하는 이점이 있다.According to the present invention, there is an advantage to provide a rotary DC transformer capable of transforming DC power without a switching operation or conversion to AC/DC and DC/AC.

또한, 본 발명의 실시예들에 따른 회전식 DC 변압기는 1차측 브러시그룹에 포함된 브러시 쌍에 제공되는 제1 전압 레벨 또는 2차측 브러시그룹에 포함된 브러시 쌍과 연결되는 전기적 부하의 크기를 변경함에 따라 회전자의 회전 속도 제어가 가능하므로, 사용자의 필요에 따라 모터로도 활용 가능하다.In addition, the rotary DC transformer according to the embodiments of the present invention changes the first voltage level provided to the brush pair included in the primary side brush group or the size of the electrical load connected to the brush pair included in the secondary side brush group. Since the rotation speed of the rotor can be controlled accordingly, it can also be used as a motor according to the user's needs.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.

100 : 회전식 DC 변압기
10 : 고정자
13, 15 : 영구자석
20 : 회전자
30 : 1차측 브러시그룹
40 : 2차측 브러시그룹100: rotary DC transformer
10: stator
13, 15: permanent magnet
20: rotor
30: primary side brush group
40: secondary side brush group

Claims (9)

일측과 타측에 서로 대향되는 영구자석이 각각 삽입되는 고정자;
상기 고정자 내측에 회전 가능하게 설치되며 외면이 도체로 둘러싸인 회전자;
상기 회전자의 외주면에 길이방향을 따라 이격되어 접하는 적어도 하나의 브러시 쌍을 포함하고, 상기 적어도 하나의 브러시 쌍을 통해 상기 회전자에 기설정된 제1 전압 레벨의 DC 전원을 제공함에 따라 상기 회전자가 회전하도록 하는 1차측 브러시그룹; 및
상기 회전자의 외주면에 길이방향을 따라 이격되어 접하되 상기 1차측 브러시그룹의 브러시 쌍과 상기 회전자의 길이방향을 따라 이격되는 적어도 하나의 브러시 쌍를 포함하여, 상기 회전자가 회전함에 따른 자기유도현상에 의해 상기 적어도 하나의 브러시 쌍에 유도되는 상기 제1 전압 레벨과는 다른 제2 전압 레벨의 DC 전원을 출력하는 2차측 브러시그룹;을 포함하는 회전식 DC 변압기.a stator into which permanent magnets opposed to each other are respectively inserted into one side and the other side;
a rotor rotatably installed inside the stator and surrounded by a conductor;
and at least one brush pair in contact with the outer circumferential surface of the rotor while being spaced apart in the longitudinal direction, and when DC power of a predetermined first voltage level is provided to the rotor through the at least one brush pair, the rotor a primary side brush group to rotate; and
Magnetic induction phenomenon as the rotor rotates, including a pair of brushes of the primary side brush group and at least one pair of brushes spaced apart along the longitudinal direction of the rotor to contact the outer circumferential surface of the rotor A secondary-side brush group for outputting a DC power of a second voltage level different from the first voltage level induced to the at least one brush pair by 제1항에 있어서,
상기 고정자는
중심에 상기 회전자가 설치되는 중공이 길이방향을 따라 관통 형성되고, 외곽에 영구자석이 삽입되는 삽입홀이 길이방향을 따라 관통 형성되며, 상기 중공의 내주면에 상기 삽입홀과 연통하고 백 요크가 삽입되는 요크홈이 형성되는 것
인 회전식 DC 변압기.According to claim 1,
the stator is
A hollow in which the rotor is installed in the center is formed through in the longitudinal direction, and an insertion hole into which a permanent magnet is inserted is formed through the longitudinal direction at the outside thereof, and communicates with the insertion hole on the inner circumferential surface of the hollow and a back yoke is inserted A yoke groove is formed
A rotary DC transformer. 제2항에 있어서,
상기 삽입홀의 일측에는 상기 고정자의 내주면에서 외주면을 향하는 양의 반경방향으로 자속이 발생되도록 착자된 영구자석이 삽입되고, 상기 삽입홀의 타측에는 상기 고정자의 외주면에서 내주면을 향하는 음의 반경방향으로 자속이 발생되도록 착자된 영구자석이 삽입되는 것
인 회전식 DC 변압기.3. The method of claim 2,
A permanent magnet magnetized so that magnetic flux is generated in a positive radial direction from the inner circumferential surface of the stator to the outer circumferential surface is inserted into one side of the insertion hole, and the magnetic flux in a negative radial direction from the outer circumferential surface of the stator to the inner circumferential surface at the other side of the insertion hole. Inserting a permanent magnet magnetized to generate
A rotary DC transformer. 제2항에 있어서,
상기 1차측 브러시그룹에 포함된 브러시 쌍은
상기 회전자의 외주면에서 상기 고정자의 일측에 삽입되는 영구자석의 외곽과 수직 하방으로 대응되는 위치에 접하는 제1 브러시와, 상기 회전자의 외주면에서 상기 제1 브러시와 길이방향을 따라 이격되며 상기 요크홈과 수직 하방으로 대응되는 위치에 접하는 제2 브러시로 구성되는 것
인 회전식 DC 변압기.3. The method of claim 2,
The brush pair included in the primary side brush group is
A first brush in contact with a position perpendicularly downward to the outer peripheral surface of the permanent magnet inserted into one side of the stator on the outer peripheral surface of the rotor; Consisting of a second brush in contact with a position corresponding to the groove and vertically downward
A rotary DC transformer. 제4항에 있어서,
상기 2차측 브러시그룹에 포함된 브러시 쌍은
상기 회전자의 외주면에서 길이방향을 따라 상기 제2 브러시와 소정 간격 이격되며 상기 요크홈과 수직 하방으로 대응되는 위치에 접하는 제3 브러시와, 상기 회전자의 외주면에서 상기 제3 브러시와 길이방향을 따라 이격되며 상기 고정자의 타측에 삽입되는 영구자석의 외곽과 수직 하방으로 대응되는 위치에 접하는 제4 브러시로 구성되는 것
인 회전식 DC 변압기.5. The method of claim 4,
The brush pair included in the secondary side brush group is
A third brush spaced apart from the second brush by a predetermined distance along the longitudinal direction on the outer circumferential surface of the rotor and in contact with a position corresponding to the yoke groove in a vertical downward direction, and the third brush in the longitudinal direction on the outer circumferential surface of the rotor Consisting of a fourth brush that is spaced apart along and in contact with a position corresponding to the outer side of the permanent magnet inserted into the other side of the stator in a vertical downward direction.
A rotary DC transformer. 제5항에 있어서,
상기 제1 전압 레벨에 대한 상기 제2 전압 레벨의 비율은
상기 제1 브러시와 상기 제2 브러시 사이의 간격에 대한 상기 제3 브러시와 상기 제4 브러시의 간격의 비율에 비례하는 것
인 회전식 DC 변압기.6. The method of claim 5,
The ratio of the second voltage level to the first voltage level is
proportional to the ratio of the distance between the third brush and the fourth brush to the distance between the first brush and the second brush.
A rotary DC transformer. 제1항에 있어서,
상기 제1 전압 레벨에 대한 상기 제2 전압 레벨의 비율은
상기 1차측 브러시그룹에 포함된 브러시 쌍의 개수에 대한 상기 2차측 브러시그룹에 포함된 브러시 쌍의 개수의 비율에 비례하는 것
인 회전식 DC 변압기.According to claim 1,
The ratio of the second voltage level to the first voltage level is
Proportional to the ratio of the number of brush pairs included in the secondary side brush group to the number of brush pairs included in the primary side brush group
A rotary DC transformer. 제7항에 있어서,
상기 1차측 브러시그룹의 적어도 하나의 브러시 쌍이 병렬로 연결되는 경우, 상기 제1 전압 레벨에 대한 상기 제2 전압 레벨의 비율은 상기 1차측 브러시그룹의 병렬회로수에 비례하는 것
인 회전식 DC 변압기.8. The method of claim 7,
When at least one brush pair of the primary side brush group is connected in parallel, the ratio of the second voltage level to the first voltage level is proportional to the number of parallel circuits of the primary side brush group.
A rotary DC transformer. 제7항에 있어서,
상기 2차측 브러시그룹의 적어도 하나의 브러시 쌍이 병렬로 연결되는 경우, 상기 제1 전압 레벨에 대한 상기 제2 전압 레벨의 비율은 상기 2차측 브러시그룹의 병렬회로수에 반비례하는 것
인 회전식 DC 변압기.
8. The method of claim 7,
When at least one brush pair of the secondary-side brush group is connected in parallel, the ratio of the second voltage level to the first voltage level is inversely proportional to the number of parallel circuits of the secondary-side brush group.
A rotary DC transformer.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006060982A (en) * 2004-08-24 2006-03-02 Smc Corp Dc brush motor
KR20180011681A (en) * 2016-07-25 2018-02-02 나필찬 DC motor generator apparatus having variable multiple brushes
KR20180032215A (en) * 2018-03-10 2018-03-29 선상규 A generator using of multibrush and slip ring
CN207753578U (en) * 2017-12-25 2018-08-21 清华大学 A kind of mixing of fixed brush formula electromechanics is without arc commutating dc motor
JP2019054698A (en) * 2017-09-19 2019-04-04 株式会社Ｓｏｋｅｎ Dynamo-electric machine
KR20190088960A (en) * 2019-07-22 2019-07-29 선상규 DC generator utilizing of a multi-circuit brush

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006060982A (en) * 2004-08-24 2006-03-02 Smc Corp Dc brush motor
KR20180011681A (en) * 2016-07-25 2018-02-02 나필찬 DC motor generator apparatus having variable multiple brushes
JP2019054698A (en) * 2017-09-19 2019-04-04 株式会社Ｓｏｋｅｎ Dynamo-electric machine
CN207753578U (en) * 2017-12-25 2018-08-21 清华大学 A kind of mixing of fixed brush formula electromechanics is without arc commutating dc motor
KR20180032215A (en) * 2018-03-10 2018-03-29 선상규 A generator using of multibrush and slip ring
KR20190088960A (en) * 2019-07-22 2019-07-29 선상규 DC generator utilizing of a multi-circuit brush

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