KR20230045329A - 속도변경 및 그에 따른 효율구간 변경이 가능한 전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동기 또는 발전기에 있어서, 중성점 전환스위치와 상전환스위치에 의해 권선의 극수를 줄이고 상을 순방향으로 변환하여 속도 변경에 따른 최대효율변경을 할 수 있거나 권선의 직병렬과 스타델타 결선에 의해 임피던스 변경 및 역기전력을 변경하여 속도 변경 과 그에 따른 최대효율변경을 할 수 있는 전동기 또는 발전기를 제공한다.

Description

속도변경 및 그에 따른 효율구간 변경이 가능한 전동기 또는 발전기{Motor or generator that can change velocity and efficiency range due to change of velocity}

본 발명은 전동기 또는 발전기와 그 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전동기나 발전기는 특정속도에서 최대 효율을 가지게 된다. 제작된 전동기나 발전기는 속도에 따른 최대 효율 구간 변경이 요구된다. 이는 전동기의 고유의 특성으로써 설계 시 결정되어 진다.

그러나 예를 들어 전기차의 경우 정지부터 최대 속도구간까지 운전하게 되며 이는 효율이 낮은 부분에서 운전할 수 밖에 없어 효율을 떨어 뜨리고 있다. 또한 전동기의 고속회전을 위해서는 역기전력보다 높게 인가 전압을 높여야 하는 상황이다. 인가 전압을 높일시 감전등의 위험이 초래하고 별도의 전압 승압장치가 필요하다. 따라서 비용이 증가하고 전압 승압장치의 효율이 100%가 아니므로 전체적인 효율을 떨어뜨리게 된다. 또한 역기전력을 줄이기 위해 약계자제어 방식도 사용하나 이는 효율을 더 저감시키고 있는 실정이다.

현재의 제작된 전동기나 발전기의 속도에 따른 최대효율구간 변경이 요구되고 있는 실정이다. 예를 들어 전기차의 경우 하나의 전동기와 감속기로 구성되어 있다. 전기차의 저속부터 고속까지의 운행은 하나의 전동기 특성에 기반하는 것으로 최대효율은 전기차의 특정 속도에서만 나올 수 있다. 최대효율 이외의 속도에서 운행시 효율은 떨어지고 한정된 배터리를 탑재하는 전기차는 주행거리가 감소할 수 밖에 없는 문제점이 있다.

이외에 다방면으로 전동기가 응용되는 분야에서도 전동기의 운전시 회전속도의 변화가 클 경우 전력 효율을 떨어 뜨리게 된다. 발전기 또한 자동차나 풍력발전에 이용 시 속도가 변하게 되고 발전기의 최대 효율 구간에서 운전할 수 없게 되는 이유가 된다. 또한, 발전된 전압을 일정하게 정전압하여 배터리에 저장하고 이때 스위칭에 의한 전압조절 회로를 사용하는데 발전기의 특성상 PWM의 스위치 OFF시 전력을 차단하지만 발전기의 회전은 계속되어 이때의 전력은 사용할 수 없게 되고 효율을 떨어 뜨리게 된다.

따라서 저속, 중속, 고속등 회전 속도에 따라 최대 효율에 도달하도록 전기적인 별도의 시스템이 필요하다. 전동기나 발전기에 기계적인 변속기를 장착하여 속도에 따른 변속으로 최대 효율 구간에서 운전 할 수 도 있으나 이는 비용증가와 고장문제, 부피, 무게 문제가 발생한다.

특허문헌으로 특허 제10-0598445호는 슬롯 고정자에 감겨지는 기존의 주권선과는 별도로 슬롯 고정자의 각 치 부분의 여유공간에 주권선과 병렬로 연결되는 보조권선을 추가적으로 설치하여, 기동구간에서는 주권선과 보조권선을 모두 이용하고, 속도 정상 상태 구간에서는 주권선만을 이용하여 고속구동이 이루어지도록 구성한병렬 권선방식의 브러시리스 직류 전동기를 개시하고 있다.

또, 특허 제10-0132904호는 광범위한 회전영역에서 정출력을 발생시킬 수 있는 유도 전동기의 구동 제어 방법으로, Y결선된 유도 전동기의 권선을 소정 비율의 권선수로 2분할하고 2개의 분단권선을 이용하여 저속시에는 전환 스위치만을 가동하고, 분단권선에 전류를 흘리며, 고속시에는 다른 전환 스위치만을 가동하고, 다른 분단권선에만 전류를 흘리는 내용을 개시하고 있다.

그러나, 이들 특허는 전동기의 극수를 줄이고 상을 순방향으로 변환시키는 원리에 입각한 것이 아니고 단순히 복수의 권선 또는 복수의 스위치 중의 하나를 선택하도록 한 것이므로 상기와 같은 문제를 해결하는데 한계가 있다.

따라서 본 발명은 전동기나 발전기에 있어서 전기적인 스위치 조작만으로 속도 변경 및 최대 효율 구간에서의 운전을 통하여 효율을 높일 수 있는 방법 및 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전동기 또는 발전기에 있어서, 중성점 전환스위치와 상전환스위치에 의해 권선의 극수를 줄이고 상을 순방향으로 변환하여 속도 변경에 따른 최대효율변경을 할 수 있는 전동기 또는 발전기를 제공한다.

본 발명은 또한 이중고정자 전동기 또는 이중고정자 발전기에 있어서,

직렬스위치, 스타델타 전환 스위치, 병렬스위치에 의해 제1 고정자 권선과 제2 고정자권선이 상호 직렬, 병렬, 스타, 델타 결선되어 속도변경 및 최대효율변경이 이루어지며, 제2 고정자권선측의 스타결선스위치나 델타결선스위치 개방에 의해 1개의 고정자에만 전원이 인가되어 운전이 가능한 전동기 또는 발전기를 제공한다.

본 발명은 또한, 단일 고정자 전동기 또는 단일 고정자 발전기에 있어서, 직렬스위치, 스타델타 전환 스위치, 병렬스위치에 의해 고정자권선의 각상이 상호 직렬, 병렬, 스타, 델타 결선되어 속도변경 및 효율구간 변경이 이루어 지는 전동기 또는 발전기를 제공한다.

본 발명의 병렬 결선시, 2개의 델타결선스위치에 의해 각 권선을 나누어 결선함으로써 과전류 방지 및 반도체 스위치가 보호되고 2개의 스타결선스위치에 의해 상호 중성점이 분리되어 효율을 높일수 있다.

권선에 탭을 구비하여 직렬임피던스와 병렬임피던스 차를 줄여서 속도 차를 줄이고 그에 따른 최대효율구간 차를 줄여서 효율을 높일 수 있다.

제1 고정자 권선과 제2 고정자 권선의 내부 슬롯의 각상을 나누어 직병렬 결선 함으로써 속도변경 단계를 늘려 그에 따른 속도차를 줄이고 단계별 최대 효율구간 차를 줄일 수 있다.

본 발명은 또한 과도 전류에 의한 컨트롤러 손상방지 및 셧다운을 막기 위한 스위치의 조작 방법으로, 상기 방법은: 직렬에서 병렬결선으로 변경시 직렬스위치(54)를 먼저 개방하고 병렬스위치(53)를 단락시키는 단계; 병렬에서 직렬로 변경시에는 병렬스위치(53)을 개방하고 직렬스위치(54)를 단락시키는 단계; 병렬스타에서 병렬델타로 전환시에는 스타결선스위치(55’)를 먼저 개방후 스타결선스위치(55)를 개방하고 델타결선스위치(56)를 단락시키고 델타결선스위치(56‘)를 단락시키는 단계; 병렬델타에서 병렬스타로 전환시에는 델타결선스위치(56‘)를 먼저 개방하고 델타결선스위치(56)을 개방한후 스타결선스위치(55)를 단락하고 스타결선스위치(55‘)를 단락시키는 단계;로 이루어지는 스위치의 조작 방법을 제공한다.

본 발명은 전동기의 속도 대역폭을 늘릴수 있고 저속에서 고속까지 속도에 따른 최대 효율 구간에서 운전함으로써 전체 운전 효율을 높일수 있고 고속회전을 위해 고전압을 필요치 않게 되어 안전 및 효율이 높아진다는 효과를 발휘한다. 발전기에 있어서도 최대효율 구간에서 운전함으로써 속도에 따른 전기적 변속으로 전체적인 발전기의 운전효율을 높일 수 있게 된다.

일반적으로 전기차의 경우 회생 제동시 발전기는 구동 전동기와 별개로 구비되는데 이는 운전 효율이 낮아서이다. 하지만, 본 발명에 의해 속도에 따른 권선 변경으로 영구자석 회전자 전동기를 최적의 발전기로 구동할 수 있게 됨으로써 별도의 발전기 없이 스위치 전환으로 구동 전동기를 효율좋은 발전기로 사용할 수 있어서 비용 절감 및 무게, 공간 절약의 효과를 가져온다.

도1은 종래의 이중 고정자 전동기의 단면도이다
도2a는 본 발명의 한 실시예에 따른 극수변환 전동기의 단면도 이다.
도2b, 도2c, 도2d는 본 발명의 한 실시예에 따른 극수변환 전동기의 고정자 전개도 이다.
도3은 본 발명의 한 실시예에 따른 극수변환 전동기의 구동 전자 회로도이다.
도4는 본 발명의 한 실시예에 따른 극수변환 전동기의 프로그램 순서도 이다.
도5는 본 발명의 한 실시예에 따른 직병렬, 스타델타 변환 전자회로도 이다.
도6은 본 발명의 한 실시예에 따른 권선에 탭이 구비된 전자회로도 이다.
도7은 본 발명의 한 실시예에 따른 각 고정자권선의 각상의 내부슬롯권선을 직병렬 시킬수 있는 전자회로도 이다.
도8 은 본 발명의 한 실시예에 따른 프로그램 순서도 이다.

본 발명에서는 전동기나 발전기의 속도 변화와 그에 따른 효율 구간을 변경하기 위하여 극수를 줄이는 극수 변환법과 권선의 직렬, 병렬, 델타, 스타결선 조합에 의한 임피던스 변환법을 사용한다.

먼저 극수 변환에 의한 속도변환과 그에 따른 효율구간 변경 방법을 설명한다.

도2는 단일 고정자 유도전동기로써 24개의 슬롯 또는 티가 구비된 8극 전동기 이다. 각상은 2개의 티에 분포권으로 권선되어 있어 회전속도 N=120f/P로 회전한다. 여기서 f는 전원의 주파수 이고 P는 전동기의 극수이다. 따라서 극수를 줄이게 되면 회전 속도가 증가하고 효율 구간은 더높은 회전 속도에서 최대 효율을 갖게 된다.

이에 따른 극수 변환법을 설명하면 도2b에서 티 1번과2번에 A상, 2번과3번에 B상, 3번과4번에 C상이 권선되어 있으며 24번 티까지 권선되어 있다. 도 2c는 도2b의 8극을 4극으로 극수 변환한 권선으로 1번과 2번에 A상(21), 3번과 4번에 B상(23'), 그리고 5번과 6번에 C상(24)으로 권선이 감소 변경되어 4극의 전동기로 회전한다. 여기서 B상과 C상은 도2b의 B상과 C상이 상호 교환 되어야 순방향이며 회전방향이 바뀌지 않는다. 따라서 이를 상호교환하는 방법으로는 하드웨어적 전환스위치나 소프트웨어적으로 프로그램상 교환하는 방법이 있다.

이와 같이 각 상의 극수를 반으로 줄임으로써 회전속도는 2배가 되고 효율구간은 더 높은 회전수에서 최대 효율을 갖게 된다. 도2d는 같은 방법으로 극수를 다시 반으로 줄인 권선법으로 1번과 2번 티에 A상(21)이 권선되고, 5번과 6번에 B상(24'), 9번과 10번티에 C상(25)이 권선되어 2극기로 회전할 수 있게 된다. 따라서 회전속도는 최초 권선에 비해 4배가 되고 효율구간 또한 더 높은 속도에서 최대 효율을 가짐으로써 전동기의 속도가 올라가고 그에 따라 효율 구간이 바뀌게 되는 효과가 나온다. 이러한 권선법은 유도전동기에 적합한 극수변환법이다.

종래기술에서도 3상유도전동기에서 극수를 반으로 줄이는 극수변환법이 있으나 단순히 각 상의 극을 같은 극으로 배치하여 극수를 2배로 늘리는 방식으로 자력의 N, S 상호 자력을 떨어 뜨리고 2단 이상의 속도 변환을 할 수 없는 문제점이 있다. 본 발명에서는 본 예시의 3단외에 최초 극수를 추가로 늘려서 그이상의 단수 변경이 가능해진다. 예를 들어 16극-8극-4극-2극 으로 4단 변속이 가능하다.

도3은 상기 전동기를 구동할수 있는 전체 회로도로써 3상을 발생시키는 인버터부(30)와 B,C상을 서로 교환 할수 있는 전환스위치(31), 권선의 극수를 줄일수 있는 중성점단락스위치(32)로 구성되어 있다. 도3에서는 인버터부(30)가 도시 되어있으나 3상교류 상용전원과 직결하여 사용할 수 도 있다. 본 전기회로에 의해 저속 8극기로 동작시의 전환스위치(31)는 전원의 B상은 권선의 B(22)상에 단락되고 전원의 C상은 권선의 C(23)상에 단락된후, 중성점단락스위치(32)는 모두 개방된 상태로 모든 권선에 전기가 인가되어 최대 극수로 동작된다.

극수를 줄이고 회전속도를 높이기 위해서는 전환스위치(31)가 전원의 B상은 권선의 C상(23), 전원의 C상은 권선의 B상(22)으로 상호 교환 전환되고 중성점단락스위치(32a)는 단락되어 스타결선을 형성한다. 따라서 전체 권선의 절반에만 전기가 인가되고 극수는 반으로 줄게되어 고속회전을 하게 된다.

다시 속도를 더 올리기 위해서는 전환스위치(31)가 다시 원위치 하여, 전원의 B상은 권선의 B(22)상에 단락되고 전원의 C상은 권선의 C(23)상에 단락된 후, 중성점단락스위치(32b)가 단락되어 또 다시 권선의 수를 반으로 줄이고 속도는 다시 2배로 되어 고속회전하며 그에 따른 고속회전구간에서 최대효율을 달성한다. 이때 전동기의 회전방향과 상교에 따른 과도전류를 막기 위해 전환스위치(31)의 동작에 있어서 회로를 단선시켜 전원을 차단한후 중성점단락스위치(32)를 단락 조작한후 다시 회로에 전원을 인가하는 방법이 바람직하다.

본 도시에서는 하드웨어적인 기계스위치에 의해 B상과 C상 상호 교환을 하지만 만일 3상의 상용 전원을 사용하지 않고 인버터부(30)를 사용한다면 인버터 내부의 마이크로프로세서의 프로그램으로 손쉽게 상 전환을 할 수 있다. 프로그램상으로 B상과 C상의 파형을 상호 교환 함으로써 기계적인 전환스위치(31)없이 손쉽게 극수 변환을 할 수 있게 된다. 마이크로프로세서의 프로그램에 의해 반도체 스위치의 입력신호 구동 포트를 상호 교환하거나 각상의 PWM신호를 상호 교환 출력하여 B상과 C상을 교환할 수 있겠다.

도 4는 상기 동작을 구현하기 위한 프로그램 순서도이다.

상기와 같은 극수변환에 의해 전동기의 속도를 변화 시키고 그에 따른 최대효율구간을 변경하는 효과를 가져오게 된다.

두 번째로, 전동기의 속도 변경과 그에 따른 최대효율구간 변경을 위해 또다른 실시예로 권선의 직병렬 결선과 스타, 델타결선의 조합에 의한 권선의 임피던스 변환법이 있다. 이러한 방법은 유도전동기뿐만 아니라 영구자석식 BLDC전동기 등 폭넓게 활용될수 있다.

도1 은 선출원된 (출원번호 1020160031422, 출원번호 1020170147256) 이중고정자 전동기로써 제1 고정자권선(1)과 제2 고정자권선(2)에 의해 회전자(3)를 구동 시키는 전동기 구조이다. 먼저 이중고정자 전동기를 구동하는 방법으로 제1 고정자 권선(1)과 제2 고정자권선(2) 각 상의 2개의 권선을 직렬, 병렬, 스타, 델타 상호 조합하여 임피던스를 변경하여 속도를 변경하는 방법이 있겠다. 이중고정자 전동기 종류는 도시하지는 않았지만 레디얼 플럭스 모터(Radial flux motor)나 축방향 플럭스 모터(Axial flux motor) 모두 동일하다.

도 5는 이를 위한 기본적인 전자회로도이며 제1 고정자 권선(1a)과 제2 고정자 권선(2a)이 병렬스위치(53)와 직렬스위치(54)에 의해 직병렬 결선될수 있고 스타결선스위치(55)(55’), 델타결선스위치(56)(56‘)에 의해 스타델타 결선되어 직렬-스타결선, 병렬-스타결선, 직렬-델타결선, 병렬-델타결선 4가지 속도변경이 가능하며 그에 따른 최대효율구간을 변경할 수 있다.

자세한 작동방법을 도면에 의해 설명하면, 먼저 직렬-스타결선일 경우 병렬스위치(53)은 개방되어 전원과 단선되고 직렬스위치(54)는 단락되어 제1고정자권선(1a)과 제2고정자권선(2a)은 직렬로 연결된다. 이때 스타결선스위치(55’)와 델타결선스위치(56‘)는 개방되어야 하고 스타결선스위치(55)는 중성점단락되어 스타결선상태로 된다. 상기에서는 A상에 대하여 설명했지만 B상이나 C상 동일하게 작동한다. 이와 같은 스위치 조작으로 제1 고정자권선과 제2 고정자권선은 직렬-스타결선으로 운전될 수 있다.

다음으로 직렬-델타결선에 대해 설명하면 병렬스위치(53)은 개방되고 직렬스위치(54)는 단락되어 직렬결선되고 스타결선스위치(55)(55’)와 델타결선스위치(56‘)는 개방되고 델타결선스위치(56)는 단락되어 A상은 C상의 전원과 연결되고 B상은 A상의 전원과 연결되며, C상은 B상의 전원과 연결되어 델타결선된다.

다음으로 병렬-스타결선에 대해 설명하면 병렬스위치(53)는 각상의 전원과 단락되고 직렬스위치(54)는 개방되어 권선이 병렬로 연결되고 스타결선스위치(55‘)도 단락되어 제 2고정자권선(2a)의 각상이 중성점으로 단락 결선되고 스타결선스위치(55)도 단락되어 제 1고정자권선(1a)의 각상도 중성점 스타결선된다. 여기서 스타결선스위치(55’)는 제1 고정자권선과 제2 고정자권선의 중성점을 상호 분리 시킴으로써 중성점 전위차에 의한 전류의 흐름을 막기 위해 독립적으로 동작하게 한 것이다. 이는 현실적으로 각상의 3상 평형이 이루어지도록 권선할 수 없으며 이에 따라 미세하게 전위차가 발생하고 전류가 흐르게 되는데 이는 효율을 저하시키는 문제점이므로, 이를 보완하기 위함이다.

따라서 상기와 같은 스위치 조작에 의해 제1 고정자권선과 제2 고정자권선이 병렬-스타결선으로 운전될수 있다.

다음으로 병렬-델타결선에 대해 설명하면 제1 고정자권선과 제2 고정자권선은 병렬스위치(53)가 단락되고 직렬스위치(54)는 개방되어 병렬로 연결되고 스타결선스위치(55)(55‘)는 개방되고 델타결선스위치(56)(56’)은 단락되어 이에 의해 A상은 C상의 전원과 연결되고 B상은 A상의 전원과 연결되며, C상은 B상의 전원과 연결되어 델타결선된다. 따라서 전동기는 병렬-델타결선으로 연결되어 운전된다. 이때 델타결선스위치(56‘)는 제1 고정자권선과 제2 고정자권선을 상호 독립적 순차적으로 단락시켜 과전류를 방지하고 반도체 소자를 보호한다.

상기와 같은 스위치 조작순서에 있어서 과도전류에 의한 컨트롤러 손상방지 및 셧다운을 막기 위하여 먼저 권선이 직렬에서 병렬결선으로 변경시 직렬스위치(54)를 먼저 개방하고 병렬스위치(53)을 단락시켜야 한다. 반대로 병렬에서 직렬로 변경시에는 병렬스위치(53)을 개방하고 직렬스위치(54)를 단락시킨다.

병렬스타결선에서 병렬델타결선으로 전환시에는 스타결선스위치(55)(55’)를 먼저 개방후 델타결선스위치(56)를 단락시키고 델타결선스위치(56‘)를 단락시킨다. 병렬델타결선에서 병렬스타결선으로 변환시에는 델타결선스위치(56’)을 개방하고 델타결선스위치(56)을 개방한후 스타결선스위치(55)을 단락시키고 스타결선스위치(55‘)를 단락시킨다. 병렬연결에서 스타결선스위치(55)(56’)와 델타결선스위치(56)(56‘)의 조작은 시차를 두고 한 개씩 단락시켜야 과전류를 방지할 수 있다. 또한 스위치 조작시 각상의 센서에 의해 각상의 전류가 0이 될 때 조작하고 중간에 일정시간 지연을 두어 전류가 안정화되면 조작하는 것이 바람직하다.

여기서 별도로 권선의 병렬 연결시 델타결선스위치(56’)나 스타결선스위치(55’)을 개방할 수 도 있는데 제1 고정자권선(1a)에만 전원을 인가하고 제2 고정자권선(2a)은 단선 시킨다. 따라서 한 개의 고정자로만 운전되게 되는데 이는 병렬운전과 비슷한 고속의 속도를 낼수 있지만 토크를 줄임으로써 출력을 줄일수 있어서 같은 속도에서 병렬-델타 결선에 비해 경제적인 운전이 가능하다. 따라서 고속회전을 하면서도 전력을 줄임으로써 경제적인 운전방법이 된다. 발전기의 경우 고속회전 저토크일 때 적합한 운전 결선방법이다.

이와 같은 직병렬, 스타델타결선에 의하여 전동기의 속도가 현저히 차이가 나게 되고 효율구간 또한 속도에 따라 변화 시킬 수 있다. 실제 시험에서 전동기는 직렬스타, 직렬델타, 병렬스타, 병렬델타 결선 순으로 회전속도가 빨라졌으며 최대 효율구간 또한 이에 따라 변화하는 것을 확인할 수 있었다.

발전기로 동작시에는 속도에 따라 직병렬, 스타델타 결선이 전동기와 동일하며 충전스위치(59)의 동작으로 축전지가 충전하게 된다.

상기와 같은 권선의 직병렬결선의 경우, 직렬과 병렬 결선시 제 1고정자권선과 제2 고정자권선의 저항이 R로 동일하다면, 임피던스는 직렬일 경우 2R이고 병렬일 경우 1/2R이 되어 4배의 차이로 커서 속도차가 심하며 최대 효율 근처에서 운전하기에 어려움이 있다. 이를 해결하기 위한 방법으로 권선의 중간에서 탭을 도출하여 결선하는 방법으로 해결할 수 있다.

도6은 제1 고정자권선(61a)과 제2 고정자권선(62a)의 중간에 탭을 도출하여 결선하는 방법을 제시하고 있다. 이에 대한 상세한 설명을 하면, 직렬 연결시 탭스위치(64)에 의해 직렬 연결되고 병렬스위치(63)(63')는 개방된다. 만일 탭이 전체 권선의 70%지점에 있다면 직렬 연결시 0.7R+0.7R=1.4R 이 된다. 이를 다시 병렬스위치(63)(63')를 단락하고 탭스위치(64)를 오픈하여 병렬 연결하면 병렬 연결시 권선의 저항은 기존과 동일하게 0.5R로써 직렬 연결 대비 2.8배 차이가 난다. 기존의 4배 차이에 비해 현저히 줄어든 것을 확인할 수 있다. 권선저항의 차이는 전동기 회전속도 차이와 비례하고 따라서 그에 따른 최대효율 구간에 가까운 속도에서 운전할 수 있게 된다. 그 외 스타델타 결선은 상기와 동일하다.

도7은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 다른실시예로써 제1 고정자권선과 제2 고정자권선의 각상의 내부 슬롯권선을 2개로 나누어 이를 다시 직병렬 결선시킴으로써 속도단계를 더 세밀하게 하였다. 전체 직병렬 합의 수는 R+R+R+R=4R, 1/2R+1/2R=R, 1/4R 세가지로 결선시킬 수 있고 상기에 비해 회전속도 구간을 더 나눌수 있는 것이다.

이에 대한 작동법을 설명하면 제1 고정자권선의 A상 슬롯 권선(1a)(1a')을 2개로 나누어 인출하며 이를 병렬스위치(73)(73')와 직렬스위치(74)에 의해 직병렬 결선할 수 있고 제2 고정자권선 또한 내부의 슬롯권선(2a)(2a')을 2개로 나누어 병렬스위치(79)(79')와 직렬스위치에 의해 직병렬 결선할 수 있다. 이를 다시 제1 고정자권선(1)과 제2 고정자권선(2)을 직병렬 결선함으로써 총 3개의 결선조합을 만들어 낼 수 있다. 이하 스타델타 결선은 위와 동일 하므로 설명을 생략한다. 이와 같은 결선 방식에 의하여 이중고정자 전동기의 직병렬, 스타델타결선의 조합을 총 6단계로 운전할 수 있으며 속도구간 또한 줄어들고 최대효율에 더 가깝게 운전할 수 있다.

상기와 같은 결선방식을 고정자가 2개인 이중 고정자 방식의 전동기로 설명하였는데 고정자가 1개인 단일 고정자 전동기에서도 각상의 슬롯권선을 상기와 같이 나누어 직병렬과 스타델타결선을 조합함으로써 운전할 수 있겠다.

또한 전동기로 설명하였지만 이를 발전기에 응용하여 발전기의 회전속도에 따라 결선을 바꿈 으로써 발전기의 최대효율부근에서 운전할 수 도 있다.

또한 2대의 전동기나 발전기를 상기와 같이 직병렬, 스타델타 결선함으로써 전동기 2대의 병렬운전 및 발전기 2대의 병렬운전법으로 활용도를 높일 수 있다. 예를 들어 전기자동차의 경우 좌우 바퀴에 전동기 2대를 사용하는 경우 각 전동기에서 3상 6개의 권선을 인출하여 권선을 직병렬 조합함으로써 속도에 따라 효율구간을 변경할 수 있다. 이 경우 전동기는 3상 유도전동기가 바람직 하다.

도8은 전자회로부를 구동할 수 있는 프로그램 플로우 챠트이다. 속도에 따라 직렬, 병렬, 스타, 델타 조합 결선하여 속도를 변경하고 그에 따른 최대효율구간을 변경할 수 있게 된다.

Claims (7)

1. 전동기 또는 발전기에 있어서, 중성점 전환스위치(32)와 상전환스위치(31)에 의해 권선의 극수를 줄이고 상을 순방향으로 변환하여 속도 변경에 따른 최대효율변경을 할 수 있는 전동기 또는 발전기.
2. 이중고정자 전동기 또는 이중고정자 발전기에 있어서,
   병렬스위치(53), 직렬스위치(54), 스타결선스위치(55)(55‘), 델타결선스위치(56)(56’)에 의해 제1 고정자 권선과 제2 고정자권선이 상호 직렬, 병렬, 스타, 델타 결선되어 속도변경 및 최대효율변경이 이루어지며, 델타결선스위치(56‘), 스타결선스위치(55’) 개방에 의해 1개의 고정자에만 전원이 인가되어 운전이 가능한 전동기 또는 발전기.
3. 단일 고정자 전동기 또는 단일 고정자 발전기에 있어서
   병렬스위치(53), 직렬스위치(54), 스타결선스위치(55)(55‘), 델타결선스위치(56)(56’)에 의해 고정자권선의 각상이 상호 직렬, 병렬, 스타, 델타 결선되어 속도변경 및 효율구간 변경이 이루어 지며, 델타결선스위치(56‘), 스타결선스위치(55’) 개방에 의해 고정자권선의 각상의 일부에만 전원이 인가되어 운전이 가능한 전동기 또는 발전기.
4. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
   병렬 결선시, 델타결선스위치(56)(56‘)에 의해 각 권선을 나누어 결선함으로써 과전류 방지 및 반도체 스위치가 보호되고 스타결선스위치(55)(55’)에 의해 상호 중성점이 분리되어 효율을 높이는 것을 특징으로 하는 전동기 또는 발전기.
5. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
   권선에 탭을 구비하여 직병렬 결선시 직렬저항과 병렬저항 차를 줄여서 속도 차를 줄이고 그에 따른 최대효율구간 차를 줄여서 운전 효율을 높일 수 있도록 한 전동기 또는 발전기.
6. 제 2항에 있어서,
   제1 고정자 권선과 제2 고정자 권선의 내부 슬롯의 각상을 나누어 직병렬 결선 함으로써 속도변경 단계를 늘리고 그에 따른 속도차를 줄이고 단계별 최대 효율구간 차를 줄여서 운전 효율을 높일수 있는 전동기 또는 발전기.
7. 제2 항 또는 제 3항의 전동기 또는 발전기에서 과도전류에 의한 컨트롤러 손상방지 및 셧다운을 막기 위한 스위치의 조작 방법으로, 상기 방법은:
   직렬에서 병렬결선으로 변경시 직렬스위치(54)를 먼저 개방하고 병렬스위치(53)를 단락시키는 단계;
   병렬에서 직렬로 변경시에는 병렬스위치(53)을 개방하고 직렬스위치(54)를 단락시키는 단계;
   병렬스타결선에서 병렬델타결선으로 전환시에는 스타결선스위치(55’)를 먼저 개방후 스타결선스위치(55)를 개방하고 델타결선스위치(56)를 단락시키고 델타결선스위치(56‘)를 단락시키는 단계;
   병렬델타결선에서 병렬스타결선으로 전환시에는 델타결선스위치(56‘)를 먼저 개방하고 델타결선스위치(56)을 개방한후 스타결선스위치(55)를 단락하고 스타결선스위치(55‘)를 단락시키는 단계; 로 이루어지는 스위치의 조작 방법.

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