KR20100002118A - 레귤레이티드 하이브리드 영구 자석 발전기 - Google Patents

Abstract

전기 발전기용 영구 자석 회전자는 영구 자석들과 함께 폴 피스들을 갖는다. 콘트롤 코일은 폴 피스들과 연관된다. 코일들을 통한 전류 흐름은 발전기용 출력에서 소정의 출력 전압을 얻도록 제어된다.

영구 자석 발전기, 고정자, 영구 자석 회전자, 영구 자석, 폴 피스, 콘트롤 코일

Description

레귤레이티드 하이브리드 영구 자석 발전기 {REGULATED HYBRID PERMANENT MAGNET GENERATOR}

본 출원은 제어된, 비교적 일정한 출력 전압이 달성될 수 있도록 콘트롤 코일이 제공되는 영구 자석 발전기에 관한 것이다.

발전기들은 회전원(source of rotation)을 포함하며 그 회전으로부터 전압 출력을 생성한다고 알려져 있고, 그렇게 이용된다. 전형적으로, 회전원은 자기 소자들을 갖는 회전자(rotor)에 부착된다. 회전원은 고정자 코일들(stator coils)을 갖는 고정자에 대해 상대적으로 회전자를 구동한다. 상대적인 회전이 고정자 코일들에 전압을 유도한다.

한가지 표준 타입의 발전기는 영구 자석 회전자를 이용한다. 다른 한가지 타입의 발전기는 여자기 계자(exciter field)가 제공된 계자 권선들(field windings)을 이용한다.

각 타입의 발전기는 특정 결함들을 갖는다. 여자기 코일들을 이용하는 발전 기는 비교적 대형 크기를 필요로 할 수 있고, 비교적 큰 여자기 계자 전압원(source of exciter field voltage)을 필요로 할 수 있다.

반대로, 전형적으로 영구 자석 발전기들은 적정한 속력 및 부하 변동에 대해 일정한 전압을 공급할 수 없다.

회전자를 구동하기 위한 한가지 전형적인 회전원은, 예를 들면 가스 터빈 엔진(gas turbine engine) 내의 터빈 회전자이다. 그러한 회전원은 항상 일정한 속력을 제공할 수는 없고, 따라서 터빈 회전자들에 의해 구동되는 영구 자석 발전기로 일정한 전압을 얻기란 어려운 일일 수 있다. 전형적인 응용에 있어서 출력 전압은 다양한 부하들에 대해 일정하지 않다.

본원 발명의 일 특징은, 영구 자석 발전기로서, 고정자 계자 코일들을 포함하고, 출력 전압을 출력에 공급하도록 접속되는 고정자와, 상기 고정자에 대해 상대적으로 회전하도록 위치되고, 영구 자석들이 제공되는 복수의 폴 피스들을 갖는 영구 자석 회전자와, 상기 복수의 폴 피스들과 연관된 코일로서, 출력에 공급되는 출력 전압을 변경하기 위해 상기 코일을 통해 전류를 공급하는 콘트롤과 연관된 코일을 포함하는 영구 자석 발전기를 제공한다.

본 발명에 따르면, 발전기용 영구 자석 회전자에 콘트롤 코일을 제공함으로써, 출력 전압을 소정의 바람직한 출력 전압으로 유지할 수 있다.

개시되는 본 발명의 실시예에 있어서, 발전기용 영구 자석 회전자에는 콘트롤 코일이 제공된다. 회전자에 대한 콘트롤은 고정자로부터의 출력 전압을 감지한다. 콘트롤 코일은 출력 전압을 소정의 바람직한 출력 전압으로 유지하도록 가동될 수 있다.

본 발명의 이러한 특징들 및 다른 특징들은 하기의 명세서 및 도면들로부터 가장 잘 이해될 수 있으며, 도면들에 앞서 도면의 간단한 설명이 주어진다.

회전자(20)가 도 1에 도시된다. 도시된 바와 같이, 복수의 폴들(poles)(22, 24)은 양자택일적으로 영구 자석들(26)을 수용한다. 영구 자석들(26)은 폴들(22, 24) 내의 슬롯들 내에 삽입될 수 있다. 콘트롤 코일들(28)은 폴들(22, 24) 둘레에 감겨질 수 있다.

도 2는 하이브리드 회전자에 대한 콘트롤 회로(30)를 도시한다. 공지되어 있는 바와 같이, 고정자는 복수의 코일들(32)을 포함한다. 회전자(20)가 예를 들어 가스 터빈 엔진 내의 터빈이나, 또는 임의의 주 이동자(prime mover)에 의해 고정자에 대하여 상대적으로 구동될 때, 전압 출력이 생성된다. 소자(34)는 생성된 전압의 지시(indication)를 로직 소자(36)에 공급하는 콘트롤 출력이다. 출력 전압이 소정의 바람직한 설정 포인트와 같으면(또는 근사하면), 발전기 출력 전압은 38에서 단순히 부하에 공급된다.

로직 박스(36)에서 결과가 아니오라면, 제2 로직 박스(40)는 전압이 설정 포인트보다 더 높은가를 판단한다. 당연히, 로직 박스(40)에서의 문제는 전압이 설정 포인트보다 더 낮은가일 수 있다.

전압이 설정 포인트보다 더 높으면, 스위칭 위치(42)는 조정가능 여자기 계자원(57)으로부터 여자기 계자 전류 감지 콘트롤(59)을 통한 콘트롤 신호를 제공한다. 이 콘트롤 신호는 다이오드들(46, 48)을 통해, 그리고 로직 박스(40)에서 전압이 설정 포인트보다 더 높다는 것을 검출할 때 닫히는 스위치들(44)을 통해 전달된다. 이것은 코일들(28)을 제1 방향으로 여기시키고, 영구 자석(26)에 의해 정상적으로 생성된 플럭스에 대해 반대 방향으로 플럭스를 생성한다. 이것은 메인 고정자 계자(30)를 통해 되공급되는 전압을 강하시킬 것이며, 이에 따라 발전기 출력(38)에 공급되는 전압이 소정의 바람직한 설정 포인트에 도달할 것이다.

로직 박스(40)에 있어서 감지된 전압이 소정의 바람직한 값보다 더 낮다면, 스위칭 위치(43)가 채택된다. 이 위치에서, 다이오드들의 위치들은 스위칭 위치(42)의 다이오드들의 위치들과는 반대로 된다. 스위치들(50)이 닫힌 때, 다이오드들(52, 54)을 통한 전류 흐름은 스위치가 위치(42)에 있을 때와는 반대 방향으로 될 것이다. 코일(28)을 통해 생성된 플럭스는, 이제 영구 자석(26)에서 생성되는 플럭스와 동일한 방향으로 될 것이다. 따라서, 38에서 출력 전압은 증가할 것이며, 소정의 바람직한 설정 포인트에 접근할 것이다.

이러한 방식으로, 본 발명은 비교적 작은 여기 계자 코일과 비교적 작은 여자기 계자(57)를 제공하여 영구 자석 회전자의 출력 전압을 조정한다.

60의 회로부는 코일(28)을 제외하면 통상적인 동기식 권선형 계자 머신의 전형적인 개략 구성이다. 그것은 여자기 전기자(exciter armature)(62)와 그의 고정자(57)와 회전 계자, 및 권선형 계자 회전자와 3-상 고정자를 포함하는 3-상 메인 발전기(모터)를 갖는다. 전형적인 머신 성능과 마찬가지로, 여자기 고정자 계자는 어떤 소스(예를 들면, 보조 PMG 또는 배터리)로부터 그의 여기를 얻는다. 그러면 이것은 여자기 전기자(62)에 ac 전압을 유도한다. 이 여자기 출력은 통상의 3-상 전파 정류 브리지(3-phase full wave rectifier bridge)(63)를 이용하여 정류되고, 그의 dc 출력은 메인 회전자 계자(30)에 접속되어 여기를 제공한다. 이 여기는 메인 3-상 고정자에의 ac 전압을 유도하고, 그것은 '발전기 출력 전압'(34)으로서 기술된 바와 같은 부하로의 출력을 제공한다.

회로부(60) 내의 코일(28)은 복수의 폴 피스들(pole pieces)(22) 둘레에 도시된 것과 같은 코일로 이해되어야 한다. 한 세트의 A, B 접속들만이 도시되었지만, 점선 박스 내에 도시된 것과 같은 제2 세트가 이용될 것임을 이해해야 한다. 본질적으로, 회로부(60)는 코일(28)이 회로의 나머지 부분에 어떻게 접속되는지를 도시한다.

당업자는 도 2에 개략적으로 도시된 콘트롤을 제공하기 위해 적당한 콘트롤을 어떻게 제공할지를 이해할 것이다.

비록 본 발명의 실시예가 개시되었지만, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진자는 특정 변형들이 본 발명의 범위 내에 포함될 것임을 이해할 것이다. 그 때문에, 본 발명의 진정한 범위 및 내용을 결정하기 위해서는 하기의 청구항들이 숙지되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 영구 자석 회전자를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 콘트롤 회로의 개략도이다.

<부호의 설명>

20: 회전자

22, 24: 폴

26: 영구 자석들

28: 콘트롤 코일

Claims (6)

1. 영구 자석 발전기로서,

   고정자 계자 코일들을 포함하고, 출력 전압을 출력에 공급하도록 접속되는 고정자와,

   상기 고정자에 대해 상대적으로 회전하도록 위치되고, 영구 자석들이 제공되는 복수의 폴 피스들을 갖는 영구 자석 회전자와,

   상기 복수의 폴 피스들과 연관된 코일로서, 출력에 공급되는 출력 전압을 변경하기 위해 상기 코일을 통해 전류를 공급하는 콘트롤과 연관된 코일

   을 포함하는 영구 자석 발전기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 출력에 공급된 출력 전압이 감지되어, 소정의 설정 포인트와 비교되고,

   상기 코일을 통한 전류 흐름은 상기 비교에 응답하여 제어되는, 영구 자석 발전기.
3. 제2항에 있어서,

   감지된 전압이 소정의 전압보다 높으면 상기 코일을 통한 전류 흐름을 제어하기 위해 제1 스위칭 위치가 선택되고, 감지된 전압이 소정의 전압보다 낮으면 제2 스위칭 위치가 선택되는, 영구 자석 발전기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 코일로의 전류 흐름은 다이오드들을 통과하고, 상기 다이오드들은 상기 제1 스위칭 위치와 상기 제2 스위칭 위치 간에 전류 흐름의 방향을 반대로 바꾸도록 구성되는, 영구 자석 발전기.
5. 제4항에 있어서,

   상기 다이오드들은 제1 다이오드 쌍과 제2 다이오드 쌍이고, 각각의 상기 다이오드 쌍은 상기 제1 스위칭 위치 및 상기 제2 스위칭 위치 중 하나에 대응하는, 영구 자석 발전기.
6. 제3항에 있어서,

   상기 영구 자석들은 제1 방향으로 플럭스를 지향시키고, 상기 감지된 전압이 소정의 전압보다 높으면 상기 코일을 통한 전류 흐름은 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 플럭스를 생성하도록 선택되고, 상기 감지된 전압이 소정의 전압보다 낮으면 상기 코일을 통한 전류 흐름은 상기 제1 방향으로 플럭스를 생성하도록 선택되는, 영구 자석 발전기.

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