KR20230036090A - 영구자석을 이용한 전기 에너지 변환 장치 - Google Patents

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Abstract

일 측면에 따른, 제1 교류 전원을 반파 정류한 제1 직류 전원이 인가되는 전기 에너지 변환 장치는, 제1 출력측 권선을 포함하는 제1 솔레노이드와, 제1 입력측 권선 및 제2 출력측 권선을 포함하는 제2 솔레노이드를 포함하고, 각 솔레노이드에 포함된 철심이 연결되어 전자속의 폐회로를 구성하는 전기자기 회로부; 및 제1 영구자속을 발생시키고 상기 전기자기 회로부의 상기 철심들을 상기 제1 영구자속의 이동 통로로서 공유하며 상기 전기자기 회로부와 상기 제1 영구자속의 폐회로를 구성하는 제1 영구자석;을 포함하고, 상기 전기자기 회로부는, 상기 제1 입력측 권선으로의 상기 제1 직류 전원의 인가에 의해 발생 및 제어되는 전자속 및, 그 전자속에 의해 흐름이 변경되는 상기 제1 영구자속에 의해, 상기 제1, 2 출력측 권선에 유도 전류를 발생시킨다.

Description

영구자석을 이용한 전기 에너지 변환 장치{Electric energy conversion device using permanent magnet}
본 발명은 영구자석을 이용한 전기 에너지 변환 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 유도전류를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 과정에서 영구자석의 자기 에너지를 전기 에너지로 변환하여 추가 공급함으로써 에너지 효율을 증가시키는, 영구자석을 이용한 전기 에너지 변환 장치에 관한 것이다.
종래의 영구자석의 자기 에너지를 전기 에너지로 변환하는 방법으로서, 영구자석의 자기 에너지를 역학적 에너지(기계적 에너지)로 변환한 후 다시 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 방법이 통용되었으나, 변환 효율이 떨어지고, 부피 및 소음의 증가와 장치의 마모 등으로 인한 유지 비용이 증가하고, 수명이 단축되어 경제성이 떨어지는 문제점이 있다. 특히 소형화가 어려우며, 소음과 진동으로 인해 이동형 장치의 내장형 전원생성장치로서 활용하기에는 부적합하다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 종래의 영구자석의 자기 에너지를 역학적 에너지로 변환하고 다시 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 2단계의 변환 과정에서 자기 에너지를 역학적 에너지로 변환하는 과정을 생략하여, 유도전류를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 과정에서 영구자석의 자기 에너지를 전기 에너지로 바로 변환하는 1단계 변환 과정만으로 전기 에너지를 추가 공급하여 에너지 효율을 증가시키는, 영구자석을 이용한 전기 에너지 변환 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
일 측면에 따른, 제1 교류 전원을 반파 정류한 제1 직류 전원이 인가되는 전기 에너지 변환 장치는, 제1 출력측 권선을 포함하는 제1 솔레노이드와, 제1 입력측 권선 및 제2 출력측 권선을 포함하는 제2 솔레노이드를 포함하고, 각 솔레노이드에 포함된 철심이 연결되어 전자속의 폐회로를 구성하는 전기자기 회로부; 및 제1 영구자속을 발생시키고 상기 전기자기 회로부의 상기 철심들을 상기 제1 영구자속의 이동 통로로서 공유하며 상기 전기자기 회로부와 상기 제1 영구자속의 폐회로를 구성하는 제1 영구자석;을 포함하고, 상기 전기자기 회로부는, 상기 제1 입력측 권선으로의 상기 제1 직류 전원의 인가에 의해 발생 및 제어되는 전자속 및, 그 전자속에 의해 흐름이 변경되는 상기 제1 영구자속에 의해, 상기 제1, 2 출력측 권선에 유도 전류를 발생시킨다.
다른 측면에 따른, 제1 교류 전원을 반파 정류한 제1 직류 전원이 인가되는 전기 에너지 변환 장치는, 제1 출력측 권선을 포함하는 제1 솔레노이드와, 입력 및 출력을 선택적으로 수행하는 제1 입출력측 권선을 포함하는 제2 솔레노이드를 포함하고, 각 솔레노이드에 포함된 철심이 연결되어 전자속의 폐회로를 구성하는 전기자기 회로부; 및 제1 영구자속을 발생시키고 상기 전기자기 회로부의 상기 철심들을 상기 제1 영구자속의 이동 통로로서 공유하며 상기 전기자기 회로부와 상기 제1 영구자속의 폐회로를 구성하는 제1 영구자석;을 포함하고, 상기 전기자기 회로부는, 상기 제1 입출력측 권선으로의 상기 제1 직류 전원의 인가에 의해 발생 및 제어되는 전자속 및, 그 전자속에 의해 흐름이 변경되는 상기 제1 영구자속에 의해, 상기 제1 출력측 권선 및 상기 제1 입출력측 권선에 유도 전류를 발생시킨다.
또 다른 측면에 따른, 제1 교류 전원을 반파 정류한 제1 직류 전원과 상기 제1 직류 전원보다 반파장 늦게 진행하는 제2 직류 전원이 인가되는 전기 에너지 변환 장치는, 입력 및 출력을 선택적으로 수행하는 제1 입출력측 권선을 포함하는 제1 솔레노이드와, 입력 및 출력을 선택적으로 수행하는 제2 입출력측 권선을 포함하는 제2 솔레노이드를 포함하고, 각 솔레노이드에 포함된 철심이 연결되어 전자속의 폐회로를 구성하는 전기자기 회로부; 제1 영구자속을 발생시키고 상기 전기자기 회로부의 상기 철심들을 상기 제1 영구자속의 이동 통로로서 공유하며 상기 전기자기 회로부와 상기 제1 영구자속의 폐회로를 구성하는 제1 영구자석; 및 상기 전기자기 회로부를 기준으로 상기 제1 영구자석과 대칭으로 설치되고, 제2 영구자속을 발생시키고 상기 전기자기 회로부의 상기 철심들을 상기 제2 영구자속의 이동 통로로서 공유하며 상기 전기자기 회로부와 상기 제2 영구자속의 폐회로를 구성하는 제2 영구자석;을 포함하고, 상기 제1 입출력측 권선에는 상기 제1 직류 전원이 인가되고, 상기 제2 입출력측 권선에는 상기 제2 직류 전원이 인가되며, 상기 전기자기 회로부는, 상기 제1, 2 직류 전원의 인가에 의해 발생 및 제어되는 전자속 및, 그 전자속에 의해 흐름이 변경되는 상기 제1, 2 영구자속에 의해, 상기 제1, 2 입출력측 권선에 유도 전류를 발생시킨다.
또 다른 측면에 따른, 제1 교류 전원을 반파 정류한 제1 직류 전원을 이용하는 전기 에너지 변환 장치는, 입력 및 출력을 선택적으로 수행하는 제1 입출력측 권선을 포함하는 제1 솔레노이드와, 입력 및 출력을 선택적으로 수행하는 제2 입출력측 권선을 포함하는 제2 솔레노이드와, 상기 제1, 2 솔레노이드 사이에 설치되고 출력측 권선을 포함하는 제3 솔레노이드를 포함하고, 각 솔레노이드에 포함된 철심이 연결되어 전자속의 폐회로를 구성하는 전기자기 회로부; 제1 영구자속을 발생시키고 상기 전기자기 회로부의 상기 철심들을 상기 제1 영구자속의 이동 통로로서 공유하며 상기 전기자기 회로부와 상기 제1 영구자속의 폐회로를 구성하는 제1 영구자석; 및 상기 전기자기 회로부를 기준으로 상기 제1 영구자석과 대칭으로 설치되고, 제2 영구자속을 발생시키며 상기 전기자기 회로부의 상기 철심들을 상기 제2 영구자속의 이동 통로로서 공유하며 상기 전기자기 회로부와 상기 제2 영구자속의 폐회로를 구성하는 제2 영구자석;을 포함하고, 상기 제1, 2 입출력측 권선에는 상기 제1 직류 전원이 인가되고, 상기 전기자기 회로부는, 상기 제1 직류 전원의 인가에 의해 발생 및 제어되는 전자속 및, 그 전자속에 의해 흐름이 변경되는 상기 제1, 2 영구자속에 의해 상기 출력측 권선과 제1, 2 입출력측 권선에 유도 전류를 발생시킨다.
본 발명은, 영구자석의 자기 에너지를 역학적 에너지로 변환한 후 다시 전기 에너지로 변환하는 2단계의 변환 과정을 영구자석의 자기 에너지를 전기 에너지로 바로 변환하는 1단계 변환 과정으로 단순화함으로써 불필요한 에너지 손실을 줄여 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 에너지 변환 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 교류 전원을 반파 정류하여 직류 전원인 맥류로 변환한 파형을 나타낸다.
도 3은 도 1의 전기 에너지 변환 장치에서 입력측(IN V1)에 도 2의 A Type의 0~π 영역인 t1 구간에 해당하는 직류 전원이 인가되었을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 전기 에너지 변환 장치에서 입력측(IN V1)에 도 2의 A Type의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원이 인가되었을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 에너지 변환 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은, 도 5의 전기 에너지 변환 장치에서 입력측(IN V1, IN V2) 각각에 도 2의 A Type 및 B Type 각각의 0~π 영역인 t1 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하였을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 7은, 도 5의 전기 에너지 변환 장치에서 입력측(IN V1, IN V2) 각각에 도 2의 A Type 및 B Type 각각의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하였을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 에너지 변환 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는, 도 8의 전기 에너지 변환 장치에서 입력측(IN V1, IN V2) 각각에 도 2의 A Type 및 B Type 각각의 0~π 영역인 t1 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하였을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 10은, 도 8의 전기 에너지 변환 장치에서 입력측(IN V1, IN V2) 각각에 도 2의 A Type 및 B Type 각각의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하였을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 에너지 변환 장치의 구성을 나타낸 도면으로서, 입력측(IN V1, IN V2) 각각에 도 2의 A Type 및 B Type 각각의 0~π 영역인 t1 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하였을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 12는, 도 11의 전기 에너지 변환 장치에서 입력측(IN V1, IN V2) 각각에 도 2의 A Type 및 B Type 각각의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하였을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 에너지 변환 장치의 구성을 나타낸 도면으로서, 입출력측(IO V1, 131)의 입력 단자(IN1+, IN1- )에 도 2의 A Type의 0~π 영역인 t1 구간에 해당하는 직류 전원이 인가되을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 14는 도 13의 전기 에너지 변환 장치에서 입출력측(IO V1, 131)의 입력 단자(IN1+, IN1- )에 도 2의 A Type의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원이 인가되을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 에너지 변환 장치의 구성을 나타낸 도면으로서, 제1 입출력측(IO V1)의 입력 단자(IN1+, IN1-)에 도 2의 A Type의 0~π 영역인 t1 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하고, 제2 입출력측(IO V2)의 입력 단자(IN2+, IN2-)에 도 2의 B Type 각각의 0~π 영역인 t1 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하였을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸다.
도 16은, 도 15의 전기 에너지 변환 장치에서 제1 입출력측(IO V1)의 입력 단자(IN1+, IN1-)에 도 2의 A Type의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하고, 제2 입출력측(IO V2)의 입력 단자(IN2+, IN2-)에 도 2의 B Type 각각의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하였을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 에너지 변환 장치의 구성을 나타낸 도면으로서, 제1 입출력측(IO V1)의 입력 단자(IN1+, IN1-)에 도 2의 A Type의 0~π 영역인 t1 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하고, 제2 입출력측(IO V2)의 입력 단자(IN2+, IN2-)에 도 2의 B Type 각각의 0~π 영역인 t1 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하였을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸다.
도 18은, 도 17의 제1 입출력측(IO V1)의 입력 단자(IN1+, IN1-)에 도 2의 A Type의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하고, 제2 입출력측(IO V2)의 입력 단자(IN2+, IN2-)에 도 2의 B Type 각각의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하였을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 에너지 변환 장치의 구성을 나타낸 도면으로서, 입출력측(IO V1, IO V2))의 입력 단자(IN1+, IN1-, IN2+, IN2-)에 도 2의 A Type의 0~π 영역인 t1 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하였을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸다.
도 20은 도 19의 입출력측(IO V1, IO V2))의 입력 단자(IN1+, IN1-, IN2+, IN2-)에 도 2의 A Type의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하였을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
이하의 구체적인 실시예를 설명하기에 앞서, 발명의 명확한 이해를 위해 용어를 정의한다. 영구자석의 자기를 전자석(즉, 내부에 철심으로 구성된 솔레노이드)의 자기와 구별하기 위해 영구자기로 표기한다. 그리고, 영구자석의 자속(磁束)을 전자석의 자속(磁束)과 구별하기 위해 영구자석의 자속을 영구자속으로 표기하고, 전자석의 자속을 전자속으로 표기한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 에너지 변환 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전기 에너지 변환 장치는, 전기자기 회로부(110), 두 개의 영구자석(120, 121), 및 영구자속 통로부(130)를 포함한다.
상기 전기자기 회로부(110)는, 일반적으로 상용되고 있는 변압기와 유사한 형태를 가지며, 두 개의 솔레노이드 내부의 전자속 통로인 철심이 폐회로를 구성한다. 즉, 제1 출력측(OUT1 V1) 권선이 감긴 솔레노이드의 철심과, 입력측(IN V1) 권선 및 제2 출력측(OUT2 V1) 권선이 감긴 솔레노이드의 철심이 폐회로를 구성한다. 전자속 철심이 대략 사각형으로 구현되어 상기 전기자기 회로부(110)에서는 전자속 ΦV1이 순환할 수 있다.
상기 전기자기 회로부(110)는, 전기적으로 절연된 복권형 구조가 효율적이나, 단권형 구조로도 구성될 수 있다. 본 실시예에서 상기 전기자기 회로부(110)는, 변압을 목적으로 하지 않으므로, 입력측(IN V1)의 권선수와 각 출력측(OUT1 V1, OUT2 V1)의 권선수를 1:1로 동일하게 하고, 구성의 단순화를 위해 내철형(Core Type)으로 표시한다. 그러나 여기에 제한되지 않으며, 입력측(IN V1)의 권선수와 각 출력측(OUT1 V1, OUT2 V1)의 권선수는 서로 상이할 수 있다.
상기 두 개의 영구자석(120, 121)은, 강한 자화 상태를 오래 보존하며 외부로부터 전기 에너지를 공급받지 않아도 안정된 자성을 유지하며 높은 자속 밀도와 보자력이 큰 영구자석이다. 상기 두 개의 영구자석(120, 121) 중 제1 영구자석(120)은, 상기 전기자기 회로부(110)의 상부측에서 좌측으로 치우져 위치하고, 제2 영구자석(121)은, 상기 전기자기 회로부(110)의 하부측에서 좌측으로 치우쳐 위치한다. 즉, 제1 영구자석(120)은, 제1 출력측(OUT1 V1) 보다 입력측(IN V1)에 더 가깝게 설치된다.
제1 영구자석(120)은, 제2 영구자석(121)과 동일한 자속밀도 및 보자력을 가지며, 제1 영구자석(120)의 N극에서 방사되는 영구자속의 수는 입력측(IN V1)에서 철심이 포화 자속 상태일 때 생성되는 최대 전자속 수와 동일하거나, 조금 큰 자속 수가 방사되도록 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 영구자속의 폐회로의 자기저항을 고려하여 설정하는 것이 바람직하다. 과도한 영구자속의 수로 상기 전기자기 회로부(110)의 철심 전체가 포화 상태가 되면, 초기 여자전류에 의해 포화 자속 상태가 유지되어 과도한 소비 전류와 열이 발생하게 된다. 그러나 출력측(OUT V1)에 부하가 설정되면 상기 현상은 소멸된다.
본 실시예에서는 두 개의 영구자석(120, 121)을 설치하는 것을 설명하지만, 상부의 하나의 영구자석(120)만을 설치해도 된다. 그러나, 하나의 영구자석(120)만을 설치할 경우, 영구자속의 이동 경로가 길어지고, 이는 곧 폐회로의 자기저항을 커지게 한다. 따라서, 두 개의 영구자석(120, 121)을 직렬 구조로 설치하여, 영구자속은 하나의 영구자석만을 설치할 때와 동일하지만, 철심의 거리는 1/2로 줄어들어 영구자속의 폐회로의 자기저항을 작아지게 하는 효과를 발생시키게 된다.
영구자속 통로부(130)는, 상기 두 개의 영구자석(120, 121)에 연결되어 상기 두 개의 영구자석(120, 121)에서 발생하는 영구자속의 이동 통로를 형성한다. 따라서, 제1 영구자석(120), 전기자기 회로부(110), 제2 영구자석(121) 및 영구자속 통로부(130)는, 영구자속이 순환하는 폐회로를 구성하게 된다. 즉, 영구자속은 ΦN -> ΦN1 -> ΦN 혹은 ΦN - ΦN2 -> ΦN으로 순환한다. 영구자속 통로부(130)는, 철심으로 구성되며, 영구자속의 이동 중에 누설 자속이 생기지 않도록 자기저항을 고려하여 단면적을 충분히 설정한다.
상기 전기자기 회로부(110)는, 상부 영구자석(120)의 N극과 하부 영구자석(121)의 S극 사이에 설치되어 전자속의 이동 통로와 영구자속의 이동 통로를 상호 공유하게 된다. 입력측(IN V1) 및 제2 출력측(OUT2 V1)의 솔레노이드 내부의 철심은 제1 출력측(OUT1 V1)의 솔레노이드 내부의 철심에 비해 영구자석(120)의 N극과 영구자석(121)의 S극 사이의 자기저항이 현저하게 낮도록 구성한다. 따라서 입력측(IN V1)에 전원이 인가되지 않아 전류가 흐르지 않을 때, 영구자석(120)의 N극에서 나오는 대부분의 영구자속은 입력측(IN V1) 경로를 통해 영구자석(121)의 S극으로 흐른다. 입력측(IN V1)에 전원이 인가되어 전류가 흘러 입력측(IN V1) 솔레노이드가 생성하는 최대 전자속이 ΦV1이며, 해당 최대 전자속 ΦV1으로 입력측(IN V1) 철심이 포화 상태에 도달할 수 있도록 충분히 큰 경우, 또한 ΦV1 ≤ ΦN(영구자속)이면, 입력측(IN V1)으로 흐르는 영구자속 ΦN=0으로 가정할 수 있고, 대부분의 영구자속은 출력측(OUT1 V1)으로 흐른다.
따라서, 상기 전기자기 회로부(110)의 철심은, 상기 전기자기 회로부(110)의 전자속이 이동하는 이동 통로와 상기 두 개의 영구자석(120, 121)의 영구자속이 이동하는 이동 통로로서의 기능을 동시에 수행한다. 즉, 상기 전기자기 회로부(110) 및 상기 두 개의 영구자석(120, 121)은 자속의 이동을 위해 철심 영역을 공유하는 구조이다. 따라서, 이하에서 설명하는 바와 같이, 상기 전기자기 회로부(110)의 전자속을 제어하여, 영구자속의 흐름을 변경하는 제어를 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 교류 전원을 반파 정류하여 직류 전원인 맥류(Ripple current)로 변환한 파형을 나타낸다. 도 2에 도시된 A Type, B Type 모두 반파 정류가 특징이며, A Type에 비해 B Type은 반파장(π) 늦게 진행되는 것이 특징이다. 도 2에 도시된 A Type의 직류 전원 또는 B Type의 직류 전원이 도 1의 전기에너지 변환 장치의 입력측(IN V1)에 인가된다. 이하의 실시예에서 A Type의 직류 전원이 도 1의 전기에너지 변환 장치의 입력측(IN V1)에 인가되는 경우를 설명한다.
도 3은 도 1의 전기 에너지 변환 장치에서 입력측(IN V1)에 도 2의 A Type의 0~π 영역인 t1 구간에 해당하는 직류 전원이 인가되었을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 입력측(IN V1)에 도 2에 도시된 A Type의 0~π영역인 t1 구간에 해당하는 직류 전원이 입력되면, 입력측(IN V1)의 철심 상부 방향(즉, 시계 방향)으로 전자속 ΦV1이 생성되어 전기자기 회로부(110)의 폐회로를 순환하게 된다. 입력측(IN V1)의 상부 방향으로 흐르는 전자속 ΦV1은 하부 방향으로 흐르는 영구자속 ΦN의 진행을 방해하여 영구자속 ΦN의 진로를 입력측(IN V1) 철심 통로에서 출력측(OUT1 V1) 철심 통로로 변경시켜 순환되도록 한다.
따라서, 제1 출력측(OUT1 V1)과 제2 출력측(OUT2 V1)에는, 상기 전자속 ΦV1의 생성에 따른 유도 전류가 양분된다. 그리고, 전자속 ΦV1에 의해 제1 출력측(OUT1 V1)으로 진로를 변경한 영구자속 ΦN에 의해 제1 출력측(OUT1 V1)에 유도 전류가 추가로 생성된다. 이를 정리하면, 다음과 같다.
t1 구간에서의 유도 전류
제1 출력측(OUT1 V1) 유도 전류 = 전자속(ΦV1)/2에 대한 제1 유도 전류 + 영구자속 ΦN에 대한 제2 유도 전류
제2 출력측(OUT2 V1) 유도 전류 = 전자속(ΦV1)/2에 대한 제3 유도 전류
도 4는 도 1의 전기 에너지 변환 장치에서 입력측(IN V1)에 도 2의 A Type의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원이 인가되었을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 입력측(IN V1)에 도 2에 도시된 A Type의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원이 입력되면, 해당 t2 구간의 전압은 0(zero)이므로, 입력측(IN V1)에 입력 전류는 없고, 따라서 t1 구간에서 생성된 전자속 ΦV1은 소멸되어 더 이상 영구자속 ΦN의 진행을 방해할 수 없어, 제1 출력측(OUT1 V1)으로 진로가 변경되었던 영구자속 ΦN은 자기저항이 최저인 입력측(IN V1) 철심 통로로 다시 진로를 변경하여 제2 영구자석(121)과 영구자속 통로부(130)을 통하여 구성된 폐회로를 순환하게 된다.
이와 같이 영구자속 ΦN이 제1 출력측(OUT1 V1)에서 입력측(IN V1)으로 진로를 변경함에 따라, 제2 출력측(OUT2 V1)에는 영구자속 ΦN에 상당하는 유도 전류가 생성된다. 이를 정리하면 다음과 같다.
t2 구간에서의 유도 전류
제2 출력측(OUT2 V1) 유도 전류 = 영구자속 ΦN에 대한 유도 전류
이상과 같이, 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 바에 따르면, 도 2의 A Type의 직류 전원의 한 싸이클, 즉 t1~t2 구간을 전기 에너지 변환 장치의 입력측(IN V1)의 전원으로 활용하면, 전자속(ΦV1)=영구자속(ΦN)의 관계가 성립하였을 때, 출력측(OUT1 V1, OUT2 V1)에서 생성되는 유도 전류는 입력 전류의 3배에 해당한다. 따라서 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 에너지 변환 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 5를 참조한 본 실시예의 전기 에너지 변환 장치는, 좌우 대칭 구조이다. 즉, 본 실시예에 따른 전기 에너지 변환 장치는, 두 쌍의 영구자석(120, 121, 122, 123)과 두 개의 영구자속 통로부(130, 131)가 하나의 전기자기 회로부(110)를 기준으로 좌우 대칭으로 설치된다. 즉, 두 쌍의 영구자석(120, 121, 122, 123)이 하나의 전기자기 회로부(110)를 공유하는 구조이다.
전기자기 회로부(110)의 좌측 경로에는 제1 입력측(IN V1) 권선 및 제1 출력측(OUT V1) 권선이 감긴 솔레노이드가 설치되고, 우측 경로에는 제2 입력측(IN V2) 권선 및 제2 출력측(OUT V2) 권선이 감긴 솔레노이드가 설치된다. 제1 입력측(IN V1) 권선과 제2 입력측(IN V2) 권선의 방향은 서로 반대고, 제1 출력측(OUT V1) 권선과 제2 출력측(OUT V2) 권선의 방향은 서로 반대이다.
도 1을 참조한 실시예의 전기 에너지 변환 장치는 전기자기 회로부(110)의 철심 내부에서 전자속 ΦV1 및 영구자속 ΦN이 일 방향으로만 흐르게 된다. 이러한 흐름은 철심 내부에 잔류 자기를 생성하게 되어 전자속 ΦV1 및 영구자속 ΦN의 흐름을 제한하게 된다. 반면, 도 5를 참조한 전기 에너지 변환 장치는 잔류 자기를 해소하여 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 도 1을 참조한 전기 에너지 변환 장치 2대를 활용하는 것에 비해, 도 5를 참조한 전기 에너지 변환 장치는, 두 쌍의 영구자석(120, 121, 122, 123)이 하나의 전기자기 회로부(110)를 공유함으로써, 전기 에너지 변환 장치의 부피 및 무게를 줄일 수 있으며 비용 측면에서 효과적이다.
도 5의 상태는, 입력측(IN V1, IN V2)에 전원이 인가되기 전(前) 상태를 나타낸다. 좌측의 한 쌍의 영구자석(120, 121)에서 생성되는 영구자속 ΦNL은 좌측의 폐회로를 순환하고, 우측의 한 쌍의 영구자석(122, 123)에서 생성되는 영구자속 ΦNR은 우측의 폐회로를 순환한다. 이때 출력측(OUT V1, OUT V2)에는 시간 변화에 따른 영구자속 ΦNL, ΦNR의 변화가 없으므로 유도 전류가 생성되지 않는다.
도 6은, 도 5의 전기 에너지 변환 장치에서 입력측(IN V1, IN V2) 각각에 도 2의 A Type 및 B Type 각각의 0~π 영역인 t1 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하였을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1 입력측(IN V1)에 A Type의 0~π 영역인 t1 구간에 해당하는 직류 전원이 인가되면, 전자속 ΦV1이 생성되어 폐회로로 구성된 전기자기 회로부(110)의 철심을 시계 방향으로 순환하게 된다. 이때, 전자속 ΦV1의 생성 및 순환은 영구자속 ΦNL의 진로를 방해하여 영구자속 ΦNL의 경로를 좌측의 제1 입력측(IN V1)에서 우측의 제2 입력측(IN V2)으로 변경시킨다.
한편, 제2 입력측(IN V2)에 B Type의 직류 전원이 인가되면, 첫 번째 싸이클의 0~π 영역인 t1 구간에서, 전압은 0(zero)이므로, 영구자속 ΦNR의 경로는 변경 없이 제2 입력측(IN V2)으로 순환된다. 이후의 싸이클들의 t1 구간을 고려하면, 이전 싸이클의 t2 구간 이후에 t1 구간이 되므로, 영구자속 ΦNR은 제1 입력측(IN V1)의 경로에서(이하에서 설명하는 도 7의 영구자속 ΦNR의 경로) 제2 입력측(IN V2)의 경로로 진로를 변경하게 되고, 이는 제2 출력측(OUT V2)에 유도 전류를 발생시킨다.
따라서, t1 구간에서 제1 출력측(OUT V1)과 제2 출력측(OUT V2)에는, 상기 전자속 ΦV1의 생성에 따른 유도 전류가 양분되고, 제2 출력측(OUT V2)에는 영구자속 ΦNL 및 ΦNR에 의한 유도 전류가 추가로 생성된다. 이를 정리하면, 다음과 같다.
t1 구간에서의 유도 전류
출력측(OUT V1) = 전자속(ΦV1)/2에 대한 제1 유도 전류.
출력측(OUT V2) = 전자속(ΦV1)/2에 대한 제2 유도 전류 + 영구자속(ΦNL)에 대한 제3 유도 전류 + 영구자속(ΦNR)에 대한 제4 유도 전류
도 7은, 도 5의 전기 에너지 변환 장치에서 입력측(IN V1, IN V2) 각각에 도 2의 A Type 및 B Type 각각의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하였을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 입력측(IN V1)에 A Type의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원이 인가되면, 해당 t2 구간의 전압은 0(zero)이므로, 제2 입력측(IN V2)으로 흐르던 영구자속 ΦNL는 제1 입력측(IN V1)으로 진로를 변경하여 순환한다. 한편, 제2 입력측(IN V2)에 B Type의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원이 인가되면, 전자속 ΦV2이 생성되어 폐회로로 구성된 전기자기 회로부(110)의 철심을 반시계 방향으로 순환하게 된다. 그리고, 전자속 ΦV2의 생성 및 순환은 제2 입력측(IN V2)으로 흐르는 영구자속 ΦNR의 진로를 방해하여 해당 영구자속 ΦNR의 경로를 좌측의 제1 입력측(IN V1)으로 변경시킨다.
따라서, t2 구간에서 제1 출력측(OUT V1)과 제2 출력측(OUT V2)에는, 상기 전자속 ΦV2의 생성에 따른 유도 전류가 양분되고, 제1 출력측(OUT V1)에는 영구자속 ΦNL 및 ΦNR에 의한 유도 전류가 추가로 생성된다. 이를 정리하면, 다음과 같다.
t2 구간에서의 유도 전류
출력측(OUT V1) = 전자속(ΦV2)/2에 대한 제1 유도 전류 + 영구자속(ΦNL)에 대한 제2 유도 전류 + 영구자속(ΦNR)에 대한 제3 유도 전류
출력측(OUT V2) = 전자속(ΦV2)/2에 대한 제4 유도 전류
이상과 같이, 도 5 내지 도 7를 참조하여 설명한 바에 따르면, 도 2의 A Type 및 B Type 각각의 직류 전원의 한 싸이클, 즉 t1~t2 구간을 제1, 2 입력측(IN V1, IN V2) 각각에 입력하면, 두 출력측(OUT1 V1, OUT2 V1)에서 생성되는 전체 유도 전류는 두 입력 전류 전체를 기준으로 3배에 해당한다. 따라서 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 에너지 변환 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 8을 참조한 본 실시예의 전기 에너지 변환 장치는, 도 5의 전기 에너지 변환 장치에서 두 개의 영구자속 통로부(130, 131)가 제거되고 각 쌍의 영구자석(120, 121, 122, 123)의 S극과 N극이 직접 맞닿아 있는 구조이다. 본 실시예에서는 좌측과 우측에 각각 한 쌍의 영구자석(120, 121, 122, 123)이 설치되는 것으로 설명하나, 좌측과 우측에 각각 용량이 큰 하나의 영구자석이 설치되어도 무방하다.
도 8에 도시된 바와 같이, 두 개의 영구자속 통로부(130, 131)가 제거되는 경우, 전기 에너지 변환 장치의 자기저항을 낮추어 영구자속의 저하를 방지하고, 효율을 향상시키며, 부피와 무게를 줄이는 효과가 있다. 도 8은, 입력측(IN V1, IN V2)에 전원이 입력되기 전의 영구자속의 흐름을 나타내며, 한 쌍의 영구자석(120, 121)에서 생성된 영구자속 ΦNL은 입력측(IN V1) 철심과 한 쌍의 영구자석(120, 121)으로 구성된 폐회로를 순환하게 되며, 다른 한 쌍의 영구자석(122, 123)에서 생성된 영구자속 ΦNR은 입력측(IN V2) 철심과 해당 한 쌍의 영구자석(122, 123)으로 구성된 폐회로를 순환하게 된다.
도 9는, 도 8의 전기 에너지 변환 장치에서 입력측(IN V1, IN V2) 각각에 도 2의 A Type 및 B Type 각각의 0~π 영역인 t1 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하였을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제1 입력측(IN V1)에 A Type의 0~π 영역인 t1 구간에 해당하는 직류 전원이 인가되면, 전자속 ΦV1이 생성되어 폐회로로 구성된 전기자기 회로부(110)의 철심을 시계 방향으로 순환하게 된다. 이때, 전자속 ΦV1의 생성 및 순환은 영구자속 ΦNL의 진로를 방해하여 영구자속 ΦNL의 경로를 좌측의 제1 입력측(IN V1)에서 우측의 제2 입력측(IN V2)으로 변경시킨다.
한편, 제2 입력측(IN V2)에 B Type의 직류 전원이 인가되면, 첫 번째 싸이클의 0~π 영역인 t1 구간에서, 전압은 0(zero)이므로, 영구자속 ΦNR의 경로는 변경 없이 제2 입력측(IN V2)으로 순환된다. 이후의 싸이클들의 t1 구간을 고려하면, 이전 싸이클의 t2 구간 이후에 t1 구간이 되므로, 영구자속 ΦNR은 제1 입력측(IN V1)의 경로에서(이하에서 설명하는 도 10의 영구자속 ΦNR의 경로) 제2 입력측(IN V2)의 경로로 진로를 변경하게 되고, 이는 제2 출력측(OUT V2)에 유도 전류를 발생시킨다.
따라서, t1 구간에서 제1 출력측(OUT V1)과 제2 출력측(OUT V2)에는, 상기 전자속 ΦV1의 생성에 따른 유도 전류가 양분되고, 제2 출력측(OUT V2)에는 영구자속 ΦNL 및 ΦNR에 의한 유도 전류가 추가로 생성된다. 이를 정리하면, 다음과 같다.
t1 구간에서의 유도 전류
출력측(OUT V1) = 전자속(ΦV1)/2에 대한 제1 유도 전류.
출력측(OUT V2) = 전자속(ΦV1)/2에 대한 제2 유도 전류 + 영구자속(ΦNL)에 대한 제3 유도 전류 + 영구자속(ΦNR)에 대한 제4 유도 전류
도 10은, 도 8의 전기 에너지 변환 장치에서 입력측(IN V1, IN V2) 각각에 도 2의 A Type 및 B Type 각각의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하였을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제1 입력측(IN V1)에 A Type의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원이 인가되면, 해당 t2 구간의 전압은 0(zero)이므로, 제2 입력측(IN V2)으로 흐르던 영구자속 ΦNL는 제1 입력측(IN V1)으로 진로를 변경하여 순환한다. 한편, 제2 입력측(IN V2)에 B Type의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원이 인가되면, 전자속 ΦV2이 생성되어 폐회로로 구성된 전기자기 회로부(110)의 철심을 반시계 방향으로 순환하게 된다. 그리고, 전자속 ΦV2의 생성 및 순환은 제2 입력측(IN V2)으로 흐르는 영구자속 ΦNR의 진로를 방해하여 해당 영구자속 ΦNR의 경로를 좌측의 제1 입력측(IN V1)으로 변경시킨다.
따라서, t2 구간에서 제1 출력측(OUT V1)과 제2 출력측(OUT V2)에는, 상기 전자속 ΦV2의 생성에 따른 유도 전류가 양분되고, 제1 출력측(OUT V1)에는 영구자속 ΦNL 및 ΦNR에 의한 유도 전류가 추가로 생성된다. 이를 정리하면, 다음과 같다.
t2 구간에서의 유도 전류
출력측(OUT V1) = 전자속(ΦV2)/2에 대한 제1 유도 전류 + 영구자속(ΦNL)에 대한 제2 유도 전류 + 영구자속(ΦNR)에 대한 제3 유도 전류
출력측(OUT V2) = 전자속(ΦV2)/2에 대한 제4 유도 전류
이상과 같이, 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명한 바에 따르면, 도 2의 A Type 및 B Type 각각의 직류 전원의 한 싸이클, 즉 t1~t2 구간을 제1, 2 입력측(IN V1, IN V2) 각각에 입력하면, 두 출력측(OUT1 V1, OUT2 V1)에서 생성되는 전체 유도 전류는 두 입력 전류 전체를 기준으로 3배에 해당한다. 따라서 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 에너지 변환 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 11을 참조한 본 실시예의 전기 에너지 변환 장치는, 도 8의 전기 에너지 변환 장치와 비교하여 한 쌍의 영구자석(124, 125) 및 해당 영구자석(124, 125)을 연결하는 영구자속 통로부(130)를 더 포함한다. 영구자석(124)은, 전기자기 회로부(110)의 상부에 위치하고 다른 영구자석(125)는 전기자기 회로부(110)의 하부에 위치한다. 전자석의 자속밀도는 1.3 테슬라(T, Tesla), 영구자속의 자속밀도는 0.4~1.0 테슬라가 일반적이다. 도 11을 참조한 본 실시예의 전기 에너지 변환 장치는, 전기자기 회로부(110) 철심의 포화자속밀도를 고려하여 영구자속(124, 125)을 더 추가하여 효율을 향상시킨다.
도 11은, 전기 에너지 변환 장치에서 입력측(IN V1, IN V2) 각각에 도 2의 A Type 및 B Type 각각의 0~π 영역인 t1 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하였을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸다. 도 8의 전기 에너지 변환 장치의 t1 구간의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸 도 9와 비교하여, 도 11의 전기 에너지 변환 장치는, 더 추가된 한 쌍의 영구자석(124, 125)에 의해 발생한 영구자속 ΦNC가 제2 입력측(IN V2)에 더 흐른다. 즉, 전자속 ΦV1의 생성에 의해 영구자속 ΦNC는 좌측의 제1 입력측(IN V1)에서 우측의 제2 입력측(IN V2)으로 변경되어 순환한다.
따라서, t1 구간에서 제1 출력측(OUT V1)과 제2 출력측(OUT V2)에는, 전자속 ΦV1의 생성에 따른 유도 전류가 양분되고, 제2 출력측(OUT V2)에는 영구자속 ΦNL, ΦNR 및 ΦNC에 의한 유도 전류가 추가로 생성된다. 이를 정리하면, 다음과 같다.
t1 구간에서의 유도 전류
출력측(OUT V1) = 전자속(ΦV1)/2에 대한 제1 유도 전류.
출력측(OUT V2) = 전자속(ΦV1)/2에 대한 제2 유도 전류 + 영구자속(ΦNL)에 대한 제3 유도 전류 + 영구자속(ΦNR)에 대한 제4 유도 전류 + 영구자속(ΦNC)에 대한 제5 유도 전류
도 12는, 도 11의 전기 에너지 변환 장치에서 입력측(IN V1, IN V2) 각각에 도 2의 A Type 및 B Type 각각의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하였을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸 도면이다. 도 12에 도시된 바와 같이, t2 구간에서 제1 출력측(OUT V1)과 제2 출력측(OUT V2)에는, 전자속 ΦV2의 생성에 따른 유도 전류가 양분되고, 제1 출력측(OUT V1)에는 영구자속 ΦNL 및 ΦNR에 의한 유도 전류에 더하여 영구자속 ΦNC에 의한 유도 전류가 더 생성된다. 이를 정리하면, 다음과 같다.
t2 구간에서의 유도 전류
출력측(OUT V1) = 전자속(ΦV2)/2에 대한 제1 유도 전류 + 영구자속(ΦNL)에 대한 제2 유도 전류 + 영구자속(ΦNR)에 대한 제3 유도 전류 + 영구자속(ΦNC)에 대한 제4 유도 전류
출력측(OUT V2) = 전자속(ΦV2)/2에 대한 제5 유도 전류
이상과 같이, 도 11 및 도 12을 참조하여 설명한 바에 따르면, 전기자기 회로부(110) 철심의 포화자속밀도를 고려하여 영구자속 ΦNC를 더 추가하여 효율을 향상시킬 수 있다. 용량이 큰 영구자석을 사용하지 않더라도, 용량이 작은 영구자석들을 직렬로 연결한 것과 동일한 자속의 흐름을 나타내도록 한다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 에너지 변환 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 13을 참조한 본 실시예의 전기 에너지 변환 장치는, 도 1의 전기 에너지 변환 장치의 변형예로서, 입력측(IN V1) 철심 경로상의 제2 출력측(OUT2 V1) 권선을 제거하고, 기존 입력측(IN V1)을, 기존 입력 기능과 기존 제2 출력측(OUT2 V1)의 기능을 동시에 수행하는 입출력측(IO V1, 131)의 구조로 변경한 것으로서, 무게와 부피 등을 줄인다. 입출력측(IO V1, 131)은, 기존 입력 기능을 위한 입력 단자(IN1+, IN1- )와 기존 제2 출력측(OUT2 V1)의 출력 기능을 위한 출력 단자(OUT1+, OUT1-)를 포함한다.
도 13을 참조하여, 입출력측(IO V1, 131)이 기존 입력 기능을 수행하는 과정을 설명한다. 입출력측(IO V1, 131)은, 입력 단자(IN1+, IN1- )를 통해 도 2의 A Type의 0~π 영역인 t1 구간에 해당하는 직류 전원이 인가된다. 즉, 입력 양극 단자(IN1+)에 A Type의 양의 전류가 입력되고, 입력 음극 단자(IN1-)에 음의 전류가 입력되어 입출력측(IO V1) 권선에서 전자속 ΦV1이 생성되어 전기자기 회로부(110)을 시계 방향으로 순환하게 된다. 따라서, 제1 출력측(OUT1 V1)에는, 상기 전자속 ΦV1의 생성에 따른 유도 전류가 생성된다. 그리고, 전자속 ΦV1에 의해 제1 출력측(OUT1 V1)으로 진로를 변경한 영구자속 ΦN에 의해 제1 출력측(OUT1 V1)에 유도 전류가 추가로 생성된다. 이를 정리하면, 다음과 같다.
t1 구간에서의 유도 전류
제1 출력측(OUT1 V1) 유도 전류 = 전자속(ΦV1)에 대한 제1 유도 전류 + 영구자속(ΦN)에 대한 제2 유도 전류
입출력측(IO V1, 131)의 양극 단자(P)에 입력 양극 단자(IN1+)와 출력 양극 단자(OUT1+)가 연결되므로, 입력 양극 단자(IN1+)에 입력된 양의 전류가 입출력측(IO V1, 131)의 출력 양극 단자(OUT1+)로 역류하여 출력되는 것을 방지하기 위해, 사이리스터(OS1)가 출력 양극 단자(OUT1+)의 경로상에 설치된다. 여기서, 사이리스터란 P-N-P-N 접합의 4층 구조 반도체 소자를 총칭한다. 다이오드와 형태가 비슷하지만 다이오드보다 핀 하나가 더 있으며, 그 핀으로 인해 정방향뿐만 아니라 역방향으로도 전류를 흐르게 할 수 있다.
사이리스터(OS1)의 게이트(V1 G)단자에 도 2의 B Type의 직류 전원이 인가되도록 구성되고, 따라서 도 2의 0~π 영역인 t1 구간에서 A Type의 양의 전류가 입력 양극 단자(IN1+)로 입력될 때, t1 구간의 B Type의 양의 전류는 0(zero)이므로, 사이리스터(OS1)의 게이트(V1 G)에 전류 공급이 없어 사이리스터(OS1)의 주회로는 차단되며, 따라서 입력 양극 단자(IN1+)로 입력된 전류는 출력 양극 단자(OUT1+)로 역류되어 흐르지 않고 차단된다.
또한, 입력 양극 단자(IN1+)에 다이오드(ID11)가 설치된다. 입력 양극 단자(IN1+)에 다이오드(ID11)를 설치한 이유는, 입출력측(IO V1, 131)에서 생성된 유도 전류가 출력 양극 단자(OUT1+)를 통하여 출력될 경우, 해당 유도 전류가 입력 양극 단자(IN1+)로 역류해 출력되는 것을 방지하기 위함이다.
입출력측(IO V1, 131)의 음극 단자(Q)에 연결된 입력 음극 단자(IN1-)와 출력 음극 단자(OUT1-)에 각각 다이오드(ID12, OD1)가 설치된다. 각 다이오드(ID12, OD1)는 전류 이동방향이 반대가 되도록 배치된다. 이는 입력 음극 단자(IN1-)와 출력 음극 단자(OUT1-)의 전류의 흐름이 상호 반대로 형성되기 때문이며, 전류의 흐름 방향에 따라 입력 음극 단자(IN1-)와 출력 음극 단자(OUT1-)를 명확하게 구분하여 제어하기 위함이다.
도 14는 도 13의 전기 에너지 변환 장치에서 입출력측(IO V1, 131)의 입력 단자(IN1+, IN1- )에 도 2의 A Type의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원이 인가되을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸 도면이다. 이때, 출력 양극 단자(OUT1+)에 설치된 사이리스터(OS1)의 게이트(V1 G) 단자에는 도 2의 B Type의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원이 인가된다.
도 14에 도시된 바와 같이, 입출력측(IO V1, 131)의 입력 단자(IN1+, IN1- )에 도 2에 도시된 A Type의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원이 입력되면, 해당 t2 구간의 전압은 0(zero)이므로, 입력 단자(IN1+, IN1- )에 입력 전류는 없고, 따라서 t1 구간에서 생성된 전자속 ΦV1은 소멸되어 더 이상 영구자속 ΦN의 진행을 방해할 수 없어, 제1 출력측(OUT1 V1)으로 진로가 변경되었던 영구자속 ΦN은 자기저항이 최저인 입출력측(IO V1, 131) 철심 통로로 다시 진로를 변경하여 제2 영구자석(121)과 영구자속 통로부(130)을 통하여 구성된 폐회로를 순환하게 된다.
이와 같이 영구자속 ΦN이 제1 출력측(OUT1 V1)에서 입출력측(IO V1, 131)으로 진로를 변경함에 따라, 입출력측(IO V1, 131)의 출력 단자(OUT1+, OUT1-)에는 영구자속 ΦN에 상당하는 유도 전류가 생성된다. 이때, 입력 양극 단자(IN1+)에 설치된 다이오드(ID11)로 인해, 출력 양극 단자(OUT1+)를 통하여 외부로 흐르는 출력 전류는 입력 양극 단자(IN1+)로 역류하지 않고 차단된다. 그리고, 출력 양극 단자(OUT1+)에 설치된 사이리스터(OS1)의 게이트(V1 G) 단자에는 도 2의 B Type의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원이 인가되므로, 사이리스터(OS1)의 주회로가 개방되어, 출력 단자(OUT1+, OUT1-)로 유도 전류가 출력된다. 이를 정리하면 다음과 같다.
t2 구간에서의 유도 전류
출력 단자(OUT1+, OUT1-) 유도 전류 = 영구자속 ΦN에 대한 유도 전류
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 에너지 변환 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 15를 참조한 본 실시예의 전기 에너지 변환 장치는, 도 8의 전기 에너지 변환 장치의 변형예로서, 도 8의 실시예에서 출력측(OUT V1, OUT V2) 권선을 제거하고, 기존 입력측(IN V1, IN V2)을, 기존 입력 기능과 기존 출력측(OUT V1, OUT V2)의 기능을 동시에 수행하는 입출력측(IO V1/IO V2, 131/132)의 구조로 변경한 것으로서, 무게와 부피 등을 줄인다.
본 실시예의 제1 입출력측(IO V1, 131)은, 도 13 및 도 14를 참조하여 설명한 입출력측(IO V1, 131)과 동일한 구조이고, 제2 입출력측(IO V2, 132)은, 권선의 방향만 반대일 뿐, 제1 입출력측(IO V1, 131)과 동일한 구조이다. 다만, 제1 입출력측(IO V1, 131)의 입력 양극 단자(IN1+)와 제2 입출력측(IO V2, 132)의 출력 양극 단자(OUT2+)에 설치된 사이리스터(OS2)의 게이트(V2 G)는 상호 연결되어 있고, 제2 입출력측(IO V2, 132)의 입력 양극 단자(IN2+)와 제1 입출력측(IO V1, 131)의 출력 양극 단자(OUT1+)에 설치된 사이리스터(OS1)의 게이트(V1 G)는 상호 연결되어 있다.
도 15는, 제1 입출력측(IO V1, 131)의 입력 단자(IN1+, IN1-)에 도 2의 A Type의 0~π 영역인 t1 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하고, 제2 입출력측(IO V2, 132)의 입력 단자(IN2+, IN2-)에 도 2의 B Type 각각의 0~π 영역인 t1 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하였을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸다.
제1 입출력측(IO V1, 131)의 입력 단자(IN1+, IN1-)에 도 2의 A Type의 0~π 영역인 t1 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하면, 전자속 ΦV1이 생성되어 폐회로로 구성된 전기자기 회로부(110)의 철심을 시계 방향으로 순환하게 되고, 제2 입출력측(IO V2, 132)의 출력 양극 단자(OUT2+)에 설치된 사이리스터(OS2)의 게이트(V2 G)에도 A Type의 0~π 영역인 t1 구간에 해당하는 전류가 공급되어, 사이리스터(OS2)의 주회로가 개방된다. 따라서, 전자속 ΦV1의 생성 및 순환은 영구자속 ΦNL의 진로를 방해하여 영구자속 ΦNL의 경로를 좌측의 제1 입출력측(IO V1)에서 우측의 제2 입출력측(IO V2)으로 변경시켜, 제2 입출력측(IO V2, 132)의 출력 단자(OUT2+, OUT2-)로 유도 전류가 출력된다.
한편, 제2 입출력측(IO V2)의 입력 단자(IN2+, IN2-)에 B Type의 직류 전원이 인가되면, 첫 번째 싸이클의 0~π 영역인 t1 구간에서, 전압은 0(zero)이므로, 영구자속 ΦNR의 경로는 변경 없이 제2 입출력측(IO V2)으로 순환된다. 이후의 싸이클들의 t1 구간을 고려하면, 이전 싸이클의 t2 구간 이후에 t1 구간이 되므로, 영구자속 ΦNR은 제1 입출력측(IO V1)의 경로에서(이하에서 설명하는 도 16의 영구자속 ΦNR의 경로) 제2 입출력측(IO V2)의 경로로 진로를 변경하게 되고, 이는 제2 입출력측(IO V2)의 출력 단자(OUT2+, OUT2-)에 유도 전류를 발생시킨다.
따라서, t1 구간에서 제2 입출력측(IO V2)의 출력 단자(OUT2+, OUT2)에는, 상기 전자속 ΦV1의 생성에 따른 유도 전류와, 영구자속 ΦNL 및 ΦNR에 의한 유도 전류가 생성된다.
도 16은, 도 15의 전기 에너지 변환 장치에서 제1 입출력측(IO V1, 131)의 입력 단자(IN1+, IN1-)에 도 2의 A Type의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하고, 제2 입출력측(IO V2, 132)의 입력 단자(IN2+, IN2-)에 도 2의 B Type 각각의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하였을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸다.
도 16에 도시된 바와 같이, 제1 입출력측(IO V1)의 입력 단자(IN1+, IN1-)에 A Type의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원이 인가되면, 해당 t2 구간의 전압은 0(zero)이므로, 제2 입출력측(IO V2)으로 흐르던 영구자속 ΦNL는 제1 입출력측(IO V1)으로 진로를 변경하여 순환한다. 한편, 제2 입출력측(IO V2)에 B Type의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원이 인가되면, 전자속 ΦV2이 생성되어 폐회로로 구성된 전기자기 회로부(110)의 철심을 반시계 방향으로 순환하게 된다. 그리고, 전자속 ΦV2의 생성 및 순환은 제2 입출력측(IO V2)으로 흐르는 영구자속 ΦNR의 진로를 방해하여 해당 영구자속 ΦNR의 경로를 좌측의 제1 입출력측(IO V1)으로 변경시킨다.
이때, 제1 입출력측(IO V1, 131)의 출력 양극 단자(OUT1+)에 설치된 사이리스터(OS1)의 게이트(V1 G)는, 제2 입출력측(IO V2, 132)의 입력 양극 단자(IN2+)와 상호 연결되어 있으므로, B Type의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 전류가 공급되어, 사이리스터(OS1)의 주회로가 개방되고, 따라서 제1 입출력측(IO V1, 131)의 출력 단자(OUT1+, OUT1-)로 유도 전류가 출력된다.
따라서, t2 구간에서 제1 입출력측(IO V1, 131)의 출력 단자(OUT1+, OUT1-)로 상기 전자속 ΦV2의 생성에 따른 유도 전류와, 영구자속 ΦNL 및 ΦNR에 의한 유도 전류가 생성된다.
도 15 및 도 16을 참조한 실시예는, 종래의 복권형 변압기 구조와 유사하여 제작이 용이하며, 폐회로로 구성된 전기자기 회로부(110) 철심의 길이를 축소시켜 성능을 향상시키며, 부피와 무게를 줄여 이동용 장치 등에 효율적이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 에너지 변환 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 17을 참조한 본 실시예의 전기 에너지 변환 장치는, 도 15의 전기 에너지 변환 장치와 비교하여 한 쌍의 영구자석(124, 125) 및 해당 영구자석(124, 125)을 연결하는 영구자속 통로부(130)를 더 포함한다. 영구자석(124)은, 전기자기 회로부(110)의 상부에 위치하고 다른 영구자석(125)는 전기자기 회로부(110)의 하부에 위치한다.
도 17은, 제1 입출력측(IO V1, 131)의 입력 단자(IN1+, IN1-)에 도 2의 A Type의 0~π 영역인 t1 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하고, 제2 입출력측(IO V2, 132)의 입력 단자(IN2+, IN2-)에 도 2의 B Type 각각의 0~π 영역인 t1 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하였을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸다. 도 15를 참조한 실시예와 비교하면, 더 추가된 한 쌍의 영구자석(124, 125)에 의해 발생한 영구자속 ΦNC가 제2 입출력측(IO V2)에 더 흐른다.
따라서, t1 구간에서 제2 입출력측(IO V2)의 출력 단자(OUT2+, OUT2-)에는, 전자속 ΦV1의 생성에 따른 유도 전류와, 영구자속 ΦNL, ΦNR 및 ΦNC에 의한 유도 전류가 생성된다.
도 18은, 도 17의 제1 입출력측(IO V1, 131)의 입력 단자(IN1+, IN1-)에 도 2의 A Type의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하고, 제2 입출력측(IO V2, 132)의 입력 단자(IN2+, IN2-)에 도 2의 B Type 각각의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하였을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸다. 도 16을 참조한 실시예와 비교하면, 더 추가된 한 쌍의 영구자석(124, 125)에 의해 발생한 영구자속 ΦNC가 제1 입출력측(IO V1)에 더 흐른다.
따라서, t2 구간에서 제1 입출력측(IO V1)의 출력 단자(OUT1+, OUT1-)에는, 전자속 ΦV2의 생성에 따른 유도 전류와, 영구자속 ΦNL, ΦNR 및 ΦNC에 의한 유도 전류가 생성된다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 에너지 변환 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 19를 참조한 본 실시예의 전기 에너지 변환 장치는, 도 15에 도시된 전기 에너지 변환 장치와 비교하여, 전기자기 회로부(110)의 중심부에 전용의 출력측(OUT V12)를 추가하여 구성한 구조이다. 즉, 전기자기 회로부(110)를 2개 결합한 구조이다. 도 19를 참조한 본 실시예에서 제1, 2 입출력측(IO V1, IO V2)의 입력 단자(IN1+, IN1-, IN2+, IN2-)에 도 2의 A Type의 직류 전원을 인가한다. 그리고 제1, 2 입출력측(IO V1, IO V2)의 사이리스터(OS1, OS2)의 게이트(V1 G, V2 G) 단자에 도 2의 B Type의 직류 전원이 인가되도록 구성된다.
제1 입출력측(IO V1)의 입력 단자(IN1+, IN1-)와, 제2 입출력측(IO V2)의 입력 단자(IN2+, IN2-)에 도 2의 A Type의 0~π 영역인 t1 구간에 해당하는 직류 전원이 인가되면, 도 19에 도시된 바와 같이, t1 구간에서 전용의 출력측(OUT V12)에는, 전자속 ΦV1 및 ΦV2의 생성에 따른 유도 전류와, 영구자속 ΦNL 및 ΦNR에 의한 유도 전류가 생성된다.
도 20은 도 19의 입출력측(IO V1, IO V2))의 입력 단자(IN1+, IN1-, IN2+, IN2-)에 도 2의 A Type의 π~2π 영역인 t2 구간에 해당하는 직류 전원을 인가하였을 때의 전자속 및 영구자속의 흐름을 나타낸다. t2 구간에서 A Type의 직류 전원은 0(zero)이므로, 입력 단자(IN1+, IN1-, IN2+, IN2-)에 전류가 흐르지 않는다. 따라서, 도 20에 도시된 바와 같이, 영구자속 ΦNL, ΦNR은 초기 상태로 순환되며, 각각 입출력측(IO V1, IO V2)에 쇄교하게 된다. 그리고 제1, 2 입출력측(IO V1, IO V2)의 사이리스터(OS1, OS2)의 게이트(V1 G, V2 G) 단자에 도 2의 B Type의 t2 구간에 해당하는 전류가 공급되므로, 주회로가 개방되어, 제1 입출력측(IO V1)의 출력 단자(OUT1+, OUT1-)로는 영구자속 ΦNL에 의한 유도 전류가 출력되고, 제2 입출력측(IO V2)의 출력 단자(OUT2+, OUT2-)로는 영구자속 ΦNR에 의한 유도 전류가 출력된다.
따라서, 도 19 및 도 20의 전기 에너지 변환 장치는, t1~t2 구간에서, 도 15 및 도 16의 전기 에너지 변환 장치와 동일한 유도 전류가 생성된다.
희토류 자석인 네오디뮴(Neodymium Magnet) 자석은 현존하는 자석 중에 가장 강력한 자석이며, 외부 충격과 온도변화에 유의한다면 100년에 약 1% 정도의 자력을 잃을 정도로 반영구적으로 사용할 수 있다. 또한 1982년에 개발되어 제조 방법에 관련된 특허권의 대부분이 존속기간이 만료되어 효력을 상실하였다. 그러나 희토류 자원의 희소성과 생산국의 자원을 무기화하여는 움직임으로 공급상의 어려움이 예상된다. 따라서 전기 에너지 변환 장치 및 시스템을 스마트폰 및 노트북 내장 전원 장치 등 각종 포터블용 상품의 전원 장치로서 활용할 경우, 상술한 영구자석으로서 희토류 자석을 활용하고, 고정적이며 부피 및 무게에 영향이 없는 곳에는 가격도 싸고 공급이 용이한 페라이트계 영구자석(자속밀도가 네오디뮴의 1/3 수준)을 활용할 수 있다.
본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절히 결합되어 구현될 수 있다. 이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
110 : 전기자기 회로부
120, 121, 122, 123, 124, 125 : 영구자석
130 : 영구자속 통로부
131 : 제1 입출력측
132 : 제2 입출력측

Claims (20)

  1. 제1 교류 전원을 반파 정류한 제1 직류 전원이 인가되는 전기 에너지 변환 장치에 있어서,
    제1 출력측 권선을 포함하는 제1 솔레노이드와, 제1 입력측 권선 및 제2 출력측 권선을 포함하는 제2 솔레노이드를 포함하고, 각 솔레노이드에 포함된 철심이 연결되어 전자속의 폐회로를 구성하는 전기자기 회로부; 및
    제1 영구자속을 발생시키고 상기 전기자기 회로부의 상기 철심들을 상기 제1 영구자속의 이동 통로로서 공유하며 상기 전기자기 회로부와 상기 제1 영구자속의 폐회로를 구성하는 제1 영구자석;을 포함하고,
    상기 전기자기 회로부는, 상기 제1 입력측 권선으로의 상기 제1 직류 전원의 인가에 의해 발생 및 제어되는 전자속 및, 그 전자속에 의해 흐름이 변경되는 상기 제1 영구자속에 의해, 상기 제1, 2 출력측 권선에 유도 전류를 발생시키는 전기 에너지 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 솔레노이드의 철심은, 상기 제1 솔레노이드의 철심보다 자기저항이 작은 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전기자기 회로부는,
    상기 제1 직류 전원의 제1 반파장 구간에서, 상기 제1 출력측 권선에 상기 제2 솔레노이드에 의해 발생하는 전자속 및 상기 제1 영구자속에 의한 유도 전류를 발생시키고, 상기 제2 출력측 권선에 상기 제2 솔레노이드에 의해 발생하는 전자속에 의한 유도 전류를 발생시키며,
    상기 제1 직류 전원의 제2 반파장 구간에서, 상기 제2 출력측 권선에 상기 제1 영구자속에 의한 유도 전류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 영구자석은, 이격된 두 개의 영구자석으로 구성되고,
    해당 이격된 두 개의 영구자석은 영구자속 통로부로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전기자기 회로부를 기준으로 상기 제1 영구자석과 대칭으로 설치되고,제2 영구자속을 발생시키며 상기 전기자기 회로부의 상기 철심들을 상기 제2 영구자속의 이동 통로로서 공유하며 상기 전기자기 회로부와 상기 제2 영구자속의 폐회로를 구성하는 제2 영구자석; 및
    상기 제1 솔레노이드에 설치되고, 상기 제1 직류 전원보다 반파장 늦게 진행하는 제2 직류 전원이 인가되는 제2 입력측 권선을 더 포함하고,
    상기 전기자기 회로부는,
    상기 제2 입력측 권선으로의 상기 제2 직류 전원의 인가에 의해 발생 및 제어되는 전자속 및, 그 전자속에 의해 흐름이 변경되는 상기 제2 영구자속에 의해, 상기 제1, 2 출력측 권선에 유도 전류를 더 발생시키는 전기 에너지 변환 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전기자기 회로부는,
    상기 제1, 2 직류 전원의 제1 반파장 구간에서, 상기 제1 출력측 권선에 상기 제2 솔레노이드에 의해 발생하는 전자속 및 상기 제1, 2 영구자속에 의한 유도 전류를 발생시키고, 상기 제2 출력측 권선에 상기 제2 솔레노이드에 의해 발생하는 전자속에 의한 유도 전류를 발생시키며,
    상기 제1, 2 직류 전원의 제2 반파장 구간에서, 상기 제1 출력측 권선에 상기 제1 솔레노이드에 의해 발생하는 전자속에 의한 유도 전류를 발생시키고, 상기 제2 출력측 권선에 상기 제1 솔레노이드에 의해 발생하는 전자속 및 상기 제1, 2 영구자속에 의한 유도 전류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제1, 2 영구자석 각각은, 이격된 두 개의 영구자석으로 구성되고, 각각의 이격된 두 개의 영구자석은 영구자속 통로부로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 솔레노이드 및 상기 제2 솔레노이드 각각과 등거리에 설치되고 영구자석 통로부로 연결되는 두 개의 영구자석으로 구성되고, 제3 영구자속을 발생시키며 상기 전기자기 회로부의 상기 철심들을 상기 제3 영구자속의 이동 통로로서 공유하며 상기 전기자기 회로부와 상기 제3 영구자속의 폐회로를 구성하는 제3 영구자석;을 더 포함하는 전기 에너지 변환 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전기자기 회로부는,
    상기 제1, 2 직류 전원의 제1 반파장 구간에서, 상기 제1 출력측 권선에 상기 제3 영구자속에 의한 유도 전류를 더 발생시키고,
    상기 제1, 2 직류 전원의 제2 반파장 구간에서, 상기 제2 출력측 권선에 상기 제3 영구자속에 의한 유도 전류를 더 발생시키는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치.
  10. 제1 교류 전원을 반파 정류한 제1 직류 전원이 인가되는 전기 에너지 변환 장치에 있어서,
    제1 출력측 권선을 포함하는 제1 솔레노이드와, 입력 및 출력을 선택적으로 수행하는 제1 입출력측 권선을 포함하는 제2 솔레노이드를 포함하고, 각 솔레노이드에 포함된 철심이 연결되어 전자속의 폐회로를 구성하는 전기자기 회로부; 및
    제1 영구자속을 발생시키고 상기 전기자기 회로부의 상기 철심들을 상기 제1 영구자속의 이동 통로로서 공유하며 상기 전기자기 회로부와 상기 제1 영구자속의 폐회로를 구성하는 제1 영구자석;을 포함하고,
    상기 전기자기 회로부는, 상기 제1 입출력측 권선으로의 상기 제1 직류 전원의 인가에 의해 발생 및 제어되는 전자속 및, 그 전자속에 의해 흐름이 변경되는 상기 제1 영구자속에 의해, 상기 제1 출력측 권선 및 상기 제1 입출력측 권선에 유도 전류를 발생시키는 전기 에너지 변환 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전기자기 회로부는,
    상기 제1 직류 전원의 제1 반파장 구간에서, 상기 제1 출력측 권선에 상기 제2 솔레노이드에 의해 발생하는 전자속 및 상기 제1 영구자속에 의한 유도 전류를 발생시키고,
    상기 제1 직류 전원의 제2 반파장 구간에서, 상기 제1 입출력측 권선에 상기 제1 영구자속에 의한 유도 전류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 제1 입출력측 권선에 입력 단자 및 출력 단자가 연결되고,
    상기 출력 단자의 양극 경로에 사이리스터가 설치되며,
    상기 사이리스터의 게이트에 상기 제1 직류 전원보다 반파장 늦게 진행하는 제2 직류 전원이 인가되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 입력 단자의 양극 경로에 상기 출력 단자의 양극으로 출력되는 유도 전류의 역류를 방지하기 위한 다이오드가 설치되고,
    상기 입력 단자의 음극 경로와 상기 출력 단자의 음극 경로 각각에 전류 이동방향이 반대인 다이오드가 설치되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치.
  14. 제1 교류 전원을 반파 정류한 제1 직류 전원과 상기 제1 직류 전원보다 반파장 늦게 진행하는 제2 직류 전원이 인가되는 전기 에너지 변환 장치에 있어서,
    입력 및 출력을 선택적으로 수행하는 제1 입출력측 권선을 포함하는 제1 솔레노이드와, 입력 및 출력을 선택적으로 수행하는 제2 입출력측 권선을 포함하는 제2 솔레노이드를 포함하고, 각 솔레노이드에 포함된 철심이 연결되어 전자속의 폐회로를 구성하는 전기자기 회로부;
    제1 영구자속을 발생시키고 상기 전기자기 회로부의 상기 철심들을 상기 제1 영구자속의 이동 통로로서 공유하며 상기 전기자기 회로부와 상기 제1 영구자속의 폐회로를 구성하는 제1 영구자석; 및
    상기 전기자기 회로부를 기준으로 상기 제1 영구자석과 대칭으로 설치되고, 제2 영구자속을 발생시키고 상기 전기자기 회로부의 상기 철심들을 상기 제2 영구자속의 이동 통로로서 공유하며 상기 전기자기 회로부와 상기 제2 영구자속의 폐회로를 구성하는 제2 영구자석;을 포함하고,
    상기 제1 입출력측 권선에는 상기 제1 직류 전원이 인가되고, 상기 제2 입출력측 권선에는 상기 제2 직류 전원이 인가되며,
    상기 전기자기 회로부는,
    상기 제1, 2 직류 전원의 인가에 의해 발생 및 제어되는 전자속 및, 그 전자속에 의해 흐름이 변경되는 상기 제1, 2 영구자속에 의해, 상기 제1, 2 입출력측 권선에 유도 전류를 발생시키는 전기 에너지 변환 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전기자기 회로부는,
    상기 제1, 2 직류 전원의 제1 반파장 구간에서, 상기 제2 입출력측 권선에 상기 제1 솔레노이드에 의해 발생하는 전자속 및 상기 제1, 2 영구자속에 의한 유도 전류를 발생시키고,
    상기 제1, 2 직류 전원의 제2 반파장 구간에서, 상기 제1 입출력측 권선에 상기 제2 솔레노이드에 의해 발생하는 전자속 및 상기 제1, 2 영구자속에 의한 유도 전류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 제1 입출력측 권선에 제1 입력 단자 및 제1 출력 단자가 연결되고,
    상기 제2 입출력측 권선에 제2 입력 단자 및 제2 출력 단자가 연결되며,
    상기 제1, 2 출력 단자 각각의 양극 경로에 사이리스터가 설치되고,
    상기 제1 출력 단자의 양극 경로에 설치된 사이리스터의 게이트에 상기 제2 직류 전원이 인가되고, 상기 제2 출력 단자의 양극 경로에 설치된 사이리스터의 게이트에는 상기 제 1 직류 전원이 인가되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1, 2 입력 단자 각각의 양극 경로에 상기 제1, 2 출력 단자의 양극으로 출력되는 유도 전류의 역류를 방지하기 위한 다이오드가 설치되고,
    상기 제1, 2 입력 단자 각각의 음극 경로와 상기 제1, 2 출력 단자 각각의 음극 경로에 다이오드가 설치되며,
    상기 제1, 2 입력 단자 각각의 음극 경로에 설치된 다이오드는, 상기 제1, 2 출력 단자 각각의 음극 경로에 설치된 다이오드와 전류 이동방향이 반대인 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치.
  18. 제1 교류 전원을 반파 정류한 제1 직류 전원을 이용하는 전기 에너지 변환 장치에 있어서,
    입력 및 출력을 선택적으로 수행하는 제1 입출력측 권선을 포함하는 제1 솔레노이드와, 입력 및 출력을 선택적으로 수행하는 제2 입출력측 권선을 포함하는 제2 솔레노이드와, 상기 제1, 2 솔레노이드 사이에 설치되고 출력측 권선을 포함하는 제3 솔레노이드를 포함하고, 각 솔레노이드에 포함된 철심이 연결되어 전자속의 폐회로를 구성하는 전기자기 회로부;
    제1 영구자속을 발생시키고 상기 전기자기 회로부의 상기 철심들을 상기 제1 영구자속의 이동 통로로서 공유하며 상기 전기자기 회로부와 상기 제1 영구자속의 폐회로를 구성하는 제1 영구자석; 및
    상기 전기자기 회로부를 기준으로 상기 제1 영구자석과 대칭으로 설치되고, 제2 영구자속을 발생시키며 상기 전기자기 회로부의 상기 철심들을 상기 제2 영구자속의 이동 통로로서 공유하며 상기 전기자기 회로부와 상기 제2 영구자속의 폐회로를 구성하는 제2 영구자석;을 포함하고,
    상기 제1, 2 입출력측 권선에는 상기 제1 직류 전원이 인가되고,
    상기 전기자기 회로부는,
    상기 제1 직류 전원의 인가에 의해 발생 및 제어되는 전자속 및, 그 전자속에 의해 흐름이 변경되는 상기 제1, 2 영구자속에 의해 상기 출력측 권선과 제1, 2 입출력측 권선에 유도 전류를 발생시키는 전기 에너지 변환 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 전기자기 회로부는,
    상기 제1 직류 전원의 제1 반파장 구간에서, 상기 제3 솔레노이드의 출력측 권선에 상기 제1, 2 솔레노이드에 의해 발생하는 전자속 및 상기 제1, 2 영구자속에 의한 유도 전류를 발생시키며,
    상기 제1 직류 전원의 제2 반파장 구간에서, 상기 제1 입출력측 권선에 상기 제1 영구자속에 의한 유도 전류를 발생시키고 상기 제2 입출력측 권선에 상기 제2 영구자속에 의한 유도 전류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 제1 입출력측 권선에 제1 입력 단자 및 제1 출력 단자가 연결되고,
    상기 제2 입출력측 권선에 제2 입력 단자 및 제2 출력 단자가 연결되며,
    상기 제1, 2 출력 단자 각각의 양극 경로에 사이리스터가 설치되고, 각 사이리스터의 게이트에 상기 제1 직류 전원보다 반파장 늦게 진행하는 제2 직류 전원이 인가되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 변환 장치.
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