WO2024122972A1 - Field unit for power conversion device - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a field unit employed in a power conversion device, and particularly to a field unit for a power conversion device configured to improve power conversion efficiency by appropriately setting the demagnetization time of the field unit.
  • a power conversion device refers to a device that converts direct current into direct current or alternating current of another power, or converts alternating current into alternating current or direct current of another power.
  • power conversion devices There are various structures of power conversion devices. Among these, a non-rotating power conversion device constructed by stacking a field and an armature is attracting attention in that it can provide higher power conversion efficiency compared to other power conversion devices employing motors, etc.
  • a non-rotating power conversion device basically consists of a stacked arrangement of a field and an armature each wound in the form of a coil, and is equipped with a control means for controlling the duty ratio of the field current.
  • the control means supplies field current with a predetermined duty ratio to the field corresponding to the desired power.
  • a magnetic field is generated corresponding to the field current, and the magnetic field thus generated crosses the armature coil.
  • an induced current corresponding to the change in magnetic field is generated and output to the outside.
  • the technical purpose of the present invention is to provide a field unit that can improve the power conversion efficiency of a power conversion device.
  • the field unit for a power conversion device for realizing the above object is a field unit for a power conversion device that performs power conversion using a direct current field current, and generates a magnetic field using the input field current. It is composed of a field coil that generates a magnetic field, and a magnetic field member that provides a magnetic field for projecting a magnetic field from the field coil to the armature, wherein the magnetic field member has a demagnetization time set to be equal to or greater than the duty ratio of the field current. It is characterized by
  • a magnetic member is provided for projecting the magnetic field generated in the field coil to the armature.
  • the demagnetization time of the magnetic member is set to be equal to or greater than the duty ratio of the field current.
  • Figure 1 is a configuration diagram showing an example of a general non-rotating power conversion device.
  • the magnetic path member is characterized in that it includes a housing for accommodating the field coil.
  • the magnetic path member may include a core member to which the field coil or the housing is coupled.
  • the armature 20 is composed of a coiled wire coated with an insulating material such as enamel.
  • the central portion of the armature 20 is preferably provided with a hollow portion 21 of the same size as the field unit 10.
  • a core member is preferably installed in the hollow portions 111 and 21 of the field unit 10 and the armature 20.
  • the armature 20 is provided with one terminal pair 22 for drawing the induced current generated here to the outside.
  • the housings 11 and 12 are made of a magnetizable material such as iron, and provide a magnetic path for the magnetic field projected to the armature 20.
  • the housings 11 and 12 stably accommodate the coil member 40 and also function as a magnetic member for the coil member 40.
  • the magnetic field generated in the field unit 10 is projected in a direction perpendicular to the field unit 10, that is, in a direction linking the armature 20, and the magnetic field projected in this way is supplied to the armature 20.
  • Figure 2(c) shows the characteristics of the induced current (I3) in the armature 20 according to the field current (I1) when the demagnetization time of the housings 11 and 12 is appropriately set.
  • the induced current (I3) exhibits a characteristic of gradually decreasing compared to the conventional induced current (I2) when the field current decreases.
  • the induced current (I3) generally exhibits the characteristic of having a larger effective value compared to the induced current (I2). This means that higher power can be obtained from the armature 20 by appropriately setting the coercive force or demagnetization time of the magnetic member for the field coil 40. In other words, the power conversion efficiency of the power conversion device is increased.
  • the body and cover are first formed through a conventional method. Their forming is carried out by casting a material that can be magnetized, such as iron or SCM alloy steel (SCM 456), or by processing a cylindrical base material. Additionally, the body and cover are appropriately heat treated as needed.
  • a material that can be magnetized such as iron or SCM alloy steel (SCM 456)

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Abstract

The present invention relates to a field unit for a power conversion device, the unit suitably setting a demagnetization time of a field unit such that power conversion efficiency can be enhanced. The present invention relates to the field unit for a power conversion unit, which uses a field current so as to perform power conversion, the unit comprising: a field coil using an field current that is input, so as to generate a magnetic field; and a magnetic path member, which provides a magnetic path for magnetic field projection from the field coil to an electric magnetic path, wherein the magnetic path member has a demagnetization time set to be greater than or equal to the duty ratio of the field current.

Description

전력변환장치용 계자 유니트Field unit for power conversion device
본 발명은 전력변환장치에 채용되는 계자 유니트에 관한 것으로, 특히 계자 유니트의 탈자화 시간을 적절하게 설정하여 전력변환 효율을 제고할 수 있도록 구성된 전력변환장치용 계자 유니트에 관한 것이다.The present invention relates to a field unit employed in a power conversion device, and particularly to a field unit for a power conversion device configured to improve power conversion efficiency by appropriately setting the demagnetization time of the field unit.
전력변환장치는 직류를 다른 전력의 직류 또는 교류로 변환하거나, 교류를 다른 전력의 교류 또는 직류로 변환하는 장치를 말한다. 전력변환장치로서는 다양한 구조의 것이 있다. 이 중에서 계자와 전기자를 적층하여 구성한 비회전식 전력변환장치는 모터 등을 채용하는 다른 전력변환장치에 비하여 높은 전력변환효율을 제공할 수 있다는 점에서 주목받고 있다.A power conversion device refers to a device that converts direct current into direct current or alternating current of another power, or converts alternating current into alternating current or direct current of another power. There are various structures of power conversion devices. Among these, a non-rotating power conversion device constructed by stacking a field and an armature is attracting attention in that it can provide higher power conversion efficiency compared to other power conversion devices employing motors, etc.
비회전식 전력변환장치에 대해서는 대한민국 등록특허 제10-2332747호(명칭: 비회전식 직류 발전기), 공개특허 제10-2021-0140835호(명칭: 비회전식 교류 발전장치), 공개특허 제10-2021-0141811호(명칭: 전력변환장치) 등에 개시되어 있다. Regarding non-rotating power conversion devices, Republic of Korea Patent No. 10-2332747 (name: non-rotating direct current generator), published patent no. 10-2021-0140835 (name: non-rotating alternating current generator), published patent no. 10-2021- It is disclosed in No. 0141811 (name: power conversion device).
비회전식 전력변환장치는 기본적으로 각각 코일 형태로 권취된 계자와 전기자를 적층하여 배치한 구성으로 이루어지고, 여기에 계자 전류의 듀티비를 제어하기 위한 제어수단이 구비된다. 제어수단은 원하는 전력에 상응하여 소정의 듀티비를 갖는 계자 전류를 계자에 공급하게 된다. 계자에서는 계자 전류에 상응하여 자기장이 생성되고, 이와 같이 생성된 자기장은 전기자 코일을 쇄교하게 된다. 그리고 전기자에서는 자기장의 변화량에 대응하는 유도 전류가 생성되어 외부로 출력되게 된다. 전력변환장치의 전력변환 효율을 높이기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. 그러나, 전력변환장치의 효율을 제고하는 것은 계자 코일에서의 열손실과 자기장의 전달 손실을 고려할 때 한계가 존재한다.A non-rotating power conversion device basically consists of a stacked arrangement of a field and an armature each wound in the form of a coil, and is equipped with a control means for controlling the duty ratio of the field current. The control means supplies field current with a predetermined duty ratio to the field corresponding to the desired power. In the field, a magnetic field is generated corresponding to the field current, and the magnetic field thus generated crosses the armature coil. And in the armature, an induced current corresponding to the change in magnetic field is generated and output to the outside. Various attempts are being made to increase the power conversion efficiency of power conversion devices. However, there are limits to improving the efficiency of power conversion devices when considering heat loss in the field coil and magnetic field transmission loss.
본 발명은 전력변환장치의 전력변환 효율을 제고할 수 있는 계자 유니트를 제공함에 기술적 목적이 있다.The technical purpose of the present invention is to provide a field unit that can improve the power conversion efficiency of a power conversion device.
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 전력변환장치용 계자 유니트는 직류의 계자 전류를 이용하여 전력변환을 실행하는 전력변환장치용 계자 유니트에 있어서, 입력되는 계자 전류를 이용하여 자기장을 생성하는 계자 코일과, 상기 계자 코일로부터 전기자로의 자기장 투사를 위한 자로를 제공하는 자로 부재를 포함하여 구성되고, 상기 자로 부재는 탈자화 시간이 계자 전류의 듀티비와 동등 이상으로 설정되는 것을 특징으로 한다.The field unit for a power conversion device according to the first aspect of the present invention for realizing the above object is a field unit for a power conversion device that performs power conversion using a direct current field current, and generates a magnetic field using the input field current. It is composed of a field coil that generates a magnetic field, and a magnetic field member that provides a magnetic field for projecting a magnetic field from the field coil to the armature, wherein the magnetic field member has a demagnetization time set to be equal to or greater than the duty ratio of the field current. It is characterized by
상기한 구성으로 된 본 발명에 의하면, 계자 코일에서 생성된 자기장을 전기자에 투사하기 위한 자로 부재가 제공된다. 이때 자로 부재는 탈자화 시간이 계자 전류의 듀티비 이상으로 설정된다. 계자 전류가 감소하거나 차단되는 경우, 전기자에는 자로 부재의 잔류 자계가 투사된다. 이에 따라 전력변환장치의 전력변환 효율이 증가된다.According to the present invention having the above-described configuration, a magnetic member is provided for projecting the magnetic field generated in the field coil to the armature. At this time, the demagnetization time of the magnetic member is set to be equal to or greater than the duty ratio of the field current. When the field current is reduced or cut off, the residual magnetic field of the magnetic member is projected onto the armature. Accordingly, the power conversion efficiency of the power conversion device increases.
도면은 본 발명을 효과적으로 설명하기 위한 것이다. 따라서 보다 효과적인 설명을 위해 일부 구성이 과장되게 묘사되거나 생략될 수 있음을 이해하여야 할 것이다.The drawings are intended to effectively explain the present invention. Therefore, it should be understood that some components may be exaggerated or omitted for more effective explanation.
도 1은 일반적인 비회전식 전력변환장치의 일례를 나타낸 구성도.Figure 1 is a configuration diagram showing an example of a general non-rotating power conversion device.
도 2는 도 1에서 계자 유니트(10)의 내부 구성을 나타낸 분리사시도.Figure 2 is an exploded perspective view showing the internal configuration of the field unit 10 in Figure 1.
도 3은 도 1에서 계자 유니트(10)로 공급되는 계자 전류(I1)의 변동에 대응하여 전기자(20)로부터 얻어지는 유도 전류(I2, I3)의 변동 특성을 나타낸 그래프.FIG. 3 is a graph showing the variation characteristics of the induced currents (I2, I3) obtained from the armature 20 in response to the variation of the field current (I1) supplied to the field unit 10 in FIG. 1.
도 4는 순철의 냉각시간에 따른 탈자화 시간 특성을 나타낸 그래프.Figure 4 is a graph showing demagnetization time characteristics according to cooling time of pure iron.
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 전력변환장치용 계자 유니트는 직류의 계자 전류를 이용하여 전력변환을 실행하는 전력변환장치용 계자 유니트에 있어서, 입력되는 계자 전류를 이용하여 자기장을 생성하는 계자 코일과, 상기 계자 코일로부터 전기자로의 자기장 투사를 위한 자로를 제공하는 자로 부재를 포함하여 구성되고, 상기 자로 부재는 탈자화 시간이 계자 전류의 듀티비와 동등 이상으로 설정되는 것을 특징으로 한다.The field unit for a power conversion device according to the first aspect of the present invention for realizing the above object is a field unit for a power conversion device that performs power conversion using a direct current field current, and generates a magnetic field using the input field current. It is composed of a field coil that generates a magnetic field, and a magnetic field member that provides a magnetic field for projecting a magnetic field from the field coil to the armature, wherein the magnetic field member has a demagnetization time set to be equal to or greater than the duty ratio of the field current. It is characterized by
또한, 본 발명의 제2 관점에 따른 전력변환장치용 계자 유니트는 교류의 계자 전류를 이용하여 전력변환을 실행하는 전력변환장치용 계자 유니트에 있어서, 입력되는 계자 전류를 이용하여 자기장을 생성하는 계자 코일과, 상기 계자 코일로부터 전기자로의 자기장 투사를 위한 자로를 제공하는 자로 부재를 포함하여 구성되고, 상기 자로 부재는 탈자화 시간이 계자 전류의 듀티비와 동등 이상이고, 하나의 영교차점에서부터 다음의 영교차점에 이르는 시간 사이의 값으로 설정되는 것을 특징으로 한다.In addition, the field unit for a power conversion device according to the second aspect of the present invention is a field unit for a power conversion device that performs power conversion using an alternating field current, and includes a field unit that generates a magnetic field using the input field current. It is composed of a coil and a magnetic field member that provides a magnetic field for projecting a magnetic field from the field coil to the armature, wherein the magnetic field member has a demagnetization time equal to or greater than the duty ratio of the field current, and extends from one zero crossing point to the next. It is characterized in that it is set to a value between the times reaching the zero crossing point.
또한, 상기 자로 부재는 계자 코일을 수납하기 위한 하우징을 포함하는 것을 특징으로 한다.Additionally, the magnetic path member is characterized in that it includes a housing for accommodating the field coil.
또한, 상기 하우징은 SCM 합금강으로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the housing is characterized in that it is composed of SCM alloy steel.
또한, 상기 자로 부재는 상기 계자 코일 또는 상기 하우징이 결합되는 코어 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.Additionally, the magnetic path member may include a core member to which the field coil or the housing is coupled.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 설명한다. 다만, 이하에서 설명하는 실시 예는 본 발명의 하나의 바람직한 구현 예를 예시적으로 나타낸 것으로서, 이러한 실시 예의 예시는 본 발명의 권리 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 발명은 그 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the examples described below illustratively show one preferred embodiment of the present invention, and the examples are not intended to limit the scope of the present invention. The present invention can be implemented with various modifications without departing from its technical spirit.
도 1은 전형적인 비회전식 전력변환장치의 요부 구성을 나타낸 구성도이다. 도면에서 전력변환장치는 계자 유니트(10)와 전기자(20)를 구비한다. 계자 유니트(10)는 전기자(20)의 일측에 설치된다. 일부 적용 예에서 계자 유니트(10)는 전기자(20)의 양측에 구비될 수 있다. 계자 유니트(10)로서는 다양한 구성의 것이 제안된 바 있다. 도 1에 나타낸 계자 유니트(10)는 일반적인 계자 유니트의 일례를 나타낸 것이다.Figure 1 is a configuration diagram showing the main configuration of a typical non-rotating power conversion device. In the drawing, the power conversion device includes a field unit 10 and an armature 20. The field unit 10 is installed on one side of the armature 20. In some applications, field units 10 may be provided on both sides of the armature 20. As the field unit 10, various configurations have been proposed. The field unit 10 shown in FIG. 1 shows an example of a general field unit.
도 3은 계자 유니트(10)의 분리 사시도이다. 도면에서 계자 유니트(10)는 몸체(11)와 덮개(12)를 포함하는 하우징을 구비한다. 하우징은 자화될 수 있는 재질로 구성된다. 하우징(11, 12) 내부에는 코일 부재(40)가 장착된다. 코일 부재(40)는 계자 코일을 구성하는 것이다. 코일 부재(40)는 통상의 것과 마찬가지로 에나멜 등의 절연물질이 코팅된 도선이 권취된 구성으로 이루어진다. 코일 부재(40)는 전류를 공급하기 위한 단자쌍(41: 41a, 41b)이 마련되고, 이들은 하우징(11, 12)의 외측으로 인출된다.Figure 3 is an exploded perspective view of the field unit 10. In the drawing, the field unit 10 has a housing including a body 11 and a cover 12. The housing is made of a material that can be magnetized. A coil member 40 is mounted inside the housings 11 and 12. The coil member 40 constitutes a field coil. The coil member 40 is composed of a coil wound with a conductor coated with an insulating material such as enamel, as in a normal coil member. The coil member 40 is provided with a pair of terminals 41 (41a, 41b) for supplying current, and these are drawn out to the outside of the housings 11 and 12.
몸체(11)는 중앙 부분에 중공부(111)가 구비된 원통 형상으로 구성된다. 몸체(11)의 상면에는 중공부(111)를 중심으로 환형으로 안착홈(112)이 마련된다, 안착홈(112)에는 코일 부재(40)가 설치된다. 안착홈(112)의 크기는 코일 부재(40)의 크기를 고려하여 적절한 크기로 설정된다. 또한, 몸체(11)는 안착홈(112)에 수납되는 코일 부재(40)의 단자(41)를 하우징(11, 12) 외측으로 인출하기 위한 인출공(11a) 및 인출홈(11b)이 구비된다. 몸체(11)의 상측에는 덮개(12)가 설치된다. 덮개(12)는 중앙 부분이 중공된 판 형상으로 구성된다. The body 11 has a cylindrical shape with a hollow portion 111 in the center. A seating groove 112 is provided in an annular shape around the hollow portion 111 on the upper surface of the body 11. A coil member 40 is installed in the seating groove 112. The size of the seating groove 112 is set to an appropriate size in consideration of the size of the coil member 40. In addition, the body 11 is provided with a draw-out hole 11a and a draw-out groove 11b for drawing the terminal 41 of the coil member 40 stored in the seating groove 112 to the outside of the housings 11 and 12. do. A cover 12 is installed on the upper side of the body 11. The cover 12 is shaped like a plate with a hollow center portion.
도 1에서, 전기자(20)는 에나멜 등의 절연물질이 코팅된 도선이 권취된 구성으로 이루어진다. 전기자(20)의 중앙 부분에는 바람직하게 계자 유니트(10)와 동등한 크기의 중공부(21)가 구비된다. 계자 유니트(10)와 전기자(20)의 중공부(111, 21)에는 바람직하게 코어 부재가 설치된다. 그리고 전기자(20)에는 여기에서 생성된 유도 전류를 외부로 인출하기 위한 한 개의 단자쌍(22)이 구비된다.In FIG. 1, the armature 20 is composed of a coiled wire coated with an insulating material such as enamel. The central portion of the armature 20 is preferably provided with a hollow portion 21 of the same size as the field unit 10. A core member is preferably installed in the hollow portions 111 and 21 of the field unit 10 and the armature 20. And the armature 20 is provided with one terminal pair 22 for drawing the induced current generated here to the outside.
도 3은 계자 유니트(10)로 공급되는 계자 전류의 변동에 대응하여 전기자(20)로부터 얻어지는 유도 전류의 변동 특성을 나타낸 그래프이다. 도 3에서 I1은 계자 유니트(10)의 계자 코일(40)로 공급되는 계자 전류이고, I2는 종래의 계자 유니트(10)에 의해 전기자(20)의 단자쌍(22)으로부터 출력되는 출력 전류, I3는 본 발명에 따른 계자 유니트(10)에 의해 전기자(20)의 단자쌍(22)으로부터 출력되는 출력 전류를 나타낸다.Figure 3 is a graph showing the variation characteristics of the induced current obtained from the armature 20 in response to the variation of the field current supplied to the field unit 10. In Figure 3, I1 is the field current supplied to the field coil 40 of the field unit 10, I2 is the output current output from the terminal pair 22 of the armature 20 by the conventional field unit 10, I3 represents the output current output from the terminal pair 22 of the armature 20 by the field unit 10 according to the present invention.
도 1에서 계자 유니트(10)의 코일 부재(40)에 계자 전류가 공급되면, 이른 바 앙페어의(오른손 방향 나사) 법칙(Ampere's right hand screw rules)에 따라 자기장이 형성되고, 이와 같이 생성된 자기장은 하우징(11, 12)을 통해 흐르게 된다. 이때 하우징(11, 12)은 철 등의 자화될 수 있는 재질로 구성되어, 전기자(20)로 투사되는 자기장을 위한 자로를 제공하게 된다. 하우징(11, 12)은 코일 부재(40)를 안정적으로 수납함과 더불어, 코일 부재(40)를 위한 자로 부재로서 기능하게 된다. 계자 유니트(10)에서 생성되는 자기장은 계자 유니트(10)와 수직하는 방향, 즉 전기자(20)를 쇄교하는 방향으로 투사되고, 이와 같이 투사되는 자기장은 전기자(20)에 공급된다.In FIG. 1, when a field current is supplied to the coil member 40 of the field unit 10, a magnetic field is formed according to the so-called Ampere's right hand screw rules, and the thus generated The magnetic field flows through the housings 11 and 12. At this time, the housings 11 and 12 are made of a magnetizable material such as iron, and provide a magnetic path for the magnetic field projected to the armature 20. The housings 11 and 12 stably accommodate the coil member 40 and also function as a magnetic member for the coil member 40. The magnetic field generated in the field unit 10 is projected in a direction perpendicular to the field unit 10, that is, in a direction linking the armature 20, and the magnetic field projected in this way is supplied to the armature 20.
통상적으로 계자 유니트(10)에 도 2(a)의 정현파 계자 전류(I1)를 공급하게 되면, 전기자(20)로부터는 도 2(b)의 I2와 같은 유도 전류가 출력된다. 이때 유도 전류(I2)는 계자 전류(I1)가 증가하는 경우에는 전류값이 단조적으로 증가하다가 계자 전류(I1)가 감소하는 경우에는 그 값이 급격하게 저하되는 특성을 나타낸다. 즉 계자 코일(40)에 정현파의 계자 전류(I1)를 공급하게 되면, 전기자(20)로부터 정상적인 정현파의 유도 전류가 얻어지지 않고, 일부 왜곡된 파형 형태를 갖는 정현파의 유도 전류가 얻어진다. 그리고 이러한 유도 전류의 파형 왜곡은 특히 계자 전류(I1)가 감소하는 순간, 즉 전기자(20)에 공급되는 자기장의 세기가 감소하는 경우에 보다 심각하게 발생된다. Typically, when the sinusoidal field current I1 of FIG. 2(a) is supplied to the field unit 10, an induced current such as I2 of FIG. 2(b) is output from the armature 20. At this time, the induced current (I2) exhibits the characteristic that the current value increases monotonically when the field current (I1) increases, but its value rapidly decreases when the field current (I1) decreases. That is, when a sinusoidal field current I1 is supplied to the field coil 40, a normal sinusoidal induced current is not obtained from the armature 20, and a sinusoidal induced current having a partially distorted waveform is obtained. And the waveform distortion of this induced current occurs more seriously, especially at the moment when the field current I1 decreases, that is, when the strength of the magnetic field supplied to the armature 20 decreases.
본 발명자가 연구한 바에 따르면, 상기한 유도 전류(I2)에서의 파형 왜곡은 전기자(20)에 투사되는 자기력의 감소 정도를 낮추거나, 그 감소 시간을 지연시킴으로써 상당 부분 보상할 수 있다. 그리고 이러한 자기력의 감소 지연은 코일 부재(40)에 대한 자로 부재, 예컨대 하우징(11, 12)의 보자력을 증강하여 그 탈자화 시간을 증가시키는 방법을 통해 구현할 수 있다.According to the present inventor's research, the waveform distortion in the induced current I2 can be compensated to a large extent by lowering the degree of reduction of the magnetic force projected to the armature 20 or delaying the reduction time. And this delay in the reduction of the magnetic force can be implemented by increasing the demagnetization time by increasing the coercive force of the magnetic member, for example, the housing 11 and 12, with respect to the coil member 40.
도 2(c)는 하우징(11, 12)의 탈자화 시간을 적절하게 설정한 경우의 계자 전류(I1)에 따른 전기자(20)에서의 유도 전류(I3) 특성을 나타낸 것이다. 하우징(11, 12)의 탈자화 시간을 증가시키게 되면 계자 코일(40)에 대한 계자 전류의 공급이 감소하거나 차단되는 경우에도 전기자(20)에는 일정 시간 동안 자기장이 투사되게 된다. 따라서 도 2(c)에 나타낸 바와 같이 유도 전류(I3)는 계자 전류가 감소할 때 종래의 유도 전류(I2)에 비해 완만하게 감소하는 특징을 나타낸다. 실효값을 기준으로 비교할 때 유도 전류(I3)는 유도 전류(I2)에 비하여 대체적으로 실효값이 커지는 특성을 나타낸다. 이는 계자 코일(40)을 위한 자로 부재의 보자력이나 탈자화 시간을 적절하게 설정하게 되면 전기자(20)로부터 보다 높은 전력을 얻을 수 있음을 의미한다. 다시 말하면, 전력변환장치의 전력변환 효율이 증가된다.Figure 2(c) shows the characteristics of the induced current (I3) in the armature 20 according to the field current (I1) when the demagnetization time of the housings 11 and 12 is appropriately set. When the demagnetization time of the housings 11 and 12 is increased, a magnetic field is projected to the armature 20 for a certain period of time even when the supply of field current to the field coil 40 is reduced or blocked. Therefore, as shown in FIG. 2(c), the induced current (I3) exhibits a characteristic of gradually decreasing compared to the conventional induced current (I2) when the field current decreases. When comparing based on the effective value, the induced current (I3) generally exhibits the characteristic of having a larger effective value compared to the induced current (I2). This means that higher power can be obtained from the armature 20 by appropriately setting the coercive force or demagnetization time of the magnetic member for the field coil 40. In other words, the power conversion efficiency of the power conversion device is increased.
전기자(20)로부터 출력되는 유도 전류(I3)의 폭, 즉 유도 전류(I3)의 실효값은 하우징(11, 12)을 포함하는 자로 부재의 보자력이나 탈자화 시간(demagnetization time)을 증가시킴에 따라 점진적으로 증가된다. 전력변환장치의 많은 적용 예에서 계자 유니트(10)는 일정한 듀티비를 갖는 계자 전류에 의해 구동된다. 전력변환장치에서의 전력 소모나 전기자(20)로부터 얻어지는 전력량은 계자 전류의 듀티비에 의해 정해진다. 이러한 적용 예에서 자로 부재의 탈자화 시간을 계자 전류의 듀티비 이상으로 설정하게 되면, 동일한 소비 전력으로 종래에 비해 높은 출력 전력을 얻을 수 있다. 다만, 코일 부재(40), 즉 계자 코일에 교류의 계자 전류를 공급하는 경우, 자로 부재의 탈자화 시간이 계자 전류의 스위칭 속도, 보다 정확하게는 계자 전류의 영교차점 시간 보다 길어지게 되면, 자로 부재에서의 잔류 자계가 계자 코일(40)에 의한 자기장에 부정적인 영향을 미침으로써 전력변환장치의 전력변환 효율이 오히려 저하될 수 있다. 자로 부재의 탈자화 시간은 전력변환장치의 적용 예에 따라 적절하게 설정될 것이다.The width of the induced current I3 output from the armature 20, that is, the effective value of the induced current I3, increases the coercive force or demagnetization time of the magnetic member including the housings 11 and 12. It gradually increases accordingly. In many applications of power conversion devices, the field unit 10 is driven by field current with a constant duty ratio. The power consumption in the power conversion device or the amount of power obtained from the armature 20 is determined by the duty ratio of the field current. In this application example, if the demagnetization time of the magnetic element is set to be greater than or equal to the duty ratio of the field current, higher output power can be obtained compared to the prior art with the same power consumption. However, when supplying an alternating field current to the coil member 40, that is, the field coil, if the demagnetization time of the magnetic member becomes longer than the switching speed of the field current, more precisely, the zero-crossing point time of the field current, the magnetic member member The residual magnetic field in may have a negative effect on the magnetic field caused by the field coil 40, thereby reducing the power conversion efficiency of the power conversion device. The demagnetization time of the magnetic element will be set appropriately according to the application example of the power conversion device.
상기한 바와 같이, 계자 코일(40)을 위한 자로 부재, 예컨대 하우징(11, 12)은 철 등의 자화될 수 있는 재질로 구성된다. 철 등의 자로 부재는 열처리를 통해 탈자화 시간을 설정할 수 있다. 도 4는 순철의 냉각시간에 따른 탈자화 시간 특성을 나타낸 그래프이다. 순철은 일정 온도, 예컨대 1000~1300도 이상으로 가열한 후 예컨대 10시간 이상의 충분한 시간 동안 점진적으로 냉각시키게 되면 그 냉각 시간에 상응하여 탈자화 시간이 점차 줄어들게 된다. 그리고 그 냉각 시간에 상응하여 투자율과 전기전도도는 향상되게 된다. 바람직한 구현 예에서 하우징(11, 12)의 재질로서는 SCM(Steel-Cr-No) 합금강(SCM 456)이 채용되고, 보다 바람직한 실시 예에서 하우징(11, 12)은 탄소가 45% 함유된 SCM 456을 예컨대 800℃에서 4시간 동안 열처리하여 형성한다.As described above, the magnetic members for the field coil 40, such as the housings 11 and 12, are made of a material that can be magnetized, such as iron. For magnetic elements such as iron, the demagnetization time can be set through heat treatment. Figure 4 is a graph showing demagnetization time characteristics according to cooling time of pure iron. When pure iron is heated to a certain temperature, for example, 1,000 to 1,300 degrees or higher, and then gradually cooled for a sufficient period of time, for example, 10 hours or more, the demagnetization time gradually decreases corresponding to the cooling time. And the permeability and electrical conductivity are improved corresponding to the cooling time. In a preferred embodiment, the housings 11 and 12 are made of SCM (Steel-Cr-No) alloy steel (SCM 456), and in a more preferred embodiment, the housings 11 and 12 are made of SCM 456 containing 45% carbon. For example, it is formed by heat treatment at 800°C for 4 hours.
본 발명에서 계자 유니트(10)를 제조하는 경우에는 우선 통상적인 방법을 통해 몸체와 덮개를 성형한다. 이들의 성형은 철이나 SCM 합금강(SCM 456) 등의 자화될 수 있는 재료를 주조하거나, 원통 형상의 모재를 가공하는 방법을 통해 실행한다. 또한, 필요에 따라 몸체와 덮개는 적절하게 열처리된다.When manufacturing the field unit 10 in the present invention, the body and cover are first formed through a conventional method. Their forming is carried out by casting a material that can be magnetized, such as iron or SCM alloy steel (SCM 456), or by processing a cylindrical base material. Additionally, the body and cover are appropriately heat treated as needed.
본 발명은 계자 코일(40)을 구비하는 다양한 구조의 전력변환장치에 적용될 수 있다. 본 발명은 계자 코일(40)에서 생성된 자기장을 다른 유니트, 예컨대 전기자에 투사하기 위한 일체의 자로 부재에 적용될 수 있다. 본 발명이 적용되는 자로 부재에는 계자 코일(40)을 수납하기 위한 하우징과, 계자 코일이나 계자 유니트가 결합되는 코어 부재가 포함된다. 본 발명은 자로 부재, 즉 하우징이나 코어 부재의 구조나 재질에 특정되지 않는다. 본 발명은 일반적으로 자화될 수 있는 재질로 구성되고, 자기장의 투사를 위해 채용되는 일체의 자로 부재에 동일한 방식으로 적용될 수 있다.The present invention can be applied to power conversion devices of various structures including a field coil 40. The present invention can be applied to any magnetic member for projecting the magnetic field generated in the field coil 40 to another unit, for example, an armature. The magnetic element to which the present invention is applied includes a housing for storing the field coil 40 and a core member to which the field coil or field unit is coupled. The present invention is not specific to the structure or material of the magnetic member, that is, the housing or core member. The present invention can be applied in the same way to any magnetic member generally made of a magnetizable material and employed for projecting a magnetic field.

Claims (7)

  1. 직류의 계자 전류를 이용하여 전력변환을 실행하는 전력변환장치용 계자 유니트에 있어서,In the field unit for a power conversion device that performs power conversion using direct current field current,
    입력되는 계자 전류를 이용하여 자기장을 생성하는 계자 코일과,A field coil that generates a magnetic field using the input field current,
    상기 계자 코일로부터 전기자로의 자기장 투사를 위한 자로를 제공하는 자로 부재를 포함하여 구성되고,It is configured to include a magnetic path member that provides a magnetic field for projecting a magnetic field from the field coil to the armature,
    상기 자로 부재는 탈자화 시간이 계자 전류의 듀티비와 동등 이상으로 설정되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치용 계자 유니트.A field unit for a power conversion device, characterized in that the demagnetization time of the magnetic member is set to be equal to or greater than the duty ratio of the field current.
  2. 제1항에 있어서,According to paragraph 1,
    상기 자로 부재는 계자 코일을 수납하기 위한 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치용 계자 유니트.A field unit for a power conversion device, wherein the magnetic path member includes a housing for storing a field coil.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,According to claim 1 or 2,
    상기 자로 부재는 상기 계자 코일 또는 상기 하우징이 결합되는 코어 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치용 계자 유니트.A field unit for a power conversion device, wherein the magnetic member includes a core member to which the field coil or the housing is coupled.
  4. 제1항에 있어서,According to paragraph 1,
    상기 하우징은 SCM 합금강으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치용 계자 유니트.A field unit for a power converter, characterized in that the housing is composed of SCM alloy steel.
  5. 교류의 계자 전류를 이용하여 전력변환을 실행하는 전력변환장치용 계자 유니트에 있어서,In the field unit for a power conversion device that performs power conversion using alternating current field current,
    입력되는 계자 전류를 이용하여 자기장을 생성하는 계자 코일과,A field coil that generates a magnetic field using the input field current,
    상기 계자 코일로부터 전기자로의 자기장 투사를 위한 자로를 제공하는 자로 부재를 포함하여 구성되고,It is configured to include a magnetic path member that provides a magnetic field for projecting a magnetic field from the field coil to the armature,
    상기 자로 부재는 탈자화 시간이 계자 전류의 듀티비와 동등 이상이고, 하나의 영교차점에서부터 다음의 영교차점에 이르는 시간 사이의 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 전력변환장치용 계자 유니트.A field unit for a power conversion device, characterized in that the demagnetization time of the magnetic member is equal to or greater than the duty ratio of the field current and is set to a value between the time from one zero crossing point to the next zero crossing point.
  6. 제5항에 있어서,According to clause 5,
    상기 자로 부재는 계자 코일을 수납하기 위한 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치용 계자 유니트.A field unit for a power conversion device, wherein the magnetic path member includes a housing for storing a field coil.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,According to claim 5 or 6,
    상기 자로 부재는 상기 계자 코일 또는 상기 하우징이 결합되는 코어 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치용 계자 유니트.A field unit for a power conversion device, wherein the magnetic member includes a core member to which the field coil or the housing is coupled.
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