KR100339390B1 - 고내 온도 조절장치 - Google Patents

Abstract

감지되는 고내온도를 2단계로 감지하여 감지온도에 따라 극변환 모터를 제어할 수 있도록 한 고내 온도 제어장치에 관한 것으로, 기 설정된 제 1 및 제 2 설정온도의 감지결과에 따라 온/오프 되는 스위칭부와, 상기 스위칭부의 온/오프에 따라 구동여부가 결정되는 릴레이부와, 상기 릴레이부의 구동여부에 따라 2극/4극으로 변환하여 기동하는 극 변환 모터를 포함하여 구성된 것으로 복수개의 써모스탯을 적용함으로써 감지되는 고내온도에 따라 극변환 모터를 2극 또는 4극으로 동작시킬 수 있으므로 소비전력 및 소음을 감소시키고 수명 단축을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

고내 온도 조절장치{Apparatus for controlling temperature in refrigerator}

본 발명은 고내온도 조절장치에 관한 것으로서, 특히 압축기용 극변환 모터 및 2단 써모스탯을 적용하여 고내 온도를 조절할 수 있도록 한 고내온도 조절장치에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 내부 모터의 회전력을 이용하여 냉매를 압축하는 기기로서, 냉장고, 공조기 등에 사용된다.

특히, 냉장고에 적용되는 압축기용 모터는 도 1과 같이, 2극(N/S)의 고정자와 회전자로 이루어지고, 제품 특성에 따라 차이가 있지만 정속운전(예를 들어, 3600rpm) 만이 가능하다.

한편, 냉장고는 대표적인 운전 모드로 급속냉각 모드, 표준운전 모드가 존재하는데, 실제 급속냉각 모드로 운전되는 시간은 실사용 시간의 10% 미만이고 그 이외의 시간은 표준운전 모드로 운전된다.

이때 급속냉각 모드에서는 조절해야할 온도범위가 크므로 상기와 같이 모터를 고정된 속도 즉, 고속으로 운전하여 급속한 냉각이 이루어지도록 해야 하지만 표준운전 모드에서는 조절해야 할 온도범위가 그다지 크지 않으므로 이러한 고속운전은 오히려 소음과 소비전력 증가 및 제품에 무리를 주는 등 악영향만을 끼칠 뿐이다.

그럼에도 불구하고 실제 냉장고에서 압축기용 모터는 동작모드에 상관없이 급속냉각 모드에 맞춰져 고속으로 운전된다.

즉, 도 2와 같이, 단일속도로만 운전하여 급속운전 모드에서는 풀 듀티(Full Duty), 표준모드에서는 온도별 듀티비 제어를 통해 운전된다. 따라서, 급속운전을 통해 부하온도를 안정시킨 후 표준운전 모드로 운전한다.

이상에서 설명한 바와 같이 종래 기술에 따른 기계식 냉장고는 급속운전과 같은 고속운전을 수행함으로써 그 자체의 소음을 발생하고, 하나의 온도시점만을 감지하여 압축기의 온/오프를 조절함으로써 기동시의 전력소비 증가, 저장온도의 부정확등에 따른 에너지 소비증대를 야기시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 감지되는 고내온도를 2단계로 감지하여 감지온도에 따라 극변환 모터를 조절할 수 있도록 한 고내 온도 조절장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 압축기용 모터를 나타낸 도면

도 2는 종래의 기술에 따른 압축기용 모터의 회전수와 부하의 관계를 나타낸 그래프

도 3은 본 발명에 따른 압축기용 극변환 모터를 나타낸 도면

도 4는 본 발명에 따른 압축기용 극변환 모터의 2극 구동시 세부구성을 나타낸 회로도

도 5는 본 발명에 따른 압축기용 극변환 모터의 권선 형태를 나타낸 도면

도 6은 본 발명에 따른 압축기용 극변환 모터의 4극 구동시 세부구성을 나타낸 회로도

도 7은 본 발명에 따른 압축기용 극변환 모터의 구동 정지시 세부구성을 나타낸 회로도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 스위칭부 11a : 제 1 써모스탯

11b : 제 2 써모스탯 12 : 릴레이부

M1 ~ M4: 주 권선 S1 ~ S4: 보조 권선

MC1, MC2: 주보상 권선 SC1, SC2: 보조보상 권선

RY1, RY2: 제1 및 제2 릴레이

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고내 온도 조절장치는 기 설정된 제 1 및 제 2 설정온도의 감지결과에 따라 온/오프 되는 스위칭부와, 상기 스위칭부의 온/오프에 따라 구동여부가 결정되는 릴레이부와, 상기 릴레이부의 구동여부에 따라 2극/4극으로 변환하여 기동하는 극 변환 모터로 구성되는데 그 특징이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고내 온도 조절장치를 보다 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 압축기용 극변환 모터를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 압축기용 극변환 모터의 2극 구동시 세부구성을 나타낸 회로도, 도 5는 본 발명에 따른 압축기용 극 변환 모터의 권선 형태를 나타낸 도면, 도 6은 본 발명에 따른 압축기용 극 변환 모터의 4극 구동시 세부구성을 나타낸 회로도이고, 도 7은 본 발명에 따른 압축기용 극 변환 모터의 오프시 세부구성을 나타낸 회로도이고, 도 8은 본 발명에 따른 압축기용 극 변환 모터의 회전수와 온도와의 관계를 나타낸 그래프이다.

본 발명에 적용되는 압축기용 극 변환 모터는 도 3에 도시된 바와 같이, 회전자와, 극변환(2극/4극)을 통해 모터의 고속/저속 운전을 수행하기 위한 고정자를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 고내 온도 조절장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 기 설정된 제 1 및 제 2 설정온도에 따라 온/오프 동작을 하는 스위칭부(11)와, 상기 스위칭부(11)에 연결되어 회전자(도시 생략)의 기동토크를 발생시키기 위한 제1 내지 제4 주 권선(M1 ~ M4)과, 상기 제1 내지 제4 주 권선(M1 ~ M4)에 의한 회전자의 초기 기동후 회전자의 회전을 유지시키기 위한 제1 내지 제4 보조 권선(S1 ~ S4), 2극 동작시 상기 제1 내지 제4 주 권선(M1 ~ M4)에서 동일극성의 인접으로 인한 자계 이상을 보상하기 위한 제1 및 제2 주보상 권선(MC1, MC2), 2극 동작시 상기 제1 내지 제4 보조 권선(S1 ~ S4)에서 동일극성의 인접으로 인한 자계 이상을 보상하기위한 제 1 및 제 2 보조보상 권선(SC1, SC2)을 포함하여 구성된다.

그리고 상기 스위칭부(11)의 온/오프에 따라 상기 제1 내지 제4 주 권선(M1 ~ M4)과 제 1 내지 제 4 보조 권선(S1 ~ S4)의 극성을 2극 또는 4극으로 변환시키고 제1 및 제2 주보상 권선(MC1, MC2)과 제1 및 제2 보조보상 권선(SC1, SC2)의 연결상태를 스위칭 시키기 위한 릴레이부(12)가 연계 구성된다.

상기 스위칭부(11)는 기 설정된 제 1 설정온도 및 제 2 설정온도의 감지여부에 따라 온/오프 하는 제 1 써모스탯(11a) 및 제 2 써모스탯(11b)으로 구성되고, 상기 릴레이부(12)는 제 1 릴레이(RY1) 및 제 2 릴레이(RY2)로 구성된다.

그리고 제1 내지 제4 주 권선(M1 ~ M4), 제1 내지 제4 보조 권선(S1 ~ S4), 제1 및 제2 주보상 권선(MC1, MC2)과 제1 및 제2 보조보상 권선(SC1, SC2)의 형태를 살펴보면, 도 5와 같이, 제1 주 권선(M1)과 제2 주 권선(M2) 사이에 제1 주보상 권선(MC1)이 위치하고 제3 주 권선(M3)과 제4 주 권선(M4) 사이에 제2 주보상 권선(MC2)이 위치하며, 제1 보조 권선(S1)과 제2 보조 권선(S2) 사이에 제1 보조보상 권선(SC1)이 위치하고 제3 보조 권선(S3)과 제4 보조 권선(S4) 사이에 제2 보조보상 권선(SC2)이 위치한다.

이때 도 5에서 상술한 권선 형태는 일예를 도시한 것으로 회로 설계적인 측면에서 필요에 따라 원하는 형태로 변조가 가능함은 명백하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 고내온도 조절장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

2극운전

2극운전은 도 4에 도시된 바와 같이 먼저, 온도센서(도시생략)의 온도 검출결과가 기 설정한 제 2 설정온도(T2) 이상이면 상기 제 1 써모스탯(11a) 및 제 2 써모스탯(11b)이 동시에 온 되어, 상기 제 1 및 제 2 주 권선(M1, M2)에 전원이 인가되고 상기 릴레이부(12)를 동시에 온 시켜 상기 제 2 및 제 3 주 권선(M2, M3) 및 제 2 및 제 3 보조 권선(S2, S3)에 전원을 인가함으로써 2극운전 즉 고속운전을 수행한다.

이때, 상기 릴레이부(12)의 제 1 릴레이(RY1)는 상기 제1 및 제4 주 권선(M1, M4)과 제2 및 제3 주 권선(M2, M3) 사이에 상기 제1 및 제2 주보상 권선(MC1, MC2)을 연결함과 동시에 상기 제1 내지 제4 주권선(M1 ~ M4)을 2극으로 변환시킨다.

또한 상기 제 2 릴레이(RY2)는 상기 제1 및 제4 보조 권선(S1, S4)과 제2 및 제3 보조 권선(S2, S3) 사이에 상기 제1 및 제2 보조보상 권선(SC1, SC2)을 연결함과 동시에 상기 제1 내지 제4 보조 권선(S1 ~ S4)을 2극으로 변환시킨다.

4극운전

4극 운전은 도 6 에 도시된 바와 같이 먼저, 온도센서(도시생략)에서 검출된 고내온도가 기 설정한 제 1 설정온도(T1)와 제 2 설정온도(T2) 사이이면 상기 제 1 써모스탯(11a)은 온 되고, 제 2 써모스탯(11b)은 오프된다.

그러면 상기 제 상기 제1 및 제4 주 권선(M1, M4)에 전원이 인가되고 상기 릴레이부(12)는 오프되므로 상기 제 2 및 제 3 주 권선(M2, M3)과, 상기 제 2 및 제 3 보조 권선(S2, S3)에 전원이 인가됨으로써 4극 운전 즉 저속운전을 수행한다.

이때, 상기 릴레이부(12)의 제 1 릴레이(RY1)는 상기 제1 및 제2 주보상 권선(MC1, MC2)의 연결상태를 해제하여 제1 및 제4 주권선(M1, M4)과 제 2 및 제 3 주 권선(M2, M3)을 직렬 연결함과 동시에 상기 제1 내지 제4 주권선(M1 ~ M4)을 4극으로 변환시킨다.

또한 상기 제 2 릴레이(RY2)는 상기 제1 및 제2 보조보상 권선(SC1, SC2)의 연결상태를 해제하여 제 1 및 제 4 보조 권선(S1, S4)과 제 2 및 제 3 보조 권선(S2, S3)을 직렬 연결함과 동시에 상기 제 1 내지 제 4 보조 권선(S1 ~ S4)을 4극으로 변환시킨다.

오프

압축기의 운전을 정지시킬 경우는 도 7에 도시된 바와 같이, 온도센서(도시생략)에서 검출된 고내 온도가 기 설정한 제 1 설정온도(T1) 이하일 경우 상기 제 1 써모스탯(11a)이 오프되어 상기 제 1 및 제 2 주 권선(M1, M2)에 전원이 공급되지 않으므로 상기 릴레이부(12)도 구동되지 않는다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 고내온도 조절장치는 감지되는 고내온도에 따라 압축기용 극변환 모터를 2극. 4극 및 오프 로 나뉘어서 운전을 조절한다.

예를 들어, 냉장고의 고내온도가 기 설정한 제 2 설정온도(T2) 이상이면 냉장고를 급속냉각 모드로 동작시켜 압축기를 고속으로 구동해야 하므로 압축기용 극변환 모터를 2극 운전해야한다.

이때 릴레이부(12)는 온도센서와 연계 동작하여 온도 검출결과가 급속냉각 모드를 필요로 하는 경우 모터가 2극으로 동작할 수 있도록 모든 접점들이 '온'되는 회로적인 연결구성을 갖도록 설계되고, 급속냉각 모드가 필요하지 않을 경우 모터가 4극으로 동작할 수 있도록 모든 접점들이 '오프'되는 회로적인 연결구성을 갖도록 설계된다.

따라서 2극 운전시에는 도 4와 같이, 릴레이부(12)의 모든 접점들이 '온'상태로 스위칭되고 그에 따라 제1 및 제4 주 권선(M1, M4)과 제2 및 제3 주 권선(M2, M3) 사이에 제1 및 제2 주보상 권선(MC1, MC2)이 직렬 연결되며 제1 및 제4 보조 권선(S1, S4)과 제2 및 제3 보조 권선(S2, S3) 사이에 제1 및 제2 보조보상 권선(SC1, SC2)이 직렬 연결된다.

그리고 전원으로부터 각 권선에 전류가 흘러 제1 내지 제4 주 권선(M1 ~ M4) 순으로 즉, 'M1-M2-M3-M4' 순으로 'N-N-S-S'의 극성을 띠게 되고 보조 권선(S1 ~ S4) 역시 제1 내지 제4 보조 권선순으로 주 권선과 동일한 극성을 띠게되므로 권선 형태상 모터가 2극운전 즉 고속운전을 한다.

또한 제1 주보상 권선(MC1)은 제1 주 권선(M1) 및 제2 주 권선(M2)과 동일한 극성인 'N극'을 띠게되고 제2 주보상 권선(MC2)은 제3 주 권선(M3) 및 제4 주 권선(M4)과 동일한 극성인 'S극'을 띠게되며, 제1 및 제2 보조보상 권선(SC1)(SC2) 역시 양측의 보조 권선과 동일한 극성을 띠게된다.

이어서 전원을 공급받아 생성된 제1 내지 제4 주 권선(M1 ~ M4)의 기동토크에 의해 회전자의 회전이 시작되고 제1 내지 제4 보조 권선(S1 ~ S4)에 의해 모터가 2극으로 고속 구동된다.

따라서 외부의 속도센서(도시 생략)가 소정 회전수(예를 들어, 3600rpm)을검출하고 모터의 온/오프를 반복하여 해당 속도를 유지시킨다.

이때 모터가 2극으로 동작하는 경우 제1 내지 제4 주 권선(M1 ~ M4)과 제1 내지 제4 보조 권선(S1 ~ S4)중 서로 인접한 권선이 동일한 극성을 띠게 되므로 예를 들어, 제1 주 권선(M1)과 제2 주 권선(M2)이 'N극'을 띠게되므로 그 사이공간에 강제적으로 'S극'이 생성되려는 공간자속 분포의 이상이 발생되는데, 제1 주보상 권선(MC1)이 'N극'을 띄므로 상기 'S극'성분을 상쇄시켜 공간 자속 분포의 이상을 보상한다. 또한 제2 주보상 권선(MC2)과 제1 및 제2 보조보상 권선(SC1, SC2)의 경우에도 상기와 동일한 보상 동작을 수행하여 극변환 모터의 동작성능을 향상시키는 역할을 수행하게 된다.

한편, 고내온도가 기 설정한 제 1 설정온도(T1) 및 제 2 설정온도(T2) 사이에서 검출되면 냉장고를 급속냉각 모드로 동작시킬 필요없이 표준냉각 모드로 동작시켜도 되어 압축기의 저속 구동이 가능하므로 압축기용 극변환 모터를 4극 운전해야한다.

따라서 도 6과 같이, 상기 제 1 써모스탯(11a)는 온 되고, 제 2 써모스탯(11b)은 오프되어 상기 릴레이부(12)의 모든 접점들이 '오프'상태로 스위칭 되고 그에 따라 제1 및 제4 주 권선(M1, M4)과 제2 및 제3 주 권선(M2, M3)이 직렬 연결되며 제1 및 제4 보조 권선(S1, S4)과 제2 및 제3 보조 권선(S2, S3)이 직렬 연결되고 제1 및 제2 주보상 권선(MC1, MC2) 및 보조보상 권선(SC1, SC2)은 연결이 해제된다.

그리고 제1 및 제4 주 권선(M1)(M4)은 상기 2극 동작때와 동일한 방향으로전류가 흘러 동일한 극성을 유지하지만 제2 및 제3 주 권선(M2, M3)은 전류의 흐름이 반전되므로 극성도 반전되어 제1 내지 제4 주 권선(M1 ~ M4) 순으로 즉, 'M1-M2-M3-M4' 순으로 'N-S-N-S'의 극성을 띠게 되고 제1 내지 제4 보조 권선(S1 ~ S4) 역시 권선 순으로 주 권선과 동일한 극성을 띠게 되어 권선 형태상 모터가 4극으로 된다.

이어서 전원을 공급받은 제1 내지 제4 주 권선(M1 ~ M4)의 기동토크에 의해 회전자의 회전이 시작되고 제1 내지 제4 보조 권선(S1 ~ S4)에 의해 모터가 4극으로 저속 구동된다.

따라서 외부의 속도센서(도시 생략)가 소정 회전수(예를 들어, 1800rpm)을 검출하고 모터의 온/오프를 반복하여 해당 속도를 유지시킨다.

이때 모터가 4극으로 동작하는 경우 제1 내지 제4 주 권선(M1 ~ M4)과 보조 권선(S1 ~ S4)은 서로 인접한 권선이 서로 반대의 극성을 띠게 되므로 제1 및 제2 주보상 권선(MC1, MC2)과 보조보상 권선(SC1, SC2)이 필요 없게 된다. 예를 들어, 제1 주 권선(M1)이 'N극'을 띄고 제2 주 권선(M2)이 'S극'을 띠게되므로 그 사이공간에 공간자속 분포의 이상이 발생되지 않고 따라서 제1 주보상 권선(MC1)이 필요 없게 되며, 상술한 이유로 제2 주보상 권선(MC2)과 제1 및 제2 보조보상 권선(SC1, SC2)도 필요 없게 된다.

따라서 모터가 4극으로 동작하는 경우 제1 및 제2 주보상 권선(MC1, MC2)과 제1 및 제2 보조보상 권선(SC1, SC2)의 연결상태를 해제시키는 것이다.

한편 고내온도가 기 설정된 제 1 설정온도(T1) 이하이면 상기 제 1써모스탯(11a)은 오프되고, 상기 제 1 써모스탯(11a)이 오프됨에 따라 상기 제 2 써모스탯(11b) 및 릴레이부(12)에 전원공급이 되지 않으므로 압축기의 운전이 오프된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 고내온도 조절장치는 2단 써모스탯을 적용함으로써 감지되는 고내 온도에 따라 극변환 모터를 2극 동작시킬 수 있으므로 소비전력 및 소음을 감소시키고 수명 단축을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 기 설정된 제 1 및 제 2 설정온도의 감지결과에 따라 온/오프 되는 스위칭부;

   상기 스위칭부의 온/오프에 따라 구동여부가 결정되는 릴레이부; 그리고,

   상기 릴레이부의 구동여부에 따라 2극/4극으로 변환하여 기동하는 극 변환 모터를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 고내온도 조절장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 릴레이부는 상기 스위칭부의 온/오프에 따라 온/오프 되는 제 1 및 제 2 릴레이로 구성됨을 특징으로 하는 고내온도 조절장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 스위칭부는

   기 설정된 제 1 및 제 2 설정온도 감지결과에 따라 온/오프 되는 제 1 및 제 2 써모스탯으로 구성됨을 특징으로 하는 냉장고의 온도조절장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제 1 써모스탯은 고내 온도가 기 설정된 제 1 설정온도 이하이면 오프 됨을 특징으로 하는 고내온도 조절장치.
5. 제 3 항에 있어서,

   고내 온도가 기 설정된 제 1 설정온도 이상이고 제 2 설정온도 이하이면 상기 제 1 써모스탯은 온 되고, 제 2 써모스탯은 오프 됨을 특징으로 하는 고내온도 조절장치.
6. 제 3 항에 있어서,

   고내온도가 제 2 설정온도 이상이면 상기 제 1 및 제 2 써모스탯은 동시에 온 됨을 특징으로 하는 고내온도 조절장치.
7. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 써모스탯이 동시에 온 되면 상기 제 1 및 제 2 릴레이도 동시에 온 되어 2극 운전함을 특징으로 하는 고내온도 조절장치.
8. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 제 1 써모스탯은 온 되고, 제 2 써모스탯이 오프 되면 상기 제 1 및 제 2 릴레이는 릴레이부는 오프되어 4극 운전함을 특징으로 하는 고내온도 조절장치.