KR100379473B1 - 극변환 모터 - Google Patents

Abstract

보상권선을 구비하여 동작효율을 향상시키고 운전모드에 따라 저속/고속 운전이 가능하도록 하여 소비전력 및 소음을 감소시키고 제품 수명단축을 방지할 수 있도록 한 압축기용 극변환 모터에 관한 것으로, 회전자와, 2극 또는 4극으로 동작하여 회전자의 기동토크를 발생시키기 위한 주 권선, 4극 동작시 상기 제1 내지 제4 주 권선에 의한 회전자의 초기 기동후 회전자의 회전을 유지시키기 위한 제1 내지 제4 보조 권선, 2극 동작시 상기 제1 내지 제4 주 권선중 동일극성의 인접한 권선간의 자계 이상을 보상하기 위한 제1 및 제2 주보상 권선을 포함하여 이루어진 고정자, 그리고 2극 동작시 상기 제1 내지 제4 주 권선 사이에 상기 제1 및 제2 주보상 권선을 직렬 연결하고 4극 동작시 상기 제1 내지 제4 주 권선과 상기 제1 내지 제4 보조 권선을 직렬 연결하는 릴레이부를 포함하여 구성되므로 모터의 동작효율을 향상시킬 수 있고 운전모드에 따라 저속/고속 운전이 가능하여 소비전력 및 소음을 감소시키고 제품 수명단축을 방지할 수 있다.

Description

극변환 모터{POLE CHANGE MOTOR}

본 발명은 압축기용 모터에 관한 것으로서, 특히 압축기용 극변환 모터에 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 조절해야할 온도범위가 그다지 크지 않으므로 이러한 고속운전은 오히려 소음과 소비전력 증가 및 제품에 무리를 주는 등 악영향만을 끼칠 뿐 이다.

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

즉, 도 2와 같이, 종래에는 압축기 모터를 단일속도로 구동하는데, 급속운전모드의 경우 듀티비를 '1'로하여 즉, 냉장고의 온도조건에 상관없이 계속 구동하였다. 그리고 표준운전 모드의 경우 냉장고의 온도조건에 따라 설정온도를 유지하도록 적정 듀티비로 즉, 상기 적정 듀티비에 따라 압축기용 모터의 온/오프를 반복하여 운전하였다.

종래의 기술에 따른 압축기용 모터는 운전모드에 상관없이 고속으로 구동되므로 소비전력이 크고 동작시 소음이 많이 발생하며, 잦은 온/오프로 제품에 무리를 가하여 수명을 단축시키는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 보상권선을 구비하여 동작효율을 향상시키고 운전모드에 따라 저속/고속 운전이 가능하도록 하여 소비전력 및 소음을 감소시키고 제품 수명단축을 방지할 수 있도록 한 압축기용 극변환 모터를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 압축기용 모터를 나타낸 도면

도 2는 종래의 기술에 따른 압축기용 모터의 운전방법을 설명하기 위한 타이밍도

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 권선형태를 나타낸 도면

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

도 7은 본 발명에 따른 압축기용 극변환 모터의 운전방법을 설명하기 위한 타이밍도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

12: 릴레이부 M1 ~ M4: 주 권선

S1 ~ S4: 보조 권선 MC1, MC2: 주보상 권선

RY1, RY2: 제1 및 제2 릴레이

본 발명은 회전자와, 2극 또는 4극으로 동작하여 회전자의 기동토크를 발생시키기 위한 주 권선, 4극 동작시 상기 제1 내지 제4 주 권선에 의한 회전자의 초기 기동후 회전자의 회전을 유지시키기 위한 제1 내지 제4 보조 권선, 2극 동작시 상기 제1 내지 제4 주 권선중 동일극성의 인접한 권선간의 자계 이상을 보상하기 위한 제1 및 제2 주보상 권선을 포함하여 이루어진 고정자, 그리고 2극 동작시 상기 제1 내지 제4 주 권선 사이에 상기 제1 및 제2 주보상 권선을 직렬 연결하고 4극 동작시 상기 제1 내지 제4 주 권선과 상기 제1 내지 제4 보조 권선을 직렬 연결하는 릴레이부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 압축기용 극변환 모터의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

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 권선형태를 나타낸 도면, 도 6은 본 발명에 따른 압축기용 극변환 모터의 4극 구동시 세부구성을 나타낸 회로도이고, 도 7은 본 발명에 따른 압축기용 극변환 모터의 운전방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.

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

본 발명에 따른 압축기용 극변환 모터의 구성중 고정자를 더욱 상세하게 설명하면, 도 4와 같이, 2극 또는 4극으로 동작하여 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)을 포함하여 구성된다.

그리고 고내온도와 설정온도 차이값의 검출결과에 따라 상기 제1 내지 제4주 권선(M1 ~ M4)의 극성을 2극 또는 4극으로 변환시키고 제1 및 제2 주보상 권선(MC1, MC2) 또는 제1 내지 제4 보조 권선(S1 ~ S4)과 제1 내지 제4 주 권선(M1 ~ M4)의 연결상태를 스위칭시키기 위한 릴레이부(12)가 연계 구성된다.

이때 릴레이부(12)는 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 주 권선(M1 ~ M4)을 2극으로 변환시키거나, 상기 제1 및 제2 주보상 권선(MC1, MC2)의 연결상태를 해제하여 제1 및 제4 주 권선(M1, M4)과 제2 및 제3 주 권선(M2, M3)을 직렬연결함과 동시에 상기 제1 내지 제4 주 권선(M1 ~ M4)을 4극으로 변환시키기 위한 제1 릴레이(RY1)와, 상기 제1 내지 제4 보조 권선(S1 ~ S4)을 상기 제1 내지 제4 주 권선(M1 ~ M4)과 직렬 연결하거나 상기 제1 내지 제4 보조 권선(S1 ~ S4)을 상기 제1 내지 제4 주 권선(M1 ~ M4)으로부터 연결 해제시키기 위한 제2 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)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 위치한다.

이때 도 5에서 상술한 권선형태는 일예를 도시한 것으로 회로설계적인 측면에서 필요에 따라 원하는 형태로 변조가 가능함은 명백하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 압축기용 극변환 모터의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 고내온도와 설정온도 차이값의 검출결과가 소정값 이상으로 검출되어 즉, 온도센서(도시 생략)의 온도검출결과가 해당 기기 예를 들어, 냉장고를 급속냉각 모드로 동작시켜야 하는 경우 압축기를 고속으로 구동해야 하므로 압축기용 극변환 모터를 2극 운전해야한다.

이때 릴레이부(12)는 온도센서의 온도검출결과가 급속냉각 모드를 필요로 하는 경우 모터가 2극으로 동작할 수 있도록 모든 접점들이 '온'되는 회로적인 연결구성을 갖도록 설계되고, 온도센서의 온도검출결과가 급속냉각 모드를 필요로하지 않을 경우 모터가 4극으로 동작할 수 있도록 모든 접점들이 '오프'되는 회로적인 연결구성을 갖도록 설계된다.

따라서 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 내지 제4 보조 권선(S1 ~ S4)이 연결 해제된다.

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 되므로 권선 형태상 모터가 2극으로 된다.

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 띠게된다.

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

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

이때 모터가 2극으로 동작하는 경우 제1 내지 제4 주 권선(M1 ~ M4)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 공간 자속 분포의 이상이 발생되는데, 제1 주보상 권선(MC1)이 'N극'을 띄므로 상기 'S극'성분을 상쇄시켜 공간자속 분포의 이상을 보상한다. 또한 제2 주보상 권선(MC2)의 경우에도 상기와 동일한 보상 동작을 수행한다.

한편, 고내온도와 설정온도 차이값의 검출결과가 소정값 이하로 검출되어 즉, 온도센서(도시 생략)의 온도검출결과가 해당 기기 예를 들어, 냉장고를 급속냉각 모드로 동작시킬 필요없이 표준냉각 모드로 동작시켜도 되는 경우 압축기의 저속 구동이 가능하므로 압축기용 극변환 모터를 4극 운전해야한다.

따라서 도 6과 같이, 릴레이부(12)의 모든 접점들이 '오프'상태로 스위칭되고 그에 따라 제1 및 제4 주 권선(M1, M4)과 제2 및 제3 주 권선(M2, M3)이 직렬 연결되며 제1 내지 제4 보조 권선(S1 ~ S4)이 직렬 연결되고 제1 및 제2 주보상 권선(MC1, MC2)은 그 연결이 해제된다.

그리고 제1 및 제4 주 권선(M1)(M4)은 상기 2극 동작때와 동일한 방향으로 전류가 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 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)이 필요 없게 된다. 예를 들어, 제1 주 권선(M1)이 'N극'을 띄고 제2 주 권선(M2)이 'S극'을 띠게되므로 그 사이공간에 공간 자속 분포의 이상이 발생되지 않고 따라서 제1 주보상 권선(MC1)이 필요 없게 되는 것이다.

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

결국, 본 발명은 도 7과 같이, 부하가 큰 경우 즉, 급속냉각 모드로 동작시켜야 하는 경우 모터를 2극 고속으로 동작시켜 신속한 냉각이 이루어지도록 하고 부하가 감소되면 즉, 표준냉각 모드가 가능해지면 모터를 4극 저속으로 동작시켜 효율적인 냉각이 이루어질 수 있도록 구성된 것이다.

본 발명에 따른 압축기용 극변환 모터는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 보상권선을 적용하여 2극 동작시 동작특성 저하 또는 이상동작을 방지하여 극변환 모터의 동작효율을 향상시킬 수 있다.

둘째, 운전모드에 따라 저속/고속 운전이 가능하므로 소비전력 및 소음을 감소시키고 제품 수명단축을 방지할 수 있다.

Claims (4)

1. 회전자;

   2극 또는 4극으로 동작하여 상기 회전자의 기동토크를 발생시키기 위한 제1 내지 제4 주 권선, 4극 동작시 상기 제1 내지 제4 주 권선에 의한 회전자의 초기 기동후 회전자의 회전을 유지시키기 위한 제1 내지 제4 보조 권선, 2극 동작시 상기 제1 내지 제4 주 권선중 동일극성의 인접한 권선간의 자계 이상을 보상하기 위한 제1 및 제2 주보상 권선을 포함하여 이루어진 고정자;

   2극 동작시 상기 제1 내지 제4 주 권선 사이에 상기 제1 및 제2 주보상 권선을 직렬 연결하고 4극 동작시 상기 제1 내지 제4 주 권선과 상기 제1 내지 제4 보조 권선을 직렬 연결하는 릴레이부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 압축기용 극변환 모터.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 주보상 권선은 상기 제1 내지 제4 주 권선중 동일 극성의 인접한 권선 사이에 위치함을 특징으로 하는 압축기용 극변환 모터.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 주보상 권선은 모터 4극 동작시 상기 제1 내지 제4 주 권선과의 연결상태가 해제됨을 특징으로 하는 압축기용 극변환 모터.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 릴레이부는 제1 및 제4 주 권선과 제2 및 제3 주 권선 사이에 상기 제1 및 제2 주보상 권선을 연결함과 동시에 상기 제1 내지 제4 주 권선을 2극으로 변환시키거나, 상기 제1 및 제2 주보상 권선의 연결상태를 해제하여 제1 및 제4 주 권선과 제2 및 제3 주 권선을 직렬연결함과 동시에 상기 제1 내지 제4 주 권선을 4극으로 변환시키기 위한 제1 릴레이와,

   상기 제1 내지 제4 보조 권선을 상기 제1 내지 제4 주 권선과 직렬 연결하거나 상기 제1 내지 제4 보조 권선을 상기 제1 내지 제4 주 권선으로부터 연결 해제시키기 위한 제2 릴레이로 구성됨을 특징으로 하는 압축기용 극변환 모터.