KR100400737B1 - 극변환 모터 - Google Patents

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KR100400737B1
KR100400737B1 KR10-2000-0054668A KR20000054668A KR100400737B1 KR 100400737 B1 KR100400737 B1 KR 100400737B1 KR 20000054668 A KR20000054668 A KR 20000054668A KR 100400737 B1 KR100400737 B1 KR 100400737B1
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Abstract

본 발명은 운전 시스템의 모터 부하를 감소시키고 낮은 냉각 효율을 향상시키기 위해 (2극 또는 4극) 운전 시스템을 구성하기 위한 극변환 모터에 관한 것으로, 회전자; 2극 또는 4극으로 동작하여 상기 회전자의 토크를 발생시키기 위한 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선에 의한 자속에 대해 직교하는 자속을 공급하여 상호작용에 의해 기동토크 및 회전토크의 발생을 원활하게 하는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보조권선과, 그리고, 2극 운전시 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선 중 동일극 사이에 발생하는 자속 왜곡을 보상하기 위한 제 1 및 제 2 보상권선을 포함하여 이루어진 고정자; 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선의 극성을 2극 또는 4극으로 변환시키고 상기 제 1 및 제 2 보상권선의 연결상태를 스위칭시키기 위한 릴레이부를 포함하여 구성되므로 보상 권선을 이용하여 2극 동작시 동작특성 저하 또는 이상동작을 방지하여 극변환 모터의 동작효율을 향상시킬 수 있고 운전모드에 따라 저속/고속 운전이 가능하므로 소비전력 및 소음을 감소시키고 제품 수명단축을 방지할 수 있다.

Description

극변환 모터{Pole change motor}
본 발명은 압축기용 모터에 관한 것으로, 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, 종래 기술에 따른 표준운전 모드에서는 조절해야 하는 온도 폭이 그다지 크기 않은 반면, 급속운전 모드에서는 조절해야 하는 폭이 크므로 모터를 고정된 속도 즉, 고속으로 운전하여 급속한 냉각이 이루어지도록 해야 한다. 따라서, 상기 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.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래에는 압축기 모터를 단일속도로 구동하는데, 급속운전 모드의 경우 듀티비(Duty Rate)를 '1'로 하여 냉장고의 온도조건에 상관 없이 계속 구동하였다.
그리고, 표준운전 모드의 경우 냉장고의 온도조건에 따라 설정온도를 유지하도록 적정 듀티비에 따라 압축기용 모터의 온/오프를 반복하여 운전하였다. 이때, 상기 모터가 갖는 부하는 도시한 바와 같이 급속운전 모드의 경우가 표준운전 모드의 경우에 비해 크게 된다.
이상에서 설명한 종래 기술에 따른 압축기용 모터는 운전모드에 상관없이 고속으로 구동되므로 소비전력이 크고 동작시 소음이 많이 발생하며, 모터의 잦은 온/오프로 인해 제품의 손상을 초래하여 제품 수명을 단축시키는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 보상 권선을 이용하여 극변환 모터의 동작효율을 향상시키고 운전모드에 따라 저속/고속 운전이 가능하도록 한 압축기용 극변환 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 압축기용 모터를 나타낸 도면
도 2는 종래 기술에 따른 압축기용 모터의 운전방법을 설명하기 위한 그래프
도 3은 본 발명에 따른 압축기용 극변환 모터를 나타낸 도면
도 4는 본 발명에 따른 극변환 모터의 구조와 권선배치를 나타낸 도면
도 5는 본 발명에 따른 극변환 모터의 제어부를 나타낸 도면
도 6은 본 발명에 따른 2극 운전시의 결선을 나타낸 도면
도 7은 본 발명에 따른 2극 운전시 자계분포를 나타낸 도면도 8은 본 발명에 따른 주권선의 이상 자계분포 및 보상권선에 의한 이상 자계분포 보상을 나타낸 그래프도 9는 본 발명에 따른 4극 운전시의 결선을 나타낸 도면도 10은 본 발명에 따른 4극 운전시 자계분포를 나타낸 도면
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
M1 ~ M4 : 제 1 내지 제 4 주권선
S1 ~ S4 : 제 1 내지 제 4 보조권선
C1, C2 : 제 1 및 제 2 보상 권선Cr: 운전용 커패시터 Cs: 기동용 커패시터RY1: 제 1 릴레이부 RY2: 제 2 릴레이부
RY3: 제 3 릴레이부 RY4: 제 4 릴레이부
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 극변환 모터는 회전자; 2극 또는 4극으로 동작하여 상기 회전자의 토크를 발생시키기 위한 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선에 의한 자속에 대해 직교하는 자속을 공급하여 상호작용에 의해 기동토크 및 회전토크의 발생을 원활하게 하는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보조권선과, 그리고, 2극 운전시 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선 중 동일극 사이에 발생하는 자속 왜곡을 보상하기 위한 제 1 및 제 2 보상권선을 포함하여 이루어진 고정자; 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선의 극성을 2극 또는 4극으로 변환시키고 상기 제 1 및 제 2 보상권선의 연결상태를 스위칭시키기 위한 릴레이부를 포함하여 구성되는데 그 특징이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 변환 모터를 설명하면 다음과 같다.도 3은 본 발명에 따른 압축기용 극변환 모터를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 극변환 모터의 구조와 권선배치를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 극변환 모터의 제어부를 나타낸 회로도이다.
본 발명에 따른 극변환 모터는 도 3에 도시된 바와 같이, 회전자(도시부호 생략)와, 극변환(2극 또는 4극)을 통해 고속 또는 저속 운전을 수행할 수 있도록 상기 회전자의 토크를 발생시키기 위한 고정자(도시부호 생략)와, 그리고, 상기 고정자의 극변환을 제어하기 위한 릴레이부(도시 생략)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 고정자는 도 4에 도시한 바와 같이, 2극 또는 4극으로 상기 회전자의 토크를 발생시키기 위한 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선(M1~M4)과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선(M1~M4)에 의한 자속에 대해 직교하는 자속을 공급하여 기동토크 및 회전토크를 발생시키기 위한 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보조권선(S1~S4)과, 그리고, 2극 운전시 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선(M1~M4) 중 동일극 사이에 발생하는 자속 왜곡을 보상하기 위한 제 1 및 제 2 보상권선(C1, C2)을 포함하여 구성된다.
그리고, 본 발명은 모터의 속도를 저속 또는 고속으로 가변 조정하기 위해 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선(M1~M4)과 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보조권선(S1~S4)의 극성을 2극 또는 4극으로 변환시키고 상기 제 1 및 제 2 보상권선(C1, C2)의 연결상태를 스위칭 하기 위해 상기 릴레이부와 연계 구성된다.
이때, 상기 릴레이부는 모터의 온/오프를 제어하기 위해 스위칭 하는 제 1 릴레이부(RY1)와, 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선(M1~M4)의 결선을 변경하여 극성을 변환하기 위해 스위칭 하는 제 2 릴레이부(RY2)와, 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보조권선(S1~S4)과 상기 제 1 및 제 2 보상권선(C1, C2)의 결선을 변경하여 극성을 변환하기 위해 스위칭 하는 제 3 릴레이부(RY3), 상기 제 3 릴레이부(RY3)의 스위칭에 따른 4극 운전시 커패시터의 연결을 변환하기 위해 스위칭 하는 제 4 릴레이부(RY4)를 포함하여 구성된다.본 발명에서, 상기 릴레이부는 온도센서와 연계 동작하여 온도 검출 결과가 급속운전 필요시 극변환 모터가 2극으로 변환하여 동작할 수 있도록 모든 상기 릴레이부를 2극 접점으로 회로 연결 구성을 갖도록 제어한다.반면에, 상기 2극 운전으로 인해 부하가 감소하여 급속운전이 필요하지 않을 경우 극변환 모터가 4극으로 구동할 수 있도록 모든 상기 릴레이부를 4극 접점으로 회로 연결 구성을 갖도록 제어한다.상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 극변환 모터의 동작을 설명하면 다음과 같다.먼저, 급속 운전시 본 발명에 따른 극변환 모터의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5를 참조하여 설명하면, 상기 제 1 릴레이부(RY1)가 '온'되고 상기 제 2 및 제 3 릴레이부(RY2, RY3)가 2극 접점으로 연결 구성된다. 이때, 상기 제 3 릴레이부(RY3)가 2극 접점으로 연결되면 상기 전원은 상기 제 1 및 제 2 보상권선(C1, C2)으로 공급되고 상기 제 1 및 제 2 보상권선(C1, C2)은 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선(M1~M4)중 동일 극성의 인접한 권선 사이에 연결된다.다시 말해, 상기 2극 운전시 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선(M1~M4)과 상기 제 1 및 제 2 보상권선(C1, C2)의 결선 구조는 도 6에 도시한 바와 같다.그리고, 상기 전원으로부터 생성된 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선(M1~M4)의 기동토크에 의해 상기 회전자의 회전이 시작되고 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선(M1~M4)과 상기 제 1 및 제 2 보상권선(C1, C2)에 의해 극변환 모터가 2극으로 고속 구동된다.이때, 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선(M1~M4) 중 서로 인접한 권선이 동일한 극성을 띠게 되므로 예를 들어, 도시한 바와 같이 상기 제 1 및 제 2 주권선(M1, M2)이 'N극'을 띠고, 상기 제 3 및 제 4 주권선(M3, M4)이 'S극'을 띠게 된다. 즉, 2극 운전시 도시한 바와 같은 자계분포를 갖는다.상술한 자계분포 때문에, 상기 제 1 및 제 2 주권선(M1, M2)간에 'S극'이 강제적으로 생성되려는 공간 자속 분포의 이상 현상이 발생한다. 이런 경우 상기 제 1 및 제 2 주권선(M1, M2)에 인접한 상기 제 1 보상권선(C1)이 'N극'을 띠므로 상기 제 1 및 제 2 주권선(M1, M2)의 'S극' 성분이 상쇄되어 공간 자속 분포 이상을 보상한다.마찬가지로, 상기 제 3 및 제 4 주권선(M3, M4)간에 생성된 공간 자속 분포의 이상 현상은 상기 제 2 보상권선(C2)의 극성을 통해 보상한다.도 8에 도시한 그래프를 참조하여, 상술한 2극 운전시 상기 제 1 및 제 2 주권선(M1, M2)간 또는 제 3 및 제 4 주권선(M3, M4)간에 형성되는 공간 자속 분포의 이상 현상 즉, 제 6 및 제 7 슬롯 또는 제 18 및 제 19 슬롯 사이에서 자속이 급속히 감소되는 왜곡현상을 볼 수 있다.따라서, 상기 왜곡현상으로 인한 이상적인 정현파 자속을 보상하기 위해 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선(M1~M4)의 자속과 상기 제 1 및 제 2 보상권선(C1, C2)에 의한 자속을 합성함으로서 정현적인 합성 자속을 형성하여 효율 및 소음 특성을 개선한다.여기서, 상기 제 1 및 제 2 보상권선(C1, C2)은 출력토크가 클 때는 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선(M1~M4)과 병렬로 연결하고, 상기 출력토크가 작을 때는 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선(M1~M4)과 직렬로 연결하여 활용 가능하다.상술한 급속 운전 즉, 상기 2극 운전 중 상기 온도센서를 통한 온도 검출이 급속 운전을 필요로 하지 않을 경우 표준 운전으로 변환해야 한다.
여기서, 표준 운전시 본 발명에 따른 극변환 모터의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.도 5를 참조하여 설명하면, 상기 제 1 릴레이부(RY1)가 '온'되고 상기 제 2 및 제 3 릴레이부(RY2, RY3)가 4극 접점으로 연결 구성된다.
이때, 상기 제 3 릴레이부(RY3)가 4극 접점으로 연결되면 상기 전원은 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보조권선(S1~S4)으로 공급되고 상기 제 1 및 제 2 보상권선(C1, C2)은 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선(M1~M4)과의 연결이 해제된다.다시 말해, 상기 4극 운전시 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선(M1~M4)과 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보조권선(S1~S4)의 결선 구조는 도 9에 도시한 바와 같다.
그리고, 상기 전원으로부터 생성된 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선(M1~M4)의 기동토크에 의해 상기 회전자의 회전이 시작되고 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선(M1~M4)과 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보조권선(S1~S4)에 의해 극변환 모터가 4극으로 저속 구동된다.
이때, 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보조권선(S1~S4)은 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선(M1~M4)에 대해 기계적 위치가 90°변위되어 있으며 전기적으로도 그 위상이 90°진상되어 있으므로 4극을 이루게 된다.그리고, 극변환 모터가 4극 운전시 상기 제, 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선(M1~M4)은 서로 인접한 권선이 서로 반대의 극성을 띠게 되므로 예를 들어, 도 10에 도시한 바와 같이 상기 제 1 및 제 3 주권선(M1, M3)이 'N극'을 띠고 상기 제 2 및 제 4 주권선(M2, M4)이 'S극'을 띠므로 상기 주권선 간에 공간 자속 분포의 이상이 발생하지 않는다.
따라서, 극변환 모터가 4극으로 동작하는 표준 운전시에는 상기 제 1 및 제 2 보상권선(C1, C2)의 연결상태를 해제시키는 것이다.또한, 본 발명은 상기 제 4 릴레이부(RY4)를 통해 상기 제 1 보조권선(S1)에 연결된 기동용 커패시터(Cs)의 연결 및 해제를 제어한다.
상세히 설명하면, 상기 제 4 릴레이부(RY4)를 통해 기 설정된 소정시간동안 상기 회전자의 기동토크를 증가시키기 위해 상기 기동용 커패시터(Cs)를 운전용 커패시터(Cr)와 병렬 연결하고 상기 설정시간이 경과하면 상기 제 4 릴레이부(RY4)는 오프된다.이때, 도 6 및 도 9에서 상술한 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선(M1~M4)과 상기 제 1 및 제 2 보상권선(C1, C2)의 결선 그리고, 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선(M1~M4)과 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보조권선(S1~S4)의 결선의 형태는 일 예를 도시한 것으로 회로 설계적인 측면에서 필요에 따라 원하는 형태로 변형이 가능함은 명백하다.
본 발명에 따른 극변환 모터는 급속 운전 필요시 극변환 모터를 2극으로 변환하여 고속으로 동작시켜 신속한 냉각이 이루어지도록 하고 소정시간 경과 후 급속 운전으로 인해 표준 운전이 가능해지면 4극으로 변환하여 저속으로 동작시킴으로서 효율적인 냉각이 이루어질 수 있도록 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 압축기용 극변환 모터는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 급속 운전시 보상권선을 이용하여 주권선의 이상 자계분포를 상쇄 시킴으로서 모터의 부하를 감소시켜 제품 수명단축을 방지할 수 있다.
둘째, 운전모드에 따라 저속/고속 운전이 가능하므로 효율적인 냉각이 이루어질 수 있다.

Claims (5)

  1. 회전자;
    2극 또는 4극으로 동작하여 상기 회전자의 토크를 발생시키기 위한 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선에 의한 자속에 대해 직교하는 자속을 공급하여 상호작용에 의해 기동토크 및 회전토크의 발생을 원활하게 하는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보조권선과, 그리고, 2극 운전시 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선 중 동일극 사이에 발생하는 자속 왜곡을 보상하기 위한 제 1 및 제 2 보상권선을 포함하여 이루어진 고정자;
    상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선의 극성을 2극 또는 4극으로 변환시키고 상기 제 1 및 제 2 보상권선의 연결상태를 스위칭시키기 위한 릴레이부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 극변환 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 보상권선은
    상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선에 발생하는 자속 왜곡을 보상하는 방식을 가짐을 특징으로 하는 극변환 모터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 보상 권선은
    2극 동작시 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선 중 동일 극성의 인접한 권선 사이에 연결됨을 특징으로 하는 극변환 모터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 보상 권선은
    4극 동작시 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선과의 연결이 해제됨을 특징으로 하는 압축기용 극변환 모터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 릴레이부는
    모터의 온/오프를 제어하기 위해 스위칭 하는 제 1 릴레이부와,
    상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주권선의 결선을 변경하여 2극 또는 4극으로 변환하기 위해 스위칭 하는 제 2 릴레이부와,
    상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보조권선과 상기 제 1 및 제 2 보상권선의 결선을 변경하여 극성을 변환하기 위해 스위칭 하는 제 3 릴레이부와, 그리고,
    상기 제 3 릴레이부의 스위칭에 따른 4극 운전시 상기 기동토크를 제어하기 위해 스위칭 하는 제 4 릴레이부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 극변환 모터.
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