KR100642117B1 - 전동기용 시동 장치 - Google Patents

Abstract

전동기 내측에 제공되고, 전동기의 작동을 위한 통전 시에 주 코일(1)에 의해 발생되는 자기장을 받는 작동 수단(10)을 포함하고, 이 작동 수단(10)은, 주 코일(1)을 통과하는 전류가 소정의 최소값보다 큰 세기의 자기장을 발생시킬 때 전류원(3)과 보조 코일(2) 사이에 제공된 스위치(20)을 폐쇄하고, 주 코일(1)을 통과하는 전류가 소정의 최소값의 세기를 나타내는 자기장을 발생시킬 때 스위치(20)를 개방하는 전동기용 시동 장치이다.

전류원, 스위치, 작동 수단, 주 코일, 보조 코일, 보호 소자, 커패시터

Description

전동기용 시동 장치{A starting system for an electric motor}

본 발명은, 특히 냉동 밀폐형 압축기에 사용되는 타입의 유도 전동기용 시동 시스템에 관한 것이다.

종래의 구조들에서는, 상기한 타입의 전동기는 주 코일과 보조 코일을 가지고 있고, 이들 코일에는, 이 전동기가 작동하는 압축기의 밀폐 동체(shell)의 외벽에 전기적으로 접속되도록 케이스에 장착되는 시동 릴레이 또는 서미스터(PTC)를 통상 포함하는 전동기의 시동 회로를 통해 전류원으로부터 전류가 공급된다.

이들 구조에서는, 이 전동기의 주 코일과 보조 코일 각각의 하나의 단자는 이 시동 회로의 스위치 소자를 통해 전류원에 직접 접속되어 있고, 보조 코일의 다른 단자는 시동 릴레이 또는 PTC를 통해 상기 전류원에 전기적으로 접속되어 있다.

시동 릴레이를 사용하는 구조에서는, 그의 권선의 여자(勵磁)에 의해 그의 접점들이 자력(磁力)으로 폐쇄되어, 전류가 전동기의 보조 코일로 통과하는 것을 가능하게 한다. 시동 릴레이의 권선을 통과하는 전류가 그의 접점들의 폐쇄 상태를 유지하기에 충분한 동안에는 이 통전(通電) 상태가 유지된다.

일반적으로, 시동 직후, 전류가 전동기의 주 코일에서 강하한 때, 릴레이의 권선을 통과하는 전류가 실질적으로 감소되어, 반드시 소망의 경우에 발생하는 것은 아니지만, 릴레이 접점들의 개방 및 전동기의 보조 코일을 통과하는 전류의 차단을 야기한다.

또한, 시동 릴레이의 사용은, 높은 전류 방전의 상황에서 릴레이 접점들의 용해가 일어날 가능성, 전기적 간섭 및 스파킹(sparking)의 가능성과 같은 몇가지 단점을 가지고 있다.

시동 PTC를 이용하는 구조에서는, 전동기의 시동 시에, PTC는 전류가 보조 코일로 통과하는 것을 가능하게 하고, 이 상태는 PTC 특성에 따라 일시적으로 유지된다. 전류의 통과시, PTC의 온도가 변화하고, 점진적으로 증가한다. 가열시, PTC 저항이 서서히 증가하여, 전류의 통과를 점진적으로 저해하고, 그것에 의해, 보조 코일로의 상기 전류의 통과를 감소시키며, 그러한 감소는 보조 코일로의 전류의 통과가 차단될 때까지 일어난다.

그러나, 실제로는, 전동기의 보조 코일을 통과하는 전류를 서서히 감소시키지만, PTC 저항은 보조 코일로의 전류 공급을 효과적으로 차단하지 못하여, 잔류 전류가 보조 코일에 남게 되고, 그 결과, 전동기의 에너지 소비가 일어난다. 또한, PTC를 통해 흐르는 전류의 존재는 PTC를 가열된 상태로 유지시켜, 전동기의 새로운 시동을 저해하는데, 그 이유는 PTC가 전류의 통과에 대한 중대한 저항이 존재하지 않는 소정의 온도를 가질 때만 재시동이 이루어지기 때문이다.

전동기의 시동을 달성하기 위해 시동 릴레이 또는 PTC를 제공하는 것에 의해 야기되는 단점 외에, 그러한 소자를 가진 시동 회로를 압축기의 외부에 제공하는 이러한 종래의 구조는, 시동 회로의 케이스 및 그 케이스 내에 장착된 부품들의 과도한 가열, 상기 케이스를 압축기에 조립하는 어려움 및 불편함, 예를 들어, 운송 중에 압축기가 움직인 때 상기 케이스가 충격을 받고, 이것이 시동 회로를 수용한 케이스를 압축기 동체로부터 부당한 분리시킬 가능성과 같은 몇가지 단점을 가진다.

따라서, 본 발명의 목적은, 전동기의 시동 회로에서의 시동 릴레이 또는 시동 PTC의 사용을 배제하여, 이들 부품의 사용으로 인한 단점을 회피할 수 있게 하는 전동기용 시동 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 종래 기술에서 알려진 단점들 없이 밀폐형 압축기에 장착될 수 있는 상기한 타입의 전동기용 시동 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 상기 목적 및 다른 목적은 다음과 같은 전동기용 시동 장치에 의해 달성된다. 즉,

본 발명에 따르면, 전류원에 의해 전류가 공급되는 주 코일 및 보조 코일을 포함하는 타입의 전동기용 시동 장치로서, 전류원과 보조 코일 사이에 제공되고, 보조 코일이 비(非)통전 상태에 있는 개방 상태와, 보조 코일의 통전을 위한 폐쇄 상태를 가지는 스위치와;

전동기 내측에 제공되고, 전동기의 작동을 위한 통전 시에 주 코일에 의해 발생되는 자기장을 받고, 주 코일을 통과하는 전류가 소정의 최소값보다 큰 세기의 자기장을 발생시킬 때는 상기 스위치를 폐쇄하고, 주 코일을 통과하는 전류가 소정의 최소값의 세기를 나타내는 자기장을 발생시킬 때는 상기 스위치를 개방하는 작동 수단을 포함하는 전동기용 시동 장치가 제공된다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

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도 1은 본 발명의 구조적 실시형태에 따른 시동 장치에 접속되는 전동기의 주 코일 및 보조 코일을 나타내는 개략도이다.

도 2는 본 발명의 다른 구조적 실시형태에 따른 시동 장치에 접속되는, 도 1에 나타낸 것과 같은 전동기의 주 코일 및 보조 코일을 나타내는 개략도이다.

도 3은 본 발명에 따른 시동 장치의 구조의 개략도이다.

도 4는 본 발명에 따른 시동 장치의 다른 구조의 개략도이다.

도 5는 도 3에 나타낸 것과 같은 본 발명에 따른 시동 장치의 조립 위치를 나타내는, 전동기의 주 코일 및 보조 코일의 개략적 사시도이다.

도 6은 스위치 보호 소자를 나타내는, 도 2의 시동 장치의 구조적 변형예의 개략도이다.

도 7은 도 6에 나타낸 스위치 보호 소자의 구조의 개략도이다.

도 8은 압축기의 전동기의 코일 아래에 위치하는, 도 7에 도시된 스위치 보호 소자의 조립 위치를 나타내는, 냉동 시스템에 사용되는 압축기의 일부의 개략 수직 단면도이다.

본 발명을, 예를 들어, 교류 전기 네트워크(network)와 같은 전류원(3)에 의해 전류가 공급되는 주 코일(1) 및 보조 코일(2)을 포함하는, 냉동 압축기에 사용되는 타입의 전동기와 관련하여 설명한다.

전동기의 시동 중에, 통상은 전동기의 정상 동작 전류의 세기보다 훨씬 더 높은 세기를 갖는 시동 전류가 전동기의 주 코일(1)에 전송되어, 강한 자기장을 발생한다. 공지의 기술에 의하면, 전동기의 시동 중에, 시동 전류가 시동 회로(도시되지 않음)를 활성화시키고, 이 시동 회로는 시동 회로의 도전(導電) 특성의 함수로 변화하는 어떤 시간 간격 중에 전류가 보조 코일(2)로 통과하게 한다. 보조 코일(2)로의 전류 통과는 일반적으로, 주 코일(1)을 통과하는 전류가 전동기의 정상 동작 전류에 실질적으로 대응하는 소정값에 도달한 때 중단된다.

종래 기술에 따라 제공되고, 전동기가 작동하는 압축기의 밀폐 동체(shell)(4)의 외부에 장착되는 시동 회로를 포함하는 구조는 앞에서 설명한 바와 같은 단점들을 가진다.

본 발명에 따르면, 첨부 도면에 도시된 바와 같이, 전동기의 시동 중에, 보조 코일(2)과 전류원(3) 모두에 동작 가능하게 접속되고, 또한 주 코일(1)을 통과하는 전류에 의해 발생되는 자기장을 받도록 전동기 내부에 장착된 작동 수단(10)을 통해 전동기의 보조 코일(2)의 통전(通電)이 행해져, 주 코일(1)을 통과하는 전류의 세기가 전동기 시동 중에 통상 도달되는 소정의 최소값보다 큰 자기장의 세기를 발생시킬 때 전류원(3)에 의한 보조 코일(2)의 선택적 공급을 가능하게 한다. 보조 코일(2)의 통전은 주 코일(1)을 통과하는 전류의 세기가 어떤 값에 도달하여 소정 값의 자기장을 발생시킬 때까지 유지되고, 그 소정 값 아래에서는 보조 코일(2)이 비통전 상태로 유지된다.

작동 수단(10)은, 예를 들어, 주 코일(1)의 중심 영역 내에 있는 전동기의 고정자 내측에, 바람직하게는, 전동기의 이미 알려진 4개의 전기적으로 중성인 지점들 중 한 지점에 장착된 강자성체 코어로 아루어져 있다.

전동기의 시동 중에, 작동 수단(10)이 여자(勵磁)되어, 전류원(3)과 보조 코일(2) 사이에 제공된 스위치(20)를, 보조 코일(2)이 비통전 상태로 유지되는 개방 상태로부터 보조 코일(2)에 전류(시동 전류)를 공급할 수 있는 폐쇄 상태로 인도한다. 이 폐쇄 상태는 자기장이 소정의 최소값에 도달할 때까지 유지된다.

전류가 보조 코일(2)을 통과할 때, 주 코일(1)을 통과하는 전류가 감소되고, 또한 작동 수단(10)에 작용하여 결국 스위치(20)에 작용하는 자기장의 세기가 감소된다. 자기장의 감소가, 스위치(20)의 폐쇄 상태를 유지하기에 충분하지 않은 소정의 최소값에 도달한 때, 작동 수단(10)은 스위치(20)를 개방 상태로 인도한다.

본 발명의 구조적 실시형태(도 1)에서는, 작동 수단(10)은 스위치(20)의 도통 상태를 변경하여 "폐쇄" 상태와 "개방" 상태를 변경하기 위해 스위치(20)에 기계적으로 작용한다. 이 구조에서는, 작동 수단(10)(도 3 및 도 4)은 한 쌍의 접점 단자를 구비한 슬라이딩 수단을 구성하고, 각 접점 단자는 스위치(20)가 폐쇄 상태에 있을 때 스위치(20)를 구성하는 한 쌍의 기계적 접점(21) 중의 하나의 접점에 접촉하여 배치된다. 이 상태에서는, 한 쌍의 접점(21)은 작동 수단(10)에 의해 서로 전기적으로 접속 가능하다.

이 구조의 작동 수단(10)은, 스위치(20)를 개방하여 접점 단자들을 스위치(20)의 한 쌍의 접점(21)으로부터 떨어져 유지하는 비(非)동작 위치와, 접점 단자들을 스위치(20)의 한 쌍의 접점(21)에 착좌시켜 스위치(20)를 폐쇄하는 동작 위치 사이에서 기계적으로 변위 가능하다.

이 구조에서는, 전동기의 내부 환경에서의 스파크의 발생을 방지하기 위해, 작동 수단(10) 및 스위치(20)의 한 쌍의 접점(21)이, 예를 들어, 유리로 된 전기적으로 투명한 밀폐 케이스(30)내에 제공되어 있다.

이 구조에 따르면, 자기장의 감소가 스위치(20)의 폐쇄 위치를 유지하기에 불충분한 소정의 최소값에 도달한 때, 스위치(20)는 중력 또는 스프링력에 의해 작용하는 복귀 수단을 통해 개방 상태로 인도된다. 도 4에 도시된 실시형태에서는, 상기 복귀 수단은 스프링 요소(40)로 구성되어 있다.

본 발명의 다른 구조적 실시형태(도 2)에서는, 스위치(20)는, 통상은 보조 코일(2)의 통전을 차단하고 그 통전이 스위치(20)의 폐쇄 상태에서 행해지는 것을 선택적으로 가능하게 하는 전자 소자, 예를 들어, 트라이액(triac)과 같은 솔리드 스테이트 소자의 형태이다.

트라이액은, 소정의 최소값 이상의 자기장을 발생하는 전류가 전동기의 주 코일(1)을 통과할 때 전기적으로 통전된다.

이 구조에서는, 한 쌍의 트라이액 단자의 각 단자가 상기 트라이액을 각각 보조 코일(2) 및 전류원(3)에 접속하는 한편, 작동 수단(10)은 전동기의 시동 중에 트라이액을 통전시켜 트라이액에 소정의 전류를 공급하기 위해 상기 트라이액을 위한 트리거(trigger)로서 작용하고, 상기 소정의 전류는 상기 트라이액의 단자들 사이의 부분이 오프(off)로 될 때까지 감소될 수 있고, 이 상태는 주 코일(1)을 통과하는 전류에 의해 발생되는 자기장이 소정의 최소값을 나타낼 때 달성된다.

이 구조에서는, 작동 수단(10)은 변압기(tranformer)를 포함하고, 이 변압기의 1차측은 전동기의 주 코일(1)에 의해 구성되고, 2차측은, 트라이액에 접속된 단자를 가지고 그의 트리거를 구성하는 권선(11)에 의해 구성되고, 전동기의 주 코일(1)을 통해 흐르는 시동 전류에 의해 유도되는 전류가 그 변압기를 통과한다.

도 2에 도시된 실시형태에 대한 구조적 변형예에서는, 전자 회로인 스위치(20)를 가진 전동기의 시동 회로는 주 코일(1)과 보조 코일(2) 사이에 직렬로 접속된 영구 커패시터(5)(도 6)를 추가로 포함하고, 이 커패시터는 전동기의 효율을 증가시킨다. 이 구조에서는, 예를 들어, 저항기(resistor)와 같은 보호 소자(50)가 스위치(20) 및 보조 코일(2)과 직렬로 제공되어 있고, 이 보호 소자(50)는 전동기의 시동 전류를 감소시키고, 스위치(20)가 전자 회로인 경우에는, 영구 커패시터(5)로부터 오는 우연한 전기 방전으로부터 스위치(20)를 보호한다.

본 발명에 따르면, 저항기(50)는 투명 유리와 같은 전기적으로 중성인 재료로 만들어진 밀폐 캡슐(60)(도 7) 내측에 제공되어 있고, 그 밀폐 캡슐(60)은 저항기(50)의 열이 시동 회로 내의 다른 부품들에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해, 이 전동기가 설치되는 압축기의 밀폐 동체(4)내에 형성된 오일 저장조(6)(도 8)내에 수용된 오일 속에 침지(浸漬)되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 배치는, 높은 열을 방산시키고, 압축기의 내부 온도를 압축기의 동작 중의 온도에 적합한 값으로 유지하는 것을 가능하게 한다.

스위치(20)가 솔리드 스테이트 소자이거나, 또는, 도시된 바와 같이 트라이액인 실시형태에서는, 전동기가 설치되는 밀폐 동체 내의 상기 스위치의 조립은, 예를 들어, 압축기의 냉동 시스템의 흡입 회로에 인접한, 상기 밀폐 동체의 보다 차거운 영역에서 행해질 수도 있다.

Claims (17)

1. 전류원(3)에 의해 전류가 공급되는 주 코일(1) 및 보조 코일(2)을 포함하는 타입의 전동기용 시동 장치에 있어서,

   상기 전류원(3)과 상기 보조 코일(2) 사이에 제공되고, 상기 보조 코일(2)이 비(非)통전 상태로 유지되는 개방 상태와, 상기 보조 코일(2)의 통전을 위한 폐쇄 상태를 가지는 스위치(20)와;

   전동기 내측에 제공되고, 전동기의 작동을 위한 통전 시에 상기 주 코일(1)에 의해 발생되는 자기장을 받는 작동 수단(10)으로서, 상기 주 코일(1)을 통과하는 전류가 소정의 최소값보다 큰 세기의 자기장을 발생시킬 때는 상기 스위치(20)를 폐쇄하고, 상기 주 코일(1)을 통과하는 전류가 소정의 최소값의 세기를 나타내는 자기장을 발생시킬 때는 상기 스위치(20)를 개방하는 작동 수단(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 작동 수단(10)은 상기 스위치(20)를 개방시키는 비동작 위치와, 상기 스위치(20)를 폐쇄시키는 동작 위치 사이에서 변위 가능하고, 상기 동작 위치로의 상기 작동 수단(10)의 변위는 소정의 최소값보다 큰 세기의 자기장에 의해 달성되고, 상기 비동작 위치로의 상기 작동 수단(10)의 변위는 상기 자기장이 상기 최소값의 세기를 나타낼 때 상기 작동 수단(10)에 대한 복귀 수단의 작동에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 복귀 수단은 상기 작동 수단(10)에 작용하는 중력에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 복귀 수단은 스프링 요소(40)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 스위치(20)는 상기 작동 수단(10)이 상기 동작 위치에 있을 때 상기 작동 수단(10)에 의해 서로 전기적으로 접속 가능한 한 쌍의 기계적 접점(21)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 작동 수단(10) 및 상기 한 쌍의 접점(21)은 상기 전동기의 고정자 내부에 장착되는 전기적으로 투명한 밀폐 케이스(30)내에 설치되는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 밀폐 케이스(30)는 유리로 된 캡슐인 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 작동 수단(10)은 전동기의 상기 주 코일(1)의 중심 영역에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
9. 제 2 항에 있어서, 상기 작동 수단(10)은, 전동기의 상기 주 코일(1)에 의해 구성되는 1차측과, 상기 스위치(20)에 동작 가능하게 전기적으로 접속되는 권선인 2차측을 가지는 변압기(transformer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 스위치(20)는 상기 변압기의 출력 전류에 의해 통전 가능한 전자 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 스위치(20)는 솔리드 스테이트 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 전동기가 냉동 압축기에 적용되고, 상기 솔리드 스테이트 소자는 상기 전동기로부터 떨어져 상기 압축기의 밀폐 동체(4)내에 배치되는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 솔리드 스테이트 소자는 상기 압축기의 흡입 회로에 인접하여 배치되는 되는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 솔리드 스테이트 소자는, 통상은 상기 보조 코일(2)의 통전을 차단하고 상기 스위치(20)의 폐쇄 위치에서 상기 통전이 일어나게 하는 트라이액(triac)인 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 시동 장치가, 상기 주 코일(1)과 상기 보조 코일(2) 사이에 직렬로 배치된 영구 커패시터(5)와, 이 영구 커패시터(5)와 병렬로 그리고 상기 스위치(20) 및 상기 보조 코일(2) 모두와 직렬로 배치되는 스위치 보호 소자(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 스위치 보호 소자(50)는, 밀폐 캡슐(60)내에 제공되고, 압축기의 밀폐 동체(4) 내부에 형성된 오일 저장조(6)내에 침지(浸漬)되어 장착되는 저항기인 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 밀폐 캡슐(60)이 투명 유리로 되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.

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