KR100701945B1 - 속도 가변형 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단상 교류전원이 입력되는 속도 가변형 모터에 관한 것으로서, 단상 교류전원이 입력되고 회전자가 외측에 설치된 외전형 모터에 있어서, 상기 모터는 고정자에 권선되어 여섯 개의 극을 형성하는 주권선1 및 주권선2와; 상기 모터의 속도 조절을 위해 상기 주권선1과 주권선2를 각각 직렬과 병렬 중 어느 하나로 연결시키는 릴레이를 포함하여 구성되어, 외부에서 속도가변을 위한 구동 드라이버 장치 없이 모터의 속도를 조절할 수 있으므로 속도 가변형 모터의 제조 비용을 절감시키고 전자기적 진동 소음을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 소비 전력을 절감할 수 있는 효과가 있다.

단상 유도 모터, 외전형 모터, 권선, 릴레이

Description

속도 가변형 모터{Speed changeable Motor}

도 1은 외전형 모터의 회전자 및 고정자가 도시된 분해 사시도이다.

도 2는 일반적인 6극 권선의 배치를 나타낸 모터의 권선 배치도이다.

도 3은 종래 발명에 의한 극수 변환 단상 유도 모터의 구조도이다.

도 4은 본 발명에 의한 주권선의 두 권선 사이에 릴레이가 연결된 회로를 나타내는 회로도이다.

도 5a,b는 본 발명에 따른 모터의 권선 형태의 직,병렬 연결상태를 나타내는 회로도이다.

도 6는 본 발명에 의한 권선 절환에 따른 모터의 회전 속도 변화를 나타내는 그래프이다.

도 7은 본 발명의 제 2실시례에 따른 정,역회전 모터의 권선의 연결상태를 나타내는 회로도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10 : 주권선1 20 : 주권선2 30: 릴레이

본 발명은 속도 가변형 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단상 교류전원이 입력되고 회전자가 외측에 설치된 외전형 모터에 있어서, 상기 모터는 주권선1 및 주권선2가 여섯 개의 극을 형성하며 고정자에 장착되어 있고, 상기 모터의 속도 조절을 위해 상기 주권선1과 주권선2가 각각 직렬 또는 병렬 연결이 되도록 연결 상태를 제어하는 릴레이를 포함하여 구성하여, 상기 모터가 사용되는 기기가 요구하는 대로 속도를 적절하게 가변시킬 수 있는 속도 가변형 모터에 관한 것이다.

일반적으로 모터는 권선이 장착된 고정자와 영구자석, Al 또는 철심구조로 형성된 회전자로 구성되고, 상기 고정자에 권장된 권선에 주기적인 전류의 변화를 발생시켜 전류 변화에 따른 자계의 일정한 변화에 의해 상기 회전자에 토크가 발생하여 회전 동력을 얻어내는 장치를 말하며, 상기 모터는 고정자와 회전자의 위치에 따라 내전형 모터와 외전형 모터로 나뉘어진다.

특히 상기 외전형 모터는 도 1의 경우처럼 고정자가 회전자의 내부에 위치하여 상기 고정자의 권선에 흐르는 전류의 변화에 의해 외부의 회전자가 회전을 하는 구조를 갖는다.

상기와 같은 외전형 모터는 회전자가 외측에 설치된 구조로서 내전형 모터에 비해 큰 회전 반경을 갖게되므로, 단위 체적당 토크의 발생이 증가하여 고가의 기동장치가 필요 없이 기동토크가 큰 부하의 용도에 사용될 수 있고, 동일한 토크의 발생을 필요로 하는 경우에 일반적인 내전형 모터보다 컴팩트한 구조에 유리한 특성을 갖는다.

일반적인 단상 유도 모터는 단상 교류전압이 인가되면, 고정자측에 권장된 1차측 권선에는 역기전력이 발생되고, 또한 고정자 권선 측에서 발생된 자계에 의하여 회전자 도체측에 권장된 2차측 권선에 역기전력이 발생되어 회전자가 회전하도록 토크가 발생된다.

도 2는 고정자의 권선이 6극을 형성하는 일반적인 모터의 권선 방식을 도시한 구조도이며, 두 개로 이루어지는 권선이 상기 고정자에 각각 3개씩의 극을 형성하며, 상기 권선의 방향을 반대로 권장하여, 단상 교류 전원(E1)을 인가하는 경우 인접한 극을 형성하도록 하는 전류의 방향이 반대로 흐르게 하여, 이에 의해 발생하는 자기의 극성이 N극과 S극이 교대로 나타나게 한다.

그러나 단상 유도 모터에 있어서 단상 교류 전원을 인가하는 경우 권선의 축의 방향으로 크기가 변화하는 교번자계가 발생할 뿐이므로 회전력을 발생하지 못하는데, 일단 모터가 초기에 움직이도록 일단 기동을 시키면 상기 움직인 방향대로 회전력을 받아 모터가 계속 회전하게 된다. 따라서 상기 기동을 위해 기동 장치를 설치하며, 설치되는 기동 장치에 따라 분상 기동형, 세이딩 코일형, 콘덴서 기동형, 반발 기동형 등으로 구분된다.

한편, 상기 기동 장치가 구비된 단상 유도 모터에 있어서, 상기 모터가 취부 되는 기기의 작동 특성상 모터의 고속 회전 또는 저속 회전을 필요로 하는 경우가 있다. 그러나 상기와 같은 단상 교류 전원을 인가받아 모터를 회전시키는 경우에는 공급받는 전원의 전류 변화가 일정하게 유지되므로 모터의 가변속을 위해서는 별도의 장치를 구비해야 했으며, 일반적으로 3상 전동기에 인버터 회로를 부가하거나 별도의 구동 드라이버 회로등을 사용하였고, 특히 가변속 모터의 제조 단가를 낮추기 위해 모터의 극수를 변환시켜 모터의 속도를 변환하는 극수 변환형 단상 유도 모터를 도 3과 관련하여 상세히 설명한다.

도 3은 종래의 일반적인 극수 변환형 단상 유도 모터의 구조를 나타낸 도이며, 도시된 바와 같이 고정자의 슬롯에 권선된 2극 주권선(1a,1b), 2극 보조권선(2a, 2b), 4극 주권선(3a, 3b, 3c, 3d), 4극 보조권선(4a, 4b, 4c, 4d) 등 4개의 권선으로 이루어져 있다. 상기한 극수 변환형 단상 유도 모터는 2극 운전시에 2극 주권선과 2극 보조권선을 이용하여 모터를 구동하고, 4극 운전시에는 4극 주권선과 4극 보조권선을 사용하여 모터를 구동하고 있다.

그러나 상기와 같은 종래 기술의 극수 변환형 단상 유도 모터는 독립적으로 고속 및 저속용 권선이 별도로 설치되고, 2극 또는 4극으로 사용될때의 권선을 각기 따로 사용하였으므로, 극수 변환을 위해 4개의 권선을 사용함에 따라 슬롯의 단면적이 증가하여 고정자의 철손증가로 인한 전동기의 효율이 떨어지는 문제점이 있었으며, 도달 가능한 최저 가변속도가 제한적이었으므로 가변속 범위를 확대하기가 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 외부에서 속도가변을 위한 구동 드라이버 장치 없이 모터의 속도를 조절함으로써 모터의 제조 비용을 절감시키고 전자기적 진동 소음을 줄일 수 있을 뿐 아니라 소비 전력을 절감할 수 있는 속도 가변형 모터를 제공하는데 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 속도 가변형 모터는, 단상 교류전원이 입력되며, 고정자에 권선되는 제1 주권선과 제2 주권선, 상기 고정자의 외측에 설치되어 회전하는 회전자, 및 상기 회전자의 속도 조절을 위해 상기 제1 주권선과 상기 제2 주권선을 직렬과 병렬 중 어느 하나로 연결시키는 릴레이를 포함한다.
그리고, 본 발명에 따른 속도 가변형 모터는, 식기 세척기, 식기 건조기, 및 세탁기 등에 사용할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 속도 가변형 모터를 구현하는 방식은 도 4에 도시된 바와 같이, 단상 교류전원(E1)이 입력되고 회전자가 외측에 설치된 외전형 모터에 있어서, 상기 모터는 주권선1(10) 및 주권선2(20)가 고정자에 상기와 같이 교대로 N극과 S극이 형성되어 6개의 극을 구성하도록 권선되고, 상기 모터의 속도 조절을 위해 릴레이(30)를 부가하여 상기 주권선1,2(10,20)의 연결 상태가 상기 모터가 취부되는 기기의 작동 특성에 따라 직렬 또는 병렬 연결이 상호 전환될 수 있도록 구성된다.

상기 릴레이가 주권선1,2(10,20)의 연결 상태가 직렬 또는 병렬 연결이 상호 전환되도록 제어함으로써, 각각의 권선에 걸리는 전압이 변화하는 데, 인가 교류 전원의 전압이 220V 인 경우, 도 5a에 도시된 바와 같이 상기 권선이 병렬로 연결되어 있는 경우에는 주권선1(10)과 주권선2(20)에 각각 220V의 전압이 걸리게 된다. 그러나 도 5b에 나타난 바와 같이 상기 권선이 직렬로 연결되어 있는 경우에는 전압이 각각의 극에 분배되므로 각 권선에 걸리는 전압은 각각 110V가 된다.

이와 같이, 상기 권선의 연결 상태의 전환으로 인해 각 권선에 흐르는 전류가 변화되고, 이에 따라 전류의 변화에 의해 유발되는 자기장의 세기가 변화됨으로써 회전자에 유도 전류가 생기고, 이러한 유도 전류는 상기 회전자가 회전을 할 수 있도록 회전 토크를 발생시킨다.

이러한 회전 토크는 모터에 인가되는 전원에 비례하게 되므로, 상기 병렬 연결에서 모터는 상기 직렬로 권선이 연결되었을 때보다 큰 전압이 인가되어 상대적으로 큰 회전 토크가 발생하므로 모터의 회전 속도는 빨라지게 되고, 이와 반대로 상대적으로 작은 전압이 인가되는 직렬 연결 상태에서는 상기 모터의 속도가 느려지게 된다. 따라서 상기 릴레이의 제어동작에 의해 권선의 연결 상태를 상기 모터를 취급하는 기기가 필요로 하는 상태에 맞추어 전환함으로써 상기 모터의 속도 조절이 가능해진다.

본 발명에 있어서 상기한 바와 같이 모터의 권선 방식을 직렬 또는 병렬 연결로 변환하는 수단은 도 4에 나타난 회로도와 같다.

상기 두 개의 권선(10, 20)의 직렬, 병렬 연결 상태를 전환하기 위하여 상기 릴레이(30)는 각각의 연결기판(Box1, Box2)의 각 노드(a,b,c,d)의 연결 상태를 제어하는 데, 모터의 권선을 병렬 연결하여 상기 모터를 고속으로 회전시키기 위해서는 상기 릴레이(30)는 box1내부의 연결기판이 a노드와 b노드가 연결되도록 하고, box2내부의 연결기판이 c노드와 d노드가 연결되도록 상기 box1,2를 제어한다. 또한, 상기 권선을 직렬 연결하여 모터의 회전 속도를 저속으로 회전시키는 경우에는 릴레이(30)가 box1의 a노드와 box2의 d노드가 연결되도록 상기 box1,2를 제어함으로써 모터의 권선의 직, 병렬 상태를 전환할 수 있고, 이에 따라 모터의 회전 속도를 큰 폭으로 변환할 수 있다.

상기 권선의 각 연결 상태에서의 토크와 모터 속도 및 부하와의 관계는 도 6에 나타난 그래프와 같다.

상기 권선이 병렬 연결된 경우에 모터의 회전 속도 및 토크의 관계를 나타내는 곡선은 A곡선과 같으며, 이 경우에 있어서 상기 A곡선은 부하곡선과 n지점에서 교차하게 된다. 이는 상기 모터를 고속으로 회전시켜야 할 경우에는 부하에서 필요로 하는 토크가 증가하게 되고, 상기 권선이 병렬 연결된 상태에서 상기 토크를 발생시킴과 아울러 모터를 고속으로 회전할 수 있는 것을 의미한다.

이와 같은 방식으로 상기 권선이 직렬 연결된 경우에 모터의 회전 속도 및 토크의 관계는 B곡선과 같다. 이 경우에는 상기 B곡선은 부하곡선과 m지점에서 교차하게 되며, 이는 상기 권선이 직렬 연결된 경우에 부하에 일정 토크를 제공하고, 모터를 저속으로 회전시키는 것을 의미한다. 따라서 모터가 각기 요구하는 속도에 따라 권선의 연결 상태를 전환함으로써 모터가 제대로 회전하지 않거나, 상기 부하에서 요구하는 값 이상의 과토크가 발생됨으로 인해 소비전력을 낭비하는 등의 문제를 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 속도 가변형 모터는 세탁 행정에 따라 변속이 요구되는 세탁기에 취부될 수 있으며, 상기 본 발명에 있어서 세탁기에 취부되는 모터는, 세탁기가 세탁행정을 진행하는 경우에는 모터가 고속으로, 탈수행정을 진행하는 경우에는 모터가 저속으로 회전하도록 릴레이가 절환됨으로써 상기 세탁행정 및 탈수행정 각각의 경우에 모터의 변속이 이루어지도록 한다.

따라서, 상기 모터가 세탁기에 취부된 경우에는 상기 도 6에 도시된 그래프에서 모터의 저속 회전 및 저토크 발생을 나타내는 m지점은 세탁기에서의 탈수행정시 저속탈수를 위해 모터가 변속되어 상기 모터를 저속으로 회전하는 경우의 속도 및 토크를 나타내며, 모터의 고속 회전 및 고토크 발생을 나타내는 n지점은 상기 세탁기에서의 세탁행정시 고속세탁을 위해 상기 모터가 변속되어 모터가 고속으로 회전하는 경우의 속도 및 토크를 나타낸다.

한편, 상기 모터에 보조권선을 추가로 장착하여 상기 모터가 역회전하도록 할 수 있으며, 이를 도 7과 관련하여 상세히 설명한다.

도 7과 같이 보조권선1(11)과 보조권선2(21)를 주권선(10, 20)과 역방향으로 장착하고, 이에 따라 동일한 교류 전원이 인가되는 경우 상기 보조권선1,2(11, 21)에는 반대 방향으로 극이 생성되어 모터는 역방향으로 회전하게 된다. 또한 상기 보조권선1,2(11,21)는 릴레이(31)로 연결되어 상기 모터의 정회전때와 마찬가지로 상기 릴레이(31)에 의해 상기 보조권선1,2(11,21)가 직렬 또는 병렬 연결이 상호 전환된다.

상기 모터가 정회전 또는 역회전을 하도록 이를 제어하는 수단으로서 스위치(SW1)가 사용될 수 있다. 도 7과 같이 상기 스위치(SW1)은 u 또는 v지점에 연결될 수 있는데 상기 스위치가 u지점에 연결되어 주권선(10,20)과 연결되면 상기 모터는 정회전을 하며, 상기 스위치(SW1)가 v지점에 연결되어 보조권선(11,21)과 연결되면 상기 모터는 역회전을 하게 된다. 따라서, 상기와 같은 스위치수단(SW1) 및 릴레이(31)의 작용에 의해 상기 모터가 역회전을 하는 경우에도 회전속도를 큰 폭으로 변환할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의한 속도 가변형 모터를 예시된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 상기 모터는 세탁기, 식기세척기, 건조기 등 본 발명의 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 당업자에 의해 응용이 가능하다.

상기와 같이 구성되는 속도 가변형 모터는, 상기 권선에 부가된 릴레이를 이용하여 권선의 직렬, 병렬 연결이 상호 전환되도록 하여 모터의 속도를 조절하므 로, 외부에서 속도가변을 위한 구동 드라이버 장치 없이 모터의 속도를 변화시킬 수 있으므로 가변속 모터의 제조 비용을 절감시키고, 또한 공극자속 밀도의 저감으로 전자기적 진동 소음을 줄일 수 있을 뿐 아니라 상기 모터가 세탁기에 적용되는 경우 옷감 손상 방지 및 소비 전력을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 단상 교류전원이 입력되는 속도 가변형 모터에 있어서,

   고정자에 권선되는 제1 주권선과 제2 주권선;

   상기 고정자의 외측에 설치되어 회전하는 회전자; 및

   상기 회전자의 속도 조절을 위해 상기 제1 주권선과 상기 제2 주권선을 직렬과 병렬 중 어느 하나로 연결시키는 릴레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 속도 가변형 모터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 릴레이는, 상기 제1 및 제2 주권선을 직렬접속시켜 상기 회전자를 제1 속도로 회전시키고, 상기 제1 및 제2 주권선을 병렬접속시켜 상기 회전자를 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 회전시키는 것을 특징으로 하는 속도 가변형 모터.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 속도 가변형 모터를 포함하는 식기 건조기.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 속도 가변형 모터를 포함하는 식기 세척기.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 속도 가변형 모터를 포함하는 세탁기.
6. 삭제

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