KR100707432B1 - 속도가변형 모터 - Google Patents

속도가변형 모터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주권선 및 보조권선을 직병렬 전환함으로써 상기 모터 회전속도의 가변범위를 크게 확대시킴과 동시에 상기 보조권선과 연결되는 다수의 콘덴서를 구비하여 상기 모터의 회전속도를 다단계로 가변시킬 수 있도록 하는 속도가변형 모터에 관한 것으로써, 고정자에 권선되어 다수의 극을 형성하기 위한 제 1 및 제 2권선이 각각 형성되는 주권선 및 보조권선과, 상기 제 1 및 제 2권선이 형성되는 주권선 및 보조권선이 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있도록 하는 릴레이와, 상기 제 2보조권선과 직렬로 연결되어 모터의 회전속도를 다단계로 가변시킬 수 있도록 하는 다수의 콘덴서를 포함하여 구성되어, 상기 모터의 속도가변범위를 크게 확대할 수 있으며, 속도 가변범위 내에서 상기 모터의 속도를 다단계로 나누어 변화시킬 수 있는 효과가 있을 뿐만 아니라, 상기 모터의 속도를 콘덴서를 통하여 제어함으로써 상기 모터의 속도조절시 발생되는 소음을 크게 저감시킬 수 있으며, 4극 및 12극을 각각 사용함으로써 소비전력을 크게 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
주권선, 보조권선, 콘덴서, 외전형 모터, 극수변환

Description

속도가변형 모터{Speed Changeable Motor}
도 1 은 일반적인 외전형 모터가 도시된 분해사시도,
도 2 는 본 발명에 따른 속도가변형 모터가 도시된 회로도,
도 3 은 본 발명에 따른 속도가변형 모터에 있어서, 모터속도의 변화가 도시된 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
LM11, LM2: 주권선 LS1, LS2: 보조권선
C1, C2: 콘덴서
본 발명은 속도가변형 모터에 관한 것으로써, 특히 주권선 및 보조권선을 직병렬 전환함으로써 상기 모터 회전속도의 가변범위를 크게 확대시킴과 동시에 상기 보조권선과 연결되는 다수의 콘덴서를 구비하여 상기 모터의 회전속도를 다단계로 가변시킬 수 있도록 하는 속도가변형 모터에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 외전형 모터가 도시된 분해사시도이다.
일반적으로 모터는 회전자의 위치에 따라 분류되어 상기 회전자가 고정자의 내부에 있는 내전형 모터와, 회전자가 고정자의 외부에 있는 외전형 모터로 나누어 진다.
이러한 일반적인 상기 외전형 모터는 회전자(2)가 고정자(1)의 외부에 설치되어 상기 고정자(1)의 권선에 흐르는 전류의 변화에 의해 상기 회전자(2)가 회전함에 따라 상기 고정자(1) 내측에 위치하여 회전하는 내전형 모터에 비해 그 회전반경이 증가하게 된다.
따라서, 상기 외전형 모터는 상기 내전형 모터에 비해 단위 체적당 토크의 발생이 증가하여 고가의 기동장치의 필요없이 기동토크가 큰 부하의 용도에 사용될 수 있으며, 동일한 토크의 발생을 필요로 하는 경우 일반적인 내전형 모터의 구조보다 컴팩트하게 구현될 수 있다.
또한, 일반적인 유도 모터에 있어서, 단상 교류전원이 상기 모터에 인가되어 초기 기동하는 경우 상기 모터는 권선 축의 방향으로 크기가 변화하는 교번자계가 발생할 뿐이므로 발생된 자기력이 서로 상쇄되어 회전력을 발생하지 못하게 된다. 따라서, 일단 상기 모터를 기동시키기 위하여 별도의 기동장치가 요구되며, 설치된 기동장치에 따라 분상 기동형, 세이딩 코일형, 콘덴서 운전형, 반발 기동형 등으로 구분된다.
한편, 상기와 같은 단상 유도모터에 있어서, 상기 모터가 세탁기 등에 사용되는 경우에는 세탁행정에 따라 상기 모터의 속도가 가변되어야 정상적인 동작을 수행할 수 있다.
그러나, 단상 유도모터의 경우 상기 모터로 인가되는 전원이 단상 교류전압으로서 전류가 일정하게 변화하므로 속도의 제어가 불가능하며 이에 따라 상기 모터의 속도가변을 위하여 추가적인 구동장치를 부가하게 되는 경우 생산비용이 증가하게 되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고정자에 권선된 주권선 및 보조권선을 직/병렬 연결로 절환하여 모터의 속도가변범위를 크게 확대하며, 상기 보조권선과 직렬로 연결되는 다수의 콘덴서를 구비하여 속도가변범위 내에서 다단계로 그 속도를 조절할 수 있도록 하는 속도가변형 모터를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 속도가변형 모터는 고정자에 권선되어 다수의 극을 형성하기 위한 제 1 및 제 2권선이 각각 형성되는 주권선 및 보조권선과, 상기 제 1 및 제 2권선이 형성되는 주권선 및 보조권선이 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있도록 하는 릴레이와, 상기 제 2보조권선과 직렬로 연결되어 모 터의 회전속도를 다단계로 가변시킬 수 있도록 하는 다수의 콘덴서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
우선, 본 발명에 따른 속도가변형 모터는 회전자(2)가 고정자(1)의 외측에 설치되어 회전토크를 발생시키는 외전형 모터이며, 4극 및 12극을 형성하는 권선이 각각 상기 고정자(1)에 형성되어 일정동작에 따라 4극 또는 12극이 변환하여 동작되도록 하는 극수변환형 모터로서, 각 극 모터의 속도제어가 상이하게 적용될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 속도가변형 모터가 도시된 회로도로서, 도 2a는 본 발명에 따른 속도가변형 모터가 도시된 전체적인 회로도이며, 도 2b는 본 발명에 따른 속도가변형 모터에 있어서, 주권선 및 보조권선이 각각 병렬로 연결된 경우의 회로도이다.
본 발명에 따른 속도가변형 모터는 4극 모터로서 도 2a에 도시된 바와 같이, 주권선(LM)과 보조권선(LS)을 포함하여 구성되며 상기 주권선(LM) 및 보조권선(LS)의 양단에 단상교류전원(E1)이 인가된다.
상기 주권선(LM) 및 보조권선(LS)은 고정자(1)에 권선되어 전기적으로 90도의 위상차를 갖는 자계를 형성하고, 위상차에 의해 서로 상쇄되지 않고 상기 회전자(2)가 회전토크를 갖도록 한다.
상기 주권선(LM) 및 보조권선(LS)은 각각 4극을 형성하기 위한 제 1, 2주권선(LM1, LM2)과 제 1, 2보조권선(LS1, LS2)으로 구성되며, 상기 제 1, 2주권선(LM1, LM2) 및 제 1, 2보조권선(LS1, LS2)은 릴레이(RM1, RM2, RS1, RS2)를 통해 직렬 또는 병렬로 각각 연결될 수 있으며, 직/병렬 연결 절환에 따라 상기 모터의 회전속도가 크게 가변하게 된다.
특히, 본 발명에 따른 속도가변형 모터는 상기 보조권선(LM2)과 직렬로 연결되는 다수의 콘덴서(C1, C2)를 포함하여 구성된다.
상기 다수 콘덴서(C1, C2)는 서로 병렬로 연결되며 각 콘덴서는 그 용량이 서로 상이하도록 구성되며, 서로 병렬연결된 상기 콘덴서와 연결되어 상기 콘덴서로 인가되는 인가전압을 제어하는 콘덴서 제어회로(10)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 콘덴서 제어회로(10)는 상기 콘덴서(C1, C2)에 인가되는 인가전압(VCAP)을 조절하면 상기 콘덴서(C1, C2)로 흐르는 전류를 조절할 수 있으며, 상기 콘덴서(C1, C2)로 흐르는 전류량이 가변됨에 따라 상기 주권선(LM) 및 보조권선(LS) 전체에 흐르는 전류량이 가변하게 되어 상기 모터의 회전토크가 그에 따라 제어된다.
즉, 상기 콘덴서 제어회로(10)를 통해 상기 콘덴서(C1, C2)에 높은 전압(VCAP)을 인가하게 되면 상기 콘덴서(C1, C2)의 전하량이 증가하게 되며 그에 따라 상기 콘덴서(C1, C2)로 흐르는 전류가 증가하게 된다.
이때, 상기 콘덴서(C1, C2)에 흐르는 전류가 상기 주권선(LM) 및 보조권선(LS)을 통해서도 흐르므로 상기 콘덴서(C1, C2)의 전류가 증가하게 되면 상기 주권선(LM) 및 보조권선(LS)에 인가되는 전류도 증가하게 되며, 그에 따라 상기 주권선(LM) 및 보조권선(LS)에 생성되는 자계량이 증가하게 된다.
다음, 상기 주권선(LM) 및 보조권선(LS)에 생성되는 자계량이 증가함에 따라 상기 모터의 회전자에 생성되는 회전토크도 증가하게 되어 상기 모터의 속도가 증가될 수 있다.
또한, 이와 비슷한 원리로 상기 콘덴서(C1, C2)에 낮은 전압(VCAP)을 인가하게 되면, 상기 콘덴서(C1, C2)에 축적되는 전하량은 감소하게 되며, 그에 따라 상기 콘덴서(C1, C2)에 흐르는 전류도 감소하여 상기 모터의 속도 역시 감소하게 된다.
이때, 상기 콘덴서 제어회로(10)에 의해 제어되는 각 콘덴서는 그 용량이 가변될 수 있어, 상기 콘덴서 제어회로(10)로부터 인가되는 인가전압이 동일한 경우라도 상기 콘덴서(C1, C2)의 용량을 가변함으로써 상기 모터의 회전속도를 가변시킬 수 있으며, 콘덴서의 용량(C1, C2) 및 인가전압(VCAP)을 동시에 제어함으로써 상기 모터의 속도를 보다 세밀한 단계로 상세하게 나누어 가변시킬 수 있게 된다.
한편, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1, 2주권선(LM1, LM2) 및 제 1, 2 보조권선(LS1, LS2)이 각각 병렬로 연결되는 경우 단상교류전원(E1)에 의해 인가되는 입력전압이 각 주권선 및 보조권선(LS1, LS2)에 인가되며, 상기 교류전원이 220V인 경우 각 권선에도 220V가 인가되어 그에 따른 자계가 생성되어 상기 모터가 회전하게 된다.
또한, 상기 제 1, 2주권선(LM1, LM2) 및 제 1, 2보조권선(LS1, LS2)이 각각 직렬로 연결되는 경우에는 상기 교류전원이 주권선(LM) 및 보조권선(LS) 전체에 걸쳐 인가되어 상기 교류전원이 220V인 경우 각 권선에 인가되는 전압은 110V가 되어 그에 따른 상기 모터의 회전속도는 병렬로 연결된 경우의 회전속도에 비해 크게 저하된다.
따라서, 상기 모터는 릴레이(RM1, RM2, RS1, RS2)를 통해 상기 각 주권선(LM1, LM2) 및 보조권선(LS1, LS2)이 병렬로 연결된 경우 고속의 회전속도, 직렬로 연결된 경우 저속의 회전속도를 갖고 회전할 수 있으며, 상기 콘덴서 제어회로(10)를 통해 고속 및 저속 사이의 중간속도가 다단계로 동작될 수 있는 것이다.
본 발명에 따른 속도가변형 모터를 세탁행정에 따라 변속이 요구되는 세탁기에 적용하면 다음과 같이 동작한다.
상기 세탁기는 세탁행정, 헹굼행정, 탈수행정 등으로 구분되어 동작할 수 있으며, 특히 탈수행정에 있어서 상기 모터의 속도를 가변시켜야 할 필요성이 있다.
도 3은 본 발명에 따른 속도가변형 모터에 있어서, 모터속도의 변화가 도시된 그래프로서, 상기 각 권선이 병렬로 연결되어 있는 경우 상기 모터의 회전속도 및 발생토크 곡선(A)과, 상기 권선이 직렬로 연결되어 있는 경우 상기 모터의 회전속도 및 발생토크 곡선(B)이 도시되어 있다.
또한, 상기 모터를 회전시키기 위해서는 상기 모터에 연결된 부하에 일정량의 토크를 전달하여야 하며 상기 부하에 요구되는 토크는 도 3의 부하토크 곡선(L)에 따른다.
따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 각 권선이 병렬로 연결되면 그에 따라 상기 모터는 회전속도 및 토크 그래프를 형성하게 되며 상기 부하곡선과 일치하는 점에 해당하는 값(S1)으로 상기 모터가 회전하게 된다. 또한, 각 권선이 직렬로 연결되면 그에 따라 형성된 곡선과 상기 부하곡선이 일치하는 점에 해당하는 값(S3)으로 상기 모터가 회전하게 된다.
이때, 병렬로 연결된 경우의 상기 모터 속도는 직렬로 연결된 경우의 상기 모터 속도에 비해 상대적으로 고속의 값을 갖게 되며, 상기 콘덴서로 인가되는 전압을 조절함으로써 상기 고속 및 저속 사이에서 상기 모터가 속도를 차례로 가변시킬 수 있도록 할 수 있는 것이다.
한편, 상기한 동작은 상기 세탁기의 탈수행정시의 상기 모터의 속도제어동작으로서, 본 발명에 따른 속도가변형 모터에 있어서 상기 세탁기가 저속/고토크를 요구하는 세탁행정시에는 12극 모터로서 동작하게 되며, 세탁행정시 상기 세탁기가 일정한 속도를 가지고 동작되도록 하기 위하여 상기 모터의 회전속도가 빨라지거나 느려지는 경우에는 상기 모터로 인가되는 입력전압의 온/오프 시간을 조절함으로써 상기 모터의 속도를 조절할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명에 의한 속도가변형 모터를 예시된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않으며, 각 권선의 직/병렬 절환 및 다수의 커패시터의 용량제어 또는 인가전압의 제어를 통해 상기 모터의 속도를 크게 가변시킬 수 있도록 하는 본 발명의 기술사상은 보호되는 범위 이내에서 당업자에 의해 용이하게 응용될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 속도가변형 모터는 주권선 및 보조권선을 릴레이를 통해 직렬 또는 병렬 연결로 절환시키며 상기 보조권선과 연결되는 다수 콘덴서를 구비하여 상기 콘덴서의 용량 및/또는 인가전압을 조절함으로써, 상기 모터의 속도가변범위를 크게 확대할 수 있으며, 속도 가변범위 내에서 상기 모터의 속도를 다단계로 나누어 변화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 모터의 속도를 콘덴서를 통하여 제어함으로써 상기 모터의 속도조절시 발생되는 소음을 크게 저감시킬 수 있으며, 4극 및 12극을 각각 사용함으로써 소비전력을 크게 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 고정자에 권선된 제 1 및 제 2권선으로 각각 이루어지는 주권선 및 보조권선과;
    상기 주권선 및 보조권선의 제1,2 권선이 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있도록 하는 릴레이와;
    상기 제 2보조권선과 직렬로 연결되어 모터의 회전속도를 다단계로 가변시킬 수 있도록 하는 다수의 콘덴서와;
    상기 콘덴서와 연결되어 상기 콘덴서의 양단에 인가되는 전압을 제어함으로써 상기 콘덴서에 흐르는 전류를 가변시켜 회전토크를 가변시키는 콘덴서 제어회로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 속도가변형 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 콘덴서 제어회로는 상기 콘덴서의 용량을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 속도가변형 모터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 콘덴서는 각각 용량이 상이하며, 서로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 속도가변형 모터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 릴레이는 상기 모터를 고속 회전시키는 경우 상기 제 1, 2 주권선 및 제 1, 2 보조권선을 각각 병렬로 연결하고, 상기 모터를 저속 회전시키는 경우 상기 제 1, 2 주권선을 직렬로 연결하는 것을 특징으로 하는 속도가변형 모터.
  5. 단상유도모터에 있어서,
    고정자에 권선되는 제 1, 2 주권선과;
    상기 고정자에 권선되는 제1,2 보조권선과;
    상기 제 2보조권선과 직렬로 연결되어 모터의 회전속도를 다단계로 가변시킬 수 있도록 하는 다수의 콘덴서와;
    상기 제 1, 2 주권선 및 제 1, 2 보조권선이 각각 직병렬로 연결되도록 절환하여 상기 모터의 회전속도 범위를 확대할 수 있도록 하는 릴레이를 포함하여 구성되며,
    상기 제1,2 주권선 및 제1,2 보조권선은 상기 단상유도모터에 적어도 2 종류 이상의 극수가 형성되도록 상기 고정자에 적어도 두 종류 이상의 턴수를 가지도록 권선되는 것을 특징으로 하는 속도가변형 모터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 주권선 및 보조권선은 4극을 형성하며, 상기 고정자에 별도로 12극 권선이 형성되어 세탁과정에 따라 극수변환이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 속도가변형 모터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 모터는 12극 모터로 동작시 상기 모터의 회전속도가 일정하게 유지되도록 하기 위하여 온/오프 동작을 반복수행하는 것을 특징으로 하는 속도가변형 모터.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 속도가변형 모터는 상기 콘덴서와 연결되어 상기 콘덴서의 양단에 인가되는 전압을 제어함으로써 상기 콘덴서에 흐르는 전류를 가변시켜 회전토크를 가변시키는 콘덴서 제어회로를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 속도가변형 모터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 콘덴서 제어회로는 상기 콘덴서의 용량을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 속도가변형 모터.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 릴레이는 상기 모터를 고속 회전시키는 경우 상기 제 1, 2 주권선 및 제 1, 2 보조권선을 각각 병렬로 연결하고, 상기 모터를 저속 회전시키는 경우 상기 제 1, 2 주권선을 직렬로 연결하는 것을 특징으로 하는 속도가변형 모터.
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