KR100768046B1 - 하이브리드 인덕션 모터의 속도 가변제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 인덕션 모터의 속도 가변제어장치 및 방법에 관한 것으로, 속도 가변을 위한 코일의 권선비에 해당되는 운전 커패시터 용량을 최적의 값으로 선택함으로써,하이브리드 인덕션 모터의 운전효율을 향상시킬 수 있도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 기동용 커패시터의 기동 커패시턴스에 의해 기동되어 동기속도에 인입되면 운전용 커패시터의 운전용 커패시턴스 의해 운전되는 하이브리드 인덕션 모터에 있어서, 중간 탭으로 분리된 코일의 권선수를 변경하여 속도를 가변하는 메인 권선 코일과; 스위칭 제어신호에 의해, 속도 가변을 위한 상기 메인 권선 코일의 권선수를 선택하는 다수의 스위칭 유닛과; 제어신호에 의해, 상기 운전용 커패시터에 각기 병렬 연결되어, 상기 메인 코일의 권선수에 따른 최적의 운전 커패시터 용량을 선택하는 다수의 커패시터와; 사용자 명령을 분석하고, 그 분석결과에 근거하여 상기 하이브리드 인덕션 모터의 속도를 가변하기 위한 코일의 권선수를 선택하기 위한 스위칭 제어신호를 출력하고, 상기 코일의 권선수에 따른 최적의 커패시터 용량을 선택하기 위한 제어신호를 출력하는 제어유닛을 포함하여 구성한다.

Description

하이브리드 인덕션 모터의 속도 가변제어장치 및 방법{VELOCITY CHANGEABLENESS CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR HYBRID INDUCTION MOTOR}

도 1은 종래의 하이브리드 인덕션 모터의 단면도.

도 2는 도 1에 있어서, 스테이터 코어의 부분평면도

도 3은 일반적인 하이브리드 인덕션 모터의 구동회로도.

도 4는 종래 하이브리드 인덕션 모터의 속도 가변장치에 대한 구성을 보인 회로도.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 인덕션 모터의 속도 가변장치에 대한 구성을 보인 회로도.

도 6은 본 발명의 실시예에 다른 하이브리드 인덕션 모터의 속도 가변방법에 대한 동작흐름도.

*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*****

100:제어유닛 ML1~ML3:메인 코일

본 발명은 하이브리드 인덕션 모터의 속도 가변장치에 관한 것으로, 특히 속 도 가변을 위한 코일의 권선비에 해당되는 운전 커패시터 용량을 최적의 값으로 선택하여 속도를 가변하도록 한 하이브리드 인덕션 모터의 속도 가변 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 공기 조화기의 팬모터로는 단상 유도전동기가 저비용의 장점으로 인하여 널리 이용되었으나 효율이 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 최근에는 공기 조화기의 소비 전력규제에 따라 팬모터의 효율을 높이는 추세인데, 즉 공기조화기에 마이크로컴퓨터에 의해 구동되어 효율을 향상시키는 BLDC팬모터의 적용이 가속화되고 있다.

그러나, 상기 BLDC팬모터는 그 특성상 구동회로가 있어야만 하므로 구현 비용이 상승되는 문제점이 있다.

이에 따라, 고효율의 하이브리드 인덕션 모터(Hybrid induction Motor: 이하, 하이브리드 인덕션 모터) 채용하여 상기 BLDC팬 모터의 문제를 해결하고 있다.

여기서, 도 1은 종래의 하이브리드 인덕션 모터의 단면도이고, 도 2는 도 1의 스테이터코어의 부분평면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 하이브리드 인덕션 모터는, 스테이터(10)와, 스테이터(10)의 내부에 회전축(31)을 중심으로 회전가능하게 배치되는 농형로터부(30)와, 회전축(31)에 대해 자유회전가능하게 스테이터(10)와 농형로터부(30) 사이에 개재되는 영구자석로터부(40)를 구비하고 있다.

농형로터부(30)는, 전기강판(36)을 절연 적층하여 형성되는 로터코어(35)와, 로터코어(35)를 관통하며 로터코어(35)의 둘레방향을 따라 서로 이격되게 다이캐스팅 등의 방법으로 형성되는 복수의 도체바(37)로 구성되어 있다.

영구자석로터부(40)는, 원호형상 또는 원통형상을 가지도록 형성되고 농형로터부(30)의 둘레에 서로 다른 자극이 교번적으로 배치되는 영구자석(43)과, 일측은 회전축(31)에 자유회전 가능하게 결합되고 타측은 영구자석(43)에 결합되어 영구자석(43)을 지지하는 자석지지부재(44)를 구비하고 있다.

한편, 스테이터(10)는, 둘레방향을 따라 서로 동일한 크기(W)를 가지는 복수의 슬롯(14c)이 형성된 원반 형상의 전기강판(13)을 절연 적층하여 형성되는 스테이터코어(11)와, 스테이터코어(11)의 둘레에 권회되는 스테이터코일(21)과, 스테이터코일(21)의 둘레에 몰딩 등의 방법을 형성되는 보호부(50)를 구비하고 있다. 보호부(50)의 양 측에는 회전축(31)을 회전가능하게 지지할 수 있도록 베어링(54)을 구비한 축지지브래킷(52)이 일체로 결합되어 있다.

스테이터코어(11)를 형성하는 각 전기강판(13)은, 원형 고리 형상의 요크(14a)와, 요크(14a)의 내측으로부터 반경방향을 따라 중앙을 향해 돌출되고 둘레방향을 따라 사이에 동일한 크기(W)의 슬롯(14c)이 형성되도록 일정 간격으로 이격배치되는 복수의 티스(14b)를 가진다. 스테이터코일(21)은 서로 위상차를 가지도록 각 슬롯(14c)의 요크(14a)의 둘레에 권회되는 메인코일(22) 및 서브코일(24)을 구비하고 있다.

여기서, 도 3은 상기 하이브리드 인덕션 모터의 구동회로도로서, 전원이 공급되면 메인 권선 코일(ML)과 보조 권선 코일(SL) 및 기동커패시터(Cs)에 흐르는 전류에 의해 회전 자계가 발생된다. 그 보조 권선 코일(SL)에 흐르는 전류에 의해 회전 자계가 발생되면 그 회전 자계에 의해 동기 로터가 동기되어 그 동기 로터가 동기 속도로 회전하게 된다. 상기 동기 로터가 마그네트이므로 그 동기 로터의 회전에 의해 강한 자속(intensive magnet field)을 갖는 회전 자계를 발생시키게 되며 그 동기 로터에 의한 회전 자계에 의해 유도 로터를 회전시키게 된다.

이때, PTC는 초기 기동후 일정시간이 지나면 오프된다.

이에 따라, 상기 메인 권선 코일(ML)과 보조 권선 코일(SL) 및 운전 커패시터(Cr)에 흐르는 전류에 의해 유도 로터의 출력을 발생시키는 역할을 수행하게 된다.

상기 유도 로터가 회전하게 되면 그 유도 로터의 회전력이 회전축을 통해 전달된다. 상기 회전축에 팬이 결합된 경우 그 팬이 회전하면서 유동을 발생시키게 된다.

도 4는 상기 하이브리드 인덕션 모터의 속도 가변장치의 구성을 보인 회로도이다.

도 4에 도시한 바와같이, 일반적인 구성은 상기 도 3과 동일하고, 다만 메인코일(ML)과 제1 속도 가변 코일(VL1) 및 제2 속도 가변 코일(VL2)을 구비하여, 제어신호에 의해 상기 메인코일(ML)과 제1 속도 가변코일(VL1) 및 제2 속도가변코일(VL2)을 선택하는 제1,제2 스위치(SW1,SW2)와; 사용자 명령에 의해 상기 하이브리드 인덕션 모터(HIM)의 속도를 가변하기 위한 제어신호를 출력하는 제어유닛(100)을 포함하여 구성한다.

즉, 상기 제어유닛(100)은 외부에서 입력되는 명령신호를 분석하고, 그 분석결과에 근거하여 상기 제1,제2 스위치(SW1)(SW2)를 제어하기 위한 제어신호를 출력 한다.

이에 따라, 상기 제1,제2 스위치(SW1)(SW2)는 상기 제어신호에 의해 각기 스위칭되어, 코일 권선수를 변경하여 상기 하이브리드 인덕션 모터의 속도를 가변한다.

이때, 상기 코일의 권선수가 많을수록 상기 하이브리드 인덕션 모터는 저속으로 운전하게 된다.

예를 들어, 사용자가 고속명령을 입력하면, 상기 제어유닛(100)은 상기 메인 코일(ML)만 선택하도록 제어신호를 출력하고, 이에 따라 상기 제1,제2 스위치(SW1)(SW2)가 스위칭되어 상기 메인 코일(ML)과 보조 코일(SL) 및 운전커패시터(Cr)를 통해 흐르는 전류에 의해 하이브리드 인덕션 모터를 고속으로 회전시킨다.

즉, 저속의 경우에는 상기 메인코일(ML)과 제1,제2 속도 가변코일(VL1)(VL2) 및 상기 운전커패시터(Cr)를 통해 흐르는 전류에 의해 모터를 저속으로 운전시키고, 중속의 경우에는 상기 메인코일(ML)과 제1 속도 가변코일(VL1) 및 상기 운전커패시터(Cr)를 통해 흐르는 전류에 의해 모터를 중속으로 운전시킨다.

상술한 종래 하이브리드 인덕션 모터의 속도가변장치는, 탭와인딩을 통해 코일의 권선수를 가변하여 모터의 속도를 변경한다.

그러나, 상술한 하이브리드 인덕션 모터의 속도 가변장치는 속도 가변속시, 탭절환에 따라 코일의 권선비가 변경되지만, 속도 가변에 의한 권선비에 따른 최적의 운전 커패시터 용량을 선정할 수 없어 모터의 운전효율이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 속도 가변을 위한 코일의 권선비에 해당되는 운전 커패시터 용량을 최적의 값으로 선택함으로써,하이브리드 인덕션 모터의 운전효율을 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드 인덕션 모터의 속도 가변 제어장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 예에 따른 장치는,

기동용 커패시터의 기동 커패시턴스에 의해 기동되어 동기속도에 인입되면 운전용 커패시터의 운전용 커패시턴스 의해 운전되는 하이브리드 인덕션 모터에 있어서,

중간 탭으로 분리된 코일의 권선수를 변경하여 속도를 가변하는 메인 권선 코일과;

스위칭 제어신호에 의해, 속도 가변을 위한 상기 메인 권선 코일의 권선수를 선택하는 다수의 스위칭 유닛과;

제어신호에 의해, 상기 운전용 커패시터에 각기 병렬 연결되어, 상기 메인 코일의 권선수에 따른 최적의 운전 커패시터 용량을 선택하는 다수의 커패시터와;

사용자 명령을 분석하고 그 분석결과에 근거하여 상기 하이브리드 인덕션 모터의 속도를 가변하기 위한 코일의 권선수를 선택하기 위한 스위칭 제어신호를 출력하고,

상기 코일의 권선수에 따른 최적의 커패시터 용량을 선택하기 위한 제어신호를 출력하는 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일실시 예에 따른 방법은,

기동용 커패시터의 기동 커패시턴스에 의해 기동되어 동기속도에 인입되면 운전용 커패시터의 운전용 커패시턴스에 의해 운전되는 하이브리드 인덕션 모터에 있어서,

외부에서 속도 가변을 위한 사용자 명령이 입력되면, 그 사용자 명령을 분석하는 과정과;

상기 사용자 명령의 분석결과에 근거하여 속도 가변을 위한 코일의 권선수를 가변함과 아울러, 그 코일의 권선수에 따른 최적의 커패시터 용량을 선택하는 과정을 수행함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 하이브리드 인덕션 모터의 속도 가변제어장치에 대한 구성을 보인 회로도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 중간 탭으로 분리된 코일의 권선수를 변경하여 속도를 가변하는 메인 권선 코일(ML1,ML2,ML3)과; 운전용 커패시터에 비하여 큰 커패시턴스를 가지고, 초기 기동시 서브코일을 통해 흐르는 높은 전류를 모터에 인가하는 기동용 커패시터(Cs)와; 상기 기동용 커패시터(Cs)에 직렬연결되어, 상기 높은 전류에 의해 오프되는 PTC와; 메인 권선코일(ML1,ML2,ML3)을 통해 흐르는 낮은 운전전류를 모터에 인가하는 운전용 커패시터(Cr)와; 스위칭 제어신호에 의해, 속도 가변을 위한 상기 메인 권선 코일(ML1,ML2,ML3)의 권선수를 선택하는 제1,제2 스위치(SW1,SW2)와; 제어신호에 의해, 상기 운전용 커패시터(Cr)에 병렬 연결되어 커패시터 용량을 증가시키는 제1,제2 커패시터(C1,C2)와; 사용자 명령을 분석하고, 그 분석결과에 근거하여 상기 하이브리드 인덕션 모터의 속도를 가변하기 위한 코일의 권선수를 선택하는 스위칭 제어신호를 출력하고, 상기 코일의 권선수에 따른 최적의 커패시터 용량을 선택하는 제어신호를 출력하는 제어유닛(100)을 구비한다.

상기 제1,제2 커패시터(C1,C2)는 상기 제어신호에 의해 스위칭되는 제3,제24스위치(SW3)(SW4)가 직렬로 연결된다.

상기 메인 권선 코일은 중간탭에 의해 제1,제2,제3 코일로 분리된다.

상기 제어유닛(100)은 고속 명령이면 상기 운전용 커패시터(Cr)에 제1,제2 커패시터(C1)(C2)를 병렬 연결시키도록 제어함과 아울러 상기 제1 코일을 코일의 권선수로 선택하도록 제어한다.

상기 제어유닛(100)은, 저속 명령이면 상기 운전용 커패시터(Cr)에 병렬 연결되는 상기 제1,제2 커패시터(C1,C2)를 차단하도록 제어함과 아울러, 상기 제1,제2,제3 코일(ML1,ML2,ML3)을 코일의 권선수로 선택하도록 제어한다.

이와 같은 본원발명의 동작을 도 6을 참조하여 설명한다.

먼저, 기동커패시터(Cs)에 의해 서브코일(SL)을 통해 입력되는 높은 전류를 하이브리드 인덕션 모터에 인가하고, 이에 따라 상기 기동커패시터(Cs)에 의해 회 전자계를 발생시켜 마그네트 로터를 기동시킨다(SP1).

상기 마그네트 로터가 동기속도로 인입되면 상기 PTC가 오프되고, 이에 따라 운전용 커패시터(Cr)에 의해 발생하는 회전자계에 의해 동기속도로 마그네트 로터를 회전시킨다(SP2).

이때, 제어유닛(100)은 사용자 명령을 감지하다가(SP3), 사용자 명령이 감지되면 그 사용자 명령을 분석하고 그 분석 결과에 근거하여 속도를 가변하기 위한 제어신호를 출력한다(SP4~SP6).

만약, 상기 분석결과 고속명령이면(SP4), 상기 제어유닛(100)은 하이브리드 인덕션 모터의 커패시터 용량을 증가시킴과 아울러 코일의 권선수를 감소시킨다(SP5). 즉, 상기 제어유닛(100)은 상기 제3,제4 스위치(SW3)(SW4)를 턴온시켜 상기 운전용 커패시터(Cr)에 상기 제1,제2 커패시터(C1,C2)를 병렬 접속하고, 상기 제1,제2 스위치(SW1)(SW2)를 스위칭 제어하여 제1 코일(ML1)만을 선택한다.

이에 따라, 상기 하이브리드 인덕션 모터는 상기 제1 코일(ML1)의 권선수와 상기 증가된 커패시터 용량에 의해 고속으로 회전한다. 즉, 상기 하이브리드 인덕션 모터는 권선비에 따른 최적의 커패시터 용량에 의해 고효율로 고속운전된다.

반대로, 상기 분석결과 저속 명령이면(SP4), 상기 제어유닛(100)은 하이브리드 인덕션 모터의 커패시터 용량을 감소시킴과 아울러,코일의 권선수를 증가시킨다(SP6). 즉, 상기 제어유닛(100)은 상기 제3,제4 스위치(SW3)(SW4)를 턴 오프시켜 상기 운전용 커패시터(Cr)에 병렬 연결되는 제1.제2 커패시터(C1)(C2)의 접속을 차단하고, 상기 제1,제2 스위치(SW1)(SW2)를 스위칭 제어하여 제1,제2,제3 코일 (ML1,ML2,ML3)을 선택한다.

이에 따라,상기 하이브리드 인덕션 모터는 상기 제1,제2,제3 코일(ML1,ML2,ML3)의 권선수와 상기 감소된 커패시터 용량에 의해 저속으로 회전한다. 즉, 상기 하이브리드 인덕션 모터는 권선비에 따른 최적의 커패시터 용량에 의해 고효율로 저속운전된다.

즉, 종래에는 하이브리드 인덕션 모터의 코일 권선수 변경에 의해 모터 속도만을 가변하는 것인 반면에, 본 발명은 속도 명령에 따라, 코일의 권선수를 선택함과 아울러 그 코일의 권선수에 따른 최적의 커패시터용량을 선택하여 하이브리드 인덕션 모터의 속도를 효율적으로 가변시키도록 한 것이다.

상기 본 발명의 상세한 설명에서 행해진 구체적인 실시 양태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명확하게 하기 위한 것으로 이러한 구체적 실시예에 한정해서 협의로 해석해서는 안되며, 본 발명의 정신과 다음에 기재된 특허 청구의 범위 내에서 여러 가지 변경 실시가 가능한 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은, 하이브리드 인덕션 모터의 속도를 코일의 권선수 및 그 코일의 권선수에 따른 최적의 커패시터 용량을 선택하여 가변함으로써, 상기 하이브리드 인덕션 모터의 운전효율을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 기동용 커패시터의 기동 커패시턴스에 의해 기동되어 동기속도에 인입되면 운전용 커패시터의 운전용 커패시턴스 의해 운전되는 하이브리드 인덕션 모터에 있어서,

   중간 탭으로 분리된 코일의 권선수를 변경하여 하이브리드 인덕션 모터의 속도를 가변하는 메인 권선 코일과;

   사용자에 의한 속도 명령을 근거로 상기 하이브리드 인덕션 모터의 속도를 가변하기 위한 코일의 권선수를 선택하는 스위칭 제어 신호를 출력하고, 상기 코일의 권선수에 따른 최적의 커패시터 용량을 선택하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어유닛과;

   상기 스위칭 제어 신호를 근거로 속도 가변을 위한 상기 메인 권선 코일의 권선수를 선택하는 다수의 스위칭 유닛과;

   상기 운전용 커패시터에 각기 병렬 연결되는 다수의 커패시터와;

   상기 메인 코일의 권선수에 따른 최적의 운전 커패시터 용량을 선택하기 위해, 상기 제어 신호를 근거로 상기 다수의 커패시터를 선택적으로 상기 운전용 커패시터에 병렬로 연결시키는 스위칭 유닛을 포함하는 하이브리드 인덕션 모터의 속도 가변 제어장치.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서, 상기 제어유닛은,

   상기 사용자에 의한 속도 명령이 고속 명령이면 상기 메인 코일의 권선수를 감소시키기 위한 스위칭 제어신호 및 상기 운전 커패시터 용량을 증가시키기 위한 제어신호를 출력하는 하이브리드 인덕션 모터의 속도 가변제어장치.
4. 제1 항에 있어서, 상기 제어유닛은,

   상기 사용자에 의한 속도 명령이 저속 명령이면 상기 메인 코일의 권선수를 증가시키기 위한 스위칭제어신호 및 상기 운전 커패시터 용량을 감소시키기 위한 제어신호를 출력하는 하이브리드 인덕션 모터의 속도 가변제어장치.
5. 기동용 커패시터의 기동 커패시턴스에 의해 기동되어 동기속도에 인입되면 운전용 커패시터의 운전용 커패시턴스에 의해 운전되는 하이브리드 인덕션 모터에 있어서,

   외부에서 속도 가변을 위한 사용자 속도 명령이 입력되면, 그 사용자 속도 명령을 분석하는 과정과;

   상기 사용자 속도 명령의 분석결과에 근거하여 속도 가변을 위한 코일의 권선수를 가변함과 아울러, 그 코일의 권선수에 따른 최적의 커패시터 용량을 선택하기 위해 상기 운전용 커패시터에 다수의 커패시터를 병렬로 선택적으로 연결시키는 과정을 포함하는 특징으로 하는 하이브리드 인덕션 모터의 속도 가변제어방법.
6. 제5 항에 있어서, 상기 커패시터 용량을 선택하는 과정은,

   상기 사용자 속도 명령이 고속명령이면 코일의 권선수를 감소시킴과 아울러 하이브리드 인덕션 모터의 커패시터 용량을 증가시키는 단계를 포함하는 하이브리드 인덕션 모터의 속도 가변제어방법.
7. 제6 항에 있어서, 상기 커패시터 용량을 증가시키는 단계는,

   상기 운전용 커패시터에 병렬 연결되는 커패시터의 수를 증가시키는 하이브리드 인덕션 모터의 속도 가변제어방법.
8. 제7 항에 있어서, 상기 커패시터 용량을 선택하는 과정은,

   상기 사용자 속도 명령이 저속 명령이면 코일의 권선수를 증가시킴과 아울러 하이브리드 인덕션 모터의 커패시터 용량을 감소시키는 단계를 포함하는 하이브리드 인덕션 모터의 속도가변제어방법.
9. 제8 항에 있어서, 상기 커패시터 용량을 감소시키는 단계는,

   상기 운전용 커패시터에 병렬 연결되는 커패시터의 수를 감소시키는 하이브리드 인덕션 모터의 속도 가변제어방법.

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