KR101322316B1 - 냉장고용 모터의 기동제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉장고용 모터의 기동제어장치 및 방법에 관한 것으로, 냉장고에 적용되는 자기 착자 모터(self-magnetizing motor)의 여자(勵磁)를, 양방향 도통 전력용 반도체 소자를 이용하여 구현할 수 있도록 한 것이다.

Description

냉장고용 모터의 기동제어장치 및 방법{ STARTING CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR REFRIGERATOR }

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고용 모터의 기동제어장치에 대한 구성을 보인 회로도.

도 2는 본 발명에 따른 냉장고용 모터의 기동제어장치에 대한 모터의 속도-토크 곡선을 보인 도이다.

도 3은 본 발명에 따른 냉장고용 모터의 기동제어장치에 대한 타이머의 동작 타이밍도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

100:여자유닛

본 발명은 모터의 기동제어장치에 관한 것으로, 특히 냉장고에 적용되는 자기 착자 모터(self-magnetizing motor)의 여자(勵磁)를, 양방향 도통 전력용 반도체 소자를 이용하여 구현할 수 있도록 한 냉장고용 모터의 기동제어장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 유도 모터는 플레밍의 왼손 법칙에 의하여 자기장(磁氣場) 속의 도선에 전류를 흘리면 도선에 힘이 발생되는 원리로부터 도출된 것으로, 회전 자기장이 형성될 경우 회전자의 내부에 설치된 봉도체에 전자기 유도 법칙에 의하여 유도 전류가 발생하면, 플레밍의 왼손 법칙에 의하여 그 봉도체가 힘을 받게 되고, 그 힘을 회전력으로 전환시키는 기기이다.

그러나, 상기와 같은 유도 모터는 회전자의 회전 속도가 회전 자기장의 회전 속도인 동기 속도에 이르게 되면, 회전자의 내부에 설치된 봉도체에 유도 전류가 발생하지 않게 되어 봉도체를 회전시키기 위한 유도 토크(induction torque)가 0이 되므로, 언제나 회전 자기장의 동기 속도 보다 작은 속도로만 회전할 수 있다는 한계가 있다.

즉, 우리나라의 일반적인 교류 주파수인 60Hz의 교류 전류가 인가되고, 2극 전동기를 사용하는 경우에 동기 속도는 120 * (주파수)/(극수)에 의하여 3,600rpm(revolution per minute)이 되는데, 유도 모터의 경우는 3,600rpm에 미치지 못하고 대략 3,000rpm의 속도로 회전한다는 한계가 있다.

이에 대한 해결책으로, 종래 기술에서 봉도체가 설치된 회전자에 자화 가능한 자성체가 구비되는 자기 착자 모터를 개발함으로써, 회전자의 속도가 회전 자기장의 동기 속도에 이르기까지는 유도 모터로서 작동하고, 회전 자기장의 동기 속도에 도달하기 위하여 자성체를 여자시켜 영구 자석 모터로 전환시킴으로써 동기 속도에 더욱 근접하도록 하는 노력이 있었다.

상술한 자기 여자 모터는 외부에 별도의 제어기를 설치하고, 그 설치된 제어 기에 의해 여자 코일이 여자되는 기술적 구성을 채택한다.

즉, 상술한 자기 여자 모터는, 일반 유도 모터와 달리 여자코일을 여자시키기 위하여, 외부에 별도의 제어기를 구성해야 하므로 추가 비용이 소모되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 창안된 것으로서, 냉장고에 적용되는 자기 여자 모터(self-magnetizing motor)의 여자(勵磁)를, 양방향 도통 전력용 반도체 소자 또는 릴레이 및 피티씨(Positive Temperature Coefficent)를 이용하여 구현함으로써, 비용을 절감할 수 있도록 한 냉장고용 모터의 기동제어장치 및 방법을 제공하는데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 냉장고용 모터의 기동제어장치의 일실시 예는,

냉동을 실행하는 냉동실과;

냉장을 실행하는 냉장실과;

상기 냉동실 및 냉장실의 냉동 및 냉장을 제어하는 마이크로컴퓨터와;

주권선 코일과 보조권선 코일 및 여자코일이 권취되는 모터와;

여자 투입시간 및 여자 시간에 대응되게 상기 보조권선 또는 상기 여자코일에 전원을 인가하는 여자 유닛을 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 여자유닛은

상기 여자코일의 전단에 위치하여, 상기 여자코일에 여자전류를 일정 시간동 안 인가하는 제1 피티씨와;

전원을 기동커패시터에 인가하는 a접점과 상기 전원을 상기 제1 피티씨에 인가하는 b접점으로 이루어진 릴레이와;

상기 b접점 릴레이에 인가되는 전원을, 미리 설정된 시간동안 여자 코일에 인가하는 제2 피티씨를 포함하여 구성한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 냉장고용 모터의 기동제어방법은,

여자 투입시간 및 여자시간을 미리 결정하는 단계와;

a접점 릴레이를 동작시켜 보조권선에 전원을 투입하는 단계와;

일정시간이 경과하면 상기 a접점 릴레이를 오프시키고 b접점 릴레이를 온시켜 여자코일에 전원을 공급하는 단계를 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 1은 본 발명 냉장고용 모터의 기동제어장치에 대한 구성을 보인 회로도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 주권선(Main Coil), 보조권선(Sub Coil), 기동커패시터(Cs), 운전커패시터(Cr) 및 여자 유닛(100)을 포함하여 구성한다.

여기서, 상기 본 발명 냉장고용 모터의 기동제어장치는 냉동을 실행하는 냉동실(미도시)과, 냉장을 실행하는 냉장실(미도시)과, 상기 냉동실 및 냉장실의 냉동 및 냉장을 제어하는 마이크로컴퓨터(미도시)를 구비한다.

상기 기동 커패시터(Cs)는 자기 여자 모터의 회전자를 기동시키기 위하여, 위상이 빠른 전류를 보조권선(Sub Coil)에 인가하고, 이에 따라 상기 보조권선(Sub Coil)에서 발생하는 자기장 및 유도전류에 의해 상기 회전자가 기동된다.

상기 운전 커패시터(Cr)는 상기 주 권선(Main Coil)에 상기 보조권선(Sub Coil)을 흐르는 전류보다 위상이 90도 이상 느린 전류를 인가하고, 이에 따라 고정자는 상기 주권선(Main Coil)에 흐르는 전류에 의해 회전 자기장이 발생하게 되므로 상기 회전자는 계속해서 힘을 받으면서 회전하게 된다.

상기 여자 유닛(100)은 자성체를 착자시키는 순간에만 여자 코일(Exciting Coil)을 통해 강력한 전류를 인가한다.

여기서, 상기 여자 유닛(100)은 여자코일(Exciting Coil)에 공급되는 전원을 차단 또는 도통시키는 a접점과 b접점으로 이루어진 릴레이(RY)와, 상기 a접점을 온 또는 오프시키는 제2 피티씨(PTC2)와, 상기 여자코일(Exciting Coil)에 인가되는 여자전류의 여자시간을 결정하는 제1 피티씨(PTC1)를 구비한다.

상기 릴레이(RY)의 a접점은 상기 제2 피티씨(PTC2)의 동작과 연동하여 보조권선에 전원을 인가하고, 상기 릴레이(RY)의 b접점은 상기 제2 피티씨(PTC2)의 동작과 연동하여 여자코일에 전원을 인가한다.

즉, 본 발명 냉장고용 모터의 기동제어장치는 a접점과 b접점으로 이루어진 릴레이(RY)와 두 개의 피티씨(PTC1,PTC2)를 이용하여 여자 투입시간 및 여자시간을 결정한다.

이와 같은 본 발명의 동작을 설명한다.

먼저, 상기 기동 커패시터(Cs)는 자기 여자 모터의 회전자를 기동시키기 위하여, 위상이 빠른 전류를 보조권선(Sub Coil)에 인가하고, 이에 따라 상기 보조권선(Sub Coil)에서 발생하는 자기장 및 유도전류에 의해 상기 회전자가 기동된다.

그 다음으로, 운전 커패시터(Cr)는 주 권선(Main Coil)에 상기 보조권선(Sub Coil)에 흐르는 전류보다 위상이 90도 이상 느린 전류를 인가하고, 이에 따라 고정자는 상기 주권선(Main Coil)에 흐르는 전류에 의해 회전 자기장이 발생하게 되므로 상기 회전자는 계속해서 힘을 받으면서 회전하게 된다.

이때, 상기 회전자 몸체는 고투자율의 강자성체로 이루어져 있으므로, 주권선(Main Coil)과 보조권선(Sub Coil)에 의하여 발생한 자기장이 회전자를 자화시키게 되고, 그에 따라 회전자는, 도2와 같은 히스테리시스 효과(Hysteresis Effect)에 의하여 히스테리시스 토크(H)를 받게 되어 회전하게 된다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 회전자가 히스테리시스 토크(H)와 유도 토크(I)를 받아서 회전을 하게 된다.

만약 회전자의 속도가 회전 자기장의 동기 속도(3,600rpm)와 같아지게 되면 회전자는 언제나 회전 자기장의 동기 속도보다 느리게 된다. 즉, 슬립(slip) 현상이 발생하게 된다.

이때, 여자 코일(Exciting Coil)에 강한 전류를 걸어주면 여자 코 일(Exciting Coil)에 의하여 발생하는 강력한 자속이 회전자의 외주면을 둘러싸는 자성체에 전해지게 되어 그 자성체를 착자시킨다.

그러면, 상기 자성체는 자화되어 영구 자석이 되므로 고정자에 이미 발생한 회전 자기장을 따라 회전하게 된다.

이 경우, 회전자의 회전 속도가 점차 증가하게 되어 회전 자기장의 동기 속도와 같아진다고 하더라도, 영구 자석은 끊임없이 회전 자기장을 따라 회전할 수 있기 때문에 회전자의 회전력이 감소되지 않는 것이다.

즉, 본 발명에 적용되는 자기 여자 모터는 저속 단계에서 유도 토크(I)와 히스테리시스 토크(H)에 의하여 회전하다가, 고속 단계(동기 속도 : 3,600rpm)로 진입하기 위하여 여자코일(Exciting Coil)이 자성체를 착자시킴으로써 착자 토크(P)에 의하여 회전하게 되는 2단계의 회전 과정을 거치게 된다.

이 경우, 자성체를 착자시키는 순간에만 여자 코일(Exciting Coil)을 통하여 강력한 전류를 인가하면 되므로, 지속적으로 큰 전류를 인가할 경우 코일에 발생하는 열 손실 등이 감소하여 모터의 효율이 증대된다.

여기서, 본 발명은 여자 유닛(100)을 이용하여 상기 자성체를 착자시키는 순간에만 여자 코일(Exciting)을 통해 강력한 전류를 인가한다.

상기 여자 유닛(100)의 동작을 도 3를 참조하여 상세히 설명한다.

우선, 전원이 투입되면 릴레이(RY)의 a접점과 제2 피티씨(PTC2)가 동작한다.

이에 따라, 상기 릴레이(RY)의 a접점을 통하여 기동커패시터(CS)에 전원이 인가되고, 이에 따라 상기 기동커패시터(Cs) 및 보조권선(Sub Coil)에 의해 모터가 기동된다.

그 다음, 일정시간이 경과되면 상기 제2 피티씨(PTC2)는 오프되고, 이에 따라 상기 릴레이(RY)의 a접점은 오프되고 상기 릴레이의 b접점은 온된다.

이에 따라, 상기 릴레이(RY)의 b접점을 통해 흐르는 전류가 제1 피티씨(PTC1) 및 여자코일(Exciting Coil)에 인가된다.

이때, 상기 제1 피티씨(PTC1)는 기설정된 여자시간(Tex) 동안에만 온되어 1-싸이클의 여자전류를 여자코일(Exciting Coil)에 인가한다.

즉, 도3의 스텝 0~3에서 전원이 투입되면 릴레이(RY)의 a접점이 동작하고 제2 피티씨(PTC2)는 미리 설정된 시간(Ton) 동안 폐로가 되어 기동커패시터(Cs)에 전원이 인가된다.

이에 따라 모터는 상기 기동커패시터(Cs)에 의해 기동된다.

그 다음, 스텝3~5에서, 상기 제2 피티씨(PTC2)는 상기 미리 설정된 시간(Ton)이 지나면 개로 상태가 되어, 릴레이(RY)의 a접점에 흐르는 전원이 차단됨과 동시에, 릴레이(RY)의 b접점은 미리 설정한 시간 동안 폐로 상태가 된다.

이때, 제1 피티씨(PTC1)는 미리 설정한 시간동안 폐로상태가 되어 상기 b접점을 통해 인가되는 1-싸이클의 여자전류를 인가한다.

그 다음, 스텝5~8에서, 상기 제1 피티씨(PTC1)는 미리 설정한 시간이 지나면 개로상태가 되어 상기 여자코일(Exciting Coil)에 인가되는 여자 전류를 차단한다.

여기서, 상기 릴레이(RY)는 또는 양방향 도통 전력용 반도체로 이루어진다.

즉, 본 발명은 고가의 전자제어장치 없이, 릴레이 및 피티씨를 이용하여 여 자 투입시간 및 여자 코일에 전원을 공급하기 위한 여자 시간을 결정할 수 있도록 한 것이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 냉장고에 적용되는 자기 여자 모터(self-magnetizing motor)의 여자(勵磁)를, 양방향 도통 전력용 반도체 소자 또는 릴레이 및 피티씨(Positive Temperature Coefficent)를 이용하여 구현함으로써, 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 주권선 코일과 보조권선 코일 및 여자코일이 권취되는 모터와;

   상기 여자코일에 여자시간 동안 전원을 인가하여, 상기 모터를 영구 자석 모터로 전환하는 여자 유닛을 포함하고,

   상기 여자 유닛은,

   상기 여자코일의 전단에 위치하여, 상기 여자코일에 상기 여자시간 동안 상기 전원을 인가하는 제1 피티씨와;

   상기 전원을 기동 커패시터에 인가하는 a접점과, 상기 전원을 상기 제1 피티씨에 인가하는 b접점을 포함하는 릴레이와;

   일정 시간 동안 상기 릴레이에 상기 전원을 인가하는 제2 피티씨; 를 포함하는 냉장고용 모터의 기동제어장치.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서, 상기 제1 피티씨는

   상기 여자시간 동안 온(on)되어, 상기 여자코일에 1-싸이클의 여자전류를 인가하는 냉장고용 모터의 기동제어장치.
4. 제1 항에 있어서, 상기 a접점은

   상기 제2 피티씨의 동작과 연동하여 보조권선에 전원을 인가하는 냉장고용 모터의 기동제어장치.
5. 제1 항에 있어서, 상기 b접점은

   상기 제2 피티씨의 동작과 연동하여 여자코일에 전원을 인가하는 냉장고용 모터의 기동제어장치.
6. 릴레이는 제2 피티씨에 의해 일정시간 동안 전원을 인가 받아 a접점을 동작시켜 보조권선에 전원을 투입하는 단계;

   상기 릴레이는 상기 일정시간이 경과하면 상기 a접점을 오프시키고 b접점을 온시켜 여자코일에 전원을 공급하는 단계; 및

   제1 피티씨는 상기 여자코일에 여자시간 동안 상기 전원을 인가하는 단계; 를 포함하는 냉장고용 모터의 기동제어방법.
7. 삭제

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