KR19990044980A - 열적 과부하를 방지하기 위한 수단을 갖는 전기 모터 - Google Patents

열적 과부하를 방지하기 위한 수단을 갖는 전기 모터 Download PDF

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KR19990044980A
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Abstract

전기 모터를 과부하 상태로 부터 보호하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 이러한 전기 모터는 적어도 하나의 코일 권선, 상기 코일 권선에 에너지를 공급하기 위한 전원, 및 상기 코일 권선에 인가되는 전력을 제어하기 위한 제어 수단을 포함한다. 상기 제어 수단은 열적 스위칭 수단, 바람직하게는 바이메탈 스위치들을 포함하는데, 이들은 코일 권선과 열적으로 통하도록 구성되어, 열적 스위칭 수단이 코일 권선 온도의 변화를 신속 정확하게 감지할 수 있게 된다. 또한 이러한 열적 스위칭 수단은 코일 권선과 전기적으로 절연 (즉, 권선으로 흐르는 선전류는 이 열적 스위칭 수단을 통과하지 않음)됨으로써, 열적 스위칭 수단의 크기 및 무게를 실질적으로 감소시키게 된다. 본 발명의 방법은 전기 모터의 적어도 하나의 코일 권선과 열적으로 통하도록 상기 열적 스위칭 수단을 배치함으로써, 그리고 상기 전기 모터의 모든 코일 권선으로 부터 열적 스위칭 수단을 전기적으로 절연시킴으로써 전기 모터를 열적 과부하로 부터 보호한다.

Description

열적 과부하를 방지하기 위한 수단을 갖는 전기 모터
본 발명은 전기 모터(electric motor)의 코일 권선의 열적 과부하(thermal overload)를 방지하기 위한 수단을 갖는 전기 모터, 및 상기 전기 모터의 열적 과부하 상태를 방지하기 위한 방법에 관한 것이다.
전기 모터의 권선을 열적 과부하 상태로 부터 보호하기 위해 바이메탈 라인 브레이커(bimetallic line breaker) 또는 캘리브레이트 회로 브레이커(calibrated circuit breaker)를 사용하는 기술이 공지되어 있다. 도 1은 이러한 보호 기능을 제공하는 종래 기술의 예를 도시한다. 도 1은 3상 권선(3-phase windings: 2a, 2b 및 2c)를 갖는 모터(1)를 도시한다. 히트 펌프 시스템의 팬(fan)용으로 사용된 전기 모터에 관련하여 도시된 바와 같이, 서모스탯(thermostat;3)은 컨택터 코일(6)의 컨택터 스위치(5)를 통해 전원(10)으로부터 모터 권선으로의 전력 공급을 제어한다. 또한 제어 전원(4)이 도시되어 있다. 바이메탈 내부 과부하 라인 브레이커(bimetallic internal overload line breaker: 7)가 모터(1)의 권선과 열적으로 접촉하고 또 전기적으로 통하도록 제공된다. 즉, 라인 브레이커(7)는 모터의 권선과 물리적으로 접촉하여 모터 권선의 온도를 감지하고, 또한 전원(10)에 의해 제공된 선전류가 라인 브레이커를 통과하기 때문에, 권선과 전기적으로 통한다. 이러한 내부 라인 브레이커의 전형적인 예로는 Texas Instrument사에서 제작된 MWJ라는 제품이 있다.
이러한 종래 기술이 갖는 문제는 바이메탈 내부 과부하 라인 브레이커가 전류 특히, 모터의 3상 권선을 통과하는 위상 동기된(locked) 회전자 전류(rotor current)를 조절해야 하기 때문에, 이러한 점을 고려할 때 자체 무게가 많이 나간다는 것이다. 그 결과, 라인 브레이커는 자신의 실제적인 무게때문에 코일 권선의 온도 변화에 대해 비교적 느린 응답 시간을 갖는다.
도 2는 종래 전기 모터에 대한 과부하 보호 회로의 다른 구조를 도시한다. 이러한 경우, 컨택트(8a, 8b 및 8dc)를 갖는 캘리브레이트 회로 브레이커를 전기 모터의 3상 권선에 전력을 공급하는 라인 내에 구비한다. 이러한 회로 브레이커는 전기 모터의 위상 동기된 회전자 전류를 조절할 수 있는 정도의 크기로 만들어지고, 특정 과부하 전류에서 차단(trip)되도록 보정(calibrated)된다. 그리하여, 이들은 3상 권선 코일로 흐르는 전류만을 감지하도록 설계된다. 전류 공급이 증가함에 따라, 코일 권선이 가열된다. 전류가 선정된 레벨(preset level)을 초과한 다음에는, 회로 브레이커가 차단되어 전기 모터로의 전력 공급을 중단한다.
이러한 종래 기술이 갖는 문제는 회로 브레이커가 전류만을 감지할 수 있다는 사실에 있다. 따라서, 회로 브레이커는 모터의 권선 온도 변화를 정확하게 감지할 수 없다. 어떤 소정의 전기 모터는 코일 권선의 실제 온도가 모터가 사용되는 환경에 따라 매우 급격하게 변화될 수 있더라도, 코일 권선을 통과하는 전류량과 동일한 전류량을 공급받을 수 있다. 따라서, 코일 권선의 온도를 감지하지 못하게 되면, 싱글 모터의 사용을 어렵게 하여 다양한 환경에서 다양한 애플리케이션의 서비스를 어렵게 한다는 점에서 심각한 문제가 된다.
다른 종래 기술로는 전기 모터의 코일 권선 내에 더어미스터(thermistor)를 매립하여 사용한다. 더어미스터의 저항을 연속적으로 감지하여 모터 권선의 온도 변화를 순차적으로 감지하기 위한 전자 모듈을 사용한다. 이러한 기술은 비교적 고가이나 권선 온도를 매우 정확하게 판정할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 손쉽고 비용면에서 효율적인, 전기 모터를 과부하 상태로부터 보호하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명에 따른 전기 모터는 적어도 하나의 코일 권선과, 상기 코일 권선에 에너지를 공급하기 위한 전원; 및 상기 코일 권선에 공급된 전력을 제어하기 위한 제어 수단을 포함한다. 이러한 제어 수단은 바람직하게는 바이메탈 스위치인 열적 스위칭 수단을 포함하는데, 이는 코일 권선과 열적으로 통하도록 구성되어 코일 권선 온도 변화를 신속 정확하게 감지할 수 있다. 또한 열적 스위칭 수단은 코일 권선과 전기적으로 절연(즉, 권선으로 흐르는 선전류가 열적 스위칭 수단을 통과하지 않음)되므로써, 열적 스위칭 수단의 크기 및 무게를 실제적으로 감소시킬 수 있다. 이러한 감소는 열적 스위칭 수단이 매우 빠른 응답 시간을 갖도록 촉진시킨다.
본원에 기술된 "열적 전달(thermal communication)" 이라는 용어는 전기 절연층 등의 비-가열 절연층과 접촉되나 이 비-가열 절연층에 의해 차폐되는 것을 의미한다. 바이메탈 스위치는 전기 모터의 권선과 "열적 전달" 상태에 있게 되는 경우, 권선에 의해 생성된 열이 권선들 사이에 끼워진 전기 절연층을 통하여 쉽고 빠르게 스위치를 통과할 수 있게 된다. 본원에 기술된 "전기적으로 절연된" 또는 "전기 절연"이라는 용어는 바이메탈 스위치가 코일의 권선과 직접 직렬로 접촉하고 있지않다는 (즉, 권선에 제공된 선전류가 바이메탈 스위치를 통과하지 않는) 의미이다.
본 발명은 매우 민감할 뿐만 아니라 비용면에서 매우 효율적이며, 전기 모터의 적어도 하나의 코일 권선과 열적으로 통하도록 배치될 뿐아니라, 모터의 모든 코일 권선과 전기적으로 절연되도록 배치되어 코일 권선의 온도를 빠르고 정확한 방법으로 감지할 수 있는 바이메탈 스위치를 사용한다. 실제로, 본 발명은 상술한 더어미스터계 종래 기술에서와 동일한 열적 과부하 보호를 제공하는 것 이외에도, 비용 절감의 효과가 크다.
종래의 모터에서 비해, 본 발명의 전기 모터는 컨택터 코일과 전원에 관련되어 있다. 열적 스위칭 수단은 컨택터 코일과 전원과의 사이 또는 전원의 업스트림쪽에 전기적으로 배치될 수 있다.
본 발명의 방법은 전기 모터의 적어도 하나의 코일 권선과 열적으로 통하도록 열적 스위칭 수단을 배치시키고, 전기 모터의 모든 코일 권선으로부터 열적 스위칭 수단을 전기 절연시킴으로써, 전기 모터를 열적 과부하로 부터 보호하게 된다.
이러한 본원의 목적은 본원을 특징짓는 특징부 및 클레임에 따른 방법 및 장치로 달성된다.
도 1은 전기 모터를 열적 과부하로부터 보호하기 위한 제1 종래 기술을 도시하는 회로도.
도 2는 전기 모터를 열적 과부하로부터 보호하기 위한 제2 종래 기술을 도시하는 회로도.
도 3은 본 발명에 따른 열적 과부하 보호를 도시하는 회로도.
도 4는 본 발명에 따른 제2 실시예의 열적 과부하 보호를 도시하는 회로도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2a, 2b, 2c: 3상 권선
3: 더어미스터
4: 제어 전원
5: 컨택터 스위치
6: 컨택터 코일
9a, 9b: 바이메탈 스위치
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
도 3의 회로도는 동일한 구성 요소를 나타내기 위해 도 1 및 2에서와 동일한 참조 부호를 사용한다. 본 발명이 히트 펌프용의 팬 모터에 관하여 설명되나, 이는 본 발명을 단상 또는 3상을 갖는 소정의 전기 모터에 적용하는 기술로 이해해야 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 바이메탈 스위치(9a 및 9b)는 3상 전기 모터의 적어도 2개의 코일 권선 내에 매립되고 따라서, 그들과 열적으로 접촉한다. 이러한 바이메탈 스위치는 전원(10)으로부터의 선전류가 전기 모터의 권선에 유입되기 이전에 바이메탈 스위치를 먼저 통과하지 않는다는 점에서, 코일 권선중 어떤 것과도 전기적으로 통하지 않는 상태에 있다. 이러한 방법으로는, 바이메탈 스위치가 모터의 권선을 통과하는 전류 부하를 조절할 필요가 없기 때문에 바이메탈 스위치의 무게가 상당히 줄어들 수 있다. 코일 권선의 온도 변화에 대한 바이메탈 스위치의 응답성은 바이메탈 스위치의 무게가 감소됨에 따라 상당히 증가된다. 본 발명에서 사용하는 바이메탈 스위치의 예로서는 Texas Instrument사에서 제조한 8㎜ 바이메탈 스위치가 있다.
이 바이메탈 스위치는 전기 모터의 코일 권선과 열적으로 통하는 비교적 작은 무게의 스위치로서, 코일 권선의 온도 변화를 매우 신속하고 정확하게 감지할 수 있다. 만약 코일 권선이 너무 뜨거워지면, 바이메탈 스위치는 회로를 차단하고 컨택터 코일(6)로의 전력 공급을 중단하여, 모터와의 연결이 끊어지게 된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 것으로, 바이메탈 스위치(9a 및 9b)가 뜨거워진 제어 전원(4) 측에 접속되어 있는 것을 제외하면, 도 3에 도시된 것과 동일하다. 이러한 방법으로, 코일 권선이 과열되면, 바이메탈 스위치는 모터로 뿐 아니라, 열 펌프 시스템과 관련된 컴프레서(도시 안됨)로의 전력을 포함하여 전체 시스템으로의 전력 공급을 차단한다.
본 발명은 상술한 더어미스터계의 종래 기술에 기인한 감지 정확도를 제공한다는 점에서, 전기 모터에 대한 열적 과부하 보호 영역을 상당히 개선시키고, 35 내지 50배의 비용 감소의 효과가 있다. 또한 본 발명은 상술한 제1 및 제2 종래 기술에서 보다 좀더 정확하고 비용면에서 효율적이다.

Claims (13)

  1. 열적 과부하 보호(thermal overload protection) 기능을 갖는 전기 모터(electric motor)에 있어서,
    적어도 하나의 코일 권선(coil winding);
    상기 코일 권선에 에너지를 공급하기 위한 전원; 및
    상기 코일 권선에 공급된 전력을 제어하고, 상기 코일 권선과 열적으로 통(thermal communication)할 뿐아니라, 상기 코일 권선에 대해 전기적으로 절연되도록 배열된 열적 스위칭 수단을 포함하는 제어 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열적 스위칭 수단은 바이메탈 스위치(bimetallic switch)인 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 바이메탈 스위치는 상기 코일 권선 내에 매립되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전기 모터는 3개의 코일 권선을 포함하는 3상(three-phase) 모터이고, 상기 제어 수단은 상기 3개의 코일 권선 중 첫번째 것과 열적으로 통하는 제1 바이메탈 스위치와, 상기 3개의 코일 권선 중 두번째 것과 열적으로 통하는 제2 바이메탈 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 3개의 코일 권선 중 세번째 것과 열적으로 통하는 제3 바이메탈 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단은 컨택터 코일(contactor coil)을 더 포함하고, 상기 열적 스위칭 수단은 상기 컨택터 코일과 상기 전원 사이에 전기적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
  7. 전기 모터를 열적 과부하로부터 보호하기 위한 방법에 있어서,
    열적 스위칭 수단을 상기 전기 모터의 적어도 하나의 코일 권선과 열적으로 통하도록 배치시키는 단계; 및
    상기 열적 스위칭 수단을 상기 전기 모터의 모든 코일 권선으로 부터 전기적으로 절연시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터를 열적 과부하로부터 보호하기 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 열적 스위칭 수단은 바이메탈 스위치인 것을 특징으로 하는 전기 모터를 열적 과부하로부터 보호하기 위한 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 바이메탈 스위치는 상기 적어도 하나의 코일 권선 내에 매립되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 모터를 열적 과부하로부터 보호하기 위한 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 전기 모터는 3개의 코일 권선을 포함하는 3상 모터이고, 상기 열적 스위칭 수단은 상기 3개의 코일 권선 중 첫번째 것과 열적으로 통하는 제1 바이메탈 스위치와, 상기 3개의 코일 권선 중 두번째 것과 열적으로 통하는 제2 바이메탈 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터를 열적 과부하로부터 보호하기 위한 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 열적 스위칭 수단은 상기 3개의 코일 권선 중 세번째 것과 열적으로 통하는 제3 바이메탈 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터를 열적 과부하로부터 보호하기 위한 방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 전기 모터는 전원 및 컨택터 코일과 연결되어 있고, 상기 열적 스위칭 수단은 상기 컨택터 코일과 상기 전원 사이에 전기적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 모터를 열적 과부하로부터 보호하기 위한 방법.
  13. 제7항에 있어서, 상기 전기 모터는 전원과 연결되어 있고, 상기 열적 스위칭 수단은 상기 전원의 전기적으로 업스트림 방향에(electrically upstream) 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 모터를 열적 과부하로부터 보호하기 위한 방법.
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