KR20010052384A

KR20010052384A - 공유권선을 갖는 단상 3속모터

Info

Publication number: KR20010052384A
Application number: KR1020007013085A
Authority: KR
Inventors: 레냔더블유. 페이
Original assignee: 이머슨 일렉트릭 컴퍼니
Priority date: 1998-06-04
Filing date: 1999-05-20
Publication date: 2001-06-25
Also published as: US6255755B1; NZ507830A; JP2002517972A; EP1101271A1; CN1304577A; WO1999063645A1; AU4092399A; MXPA00011501A; BR9911061A

Abstract

단상 3속 변극(變極)전기모터는 고정자와 고정자 내에 회전가능하게 장착된 회전자를 갖는다. 상기 고정자는 복수의 슬롯을 갖는 코어와 상기 슬롯에 수용되고 적어도 3개 이상의 다른 속도에서 작동하기 위한 복수의 권선을 갖는다. 상기 권선은 하나의 속도에서 사용된 권선의 대부분이 다른 속도에서도 사용될 수 있도록 구성되고 배치된다. 다른 속도를 위해서 권선을 외부 타이머, 스위치 또는 릴레이 등의 장치와 재연결하는 것은 간단하고 쉽다.

Description

공유권선을 갖는 단상 3속모터{Single phase three speed motor with shared windings}

일반적으로 다속 변극(變極) 단상 모터(multispeed pole-changing single phase motor)는 각 속도에서의 작동을 위한 별도의 권선을 포함한다. 예를 들면, 3속 유도모터에서는 고정자는 저속 작동을 위한 8극 주권선(8-pole main winding), 중속 작동을 위한 6극 주권선, 그리고 고속 작동을 위한 4극 주권선을 포함할 수 있다. 종종 별도의 보조권선이 모터를 시동하기 위해 제공된다. 상기 보조 권선은 일반적으로 소위 '하드(hard)' 시동을 위한 4극 권선이다. 이러한 모터에서는 단지 권선의 작은 일부분, 즉 하나의 극 아래에 있는 코일만이 다른 속도에서의 동작을 위해 공유된다. 상기 선행기술에 권선을 공유하기 위한 다른 시도를 적용하는데에는 모터의 제조비용을 상당히 상승시키는 복잡한 재연결(reconnection)로 인해서 한계가 있다.

많은 수의 권선을 제한된 슬롯(slot) 크기에 설치하기 위해서 상기 권선은 일반적으로 구리로 만들어지는데 이는 비교적 비싸다.

본 발명은 단상 3속 유도(誘導)모터(induction motor)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 권선(winding)의 대부분이 각기 다른 속도에서의 작동을 위해 공유되는 모터에 관한 것이다.

도1은 본 발명의 기술적 사상에 따른 3속단상 전기모터에 대한 구성도이다.

도2는 상기 모터의 권선을 도시한 도이다.

도3은 4극(고속)모드에서 작동하도록 연결된 제1, 제2 그리고 제3권선을 나타낸 상기 모터의 권선도이다.

도4는 8극(저속)모드에서 작동하도록 연결된 제2 및 제3권선을 나타낸 상기 모터의 권선도이다.

도5는 6극(중속)모드에서 작동하도록 연결된 제4권선을 나타낸 상기 모터의 권선도이다.

도6은 6극 시동모드에서 작동하도록 연결된 보조 권선을 도시한 상기 모터의 권선도이다.

상기 도면에 있어서 동일한 참조번호는 각각 동일한 부분을 지시한다.

본 발명은 간단한 권선 재연결을 통해서 여러가지 속도를 위한 권선들의 대부분이 공유되는 3속, 변극 단상 커패시터 시동(pole-changing single phase capacitorstart) 또는 분할상(split phase) 유도모터에 관한 것이다. 이는 슬롯에 더 많은 공간을 제공하며, 부피가 더 크고 저렴한 재질(알루미늄과 같은)을 권선에 사용할 수 있도록 한다. 더욱 상세하게는 본 발명에 의한 모터는 고정자와, 고정자내에 회전가능하게 장착된 회전자를 포함한다. 상기 고정자는 코어를 포함하는데, 이는 전통적으로 투자성(透磁性) 재질의 복수의 박판층으로 제조된다. 상기 코어는 권선을 수용하기 위한 복수의 슬롯을 내부에 갖는다. 본 발명에 따르면, 이러한 권선들은 네개의 코일 섹션을 갖는 제1권선, 두개의 코일 섹션을 갖는 제2권선, 두개의 코일 섹션을 갖는 제3권선, 여섯개의 코일 섹션을 갖는 제4권선, 그리고 여섯개의 코일 섹션을 갖는 보조 시동권선을 포함한다.

공유권선 기술은 전에도 제안된 적이 있다. 그러나, 이러한 기술의 성공여부는 권선 재연결의 간결성에 크게 의존한다. 본 발명의 권선 구성은 기존의 시동스위치(starting switch)를 사용하였고, 단지 하나의 추가적인 단극, 즉 타이머, 릴레이, 전자스위치 등과 같이 모터의 외부에 존재하는 스위치로부터의 싱글 스로우 컨택트(single throw contact)만을 필요로 한다. 분리권선모터에 비해서 이것은 매우 쉽고 저렴하게 실시할 수 있다.

상기 권선은 4극 고속구성, 6극 중속구성 그리고 8극 저속구성에서 작동하도록 연결가능하다. 더욱 상세하게는 제1권선, 제2권선, 그리고 제3권선은 일반적인 4극구성에서 작동하게 연결될 수 있도록 슬롯에 배치되어 있다. 상기 제2권선과 제3권선 또한 결과적인(consequent) 8극구성에서 작동하게 연결될 수 있도록 슬롯에 배치되어 있다. 제4권선은 일반적인 6극구성에서 작동하게 연결될 수 있도록 슬롯에 배치되어 있다. 마지막으로, 보조 권선은 모터의 시동시에 일반적인 6극구성에서 작동하도록 연결될 수 있도록 슬롯에 배치되어 있다.

이러한 바람직한 실시예에서, 8극 작동을 위한 권선은 4극 작동을 위한 권선과 완전히 공유되어 있으므로, 고정자 슬롯에는 여분의 공간이 있다. 이로 인해 구리와 같이 작고 무거운 재질 대신에 부피가 크고 가벼운 알루미늄같은 재질이 권선용으로 사용될 수 있다. 따라서, 모터는 8극모드에서의 작동을 위한 분리된 권선의 제거에 의해서가 아니라, 분리된 8극권선을 제거하여 생긴 공간으로 인해 남아있는 권선에 더욱 가벼운 재질을 사용할 수 있으므로 훨씬 더 가볍다. 더욱이, 알루미늄은 구리에 비해서 상당히 저렴하고, 따라서 모터의 제조비용도 저렴해진다.

이러한 그리고 다른 특징과 잇점들은 이하에서 명백해질 것이다.

본 발명의 기술적 사상에 따른 단상 3속 전기모터는 명세서 전체에 걸쳐서 20으로 지시되며, 도1에 도식적으로 도시되어 있다. 상기 모터(20)는 권선을 수용하기 위한 복수의 슬롯을 가지며, 투자성 재질의 복수의 박판층으로 형성된 일반적인 구조의 고정자를 포함한다.

상기 모터(20)는 4개의 코일 섹션을 갖는 제1권선(22), 두개의 코일 섹션을 갖는 제2권선(24), 두개의 코일 섹션을 갖는 제3권선(26), 그리고 여섯개의 코일 섹션을 갖는 제4권선(28)을 포함한다. 상기 모터는 또한 시동을 위하여 여섯개의 코일 섹션을 갖는 보조권선(30)을 갖는다. 도1에 도시된 바와 같이, 상기 제1코일(22), 제2코일(24), 제3코일(26)은 일반적인 4극(고속)모드에서 작동하도록 전원공급부에 연결되게 배치되어 있다. 상기 제2코일(24)과 제3코일(26)은 또한 결과적인 8극(저속)모드에서 작동하도록 전원공급부에 연결되게 배치되어 있다. 상기 제4권선(28)은 일반적인 6극(중속)모드에서 작동하도록 전원공급부에 연결되게 구성된다. 마지막으로 상기 보조권선(30)은 시동중에 상기 제4권선과 함께 모터를 시동하기 위해 전원공급부에 연결되게 구성된다.

본 실시예에서, 8극모드(권선 24, 26)에서 작동하기 위한 모든 권선들은 또한 4극모드에서 작동하는데 사용된 권선들이고, 어떠한 별도의 권선들도 8극모드에서 작동하기 위해 제공되지 않는다. 이것은 다른 3속모터에 비해서 고정자 내의 슬롯에 여분의 공간을 제공한다는 것을 의미한다. 이러한 여분의 공간은 모터의 제조를 용이하게 하고, 부피가 더 크고 더 저렴한 알루미늄같은 재질을 더 비싼 구리대신에 권선에 사용할 수 있게 하므로, 결과적으로 재료비와 모터의 중량을 줄일 수 있다.

4극(고속), 6극(중속), 8극(저속)모드에서 작동하는 상기 권선의 구성은 바람직하게는 모터의 외부에 존재하는 스위치(32, 34 및 36)에 의해서 달성된다.

스위치 32는 첫번째 6극 위치와 두번째 4극/8극 위치사이에서 작동한다. 스위치 34는 첫번째 4극 위치와 두번째 8극 위치사이에서 작동한다. 스위치 36은 첫번째 4극 위치와 두번째 6극/8극 위치 사이에서 작동한다. 시동 스위치(38)는 또한 일시적으로 6극 주권선(28)과 보조권선(30)을 연결하여, 모터 시동을 위해 전원을 공급하도록 제공된다.

고정자의 슬롯에서의 상기 권선들의 물리적인 배치는 도2 내지 도6에 가장 잘 나타나있다. 도2 내지 도6에 도시된 바와 같이, 고정자 코어(40)는 복수의 슬롯(도시된 바와 같이 34의 전체)을 가지고 있다. 상기 제1권선(22)은 4극 작동모드에서 코일섹션(22a, 22c)이 N극을 형성하고, 코일섹션(22b, 22d)이 S극을 형성한 때, 직렬로 연결되는 코일섹션(22a, 22b, 22c, 22d)을 포함한다. 상기 제2권선(24)은 직렬로 연결된 코일섹션(24a, 24b)을 포함한다. 상기 제3권선(26)은 직렬로 연결된 코일섹션(26a, 26b)을 포함한다. 4극 작동모드에서 상기 권선(24, 26)은 병렬이며, 모두 권선(22)과 직렬이다. 상기 권선(24)은 코일섹션(24a)이 코일섹션(22d)과 정렬되며, 코일섹션(24b)은 코일섹션(22b)과 정렬되도록 슬롯에 위치한다. 상기 코일섹션(24a, 24b)은 4극모드에서 전원이 공급될 때, 그들과 정렬된 코일섹션(22d, 22b)과 동일한 극성을 갖도록 구성된다. 유사하게, 코일섹션(26a, 26b)은 각각 코일섹션(22c, 22a)과 정렬된다. 상기 코일섹션(26a, 26b)은 4극모드에서 전원이 공급될 때, 그들과 정렬된 코일섹션(22c, 22a)과 동일한 극성을 갖도록 구성된다. 이러한 구성에서, 상기 제1, 제2 그리고 제3권선은 일반적인 4극모드에서 코일섹션(22a, 26b)이 N극을 형성하고, 코일섹션(22d, 24a)이 S극을 형성하며, 코일섹션(22c, 26a)이 N극을 형성하고, 코일섹션(22b, 24b)이 S극을 형성한 상태로 서로 협력하여 작동한다.

스위치 32가 4극/8극위치, 스위치 34가 4극위치, 그리고 스위치 36이 4극위치에 있는 때에, 상기 제1, 제2 그리고 제3권선은 4극(고속)모드 작동에서 작동하도록 연결된다. 이러한 구성은 도3에 도시되어 있고, 여기에서 N극을 형성하는 코일섹션은 해칭(hatch)되어 있고, S극을 형성하는 코일섹션은 크로스 해칭(cross-hatch)되어 있다.

상기 제2 그리고 제3권선(24, 26)은 또한 직렬로 연결되며, 직렬로 전원이 공급되는 경우, 상기 제2권선의 코일섹션(24a, 24b)과 상기 제3권선의 코일섹션(26a, 26b)은 모두 동일한 방향을 갖는 극, 이 경우에는 N 방향을 형성하며, 이것은 결과적인 8극 권선을 형성한다.

상기 제2 그리고 제3권선(24, 26)이 직렬로 연결되고 전원공급되는 경우에, 제2권선의 코일섹션(24a, 24b)과 제3권선의 코일섹션(26a, 26b)는 모두 동일한 극성(예를 들면 모두 N극)을 갖는 극을 형성하며, 이는 결과적인 8극 구성을 형성한다.

제4권선(28)은 권선섹션(28a, 28b, 28c, 28d, 28e, 28f)을 포함한다. 코일섹션은 코일섹션(28a, 28c, 28e)이 S극을 형성하고, 권선섹션(28b, 28d, 28f)이 N극을 형성하도록 구성되고 연결된다. 상기 권선(28)에 전원이 공급되는 때에, 권선은 일반적인 6극 모드에서 작동한다.

상기 제4권선은 스위치(32)가 6극모드에 있고, 스위치(36)가 6/8극모드에 있으며, 스위치(34)가 4극 또는 8극위치에 있는 경우에, 6극(중속)모드로 작동한다. 코일섹션은 교호극(alternating poles)을 형성하도록 고정자의 주위에 배치된다. 이러한 구성은 도5에 도시되어 있고, 여기에서 N극을 형성하는 코일섹션은 해칭되어 있고, S극을 형성하는 코일섹션은 크로스 해칭되어 있다.

마지막으로, 보조권선(30)은 코일섹션(30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f)를 포함한다. 코일섹션은 권선섹션(30a, 30c, 30f)이 S극을 형성하고, 권선섹션(30b, 30d, 30f)가 N극을 형성하도록 구성되고 연결된다. 보조권선(30)과 제4권선(28)에 전원이 공급되는 경우, (시동스위치(38)의 작동에 의해 유발되어) 권선은 모터를 시동하는 일반적인 6극모드로 작동한다. 코일섹션은 교호극을 형성하도록 고정자의 주위에 배치된다. 이러한 구성은 도5와 도6에 도시되어 있고, 여기에서 N극을 형성하는 코일섹션은 해칭되어 있고, S극을 형성하는 코일섹션은 크로스 해칭되어 있다. 시동중에 상기 6극 주권선(28)과 6극 보조권선(30)에 모두 전압이 가해진다. 상기 두 권선은 공간상에서 전기적으로 90도 또는 기계적으로 30도 만큼 이동한다.

Claims

고정자와 고정자 내에 회전가능하게 장착된 회전자를 포함하는 단상 3속 유도모터에 있어서,

상기 고정자는 복수의 슬롯을 가지는 코어와, 상기 슬롯 내에 수용되고 3개 이상의 다른 극속도에서 작동하기 위한 복수의 권선을 포함하며, 상기 권선 중 하나 이상이, 상기 3개 이상의 다른 극속도 중에서 2개 이상의 속도에서 작동하도록 그 권선 전체가 사용되는 것을 특징으로 하는 단상 3속 유도모터.
복수의 슬롯을 갖는 고정자와 상기 고정자 내에 회전 가능하게 장착된 회전자를 갖는 단상 3속 유도모터에 있어서,

상기 고정자는 3개 이상의 다른 속도에서 작동하기 위해서 두개의 코일섹션을 갖는 제1권선과, 두개의 코일섹션을 갖는 제2권선을 포함하는 복수의 권선을 포함하며, 상기 권선들은 고정자의 슬롯에 배치되어 상기 각 권선에서의 코일섹션들이 서로 교호하며(alternate), 전체 제1, 제2권선은 일반적인 4극모드에서 작동하도록 연결가능하고, 결과적으로 8극모드에서 작동하도록 번갈아서 연결가능한 것을 특징으로 하는 단상 3속 유도모터.
고정자와 고정자 내에 회전가능하게 장착된 회전자를 포함하는 단상 3속 유도모터에 있어서,

상기 고정자는 복수의 슬롯을 갖는 코어와, 3개 이상의 속도에서 모터를 작동시키기 위해 상기 슬롯에 수용된 복수의 권선을 포함하며, 상기 권선은 하나 이상의 코일섹션을 각각 갖는 두개 이상의 권선을 포함하고, 첫번째 다수의 일반적인 자극을 형성하고 두번째 다수의 결과적인 자극을 형성하도록, 상기 권선들 전체가 선택적으로 연결되도록 배치된 것을 특징으로 하는 단상 3속 유도모터.
고정자와 고정자 내에 회전가능하게 장착된 회전자를 포함하는 단상 3속 유도모터에 있어서,

상기 고정자는 복수의 슬롯을 갖는 코어와, 상기 슬롯내에 수용되어 4, 6 및 8극모드에서 작동하도록 구성될 수 있는 복수의 권선을 가지며, 상기 권선은

4개의 코일섹션을 갖는 제1권선과,

2개의 코일섹션을 갖는 제2권선과,

2개의 코일섹션을 갖는 제3권선과,

6개의 코일섹션을 갖는 제4권선을 포함하며,

상기 제1, 제2 및 제3권선은 일반적인 4극모드에서 작동되도록 배치되고 연결될 수 있으며, 상기 제2 및 제3권선은 결과적인 8극모드에서 작동되도록 배치되고 연결가능한 것을 특징으로 하는 단상 3속 유도모터.
제4항에 있어서,

상기 모터는 모터를 시동하기 위해 6개의 코일섹션을 갖는 보조권선을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 단상 3속 유도모터.
고정자와 고정자 내에 회전가능하게 장착된 회전자를 포함하는 단상 3속 유도모터에 있어서,

상기 고정자는 복수의 슬롯을 갖는 코어와, 상기 슬롯내에 수용되어 4, 6 및 8극모드에서 작동하도록 구성될 수 있는 복수의 권선을 가지며, 상기 권선은;

고정자의 슬롯내에 배치되고 교호극(alternate pole)을 형성하도록 구성된 4개읠 코일섹션을 갖는 제1권선,

상기 제1권선의 코일섹션과 마주보게 각각 정렬된 2개의 코일섹션을 갖는 제2권선,

상기 제1권선의 코일섹션과 마주보게 각각 정렬된 2개의 코일섹션을 갖는 제3권선,

고정자의 슬롯내에 배치되고 교호극을 형성하도록 배치된 6개의 코일섹션을 갖는 제4권선,

4/8극위치와 6극위치를 갖는 제1스위치,

6/8극위치와 4극위치를 갖는 제2스위치,

4/6극위치와 8극위치를 갖는 제3스위치를 포함하며, 상기 스위치는 각각의 4극위치에 있는 경우 일반적인 4극모드에서 작동하도록 상기 제1권선을 제2권선과 제3권선의 병렬조합과 직렬로 연결하고, 각각의 8극위치에 있는 경우 결과적인 8극모드에서 작동하도록 상기 제2권선과 제3권선을 직렬로 연결하며, 각각의 6극위치에 있는 경우 6극모드에서 작동하도록 상기 제4권선을 연결하는 것을 특징으로 하는 단상 3속 유도모터.
고정자와 고정자 내에 회전가능하게 장착된 회전자를 포함하는 단상 3속 유도모터에 있어서,

상기 고정자는 복수의 슬롯을 갖는 코어와, 상기 슬롯내에 수용되어 4, 6 및 8극모드에서 작동하도록 구성될 수 있는 복수의 권선을 가지며, 상기 권선은;

고정자의 슬롯내에 배치되고 교호극(alternate pole)을 형성하도록 구성된 4개의 코일섹션을 갖는 제1권선,

상기 제1권선의 코일섹션과 마주보게 각각 정렬된 2개의 코일섹션을 갖는 제2권선,

상기 제1권선의 코일섹션과 마주보게 각각 정렬된 2개의 코일섹션을 갖는 제3권선,

고정자의 슬롯내에 배치되고 교호극을 형성하도록 배치된 6개의 코일섹션을 갖는 제4권선을 포함하며,

상기 제1, 제2 및 제3권선은 일반적인 4극모드에서 작동하도록 연결되게 구성되며, 제2 및 제3권선은 결과적인 8극모드에서 작동하도록 연결되게 구성되는 것을 특징으로 하는 단상 3속 유도모터.
고정자와 고정자 내에 회전가능하게 장착된 회전자를 포함하는 단상 3속 유도모터에 있어서,

상기 고정자는 복수의 슬롯을 갖는 코어와, 상기 슬롯내에 수용되어 4, 6 및 8극모드에서 작동하도록 구성될 수 있는 복수의 권선을 가지며, 상기 권선은;

고정자의 슬롯내에 배치되고 교호극(alternate pole)을 형성하도록 구성된 4개의 코일섹션을 갖는 제1권선,

상기 제1권선의 코일섹션과 마주보게 각각 정렬된 2개의 코일섹션을 갖는 제2권선,

상기 제1권선의 코일섹션과 마주보게 각각 정렬된 2개의 코일섹션을 갖는 제3권선,

고정자의 슬롯내에 배치되고 교호극을 형성하도록 배치된 6개의 코일섹션을 갖는 제4권선,

상기 제1, 제2 및 제3권선이 일반적인 4극모드에서 작동하도록 구성하기위해 제1권선을 제2 및 제3권선의 병렬조합과 직렬로 선택적으로 연결하고, 상기 제2 및 제3권선이 결과적인 8극모드에서 작동하도록 연결되게 구성하기 위해 제2 및 제3권선을 직렬로 선택적으로 연결하는 제1 및 제2스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 단상 3속 유도모터.
고정자와 고정자 내에 회전가능하게 장착된 회전자를 포함하는 단상 3속 유도모터에 있어서,

상기 고정자는 복수의 슬롯을 가지는 코어와, 상기 슬롯내에 수용되고 3개 이상의 다른 극속도에서 작동하기 위한 복수의 권선을 포함하며, 상기 권선 중 두개 이상이 상기 3개 이상의 다른 극속도 중에서 2개 이상의 속도에서 작동하도록 그 권선 전체가 사용되고, 두개 이상의 권선이 고속에서 첫번째 다수의 일반적인 극을 형성하도록 연결되며, 저속에서 두번째 다수의 결과적인 극을 형성하도록 연결되는 것을 특징으로 하는 단상 3속 유도모터.
고정자와 고정자 내에 회전가능하게 장착된 회전자를 포함하는 단상 3속 유도모터에 있어서,

상기 고정자는 복수의 슬롯을 갖는 코어와 상기 슬롯에 수용되고, 3개 이상의 다른 극속도에서 작동하기 위한 제1, 제2, 제3 및 제4권선을 가지며, 상기 제1, 제2 및 제3권선은 제1의 일반적인 극의 수를 형성하도록 첫번째 작동모드에서 연결가능하고, 상기 제2 및 제3권선은 제2의 결과적인 극의 수를 형성하도록 두번째 작동모드에서 연결가능하며, 상기 제4권선은 제3의 극의 수를 형성하도록 세번째 작동모드에서 연결가능하고, 상기 제1, 제2 및 제3의 극의 수는 모두 다른 것이어서 첫번째, 두번째 그리고 세번째 작동모드에서의 속도가 다른 것을 특징으로 하는 단상 3속 유도모터.
제10항에 있어서,

상기 제2의 극의 수는 상기 제1의 극의 수의 두배인 것을 특징으로 하는 단상 3속 유도모터.
제11항에 있어서,

상기 제2의 극의 수가 8개이고, 제1의 극의 수는 4개인 것을 특징으로 하는 단상 3속 유도모터.