KR200442489Y1

KR200442489Y1 - 전동 런닝 머신의 모터 제어 장치

Info

Publication number: KR200442489Y1
Application number: KR2020070005923U
Authority: KR
Inventors: 치우 지앙 로
Original assignee: 치우 지앙 로
Priority date: 2006-04-14
Filing date: 2007-04-11
Publication date: 2008-11-13
Also published as: KR20070001108U

Abstract

본 고안은 전동 런닝 머신의 모터 제어 장치에 관한 것으로, 인버터를 통해 전동 모터의 운전 주파수 기준치를 사전에 설정하고, 전동 모터의 운전 주파수가 사전에 설정된 주파수 기준치보다 높고 낮음에 따라, 절환기를 통해 전동 모터의 6개 출구 코일(exiting coils)을 제어하여, Y형 혹은 △형 결선을 이루고, 저속 운전시에는 Y형 결선으로, 고속 운전시에는 △형 결선으로 운전하도록 함으로써, 저속 고속시를 불문하고 항상 고토크를 유지할 수 있도록 하여 실속(失速)을 방지하여 사용의 안전성을 높인다.

런닝 머신, 모터, 토크

Description

전동 런닝 머신의 모터 제어 장치{MOTOR CONTROL EQUIPMENT OF MOTOR-DRIVEN TREADMILL}

도 1은 일반 모터의 출구 코일이 Y형 결선을 이룰 때의 회로도.

도 2는 일반 모터의 출구 코일이 △형 결선을 이룰 때의 회로도.

도 3은 본 고안에 따른 런닝 머신을 도시한 도면.

도 4는 본 고안에 따른 모터 제어 장치의 제어 흐름도.

도 5는 본 고안에 따른 제1 릴레이가 인버터에 장착된 전기 회로도.

도 6은 본 고안에 따른 스위치와 제2 릴레이가 설치된 전기 회로도.

도 7은 본 고안에 따른 모터가 Y형 결선을 이룰 때의 회로도.

도 8은 본 고안에 따른 모터가 △형 결선을 이룰 때의 회로도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

10: 기초 프레임

11,12: 롤링

13: 런닝 벨트

14: 모터

본 고안은 일종의 전동 런닝 머신에 관한 것으로, 특히 런닝 머신의 전동 모터를 제어하여, Y형 혹은 △형 결선의 자동 절환 운전이 가능하게 하여, 전동 모터의 저속 운전시에는 Y형 결선으로 운전하고, 고속 운전시에는 △형 결선으로 운전하여, 항상 모터의 고토크를 유지하게끔 하여 실속(失速)을 방지함으로써 사용의 안전성을 높인 전동 런닝 머신의 모터 제어 장치에 관한 것이다.

지금 우리가 흔히 알고 있는 런닝 머신은, 사용자를 고려하여, 대부분 전동 운전 모드, 즉 전동 런닝 머신으로 설계되어 있다. 흔히 사용하는 런닝 머신의 기본 구조는 기초 프레임, 그 기초 프레임의 롤링 위에 장착된 2개의 회전축, 롤링을 휘어 감은 순환 런닝 벨트, 및 전동 모터로 이루어져 있고, 그 전동 모터에 의해 롤링을 돌려 런닝 벨트를 순환 운전시킨다. 현재 우리가 흔히 알고 있는 런닝 머신에 사용되고 있는 전동 모터는 3상 교류 모터로서, 모터의 규격은 200V/60㎐, 출구 코일(exiting coils)은 △형 결선을 이루고(도 2 참조), 고정된 토크를 출력하여, 즉 저속 운전 및 고속 운전시 일정한 토크를 출력한다. 그러나, 모터의 출구 코일이 △형 결선을 이루고 있기 때문에, 작동 개시 혹은 중저속 운전시, 고전류가 흘러 모터의 과열 및 손상을 초래한다. 그뿐만 아니라, 만일 단순히 200V/60㎐ 전원, Y형 결선 규격의 모터를 △형 결선의 모터로 변경하는 경우, 비록 변경 방식은 가능하지만, 인버터의 용량을 증가한다 하여도, 작동 개시시에는 여전히 고전류가 흐르게 되어, 모터의 과열 및 손상을 초래한다.

본 고안의 목적은, 일종의 제어 장치를 제공하는 데에 있다. 본 장치는 런닝 머신의 전동 모터를 제어하여 일정한 속도 범위 내에서 필요로 하는 고토크 출력을 유지하여, 모터의 고속 운전시의 변동 부하의 증가로 인한 실속 문제 및 모터의 저속 운전시의 온도 상승 문제를 개선하기 위한 것이다.

본 고안에 따른 전동 런닝 머신의 모터 제어 장치의 구조는, 전동 모터와 연결되어 있고, 전동 모터의 운전 주파수 기준치의 설정에 사용되는 인버터와, 전동 모터와 전원 사이에 장착되어 있고, 1개의 트랜지스터, 1개의 제1 릴레이 및 1개의 제2 릴레이로 구성되는 절환기로 구성되어 있다. 상기 트랜지스터와 제1 릴레이는 1개의 스위치를 구성하고 있다. 전동 모터의 운전 주파수가 인버터가 설정한 기준치를 초과하는 경우, 트랜지스터는 제1 릴레이를 자화하여 온(ON)시키고, 온된 제1 릴레이는 다시 제2 릴레이를 자화하여 온시킨다.

도 3에 도시한 바와 같이, 일반적인 전동 런닝 머신의 기본 구조는 기초 프레임(10)과, 그 기초 프레임(10) 상의 롤링(11, 12)에 장착된 2개의 회전축과, 이 2개의 롤링(11, 12)을 휘어 감는 순환 런닝 벨트(13)와, 런닝 머신 상의 전동 모터(14)로 구성되고, 전동 모터(14)를 통해 롤링을 구동한다. 그 중에서, 본 고안이 채택한 전동 모터는 인버터, 회전자, 고정자 및 6개의 출구 코일 세트로 이루어진다. 본 고안의 주된 목적은, 런닝 머신의 전동 모터 토크 출력을 제어하여 실속이 생기는 전동 모터의 운전 주파수를 높여 실속 발생을 늦춤으로써, 전동 모터가 런닝 머신이 필요로 하는 최고 운전 속도 범위 내에서 운전시에도, 일정한 고토크 출력을 유지하여, 런닝 머신의 실속을 방지함으로써 사용의 안전성을 높이는 것에 있다.

이상의 목적을 달성하기 위해, 본 고안의 주요 기술적 특징은 런닝 머신 전동 모터의 출구 코일의 결선 형식에 대한 절환을 제어하는 것이다. 본 제품의 구체적인 실시예에 사용한 전동 모터는 인버터, 회전자, 고정자 및 6개의 출구 코일로 이루어지고, 전동 모터를 제어하는 과정은 도 4와 같다.

전동 모터의 운전 주파수 기준치를 사전에 설정한다. 그리고 전동 모터 운전 주파수가 사전에 설정된 주파수 기준치보다 높고 낮음에 따라 전동 모터의 출구 코일(exiting coils)이 Y형 결선(도 1 참조) 혹은 △형 결선(도 2 참조)을 이루는 것을 제어한다.

본 고안의 구체적인 실시예에 사용한 전동 모터는, 직접 시판되는 것을 사용하였고, 원 규격은 220V/60㎐ 전원이고, 출구 코일이 Y형 결선을 이루어 운전하는 경우, 즉 전동 모터 운전 주파수가 사전에 설정된 주파수 기준치보다 낮은 경우, 모터는 220V/60㎐ 전원에서 3개의 출구 코일 W,U,V가 Y형 결선을 이루어 운전한다.

본 고안의 구체적인 실시예에서, 특별히 모터 공급 업자로부터 3개의 출구 코일 X, Y, Z를 준비하고, 도 4의 스텝 S1에서, 전동 모터 운전 주파수가 사전에 설정된 주파수 기준치보다 낮은 경우, 도 7에 도시한 바와 같이, 전동 모터는 220V/60㎐ 전원에서, 출구 코일 X, Y, Z는 출구 코일 W, V, U와 연결되지 않고, 출구 코일 X, Y, Z 끼리만 서로 연결되어 단락되고, 3개의 출구 코일 W, V, U만 Y형 결선을 이루어 운전한다(스텝 S2). 반면, 도 4의 스텝 S1에서, 전동 모터 운전 주 파수가 사전에 설정된 주파수 기준치보다 높은 경우, 도 8에 도시한 바와 같이, 전동 모터는 127V/ 60㎐ 전원에서, 출구 코일 X, Y, Z는 각각 출구 코일 W, V, U와 대응하여 연결되어, △형 결선을 이루어 운전한다(스텝 S3).

도 5 내지 도 8을 참고하여, 본 고안의 구체적인 실시 방식은 1개의 절환기 (converter)를 이용하여, 전동 모터의 출구 코일이 Y형 결선 혹은 △형 결선을 이루는 것을 제어하는 것이다. 절환기의 구조는, 인버터에 장착된 트랜지스터(T1), 1개의 제1 릴레이(RL1), 출구 코일에 장착되는 1개의 제2 릴레이(RL2)로 구성되어 있으며, 트랜지스터(T1)와 제1 릴레이(RL1)가 1개의 스위치(S1)를 구성하고 있다. 사용자나 설계자는 인버터에 변수를 우선 설정하여 전동 모터의 운전 주파수 기준치를 사전에 설정할 수 있다.

도 5, 도 6, 도 7에 도시한 바와 같이, 전동 모터의 운전 주파수가 사전에 설정된 주파수 기준치보다 낮은 경우, 제2 릴레이(RL2)는 작동하지 않고, 이때 출구 코일 X의 한쪽 접점 c2는 접점 b2와 연결되고, 출구 코일 Y의 한쪽 접점 c1은 접점 b1과 연결되고, 출구 코일 Z의 한쪽 접점 c3는 접점 b3와 연결되고, 출구 코일 X, Y, Z는 출구 코일 W,V,U와 대응하여 연결되어 있지 않지만, 접점 b1, b2, b3은 서로 연결되어 출구 코일 X, Y, Z를 연결하여 단락을 이룬다. 그리하여, 3개의 출구 코일 W,V,U가 Y형 결선으로 운전하게 된다.

도 5, 도 6, 도 8에 도시한 바와 같이, 전동 모터의 운전 주파수가 사전에 설정된 주파수 기준치보다 높은 경우, 트랜지스터(T1)는 제1 릴레이(RL1)를 자화하여 스위치(S1)를 온시킨다. 온된 제1 릴레이(RL1)는 다시 제2 릴레이(RL2)를 자화 하여, 제2 릴레이(RL2)를 온시키고, 이때 출구 코일 X의 한쪽 접점 c2는 접점 a2와 연결되고, 출구 코일 Y의 한쪽 접점 c1은 접점 a1과 연결되고, 출구 코일 Z의 한쪽 접점 c3은 접점 a3와 연결되고, 출구 코일 X, Y, Z는 출구 코일 W,V,U와 대응하여 연결된다. 그리하여, 출구 코일 X, Y, Z와 3개의 출구 코일 W,V,U는 △형 결선을 이루어 운전하게 된다.

본 고안의 구체적인 실시예에서는, 운전 주파수의 기준치를 90㎐로 일단 설정해 두고, 보다 정확한 수치는 런닝 머신의 자체 조건에 따라 설정한다. 본 고안을 런닝 머신에 응용하는 경우, 운전 주파수의 기준치를 80㎐∼120㎐로 설정할 것을 권한다.

전동기의 고정자 결선은 Y형 결선 혹은 △형 결선 두 가지로 나눌 수 있다. 전원 공급 전압이 변하지 않은 상황에서, 고속 운전시에는 △형 결선, 저속 및 중속 운전시에는 Y형 결선을 이루는 경우, Y형 결선의 선 전압이 △형 결선 전압보다 √3배 정도 높아지므로, 고속 운전 전류 역시 원래 Y형 결선 고속 운전 전류보다 √3배 정도 높아진다. 반면, 본 고안에서 채택한 모터는 220V/60㎐ 전원, Y형 결선 방식으로 제작하여, 저속 및 중속시에도 토크는 항상 제특성을 유지할 수 있다.

본 고안에서 설정된 전동 모터의 운전 주파수의 기준치는 90㎐이며, 전동 모터가 운전 주파수 90㎐이하에서 운전하는 경우, 모터는 220V/60㎐ 전원, Y형 결선 방식으로 운전된다. 이때, 모터의 토크는 자기 원래의 규격 토크와 같게 되며 소비한 전류도 똑같다. 모터의 운전 주파수가 사전에 설정된 운전 주파수 기준치 90 ㎐ 이상을 초과하는 경우, 자동적으로 127V/60㎐ 전원, △형 결선 운전으로 절환된다. 자동 절환 후, 127V/60㎐ 전원, △형 결선으로 변경 운전되면서 전동 모터의 전압은 여전히 220V을 유지하고, 이때 모터의 전류는 √3배 정도 높아지고, 모터가 고속 운전시에 실속이 생기는 전동 모터의 운전 주파수를 높여 실속 발생을 늦추어, 고속 운전시에도 항상 고토크의 출력을 유지하도록 함으로써 부하의 증가시에 발생하는 실속을 방지한다.

Claims

전동 모터에 의해 구동되는 전동 런닝 머신의 모터 제어 장치로서,

초기에 Y형 결선을 이루고 있는 6개의 출구 코일을 갖는 전동 모터와,

상기 전동 모터와 연결되고, 상기 전동 모터의 운전 주파수 기준치를 사전에 설정하기 위한 인버터와,

상기 전동 모터와 전원 사이에 설치되며, 상기 전동 모터의 상기 6개의 출구 코일을 절환 제어하기 위한 절환기

를 포함하며,

상기 절환기는, 상기 전동 모터의 운전 주파수가 상기 인버터에 의해 사전에 설정된 운전 주파수 기준치를 초과하는 경우, 상기 출구 코일이 상기 Y형 결선으로부터 △형 결선으로 절환되도록 제어하는 전동 런닝 머신의 모터 제어 장치.
제1항에 있어서,

상기 절환기는 트랜지스터, 제1 릴레이 및 제2 릴레이로 구성되며, 상기 트랜지스터와 상기 제1 릴레이는 스위치를 구성하고,

상기 절환기는, 상기 전동 모터 운전 주파수가 상기 인버터에 의해 사전에 설정된 운전 주파수 기준치보다 높은 경우, 상기 트랜지스터가 상기 제1 릴레이를 자화하여 턴온시키며, 상기 턴온된 제1 릴레이가 다시 상기 제2 릴레이를 자화하여 턴온시키도록 작동되는 전동 런닝 머신의 모터 제어 장치.
제1항에 있어서,

상기 런닝 머신은

기초 프레임,

상기 전동 모터에 의해 동력을 공급받는 2개의 롤링,

상기 2개의 롤링 상에 장착된 2개의 회전축, 및

상기 2개의 롤링을 휘어 감은 순환 런닝 벨트

를 포함하는 전동 런닝 머신의 모터 제어 장치.
제1항에 있어서,

상기 인버터는 변수 설정에 의해 상기 전동 모터의 운전 주파수 기준치를 설정하는 전동 런닝 머신의 모터 제어 장치.
제1항에 있어서,

상기 전동 모터의 상기 6개의 출구 코일은 출구 코일 W, V, U와 출구 코일 X, Y, Z로 이루어지며,

상기 출구 코일이 상기 Y형 결선의 형태를 이루는 경우, 상기 출구 코일 X, Y, Z는 상기 출구 코일 W, V, U와 연결되지 않고 서로 단락되며,

상기 출구 코일이 상기 △형 결선의 형태를 이루는 경우, 상기 출구 코일 X, Y, Z는 상기 출구 코일 W, V, U와 각각 연결되는 전동 런닝 머신의 모터 제어 장 치.
제1항에 있어서,

상기 전동 모터의 운전 주파수 기준치는 80㎐ 내지 120㎐로 설정되는 전동 런닝 머신의 모터 제어 장치.
제1항에 있어서,

상기 전동 모터의 운전 주파수가 사전에 설정된 운전 주파수 기준치보다 낮은 경우, 상기 전동 모터는 220V/60㎐의 전원에서 운전되고, 상기 전동 모터의 출구 코일은 Y형 결선을 이루는 전동 런닝 머신의 모터 제어 장치.
제1항에 있어서,

상기 전동 모터의 운전 주파수가 사전에 설정된 운전 주파수 기준치보다 높은 경우, 상기 전동 모터는 127V/60㎐의 전원에서 운전되고, 상기 전동 모터의 출구 코일은 △형 결선을 이루는 전동 런닝 머신의 모터 제어 장치.