KR20050103091A - 속도 가변형 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단상 교류전원이 입력되는 속도 가변형 모터에 관한 것으로서, 상기 모터는 고정자에 권선되는 주권선1 및 주권선2와, 상기 모터의 속도 조절을 위해 상기 주권선1과 주권선2를 각각 직렬과 병렬 중 어느 하나로 연결시키는 릴레이로 구성되어, 외부에서 속도가변을 위한 구동 드라이버 장치 없이 모터의 속도를 조절할 수 있으므로 속도 가변형 모터의 제조 비용을 절감시키고 전자기적 진동 소음을 줄일 수 있을 뿐 아니라 소비 전력을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

속도 가변형 모터{Speed changeable Motor}

본 발명은 속도 가변형 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단상 교류전원이 입력되는 모터에 있어서 상기 모터의 고정자에 권선이 장착되어 극을 형성하고, 상기 모터의 속도 조절을 위해 상기 권선이 각각 직렬 또는 병렬 중 어느 하나로 연결되도록 릴레이를 부가하여 구성하여, 상기 모터가 사용되는 기기가 요구하는 대로 속도를 적절하게 가변시킬 수 있는 속도 가변형 모터에 관한 것이다.

일반적으로 모터는 권선이 장착된 고정자와 영구자석, Al도체 또는 철심으로 형성된 회전자로 구성되고, 상기 고정자에 장착된 권선에 주기적인 전류의 변화를 발생시켜 전류 변화에 따른 자계의 일정한 변화에 의해 상기 회전자에 토크가 발생하여 회전 동력을 얻어내는 장치를 말한다.

상기 모터는 일반적으로 상기 고정자와 회전자의 위치에 따라서 내전형 모터와 외전형 모터로 나뉘어지는데, 특히 외전형 모터는 도 1과 같이 고정자가 회전자의 내부에 위치하여 상기 고정자의 권선에 흐르는 전류의 변화에 의해 외부의 회전자가 회전을 하는 구조를 갖는다.

일반적인 단상 유도 모터는 단상 교류전압이 인가되면, 고정자측에 장착된 1차측 권선에는 역기전력이 발생되고, 또한 고정자 권선 측에서 발생된 자계에 의하여 회전자 도체측에 권장된 2차측 권선에 역기전력이 발생되어 회전자가 회전하도록 발생 토크가 형성된다.

그러나 단상 유도 모터에 있어서 단상 교류 전원을 인가하는 경우 권선의 축의 방향으로 크기가 변화하는 교번자계가 발생할 뿐이므로 회전력을 발생하지 못하게 된다. 따라서, 일단 모터를 기동시키기 위해 기동 장치를 설치하게 되는데, 설치되는 기동 장치에 따라 분상 기동형, 세이딩 코일형, 콘덴서 운전형, 반발 기동형 등으로 구분된다.

상기한 기동 장치에 따른 단상 유도 모터에서 일반적으로 쓰이는 콘덴서 운전형을 도 2과 관련하여 상세히 설명한다.

도 2는 일반적인 콘덴서 운전형 단상 유도 모터의 등가 회로로서 주권선(L1)과 보조권선(L2)과 상기 보조권선에 직렬로 연결되는 콘덴서(C)로 구성되며, 단상 교류 전원(E1)을 인가하는 경우 주권선(L1)에 교번자계가 발생하며, 상기 진상용 콘덴서(C)는 보조권선(L2)으로 흐르는 전류의 위상을 90도 앞서게 하므로, 상기 보조권선(L2)에는 전기적으로 90도의 위상차를 갖는 보조자계가 발생한다.

따라서, 주권선(L1)에서 발생한 교번자계와 보조권선(L2)에서 발생한 보조자계는 자계의 위상이 서로 다르므로 상쇄되지 않고, 서로 합해지면서 회전자계가 발생하여 단상 유도 모터를 회전시킨다.

한편, 종래의 콘덴서 운전형 단상 유도 모터에 있어서, 본 모터를 세탁기에 적용할 경우, 세탁 행정에 맞게 모터를 고속 회전시키거나 저속 회전을 시켜야 할 경우가 있으며, 상기와 같은 단상 유도 모터는 상기 모터의 발생토크와 부하토크곡선이 만나는 지점에서 일정한 속도로 유지되기 때문에 소정의 별도 장치를 구비해야만 속도 변환 기능이 있는 모터를 구현할 수 있고 이에 의하여 세탁기의 모터의 속도를 조절할 수 있었다.

이에 따라, 모터의 회전 속도를 조절하기 위하여 3상 전동기에 인버터 회로를 부가하거나 별도의 구동 드라이버 회로등을 사용하였고, 이러한 경우에 생산 단가가 높아서 전체적으로 가변속 모터의 단가가 상승하는 문제점이 발생하였다. 따라서 상대적으로 생산 단가가 낮은 모터의 속도 조절 장치로서 극수 변환형 단상 유도 모터에 대한 연구가 꾸준히 진행되어 왔으며, 극수 변환형 단상 유도 모터로서 일반적으로 쓰이는 2극-4극 변환 단상 유도 모터를 도 3과 관련하여 상세히 설명한다.

도 3은 종래의 일반적인 극수 변환형 단상 유도 모터의 구조를 나타낸 도이며, 도시된 바와 같이 고정자의 슬롯에 권선된 2극 주권선(1a,1b), 2극 보조권선(2a, 2b), 4극 주권선(3a, 3b, 3c, 3d), 4극 보조권선(4a, 4b, 4c, 4d) 등 4개의 권선으로 이루어져 있다. 상기한 극수 변환형 단상 유도 모터는 2극 운전시에 2극 주권선과 2극 보조권선을 이용하여 모터를 구동하고, 4극 운전시에는 4극 주권선과 4극 보조권선을 사용하여 모터를 구동하고 있다.

즉, 상기와 같은 종래 기술의 극수 변환형 단상 유도 모터는 독립적으로 고속 및 저속용 권선이 별도로 설치되고, 2극으로 사용될 때의 권선과 4극으로 사용될때의 권선을 각기 따로 사용하였다. 즉 모터의 고속 회전시에는 2극으로 운전되도록 권선된 코일을 사용하였고 저속 회전시에는 4극으로 운전되도록 권선된 코일을 사용하여 모터의 속도의 가변기능을 수행하였다.

상기한 종래 기술에 따르면, 극수 변환을 위해 4개의 권선을 사용함에 따라 슬롯의 단면적이 증가하여 고정자의 철손증가로 인한 전동기의 효율이 떨어지는 문제점이 있었으며, 도달 가능한 최저 가변속도가 제한적이었으므로 가변속 범위를 확대하기가 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 외부에서 속도가변을 위한 구동 드라이버 장치 없이 모터의 속도를 조절함으로써 가변속 모터의 제조 비용을 절감시키고 전자기적 진동 소음을 줄일 수 있을 뿐 아니라 소비 전력을 절감할 수 있는 속도 가변형 모터를 제공하는데 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 속도 가변형 모터는 단상 교류전원에 의해 구동되는 모터에 있어서, 주권선 1과 주권선 2로 구성되는 두 개의 권선과, 상기 권선의 배열에 있어서 모터의 속도 조절을 위해 상기 권선의 연결이 각각 직렬, 병렬간의 변환이 이루어지도록 권선 사이에 릴레이를 부가하여 구성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 속도 가변형 모터는 도 4에 도시된 바와 같이, 단상 교류전원에 의해 구동되는 모터에 있어서, 주권선1(10)과 주권선2(20)로 구성되는 두 개의 권선과, 상기 권선의 배열에 있어서 모터의 속도 조절을 위해 상기 권선의 연결이 직렬, 병렬간의 변환이 이루어지도록 권선 사이에 릴레이(30)를 부가하여 구성된다.

상기 회로에 있어서, 주권선1과 주권선2는 각각 N극과 S극을 형성함으로써 상기 주권선1(10)과 주권선2(20)에 의해 4개의 극이 형성되므로 4극 모터가 된다.

이 경우 각각의 한 쌍의 극에 걸리는 전압은 모터에 권선된 코일의 결합 형태에 따라 변화하는데, 모터로 인가되는 전원의 전압이 220V 인 경우, 도 5a에 나타난 바와 같이 상기 코일이 병렬로 연결되어 있는 경우에는 주권선1(10)과 주권선2(20)에 각각 220V의 전압이 걸리게 된다. 그러나 도 5b에 나타난 바와 같이 상기 코일이 직렬로 연결되어 있는 경우에는 전압이 각각의 극에 분배되므로 한 쌍의 극에 걸리는 전압은 각각 110V가 된다.

따라서, 각각의 권선에 있어서 전류의 변화로 인해 생기는 자기장의 세기 변화에 의해 회전자에 유도 전류가 생기고 이러한 유도 전류는 상기 회전자가 회전을 할 수 있도록 회전 토크를 발생시키게 되는데, 이러한 회전 토크는 모터에 인가되는 전원에 비례하게 되므로, 상기 병렬 연결에서 모터는 상기 직렬로 코일이 연결되었을때보다 큰 전압이 인가되어 상대적으로 큰 회전 토크가 발생하므로 모터의 회전 속도는 빨라지게 되며, 상기 회로가 직렬, 병렬 연결이 상호 전환될 수 있도록 릴레이를 부가하여 구성하여 상기 릴레이의 제어동작에 의해 상기 모터의 속도 조절이 가능해진다.

본 발명에 있어서 상기한 바와 같이 모터의 권선 방식을 직렬 또는 병렬 연결로 변환하는 수단은 도 4에 나타난 회로도와 같다.

상기 두 개의 권선(10, 20)은 각각 두 개의 극을 형성하면서 모터에 권선되어 있고, 각 권선 사이에 릴레이(30)가 형성되어 있어 상기 릴레이(30)의 조절에 따라 상기 모터의 권선의 연결 상태가 직렬, 병렬 연결이 상호 전환된다. 즉, 모터의 고속 회전을 위하여 모터의 권선이 병렬 연결되어야 할 경우에는 box1내부의 연결기판이 a와b 가 연결되도록 하고, box2내부의 연결기판은 c와d가 연결되도록 상기 릴레이(30)는 상기 box1,2를 제어한다. 또한, 모터의 저속 회전을 위하여 모터의 권선이 직렬 연결되어야 할 경우에는 릴레이가 box1의 a와 box2의 d가 연결되도록 상기 box1,2를 제어함으로써 모터의 권선의 직, 병렬 상태를 전환할 수 있고, 이에 따라 모터의 회전 속도를 큰 폭으로 변환할 수 있다.

상기 권선의 병렬 연결과 직렬 연결에서의 모터의 속도와 토크 및 부하와의 관계는 도 6에 나타난 그래프와 같다.

상기 모터를 저속으로 회전하려는 경우에 부하에서 요구하는 토크를 부하곡선에 의해 판단하면 두 권선이 직렬로 권선되어 있는 경우의 곡선(B곡선)과 상기 부하곡선이 저속을 나타내는 지점(m)에서 만나게 된다. 이는 모터를 저속으로 회전시키기 위해서는 부하에 일정 크기의 토크를 가하여야 하고, 이는 두 권선이 직렬 연결되었을 때 상기 모터의 회전 속도를 요구치의 속도를 유지함과 동시에 부하가 요구하는 크기의 토크를 부하에 공급하는 것을 의미한다. 만일 이 경우 권선이 병렬로 연결되어 있다면 부하에서 요구하는 값 이상의 과토크가 부하에 가해짐에 따라 소비전력이 낭비될 수 있다.

또한, 상기 모터를 고속으로 회전하려는 경우에는 상기한 바와 같은 논리로 부하가 요구하는 토크를 부하곡선에 의해 판단하면, 두 권선이 병렬로 연결되어 있는 경우에 부하곡선과 고속을 나타내는 지점(n)에서 만나게 되어, 부하가 요구하는 토크를 제공함과 동시에 요구치 속도에 맞게 모터를 회전시킬 수 있으므로 모터를 상기와 같은 고속으로 회전시키기 위해서는 상기 릴레이를 사용하여 두 권선이 병렬로 연결되도록 한다.

본 발명에 따른 속도 가변형 모터는 저속 및 고속으로 탈수행정을 수행하는 세탁기에 취부될 수 있으며, 상기 본 발명에 있어서 세탁기에 취부되는 모터는, 세탁기가 고속탈수행정을 진행하는 경우에는 모터가 고속으로, 저속탈수행정을 진행하는 경우에는 모터가 저속으로 회전하도록 릴레이가 절환됨으로써 탈수행정을 다단계의 속도로 이루어지도록 할 수 있다.

따라서 상기 도 6에 도시된 그래프에서 모터의 저속 회전 및 저토크 발생을 나타내는 m지점은 상기 주권선1 및 주권선2가 직렬로 연결된 상태이며 상기와 같은 직렬연결을 탈수행정에 적용하면 상기 세탁기는 저속탈수행정을 진행하게 된다. 이와 반대로 상기 주권선1 및 주권선2가 병렬로 연결되어 있는 상태인 n지점에서 상기 세탁기는 고속탈수행정을 진행하게 된다.

본 발명의 제 2실시례로서 도 7에 도시된 바와 같이 상기 모터에 보조권선을 추가로 권선하여 상기 모터가 역회전할 수 있는데, 이를 도 7과 관련하여 상세히 설명한다.

상기 보조권선은 상기 주권선과 역방향으로 권선된 보조권선1(11)과 보조권선2(21)으로 구성되며, 동일한 교류 전원 인가시 반대 방향으로 극이 생성되어 모터는 역방향으로 회전하게 된다. 또한 상기 보조권선(11,21)은 릴레이(31)로 연결되어 상기 모터의 정회전때와 마찬가지로 상기 릴레이에 의해 상기 보조권선이(11,21) 직렬 또는 병렬 연결이 상호 전환된다.

상기 모터가 정회전 또는 역회전을 하기 위하여 스위치(SW1)은 u 또는 v지점에 연결될 수 있는데 상기 스위치가 u지점에 연결되어 주권선과 연결되면 상기 모터는 정회전을 하며, 상기 스위치(SW1)가 v지점에 연결되어 보조권선과 연결되면 상기 모터는 역회전을 하게 된다. 상기와 같은 동작으로 인해 모터가 역회전을 하는 경우에도 상기 모터는 회전속도를 큰 폭으로 변환할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서 상기 모터는 도 1에 도시되었던 외전형 모터로 대체할 수 있으며, 상기 외전형 모터는 고정자가 내측에 설치되고 회전자가 외측에 설치된 구조로서 이는 내전형 모터에 비해 반경이 큰 회전자를 사용하고 있으므로 단위 체적당 토크의 발생이 증가하고 모터의 컴팩트한 구조에 유리한 특징이 있다.

상기 모터의 고정자에 권선되는 코일에 있어서, 상기한 외전형 모터에 상기 코일을 권선함으로써, 단위 체적당 토크 발생 증가를 통해 코일의 직, 병렬 권선 형태에 따른 모터의 회전 속도의 저속 및 고속의 크기 차이의 범위를 더 크게할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의한 속도 가변형 모터를 예시된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 상기 모터는 세탁기, 식기세척기, 건조기 등 본 발명의 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 당업자에 의해 응용이 가능하다.

상기와 같이 구성되는 속도 가변형 모터는 상기 모터가 권선에 부가된 릴레이를 이용하여 권선의 연결이 직렬, 병렬간의 변환이 이루어지도록 하여 모터의 속도를 조절하므로 외부에서 속도가변을 위한 구동 드라이버 장치 없이 모터의 속도를 변화시킬 수 있으므로 가변속 모터의 제조 비용을 절감시키고, 공극자속 밀도의 저감으로 전자기적 진동 소음을 줄일 수 있을 뿐 아니라 상기 모터가 세탁기에 적용되는 경우 옷감 손상 방지 및 소비 전력을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 외전형 모터의 회전자 및 고정자가 도시된 분해 사시도이다.

도 2은 일반적인 콘덴서 운전형 모터의 회로도이다.

도 3는 종래 발명에 의한 극수 변환 단상 유도 모터의 구조도이다.

도 4은 본 발명에 의한 두 권선 사이에 릴레이가 연결된 회로를 나타내는 회로도이다.

도 5a,b는 본 발명에 따른 모터의 권선 형태의 직,병렬 연결상태를 나타내는 회로도이다.

도 6는 본 발명에 의한 권선 절환에 따른 모터의 회전 속도 변화를 나타내는 그래프이다.

도 7은 본 발명의 제 2실시례에 따른 정,역회전 모터의 권선의 연결상태를 나타내는 회로도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10 : 주권선1 20 : 주권선2 30: 릴레이

Claims (8)

1. 단상 교류전원이 입력되는 모터에 있어서,

   상기 모터는 고정자에 권선되는 주권선1 및 주권선2와;

   상기 모터의 속도 조절을 위해 상기 주권선1과 주권선2를 직렬과 병렬 중 어느 하나로 연결시키는 릴레이를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 속도 가변형 모터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 권선의 배열에 있어서 상기 권선은 모터의 고정자에 다수개의 극을 형성하도록 감긴 것을 특징으로 하는 속도 가변형 모터.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 모터는 외전형 구조의 단상 유도 전동기로 구성되는 것을 특징으로 하는 속도 가변형 모터.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 권선의 직렬, 병렬간의 변환에서 모터의 고속 회전을 위해 권선이 병렬 연결되고, 상기 모터의 저속 회전을 위해 권선이 직렬 연결되도록 릴레이가 구성되는 것을 특징으로 하는 속도 가변형 모터.
5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 모터는 식기 세척기용 모터인 것을 특징으로 하는 속도 가변형 모터.
6. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 모터는 식기 건조기용 모터인 것을 특징으로 하는 속도 가변형 모터.
7. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 모터는 세탁기용 모터인 것을 특징으로 하는 속도 가변형 모터.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 세탁기용 모터의 경우 릴레이는 고속탈수시 상기 주권선1 및 주권선2를 병렬연결하고, 저속탈수시 상기 주권선1 및 주권선2를 직렬연결하여 상기 세탁기의 탈수속도를 가변시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 속도 가변형 모터.