KR20050103092A - 속도 가변형 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 속도 가변형 모터에 관한 것으로서, 단상 교류전원이 입력되는 모터에 있어서, 상기 모터는 고정자에 권선되는 주권선1 및 주권선2와, 상기 모터의 속도 조절을 위해 상기 주권선1과 주권선2를 각각 직렬과 병렬 중 어느 하나로 연결시키는 릴레이와, 상기 주권선1 및 주권선2에 직렬로 연결되어 모터의 속도 가변 범위를 크게 하는 탭권선을 포함하여 구성되어, 외부에서 속도가변을 위한 구동 드라이버 장치 없이 모터의 속도를 조절할 수 있으므로 가변속 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 모터는 고정자에 권선되는 주권선1 및 주권선2와, 상기 모터의 속도 조절을 위해 상기 주권선1과 주권선2를 각각 직렬과 병렬 중 어느 하나로 연결시키는 릴레이와, 상기 주권선1 및 주권선2에 각각 직렬로 연결되어 모터의 속도 가변 범위를 크게 하는 탭권선을 포함하여 구성되어, 저렴한 비용으로 속도를 조절할 수 있고, 진동 소음을 줄일 수 있는 속도 가변형 모터에 관한 것이다.

일반적으로 모터는 권선이 장착된 고정자와 영구자석, Al도체 또는 철심으로 형성된 회전자로 구성되며, 상기 고정자에 권선을 장착하고, 상기 권선에 전류를 주기적으로 변화를 주어 흐르게 하면, 전류 변화에 따른 자계의 일정한 변화에 의해 상기 회전자에는 토크가 발생하며 이에 의해 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 장착된 2차측 권선에 역기전력이 발생되어 회전자가 회전하도록 발생토크가 형성된다.

그러나 상기와 같이 단상 교류 전원이 인가되는 경우에는, 단상 유도 모터는 상기 권선의 축의 방향으로 크기가 변화하는 교번자계가 발생할 뿐이므로 회전력을 발생하지 못한다. 따라서 일단 모터를 기동시키기 위해 기동 장치를 설치하게 되는데, 일반적으로 쓰이는 콘덴서 운전형 단상 유도 모터를 도 2와 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 구성된다.

상기 모터에 단상 교류 전원(E1)을 인가하는 경우 주권선(L1)에 교번자계가 발생하며, 상기 보조권선(L2)에는 상기 진상용 콘덴서(C)에 의해 위상이 90도 빠른 전류가 흐르므로, 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 상기 두 자계에 의해 모터를 회전시키는 힘이 상쇄되지 않는다.

한편, 종래의 콘덴서 운전형 단상 유도 모터에 있어서, 상기 모터의 회전 속도의 다단계 변화를 필요로 하는 경우가 있으나, 상기와 같은 단상 유도 모터는 단상 교류 전원을 인가받아 작동하기 때문에 모터의 발생토크와 부하토크곡선이 만나는 지점에서 일정한 속도로 운전하게 된다. 따라서 상기 모터의 속도 변화를 위해서 소정의 별도 장치를 구비해야 하였다.

일반적으로 상기 모터의 속도 변화를 위하여 사용되는 장치로서 3상 전동기에 인버터 회로를 부가하거나 별도의 구동 드라이버 회로등을 사용하였고, 이러한 경우에 생산 단가가 높아서 전체적으로 가변속 모터의 제조 단가가 상승하는 문제점이 발생하였다. 따라서 상대적으로 생산 단가가 낮은 모터의 속도 조절 장치로서 극수 변환형 단상 유도 모터가 사용되는데, 상기 극수 변환형 모터에서 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, 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 설치되는데, 이러한 경우 극수 변환을 위해 4개의 권선을 사용함에 따라 슬롯의 단면적이 증가하여 고정자의 철손증가로 인한 모터의 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 교류전원이 입력되는 모터에 있어서, 상기 모터는 고정자에 권선되는 주권선 및 보조권선과, 상기 모터의 속도 조절을 위해 상기 주권선과 보조권선을 각각 직렬과 병렬 중 어느 하나로 연결시키는 릴레이와, 상기 주권선 및 보조권선에 각각 직렬로 연결되어 모터의 속도 가변 범위를 크게 하는 탭권선을 포함하여 구성된다

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

본 발명에 의한 속도 가변형 모터는 도 4에 도시된 바와 같이, 단상 교류전원(E1)이 입력되는 모터에 있어서, 상기 모터는 고정자에 권선되는 주권선1(10)과 주권선2(20), 상기 모터의 속도 조절을 위해 상기 주권선1과 주권선2를 각각 직렬과 병렬 중 어느 하나로 연결시키는 릴레이(30)와, 상기 주권선1 및 주권선2에 직렬로 연결되어 모터의 속도 가변을 다단계로 할 수 있도록 탭권선(40)을 포함하여 구성된다.

상기한 주권선1(10) 및 주권선2(20)는 각각 N극과 S극을 형성함으로써 총 4개의 극을 형성하고 있으며, 이는 모터의 속도 조절을 위해 극수를 그대로 유지하고, 상기 릴레이를 이용하여 권선의 직, 병렬 연결 방식을 전환함으로써 상기한 모터의 속도 조절 기능을 수행한다.

상기 회로도에서 전원이 인가되는 경우에 상기 인가 전원은 두 권선(10, 20)이 형성하는 각 극에 분배된다. 상기 회로도에서 릴레이(30)는 상기 주권선1(10)과 주권선2(20)의 연결 형태의 직, 병렬 방식이 상호 전환되도록 구성된 소자이며, 모터가 요구되는 회전 속도에 맞게 자동적으로 릴레이(30)가 제어됨으로써, 상기 모터의 속도 조절 기능을 수행한다.

상기와 같은 경우 한 쌍의 극에 걸리는 전압은 도 5a, 5b에 도시된 바와 같이 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 나뉘어 분배되므로 한 쌍의 극에 걸리는 전압은 각각 110V가 된다.

또한, 상기 도 4에서 보듯이 상기 속도 가변형 모터는 스위치 작용에 의해 상기 주권선1(10) 및 주권선2(20)와 직렬 연결 상태가 온/오프 될 수 있는 탭권선(40)을 부가하여 구성되는데, 스위치(S1)가 w 또는 x 지점에 연결될 수 있도록 상기 스위치(S1)을 구성하고, 상기 스위치가 x 지점에 연결되도록 하여 탭권선(40)을 상기 주권선1(10), 주권선2(20)와 직렬로 연결함으로써 권선에 걸리는 전압의 일부를 상기 탭권선(40)에 걸리게 하고, 이에 의해 탭권선(40)이 오프되어 동작하지 않을 때보다 상기 주권선1,2(10, 20)에 걸리는 전압을 하강시킬 수 있다.

위와 같은 동작을 위해서 먼저 주권선1,2(10, 20)의 직, 병렬 연결을 상호 전환하기 위하여 상기 두 권선사이에 릴레이(30)를 부가하여 구성하는데, 모터의 고속 회전을 위하여 모터의 권선이 병렬 연결되어야 할 경우에는 box1내부의 연결기판에서 a와b 지점이 연결되도록 하고, box2 내부의 연결기판은 c와d 지점이 연결되도록 릴레이가 구성되며, 모터의 저속 회전을 위하여 모터의 권선이 직렬 연결되어야 할 경우에는 box1 내부의 a 지점과 box2 내부의 d 지점이 연결되도록 릴레이가 구성됨으로써 릴레이(30)를 사용하여 모터의 권선의 직, 병렬 상태를 전환할 수 있고, 이에 따라 모터의 회전 속도를 큰 폭으로 변환할 수 있다.

또한, 상기 권선에 직렬 연결 가능하도록 구성된 탭권선(40)은 스위치 작용에 의해서 상기 탭권선(40)의 연결이 온/오프 될 수 있는데, 스위치가 x 지점으로 연결되어 상기 탭권선(40)이 상기 주권선1,2와 연결되도록 스위칭되는 경우 상기 인가 전원 220V는 상기 주권선1,2(10, 20)와 탭권선(40)에 의한 상당직렬턴수에 비례하여 각기 나뉘어 분배되므로, 탭권선(40)이 부가된 경우의 주권선1,2(10, 20)에 걸리는 전압은 탭권선(40)이 오프되도록 스위칭이 일어난 경우보다 더 낮아지게 된다.

상기 교류 전원이 인가되면 모터에 장착된 권선으로 흐르는 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 전원의 크기에 비례하게 되므로, 상기 주권선1,2(10, 20)가 병렬로 연결된 경우에 모터는 상기 권선(10, 20)이 직렬로 연결되었을 때 보다 큰 전압이 인가되어 상대적으로 큰 회전 토크가 발생하므로 모터의 회전 속도는 빨라지게 된다.

또한, 상기 주권선1,2(10, 20)에 상기 탭권선(40)이 부가된 경우에는 탭권선(40)이 연결되지 않도록 스위칭이 일어난 경우보다 상기 주권선1,2(10, 20)에 전원의 일부만이 인가되므로 모터의 회전 속도는 느려지게 된다.

즉, 본 발명에 의한 모터의 주권선1,2(10, 20)의 직, 병렬 연결상태와 탭권선(40)의 직렬 연결 온/오프 상태의 전환 기능을 수행하는 스위치 작동에 의해 모터는 4가지 경우의 속도로 제어 가능해진다.

본 발명의 제 2실시예에 따르면 상기 속도 가변형 모터는 모터가 역회전할 수 있도록 권수비가 1인 보조권선을 부가하여 구성할 수 있으며, 상기 모터가 역회전하는 경우에 있어서 모터의 속도를 조절하기 위해 상기와 같은 탭권선을 부가하여 구성할 수 있는데 이를 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.

도 6에 따르면, 보조권선1(11)과 보조권선2(21)를 상기한 주권선1,2(10, 20)과 역방향으로 장착하여 동일한 교류 전원 인가시 반대 방향으로 극이 생성되어 모터는 역방향으로 회전하게 된다. 또한 스위치 2(S2)는 상기 모터가 정, 역회전을 필요에 따라 전환하기 위해 정회전용 주권선과 역회전용 보조권선을 택일할 수 있도록 제어된다. 또한 스위치 1(S1)는 상기 스위치 2(S2)가 정회전용 권선(u)에 연결된 경우 모터의 정회전을 위하여 w 또는 x지점에 연결되고, 상기 스위치 2(S2)가 역회전용 권선(v)에 연결된 경우에는 마찬가지로 상기 스위치 1(S1)는 y 또는 z지점에 연결된다.

그리고 모터의 역회전 속도를 다단계로 변환할 수 있도록 하기 위하여 상기 모터의 정회전때와 같은 원리로 제 2탭권선(41)을 제 2주권선에 직렬 연결하고, 스위치 1(S1)가 y 또는 z 지점에 연결되어 상기 제 2탭권선(41)의 연결 여부를 제어할 수 있도록 부가하여 구성됨으로써 모터의 역회전 속도도 상기 정회전때와 같이 4가지 속도로 가변할 수 있게 되어, 상기 속도 가변형 모터는 총 8단계의 속도 조절을 할 수 있는 기능을 갖게 된다.

상기 권선의 병렬 연결과 직렬 연결 및 탭권선의 연결 여부에 따른 모터의 속도와 토크 및 부하와의 관계는 도 7에 나타난 그래프와 같다.

속도 가변형 모터를 고속으로 회전하려는 경우에는 부하에서 요구하는 토크를 부하곡선에 의해 판단하면 주권선1과 주권선2가 병렬로 연결되어 있는 경우의 곡선과 고속을 나타내는 지점 o에서 만나게 된다. 이는 모터를 고속으로 회전시키기 위해서는 부하에 일정 크기의 토크를 가하여야 하고, 이는 두 권선이 병렬 연결되었을 때 상기 모터의 회전 속도를 요구치의 속도를 유지함과 동시에 부하가 요구하는 크기의 토크를 부하에 공급하는 것을 의미한다

속도 가변형 모터를 중고속으로 회전하려는 경우에는 상기 병렬 연결된 주권선1,2에 직렬로 탭권선을 연결하도록 스위칭되어야 한다. 즉, 상기 탭권선이 연결된 경우에 있어서 전원에 의한 속도 및 토크의 관계를 나타내는 그래프가 부하 곡선과 n 지점에서 만나므로, 부하가 필요로 하는 토크를 제공하면서 모터의 회전 속도를 중고속으로 유지할 수 있으며, 상기 탭권선이 직렬 연결되지 않은 경우에는 부하에 과토크가 가해지는 등 전력 손실이 있게된다.

상기 속도 가변형 모터를 중저속 또는 저속으로 회전하려는 경우에는 상기 주권선1,2를 직렬로 연결함으로써 이를 수행할 수 있다. 도 7에서 권선이 직렬 연결일 때의 그래프인 C곡선 및 D곡선이 부하곡선과 만나는 점(m.l)에서 모터가 요구하는 속도 및 부하에 필요 토크를 제공할 수 있으므로, 모터를 중저속회전 시킬때는 상기 주권선1,2를 직렬 연결하고 상기 탭권선은 오프되도록 스위칭 동작이 일어나며, 모터를 저속 회전시켜야 할 경우에는 직렬 연결된 권선에 탭권선이 직렬로 연결되도록 스위칭이 일어나게 하여 상기 모터를 저속 회전 시킬 수 있다.

본 발명에 따른 속도 가변형 모터는 세탁 행정에 따라 변속이 요구되는 세탁기에 취부될 수 있으며, 상기 본 발명에 있어서 세탁기에 취부되는 모터는 상기 도 1에 도시된 바와 같은 외전형 모터로 대체할 수 있다. 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 모터의 고정자에 장착된 권선에 릴레이를 부가하여 구성되어 권선의 직렬, 병렬연결 상태를 전환할 수 있고, 상기 권선에 탭권선을 직렬로 부가하여 구성함으로써 모터의 속도를 조절하므로 외부에서 속도가변을 위한 구동 드라이버 장치 없이 모터의 속도를 다단계로 조절할 수 있으므로 가변속 모터의 제조 비용을 절감시키고 전자기적 진동 소음을 줄일 수 있을 뿐 아니라 소비 전력을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 외전형 모터의 회전자 및 고정자가 도시된 분해 사시도이다.

도 2는 일반적인 콘덴서 운전형 모터의 회로도이다.

도 3은 종래 발명에 의한 극수 변환 단상 유도 모터의 구조도이다.

도 4는 본 발명에 의한 모터 속도 가변 회로도이다.

도 5a,b는 본 발명에 의한 권선의 직,병렬 연결상태를 나타내는 회로도이다.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 모터 속도 가변 회로도이다.

도 7은 본 발명에 의한 권선 절환에 따른 모터의 회전 속도 변화를 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10 : 주권선 1 20 : 주권선 2 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 각각 직렬과 병렬 중 어느 하나로 연결시키는 릴레이와;

   상기 주권선1 및 주권선2에 각각 직렬로 연결되어 모터의 속도 가변 범위를 크게 하는 탭권선을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 속도 가변형 모터.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 주권선1 및 주권선2는 상기 모터의 고정자에 4개의 극을 형성하도록 장착된 것을 특징으로 하는 속도 가변형 모터.
3. 제 1항에 있어서,

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

   상기 모터는 상기 주권선1과 주권선2의 연결이 각각 직렬, 병렬간 상호 변환되는 경우 모터의 고속 회전을 위해 상기 권선이 병렬 연결되고, 상기 모터의 저속 회전을 위해 상기 권선이 직렬 연결되도록 릴레이를 구성하는 것을 특징으로 하는 속도 가변형 모터.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 모터는 상기 탭권선을 주권선1 및 주권선2에 직렬 연결되도록 스위칭하여 모터의 회전 속도를 변화시키는 스위치 수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 속도 가변형 모터.
6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 모터는 세탁기용 모터인 것을 특징으로 하는 속도 가변형 모터.
7. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 모터는 식기 세척기용 모터인 것을 특징으로 하는 속도 가변형 모터.
8. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 모터는 식기 건조기용 모터인 것을 특징으로 하는 속도 가변형 모터.