KR20050112810A - 속도 가변형 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 속도 가변형 모터에 관한 것으로서, 단상 교류전원이 인가되고 회전자가 외측에 설치된 외전형 모터에 있어서, 상기 모터는 고정자에 다수개의 극을 형성하여 장착되어 있는 제1 주권선 및 제2 주권선과, 상기 인가되는 교류전원의 주파수를 감지하는 주파수 감지부와, 상기 감지된 주파수가 60Hz인 경우 상기 제1 주권선 및 제2 주권선을 직렬로 연결시키고, 50Hz인 경우 상기 제1 주권선 및 제2 주권선을 병렬로 연결시키는 릴레이를 포함하여 구성되어, 서로 상이한 상용주파수에서도 모터를 일정속도로 유지시킴으로써, 상기 모터의 제조 단가 및 소비 전력량을 저감할 수 있을 뿐 아니라 모터의 전자기적 소음을 저감할 수 있는 효과가 있다.

Description

속도 가변형 모터{Speed changeable Motor}

본 발명은 속도 가변형 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단상 교류전원이 입력되는 외전형 모터에 있어서, 상기 단상 교류전원의 주파수 특성에 맞도록 상기 모터가 동작하게 하기 위하여, 인가되는 교류 전원의 주파수를 감지하고, 감지된 주파수의 고저에 따라 상기 모터에 장착되는 주권선을 직렬 또는 병렬 중 어느 하나로 연결되도록 릴레이를 부가하여 구성하는 속도 가변형 모터에 관한 것이다.

일반적으로 모터는 권선이 장착된 고정자와 영구자석, Al 또는 철심구조로 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 고정자와 회전자의 위치에 따라 내전형 모터와 외전형 모터로 나누어지는데, 특히 상기 외전형 모터는 도 1에 도시된 바와 같이 회전자가 고정자의 외부에 위치하여 상기 고정자의 권선에 흐르는 전류의 변화에 의해 외부의 회전자가 회전을 하는 구조를 갖는다.

상기 외전형 모터는 회전자가 외측에 설치되므로 내전형 모터에 비해서 회전자의 회전반경이 커지게 된다. 따라서 외전형 모터는 내전형 모터에 비해 단위 체적당 토크의 발생이 증가하여 고가의 기동장치가 필요 없이 기동토크가 큰 부하의 용도에 사용될 수 있고, 동일한 토크의 발생을 필요로 하는 경우에 일반적인 내전형 모터의 구조보다 컴팩트하게 구현될 수 있다.

일반적인 단상 유도 모터는 초기 기동장치를 필요로 하는데, 일반적으로 분상 기동형, 세이딩 코일형, 콘덴서 운전형, 반발 기동형 등이 있으며, 도 2는 일반적인 콘덴서 운전형 단상 유도 모터를 나타낸다.

도 2의 단상 유도 모터는 주권선(M1)과 보조권선(S1), 그리고 상기 보조권선에 직렬로 연결된 콘덴서(C1)로 구성되며, 단상 교류 전원(E1) 인가시 주권선(M1)에는 교번자계가 발생하며, 상기 보조권선(S1)에는 전기적으로 90도의 위상차를 갖는 보조자계가 발생한다. 상기 보조자계 및 교번자계의 위상의 차이에 의해 자계가 서로 상쇄되지 않으므로 이에 의해 회전자계가 발생하여 단상 유도 모터를 회전시킨다.

그러나, 단상 유도 모터에 있어서 상기 유도 모터의 회전 속도는 인가되는 전원의 주파수에 비례하여 증가하는 특성이 있다. 단상 유도 모터의 회전수는 n=120f(주파수)/p(극수)에 따르며, p(극수)는 상기 모터 제조시 일정한 값으로 정해지는 값이다. 이에 따라 정격전원 50Hz에서 작동하는 모터가 60Hz의 인가전원에서 사용되는 경우 상기 50Hz에서 사용될 때 보다 약 20% 정도 회전 속도가 증가하게 된다.

상기와 같은 60Hz의 상용전원에서 단상 유도 모터가 작동할 경우에는 모터에 많은 열이 발생하여 파손의 위험이 있으며, 소음 발생 및 소비 전력량이 늘어나게 되므로 모터의 부피를 증가시켜야 하는 등의 문제점이 발생하였다.

따라서, 이와 같은 60Hz의 상용전원에서 상기 모터가 동작하는 경우, 모터의 속도 증가를 방지하는 수단으로서, 전원의 주파수를 변경시키는 인버터 회로를 부착하여 구성하거나, 인가전압의 온/오프 제어방법을 사용하였고, 감속기 또는 벨트나 기어등을 사용하여 기계적으로 모터의 회전속도를 낮추는 방법이 있었다.

그러나 위와 같은 방법은 모터의 제조 단가를 상승시키거나, 인가전원을 전기적으로 온/오프 시키거나 기계적인 감속작용으로 인해 소음이 발생하고, 전력의 효율성을 떨어뜨리는 문제점이 발생하였다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 상용전원 주파수가 50Hz, 60Hz 및 50/60Hz 공용인 경우에도 별도의 구동 드라이버 장치 없이 모터에 장착되는 권선의 연결상태를 절환하여 모터의 회전속도를 일정하게 제어할 수 있으므로, 모터의 제조 비용을 절감시키고 전자기적 진동 소음을 감소시키며 소비 전력을 절감할 수 있을 뿐 아니라, 또한 서로 상이한 상용주파수에서는 일정속도를 유지하고, 일정전압 및 주파수 인가시에는 속도를 가변시킬 수 있는 속도 가변형 모터를 제공하는 데 있다.

상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 속도 가변형 모터는, 단상 교류전원이 인가되고 회전자가 외측에 설치된 외전형 모터에 있어서, 모터로 인가되는 교류전원의 주파수를 감지하는 주파수 감지부와, 고정자에 다수개의 극을 형성하여 장착되어 있는 제1 주권선 및 제2 주권선과, 상기 감지된 교류전원의 주파수가 60Hz인 경우 상기 제1 주권선 및 제2 주권선을 직렬로 연결시키고, 50Hz인 경우 상기 제1 주권선 및 제2 주권선을 병렬로 연결시키는 릴레이를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

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

도 3은 본 발명에 의한 속도 가변형 모터의 회로도이며, 도 3에 도시된 바와 같이 일정한 주파수를 갖는 단상 교류전원(E1)이 상기 모터로 인가되고, 상기 모터에는 제1 주권선(10), 제2 주권선(20) 및 상기 제1 주권선(10)과 제2 주권선(20)을 직렬 또는 병렬 연결 중 어느 하나로 연결시키는 릴레이(30)를 포함하여 구성되며, 상기 인가전원의 주파수를 감지하는 주파수 감지부(40)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 도에서는 각 주권선당 세 개의 극을 형성하고 있으므로 6극 모터를 나타내며, 상기 극수는 2극 또는 4극 등의 다수의 형태가 될 수 있다.

상기 인가 교류전원의 정격주파수는 각 국가마다 다르게 설정될 수 있으며, 일반적으로 60Hz의 주파수를 갖는 전원이 인가되는 경우에는 상기 모터의 회전속도는 상기 주파수에 비례하여 증가하므로, 50Hz의 주파수를 갖는 전원을 인가할 때보다 약 20%정도의 속도 증가가 있게 된다.

따라서, 위와 같은 상이한 주파수의 교류전원이 인가되는 경우에 상기 주파수 감지부(40)는 해당 주파수를 감지하고, 상기 감지된 주파수에 따라 릴레이(30)는 상기 제1 주권선(10) 및 제2 주권선(20)이 직렬 또는 병렬 연결 중 어느 하나로 연결되도록 제어하여 상기 모터의 회전 속도를 일정하게 유지한다.

상기 릴레이(30)는 권선의 연결 상태를 절환하기 위하여 상기 각각의 연결기판(Box1, Box2)의 각 노드(a,b,c,d)의 연결 상태를 제어하는 데, 50Hz의 저주파의 교류 전원이 인가되는 경우에는 모터의 회전 속도를 높이기 위하여, 상기 제1 주권선(10) 및 제2 주권선(20)을 병렬 연결한다. 이를 위하여 상기 릴레이(30)는 box1내부의 연결기판이 a노드와 b노드가 연결되도록 하고, box2내부의 연결기판이 c노드와 d노드가 연결되도록 상기 box1,2를 제어한다.

또한, 60Hz의 고주파의 교류 전원이 인가되는 경우에는 모터의 회전 속도를 낮추기 위하여 상기 제1 주권선(10) 및 제2 주권선(20)이 직렬로 연결되도록 한다. 이를 위하여 상기 릴레이(30)는 box1내부의 연결기판의 a노드와, box2내부의 연결기판의 d노드가 연결되도록 상기 box1,2를 제어한다. 이와 같은 동작에 의해 상기 모터는 별도 구동 드라이버없이 릴레이의 권선 연결상태 제어동작으로 모터의 회전 속도를 가변시킬 수 있다.

상기 릴레이(30)의 제어동작에 따른 권선의 직,병렬 연결상태를 나타내는 회로도는 도 4 a,b에 도시된 바와 같다.

도 4a는 상기 릴레이(30)가 제1 주권선(10)과 제2 주권선(20)을 병렬로 연결한 후의 회로를 나타내며, 도 4b는 상기 릴레이(30)가 제1 주권선(10)과 제2 주권선(20)을 직렬로 연결한 후의 회로를 나타낸다. 이 경우에 있어서, 상기 모터에 인가되는 교류의 전압이 220V이고 상용주파수가 50Hz인 경우에는 도 4a와 같이 권선이 병렬연결되어 각 권선에는 220V의 전압이 분배되게 된다.

또한, 상기 모터에 인가되는 전원이 동일 전압이고 상용주파수가 60Hz인 경우에는 도 4b와 같이 권선이 직렬연결되어 각 권선에는 110V의 전압이 분배되게 된다.

각 권선에 분배되는 전압의 크기가 변화하는 경우 상기 각 권선에 흐르는 전류가 변화되고, 이에 따라 전류의 변화에 의해 유발되는 자기장의 세기가 변화됨으로써 회전자에 유도 전류가 생기고, 이러한 유도 전류는 상기 회전자가 회전을 할 수 있도록 회전 토크를 발생시키는데, 상기 회전 토크는 인가 전원의 크기의 제곱에 비례하므로 상기 권선이 병렬로 연결되었을 때의 모터의 회전속도가 직렬로 연결되었을 때보다 상대적으로 빠르게 된다.

상기와 같은 릴레이(30)의 제어동작에 의해 60Hz 전원의 인가에 따른 모터의 회전속도 증가와 상기 권선의 직렬 연결에 따른 회전속도 감소를 연동하고, 50Hz 전원의 인가에 따른 모터의 회전속도 감소와 상기 권선의 병렬 연결에 따른 회전속도 증가를 연동하여 상기 모터의 회전 속도를 일정하게 유지할 수 있다.

상기한 바와 같이 상용주파수가 다른 교류전원을 인가하여 모터를 회전시키는 경우에 있어서, 60Hz의 교류 전원이 인가되는 경우 상기 주파수에 비례하여 모터의 회전 속도가 증가하여 모터의 온도가 상승하여 상기 모터의 파손이 발생할 수 있는데, 이를 방지하기 위하여 모터의 부피를 증가시키는 것이 필연적이다. 따라서 상기 릴레이(30)의 권선 연결 제어방식을 적용함과 동시에 상기 모터를 외전형 구조를 취함으로써 동일 부피당 발생 토크를 크게하면, 모터의 부피 및 소음 발생 정도를 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따른 속도 가변형 모터는 세탁기에 적용될 수 있으며, 각각 다른 상용주파수의 교류 전원이 인가되는 경우에도 상기 모터가 동일한 회전 속도를 갖도록 할 수 있는데, 상기 인가전원의 상용주파수 및 권선의 직/병렬 연결상태에 따른 모터의 회전속도와 발생토크와의 관계를 도 5와 관련하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 의한 모터의 회전속도 및 토크와의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5에서 A곡선은 60Hz의 주파수를 갖는 교류 전원이 인가되고 권선이 병렬로 연결되어 있는 경우이며, B곡선은 동일한 주파수를 갖고 상기 권선이 직렬로 연결되어 있는 경우의 모터의 회전 속도 및 발생 토크와의 관계를 나타내는 곡선이다.

또한, C곡선은 50Hz의 주파수를 갖는 교류 전원이 인가되고 권선이 병렬로 연결되어 있는 경우이며, D곡선은 동일한 주파수를 갖고 상기 권선이 직렬로 연결되어 있는 경우를 나타내는 곡선이다.

그리고 모터를 회전시키기 위해 상기 모터에 연결된 부하에 일정량의 토크를 제공해야 하며, 상기 부하에 요구되는 토크는 상기 그래프에서의 부하토크의 곡선에 따른다.

상기 모터가 적용되는 세탁기의 탈수행정의 경우, 상기 세탁기에 인가되는 전원이 50Hz의 상용주파수를 갖는 교류 전원인 경우에, 상기 모터에 장착되는 권선이 병렬로 연결된 경우에는 상기 부하곡선과 m지점에서 만나게 되고, 따라서 상기 세탁기는 일정속도(S1)로 탈수행정을 진행하게 된다(C곡선).

그러나 상기 세탁기가 60Hz의 상용주파수를 갖는 교류 전원을 인가받는 경우에는 모터의 회전 속도 및 발생 토크와의 관계가 A곡선과 같아지므로, 상기 부하곡선과의 교점인 l지점에서의 속도에 따르므로, 50Hz의 주파수를 인가받는 경우보다 모터의 회전 속도가 증가하게 된다.

따라서 상기 주파수감지부(40)이 인가전원의 상용주파수가 60Hz인 것으로 감지하면 상기 릴레이(30)는 권선의 연결 상태를 직렬이 되도록 절환하고, 이에 따라 모터의 회전 속도 및 발생 토크와의 관계를 B곡선과 같게 하여, 상기 50Hz의 경우와 같은 모터의 회전 속도를 갖게 할 수 있다.

이와 같은 원리로 50Hz의 주파수를 갖는 인가전원에서 상기 권선이 직렬로 연결된 경우에는 D곡선과 같으므로 모터의 회전 속도가 느려지게 되므로, 따라서 이러한 경우에는 다시 권선이 병렬로 연결되도록 릴레이가 동작한다.

상기 도 5에서 부하가 없을 경우의 상용주파수에 따른 속도는 a 및 b 지점과 같으며, 이는 b에서의 모터의 회전 속도는 a지점보다 약 20%가 빠르며, 이는 상기한 바와 같다.

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

상기와 같이 구성되는 속도 가변형 모터는, 외전형 모터의 채용, 권선의 직/병렬연결 전환을 통해 각각 다른 상용주파수를 갖는 교류 전원이 인가되는 경우에도 모터의 회전 속도를 일정하게 유지함으로써, 모터의 속도 증가에 따라 온도가 증가하여 모터가 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 별도의 인버터 회로 또는 감속기 없이 모터의 속도를 제어하므로 모터의 제조 단가를 절감시키고 전자기적 진동 소음을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 외전형 모터의 회전자 및 고정자가 도시된 분해 사시도이다.

도 2는 일반적인 콘덴서 운전형 모터의 회로도이다.

도 3은 본 발명에 의한 속도 가변형 모터의 회로도이다.

도 4 a,b는 본 발명에 의한 권선의 직,병렬 연결상태를 나타내는 회로도이다.

도 5는 본 발명에 의한 모터의 회전속도 및 토크와의 관계를 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

30 : 릴레이 40 : 주파수 감지부

Claims (4)

1. 단상 교류전원이 인가되고 회전자가 외측에 설치된 외전형 모터에 있어서,

   모터로 인가되는 교류전원의 주파수를 감지하는 주파수 감지부와,

   고정자에 다수개의 극을 형성하여 장착되어 있는 제1 주권선 및 제2 주권선과,

   상기 감지된 교류전원의 주파수가 60Hz인 경우 상기 제1 주권선 및 제2 주권선을 직렬로 연결시키고, 50Hz인 경우 상기 제1 주권선 및 제2 주권선을 병렬로 연결시키는 릴레이를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 속도 가변형 모터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 모터는 의류 건조기용 모터인 것을 특징으로 하는 속도 가변형 모터.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 모터는 식기 세척기용 모터인 것을 특징으로 하는 속도 가변형 모터.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 모터는 세탁기용 모터인 것을 특징으로 하는 속도 가변형 모터.