KR20060004808A - 캐패시터 운전형 하이브리드 인덕션 모터의 구동장치 - Google Patents

캐패시터 운전형 하이브리드 인덕션 모터의 구동장치 Download PDF

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캐패시터 운전형 HIM(Hybrid Induction Motor)을 초기 구동시킬 경우에 필요한 전압을 최소로 하여 초기 구동의 신뢰성을 향상시키고, 정상상태로 계속 운전시킬 경우에 인가전압을 감압하여 고효율 및 저소비 전력으로 운전시킨다.
철심에 메인코일과 서브코일이 권선되고, 메인코일과 서브코일의 사이에 운전용 캐패시터가 구비되는 스테이터와, 상기 스테이터의 내측에 설치되는 영구자석 로터와, 상기 영구자석 로터의 내측에 설치되는 유도기 로터를 구비하는 캐패시터 운전형 HIM의 구동장치에 있어서, 전원단자와 상기 메인코일 및 서브코일이 공통 접속되는 공통단자의 사이에 감압용 라인 캐패시터 및 PTC(Positive Temperature Coefficients)용 더미스터가 병렬 접속되고, 또한 상기 PTC용 더미스터에 시동용 캐패시터가 더 구비된다.
PTC 더미스터, 감압용 라인캐패시터, 기동용 캐패시터, HIM, 캐패시터 운전형

Description

캐패시터 운전형 하이브리드 인덕션 모터의 구동장치{Apparatus for driving capacitor run type Hybrid Induction Motor}
도 1은 일반적인 캐패시터 운전형 하이브리드 인덕션 모터의 구성을 개략적으로 보인 단면도.
도 2는 종래의 구동장치의 회로도.
도 3은 본 발명의 구동장치의 일 실시 예의 구성을 보인 회로도.
도 4는 본 발명의 구동장치에 사용되는 PTC용 더미스터의 동작특성을 보인 그래프.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 구동장치의 일 실시 예의 동작을 설명하기 위한 등가회로도.
도 6은 본 발명의 구동장치의 일 실시 예에 따라 메인코일과, 서브코일 및 운전용 캐패시터에 인가되는 전압의 변화를 보인 그래프.
도 7은 본 발명의 구동장치의 다른 실시 예의 구성을 보인 회로도.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 구동장치의 다른 실시 예의 동작을 설명하기 위한 등가회로도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
104, 104a : 메인 코일 106, 106a : 서브 코일
200 : 운전용 캐패시터 300 : 감압용 캐패시터
302 : PTC용 더미스터 304 : 시동용 캐패시터
A, B : 전원단자 AC : 전원
본 발명은 스테이터에 메인 코일 및 서브 코일이 권선되고, 메인 코일과 서브 코일의 사이에 운전(running)용 캐패시터가 구비되는 캐패시터 운전형 하이브리드 인덕션 모터(Hybrid Induction Motor : 이하, 'HIM'이라고 약칭함)를 구동시키는 캐패시터 운전용 HIM의 구동장치에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 캐패시터 운전형 HIM의 구성을 개략적으로 보인 도면이다. 여기서, 부호 100은 스테이터이다. 상기 스테이터(100)는, 철심(102)에 메인 코일(104, 104a) 및 서브 코일(106, 106a)이 상호간에 마주 바라보게 권선되고, 그 메인 코일(104, 104a) 및 서브 코일(106, 106a)은 상호간에 인접하는 부위가 동일한 극성을 가지도록 직렬 결선된다.
부호 110은 유도기 로터이고, 부호 120은 영구자석 로터이다. 상기 영구자석 로터(120)는 상기 스테이터(100)와 유도기 로터(110)의 사이에 소정의 간극을 유지하면서 설치되는 링 형상의 영구자석과, 상기 영구자석을 지지하는 영구자석 지지부를 구비하고, 영구자석 지지부와 회전축(130)의 사이에 베어링(도면에 도시되지 않았음)이 개재되어 회전축(130) 상에서 영구자석 로터(120)가 자유롭게 회전되도 록 구성된다.
도 2는 종래의 캐패시터 운전형 HIM의 구동장치의 회로도이다. 이에 도시된 바와 같이 종래의 구동장치는 전원단자(A)가 메인 코일(104, 104a) 및 서브코일(106, 106a)의 공통단자(COM)에 접속되고, 전원단자(B)가 메인 코일(104, 104a)의 단자(MAIN)에 접속됨과 아울러 운전(Running)용 캐패시터(200)를 통해 서브코일(106, 106a)의 단자(SUB)에 접속된다.
이러한 구성을 가지는 캐패시터 운전형 HIM은 전원단자(A, B)에 전원(AC)이 공급되면, 전원(AC)이 메인 코일(104, 104a)에 인가됨과 아울러 운전용 캐패시터(200)를 통해 서브 코일(106, 106a)에 인가된다.
그러면, 상기 서브 코일(106, 106a)에는 운전용 캐패시터(200)에 의해 90°의 위상차를 갖는 진상 전류가 흐르게 되고, 이로 인하여 스테이터(100)는 메인 코일(104, 104a) 및 서브 코일(106, 106a)이 회전자계를 발생하게 된다.
상기 스테이터(100)가 발생하는 회전자계는 영구자석 로터(120)에 전달되어 영구자석 로터(120)가 회전하게 되고, 영구자석 로터(120)가 동기된 속도로 회전함에 따라 영구자석 로터(120)가 발생하는 회전자계에 의해 유도기 로터(110)가 회전하여 회전축(130)이 회전된다.
즉, 종래의 구동장치는 운전용 캐패시터(200)가 서브 코일(106, 106a)과 함께 초기 구동시 구동 토크를 발생하여 구동된다.
이러한 종래의 구동장치는 보조코일(106, 106a)에 운전용 캐패시터(200)를 부가하여 스테이터(100)에서 회전자계가 발생되게 하고, 스테이터(100)가 발생하는 회전자계에 의해 영구자석 로터(120)가 동기속도로 회전하며, 영구자석 로터(120)의 회전에 따라 발생되는 회전자계에 의해 유도기 로터(110)가 회전되게 하는 것으로서 캐패시터 운전형 HIM을 초기 구동시킬 경우에 메인 코일(104, 104a) 및 서브 코일(106, 106a)에 인가되는 전압이 높아야 되고, 이로 인하여 초기 구동에 신뢰성이 낮았으며, 또한 초기 구동된 후에도 계속 동일한 전압레벨의 전원을 공급하여 효율이 낮고, 많은 전력이 소모되는 등의 여러 가지 문제점이 있었다.
그러므로 본 발명의 목적은 캐패시터 운전형 HIM을 초기 구동시킬 경우에 필요한 전압을 최소로 하여 제품에 적용할 경우에 신뢰성을 향상시키고, 정상상태의 운전시 효율을 향상시킬 수 있는 캐패시터 운전형 HIM의 구동장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 캐패시터 운전형 HIM을 초기 구동시킨 후 계속 운전시킬 경우에 인가되는 전압을 감압시켜 고효율 및 저소비 전력으로 계속 운전시킬 수 있는 캐패시터 운전형 HIM의 구동장치를 제공하는데 있다.
이러한 목적을 가지는 본 발명의 캐패시터 운전형 HIM의 구동장치는, 철심에 메인코일과 서브코일이 권선되고, 메인코일과 서브코일의 사이에 운전용 캐패시터가 구비되어 회전자계를 발생하는 스테이터와, 상기 스테이터의 내측에 설치되고 스테이터가 발생하는 회전자계에 의해 회전되는 영구자석 로터와, 상기 영구자석 로터의 내측에 설치되고 그 영구자석 로터가 회전하면서 발생하는 회전자계에 의해 회전되어 회전축을 회전시키는 유도기 로터를 구비하는 캐패시터 운전형 하이브리 드 인덕션 모터의 구동장치에 있어서, 전원단자와 상기 메인코일 및 서브코일이 공통 접속되는 공통단자의 사이에, 캐패시터 운전형 하이브리드 인덕션 모터의 정상 운전시 메인코일과, 서브코일 및 운전용 캐패시터에 인가되는 전압을 감압하는 감압용 라인 캐패시터와 PTC(Positive Temperature Coefficients)용 더미스터가 병렬 접속되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 캐패시터 운전형 하이브리드 인덕션 모터의 초기 구동시 상기 감압용 라인 캐패시터와 병렬 접속되고, 정상 운전시 상기 PTC용 더미스터에 의해 차단되는 시동용 캐패시터가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도 3 내지 도 8의 도면을 참조하여 본 발명의 캐패시터 운전형 HIM의 구동장치를 상세히 설명하겠으며, 여기서 종래와 동일한 부위에는 동일 부호를 부여하였다.
도 3은 본 발명의 구동장치의 일 실시 예의 구성을 보인 회로도이다. 이에 도시된 바와 같이 본 발명의 구동장치는 전원단자(A)와 메인 코일(104, 104a) 및 서브코일(106, 106a)이 공통 접속되는 공통단자(COM)의 사이에 감압용 라인 캐패시터(300) 및 PTC(Positive Temperature Coefficients)용 더미스터(302)가 병렬 접속된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 구동장치의 일 실시 예는 전원단자(A, B)에 전원(AC)이 인가되면, 그 전원(AC)은 병렬 접속된 감압용 라인 캐패시터(300) 및 PTC용 더미스터(302)를 통해 메인 코일(104, 104a)과, 서브 코일(106, 106a) 및 운전 용 캐패시터(200)에 인가된다.
여기서, 상기 PTC용 더미스터(302)는 도 4에 도시된 바와 같이 초기에 가열되지 않았을 경우에는 매우 낮은 저항값을 갖고, 전원(AC)의 인가에 따라 가열되기 시작하며, 소정 시간이 경과되어 설정온도 이상으로 가열될 경우에 매우 높은 저항값을 갖는 정온도 특성을 가지고 있다.
그러므로 상기 전원(AC)이 인가되는 초기에는 PTC용 더미스터(302)의 저항값이 매우 낮으므로 도 5a에 도시된 등가회로도와 같이 전원단자(A)와 공통단자(COM)가 상호간에 접속된다.
따라서 전원(AC)이 공급되는 초기에 메인 코일(104, 104a)과, 서브 코일(106, 106a) 및 운전용 캐패시터(200)에는 도 6에 도시된 바와 같이 높은 전압이 인가되고, 이로 인하여 높은 회전자계를 발생하여 캐패시터 운전형 HIM이 초기 구동된다.
이와 같은 상태에서 소정의 시간이 경과되면, PTC용 더미스터(302)의 저항값이 상승하게 되고, 이로 인하여 PTC용 더미스터(302)가 매우 높은 저항값을 가지게 되고, 전원(AC)과 공통단자(COM)의 사이에는 도 5b에 도시된 등가회로도와 같이 감압용 라인 캐패시터(300)가 직렬 접속되게 된다.
따라서, 전원(AC)이 감압용 라인 캐패시터(202)에 의해 감압되고, 메인 코일(104, 104a)과, 서브 코일(106, 106a) 및 운전용 캐패시터(200)에는 낮은 전압이 인가되면서 캐패시터 운전형 HIM은 계속 구동상태를 유지하게 된다.
도 7은 본 발명의 구동장치의 다른 실시 예의 구성을 보인 회로도이다. 이에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예는 상기 감압용 라인 캐패시터(300)에, 직렬 접속된 시동용 캐패시터(304) 및 PTC용 더미스터(302)를 병렬로 접속하였다.
이와 같이 구성된 본 발명의 구동장치의 다른 실시 예는 전원(AC)이 인가되는 초기에 PTC용 더미스터(302)의 저항값이 매우 낮으므로 도 8a에 도시된 등가회로도와 같이 전원(AC)과 공통단자(COM)의 사이에는 감압용 라인 캐패시터(300) 및 시동용 캐패시터(304)가 병렬 접속된다.
여기서, 시동용 캐패시터(304)의 용량은 감압용 라인 캐패시터(300)의 용량보다 높은 것으로서 메인 코일(104, 104a)과, 서브 코일(106, 106a) 및 운전용 캐패시터(200)에는 시동용 캐패시터(304)와 감압용 라인 캐패시터(300)의 합성 용량에 따른 높은 전압이 인가되어 캐패시터 운전형 HIM은 초기 구동되기 시작한다.
이와 같은 상태에서 소정의 시간이 경과되면, PTC용 더미스터(302)의 저항값이 상승하여 차단상태로 되고, 이로 인하여 도 8b에 도시된 등가회로도와 같이 전원(AC)과 공통단자(COM)의 사이에는 감압용 라인 캐패시터(300)가 직렬 접속되게 된다.
따라서, 전원(AC)이 감압용 라인 캐패시터(300)에 의해 감압되고, 메인 코일(104, 104a)과, 서브 코일(106, 106a) 및 운전용 캐패시터(200)에는 도 8에 도시된 바와 같이 낮은 전압이 인가되어 캐패시터 운전형 HIM은 계속 구동상태를 유지하게 된다.
이러한 본 발명의 구동장치는 메인 코일(104, 104a) 및 서브 코일(106, 106a)을 설계함에 있어서, 감압되는 전압에 따라 권선해야 되고, 감압용 라인 캐패 시터(202) 및 시동용 캐패시터(206)의 용량에 따라 메인 코일(104, 104a) 및 서브 코일(106, 106a)에 인가되는 전압이 비례적으로 증가한다.
그러므로 낮은 전압으로 캐패시터 운전형 HIM을 구동시킬 수 있음은 물론 메인 코일(104, 104a) 및 서브 코일(106, 106a)의 권선수를 줄일 수 있다.
한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 캐패시터 운전형 HIM을 낮은 전압으로 초기 구동시킬 수 있어 초기 구동의 신뢰성이 향상되고, 정상 운전을 할 경우에는 메인 코일에 낮은 전압을 인가하여 고효율 및 저소비 전력의 운전이 가능함은 물론 메인 코일의 권선수를 줄일 수 있어 작업성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 철심에 메인코일과 서브코일이 권선되고, 메인코일과 서브코일의 사이에 운전용 캐패시터가 구비되어 회전자계를 발생하는 스테이터와, 상기 스테이터의 내측에 설치되고 스테이터가 발생하는 회전자계에 의해 회전되는 영구자석 로터와, 상기 영구자석 로터의 내측에 설치되고 그 영구자석 로터가 회전하면서 발생하는 회전자계에 의해 회전되어 회전축을 회전시키는 유도기 로터를 구비하는 캐패시터 운전형 하이브리드 인덕션 모터의 구동장치에 있어서,
    전원단자와 상기 메인코일 및 서브코일이 공통 접속되는 공통단자의 사이에, 캐패시터 운전형 하이브리드 인덕션 모터의 정상 운전시 메인코일과, 서브코일 및 운전용 캐패시터에 인가되는 전압을 감압하는 감압용 라인 캐패시터와 PTC(Positive Temperature Coefficients)용 더미스터가 병렬 접속된 캐패시터 운전형 하이브리드 인덕션 모터의 구동장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    캐패시터 운전형 하이브리드 인덕션 모터의 초기 구동시 상기 감압용 라인 캐패시터와 병렬 접속되고, 정상 운전시 상기 PTC용 더미스터에 의해 차단되는 시동용 캐패시터가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 캐패시터 운전형 하이브리드 인덕션 모터의 구동장치.
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