KR20060004809A - 쉐이딩 코일형 하이브리드 인덕션 모터의 구동장치 - Google Patents

쉐이딩 코일형 하이브리드 인덕션 모터의 구동장치 Download PDF

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쉐이딩 코일형 HIM(Hybrid Induction Motor)을 초기 구동시킬 경우에 필요한 전압을 최소로 하여 초기 구동의 신뢰성을 향상시키고, 정상상태로 계속 운전시킬 경우에 인가되는 전압을 감압하여 고효율 및 저소비 전력으로 운전시킨다.
철심에 스테이터 코일과 쉐이딩용 코일이 권선되는 스테이터와, 유도기 로터와, 상기 스테이터 및 유도기 로터의 사이에 영구자석 로터를 구비한 쉐이딩 코일형 HIM의 구동장치에서, 쉐이딩 코일형 HIM의 정상 운전시 스테이터 코일에 인가되는 전압을 감압하는 감압용 라인 캐패시터와, 상기 감압용 라인 캐패시터에 병렬 접속되어 쉐이딩 코일형 HIM을 초기 구동시킬 경우에 전원이 상기 감압용 라인 캐패시터에서 감압되지 않고, 상기 스테이터 코일에 인가되고, 쉐이딩 코일형 HIM의 정상 구동시 전원이 상기 감압용 라인 캐패시터에서 감압되어 상기 스테이터 코일에 인가되게 하는 PTC(Positive Temperature Coefficients)용 더미스터가 전원단자와 상기 스테이터 코일의 사이에 병렬 접속되고, 또한 쉐이딩 코일형 HIM의 초기 구동시 상기 감압용 라인 캐패시터와 병렬 접속되고, 정상 운전시 상기 PTC용 더미스터에 의해 차단되는 시동용 캐패시터를 구비한다.
PTC 더미스터, 쉐이딩코일, 감압용 라인 캐패시터, 기동용 캐패시터, HIM

Description

쉐이딩 코일형 하이브리드 인덕션 모터의 구동장치{Apparatus for driving shading coil type Hybrid Induction Motor}
도 1은 일반적인 쉐이딩 코일형 4극 하이브리드 인덕션 모터의 구성을 개략적으로 보인 단면도.
도 2는 일반적인 쉐이딩 코일형 4극 하이브리드 인덕션 모터에서 4개의 스테이터 코일의 결선상태를 보인 도면.
도 3은 종래의 쉐이딩 코일형 하이브리드 인덕션 모터의 구동장치의 회로도.
도 4는 본 발명의 구동장치의 일 실시 예의 구성을 보인 회로도.
도 5는 본 발명의 구동장치에 사용되는 PTC용 더미스터의 동작특성을 보인 그래프.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 구동장치의 일 실시 예의 동작을 설명하기 위한 등가회로도.
도 7은 본 발명의 구동장치의 일 실시 예에 따라 스테이터 코일에 인가되는 전압의 변화를 보인 그래프.
도 8은 본 발명의 구동장치의 다른 실시 예의 구성을 보인 회로도.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 구동장치의 다른 실시 예의 동작을 설명하기 위한 등가회로도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
200 : 스테이터 코일 202 : 감압용 라인 캐패시터
204 : PTC용 더미스터 206 : 시동용 캐패시터
A, B : 전원단자 AC : 전원
본 발명은 쉐이딩 코일(Shading coil)을 구비하고 있는 하이브리드 인덕션 모터(Hybrid Induction Motor : 이하, 'HIM'이라고 약칭함)를 구동시키는 쉐이딩 코일형 HIM의 구동장치에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 쉐이딩 코일형 4극 HIM의 구성을 개략적으로 보인 도면이다. 여기서, 부호 100은 스테이터이다. 상기 스테이터(100)는, 철심(102)에 등간격으로 4개의 스테이터 코일(104, 104a, 104b, 104c)이 권선되고, 스테이터 코일(104, 104a, 104b, 104c)의 일측의 철심(102)에는 4개의 쉐이딩 코일(106, 106a, 106b, 106c)이 공간적으로 적당한 각도로 배치되어 스테이터(100)에서 타원형의 회전자계가 발생되게 구성된다.
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 회전되도록 구성된다.
도 2는 일반적인 쉐이딩 코일형 4극 HIM에서 4개의 스테이터 코일의 결선상태를 보인 도면이다. 이에 도시된 바와 같이 상기 4개의 스테이터 코일(104, 104a, 104b, 104c)은 상호간에 인접하는 부위가 동일한 극성을 가지도록 순차적으로 직렬 결선된다.
도 3은 종래의 쉐이딩 코일형 HIM의 구동장치의 회로도이다. 이에 도시된 바와 같이 종래의 구동장치는 직렬로 접속된 스테이터 코일(104, 104a, 104b, 104c)에 전원(AC)이 직접 인가되게 구성하였다.
이러한 구성을 가지는 쉐이딩 코일형 HIM은 스테이터 코일(104, 104a, 104b, 104c)에 전원(AC)이 공급되면, 스테이터 코일(104, 104a, 104b, 104c)이 소정의 자계를 발생하고, 스테이터 코일(104, 104a, 104b, 104c)이 발생한 자계에 따라 쉐이딩 코일(106, 106a, 106b, 106c)이 자계를 발생하여 스테이터(102)는 스테이터 코일(104, 104a, 104b, 104c)이 발생한 자계 및 쉐이딩 코일(106, 106a, 106b, 106c)이 발생한 자계를 합성한 타원 형태의 회전자계를 발생하게 된다.
상기 스테이터(102)에서 발생하는 타원 형태의 회전자계는 영구자석 로터(120)에 전달되어 영구자석 로터(120)가 회전되면서 강한 자속을 가지는 회전자계를 발생하게 되고, 영구자석 로터(120)가 발생하는 강한 자속의 회전자계에 의해 유도기 로터(110)가 회전하여 회전축(130)이 회전된다.
이러한 쉐이딩 코일형 HIM은 영구자석 로터(110)가 회전하면서 발생하는 강 한 자속의 회전자계에 의해 유도기 로터(110)를 회전시킴으로써 고효율 및 저소음 운전이 가능하다.
그러나 상기한 쉐이딩 코일형 HIM은 최초로 구동시킬 경우에 높은 기자력을 필요로 하나 정상 운전시 고효율의 운전을 위하여 직렬 연결된 스테이터 코일(104, 104a, 104b, 104c)에 전원(AC)이 직접 인가되게 결선하였으므로 구동이 가능한 운전 전압범위가 제한적이고, 이로 인하여 쉐이딩 코일형 HIM의 초기 구동에 신뢰성이 없는 문제점이 있었다
그러므로 본 발명의 목적은 쉐이딩 코일형 HIM을 초기 구동시킬 경우에 필요한 전압을 최소로 하여 제품에 적용할 경우에 신뢰성을 향상시키고, 정상상태의 운전시 효율을 향상시킬 수 있는 쉐이딩 코일형 HIM의 구동장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 쉐이딩 코일형 HIM을 초기 구동시킨 후 계속 운전시킬 경우에 인가되는 전압을 낮춰 고효율 및 저소비 전력으로 계속 운전시킬 수 있는 쉐이딩 코일형 HIM의 구동장치를 제공하는데 있다.
이러한 목적을 가지는 본 발명의 쉐이딩 코일형 HIM의 구동장치는, 철심에 스테이터 코일과 쉐이딩용 코일이 권선되어 타원형의 회전자계를 발생하는 스테이터와, 상기 스테이터의 내측에 설치되고 스테이터가 발생하는 타원형의 회전자계에 의해 회전되는 영구자석 로터와, 상기 영구자석 로터의 내측에 설치되고 그 영구자석 로터가 회전하면서 발생하는 회전자계에 의해 회전되어 회전축을 회전시키는 유도기 로터를 구비하는 쉐이딩 코일형 HIM의 구동장치에 있어서, 전원단자와 상기 스테이터 코일의 사이에 직렬 접속되어 쉐이딩 코일형 HIM의 정상 운전시 스테이터 코일에 인가되는 전압을 감압하는 감압용 라인 캐패시터와, 상기 감압용 라인 캐패시터에 병렬 접속되어 쉐이딩 코일형 HIM을 초기 구동시킬 경우에 전원이 상기 감압용 라인 캐패시터에서 감압되지 않고, 상기 스테이터 코일에 인가되고, 쉐이딩 코일형 HIM의 정상 구동시 전원이 상기 감압용 라인 캐패시터에서 감압되어 상기 스테이터 코일에 인가되게 하는 PTC용 더미스터로 구성됨을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 쉐이딩 코일형 HIM의 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 4 내지 도 9의 도면을 참조하여 본 발명의 쉐이딩 코일형 HIM의 구동장치를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 구동장치의 일 실시 예의 구성을 보인 회로도이다. 이에 도시된 바와 같이 전원단자(A)와 스테이터 코일(200)의 사이에, 감압용 라인 캐패시터(202) 및 PTC(Positive Temperature Coefficients)용 더미스터(204)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(202) 및 PTC용 더미스터(204)를 통해 스테이터 코일(200)에 인가된다.
여기서, 상기 PTC용 더미스터(204)는 도 5에 도시된 바와 같이 초기에 가열 되지 않았을 경우에는 매우 낮은 저항값을 갖고, 전원(AC)의 인가에 따라 가열되고, 소정 시간이 경과되어 설정온도 이상으로 가열될 경우에 매우 높은 저항값을 갖는 정온도 특성을 가지고 있다.
그러므로 상기 전원(AC)이 인가되는 초기에는 PTC용 더미스터(204)의 저항값이 매우 낮으므로 스테이터 코일(200)에는 도 6a에 도시된 등가회로도와 같이 전원단자(A)와 스테이터 코일(200)이 직접 접속된다.
따라서 전원(AC)이 공급되는 초기에 스테이터 코일(200)에는 도 7에 도시된 바와 같이 높은 전압이 인가되고, 이로 인하여 높은 기자력으로 쉐이딩 코일형 HIM이 초기 구동된다.
이와 같은 상태에서 소정의 시간이 경과되면, PTC용 더미스터(204)의 저항값이 상승하게 되고, 이로 인하여 PTC용 더미스터(204)가 매우 높은 저항값을 가지게 되고, 전원(AC)과 스테이터 코일(200)의 사이에는 도 6b에 도시된 등가회로도와 같이 감압용 라인 캐패시터(202)가 직렬 접속되게 된다.
따라서, 전원(AC)이 감압용 라인 캐패시터(202)에 의해 감압되고, 스테이터 코일(200)에는 낮은 전압이 인가되어 계속 구동상태를 유지하게 된다.
도 8은 본 발명의 구동장치의 다른 실시 예의 구성을 보인 회로도이다. 이에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예는 상기 감압용 라인 캐패시터(202)에, 직렬 접속된 시동용 캐패시터(206) 및 PTC용 더미스터(204)를 병렬로 접속하였다.
이와 같이 구성된 본 발명의 구동장치의 다른 실시 예는 전원(AC)이 인가되는 초기에 PTC용 더미스터(204)의 저항값이 매우 낮으므로 도 9a에 도시된 등가회 로도와 같이 전원(AC)과 스테이터 코일(200)의 사이에는 감압용 라인 캐패시터(202) 및 시동용 캐패시터(206)가 병렬 접속된다.
여기서, 시동용 캐패시터(206)의 용량은 감압용 라인 캐패시터(202)의 용량보다 높은 것으로서 스테이터 코일(200)에는 시동용 캐패시터(206)와 감압용 라인 캐패시터(202)의 합성 용량에 따른 높은 전압이 인가되어 초기 구동되기 시작한다.
이와 같은 상태에서 소정의 시간이 경과되면, PTC용 더미스터(204)의 저항값이 상승하여 차단상태로 되고, 이로 인하여 도 9b에 도시된 등가회로도와 같이 전원(AC)과 스테이터 코일(200)의 사이에는 감압용 라인 캐패시터(202)가 직렬 접속되게 된다.
따라서, 전원(AC)이 감압용 라인 캐패시터(202)에 의해 감압되고, 스테이터 코일(200)에는 낮은 전압이 인가되어 계속 구동상태를 유지하게 된다.
이러한 본 발명의 구동장치는 스테이터 코일(200)을 설계함에 있어서, 감압된 전압에 따라 권선해야 되고, 감압용 라인 캐패시터(202) 및 시동용 캐패시터(206)의 용량에 따라 스테이터 코일(200)에 인가되는 전압이 비례적으로 증가한다.
그러므로 낮은 전압으로 쉐이딩 코일형 HIM을 구동시킬 수 있음은 물론 스테이터 코일의 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 쉐이딩 코일형 HIM을 낮은 전압으로 초기 구동시킬 수 있어 초기 구동의 신뢰성이 향상되고, 정상 운전을 할 경우에는 스테이터 코일에 낮은 전압을 인가하여 고효율 및 저소비 전력의 운전이 가능함은 물론 스테이터 코일의 권선수를 줄일 수 있어 작업성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 철심에 스테이터 코일과 쉐이딩용 코일이 권선되어 타원형의 회전자계를 발생하는 스테이터와, 상기 스테이터의 내측에 설치되고 스테이터가 발생하는 타원형의 회전자계에 의해 회전되는 영구자석 로터와, 상기 영구자석 로터의 내측에 설치되고 그 영구자석 로터가 회전하면서 발생하는 회전자계에 의해 회전되어 회전축을 회전시키는 유도기 로터를 구비하는 쉐이딩 코일형 하이브리드 인덕션 모터의 구동장치에 있어서,
    전원단자와 상기 스테이터 코일의 사이에, 쉐이딩 코일형 하이브리드 인덕션 모터의 정상 운전시 스테이터 코일에 인가되는 전압을 감압하는 감압용 라인 캐패시터와 PTC(Positive Temperature Coefficients)용 더미스터가 병렬 접속된 쉐이딩 코일형 하이브리드 인덕션 모터의 구동장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    쉐이딩 코일형 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 쉐이딩 코일형 하이브리드 인덕션 모터의 구동장치.
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