KR20080079395A

KR20080079395A - 소프트 기동수단을 구비한 모타

Info

Publication number: KR20080079395A
Application number: KR1020070019449A
Authority: KR
Inventors: 김태국
Original assignee: (주)시대전기
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2008-09-01
Also published as: KR100876941B1

Abstract

본 발명은 모타에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기동시에 발생하는 돌입 전류를 작게 할 수 있는 소프트 기동수단을 구비한 모타에 관한 것이다.

본 발명에 따른 모타는, 하우징과, 상기 하우징에 회전가능하게 설치된 축과, 상기 축에 회전가능하도록 설치된 로터와, 상기 로터가 회전력을 갖는 경우 축에 대하여 일정한 각도 회전을 한 후에 로터의 회전력을 상기 축에 전달하고, 로터가 회전력을 갖지 않는 경우 축에 대하여 회전력을 갖기 전의 최초 위치로 복귀시키기 위한 소프트기동수단을 포함한다.

본 발명에 의한 모타는 돌입전류를 작게 할 수 있어서, 모타를 구동하기 위한 제어장치와 배전설비의 제조원가를 낮출 수 있다. 또한, 대량으로 사용되는 냉장고, 에어컨이나 공기 압축기 등에 본 발명에 따른 모타를 사용할 경우 전력시스템 전체의 돌입전류의 크기가 작게 되어 전력공급의 예비율을 낮출 수 있게 되어 전력 시설 대한 투자비용을 낮출 수 있다.

모타, 돌입전류, 소프트 기동수단, 코일스프링, 로터

Description

소프트 기동수단을 구비한 모타{MOTOR HAVING SOFT STARTING MEANS}

도 1은 종래의 모터의 단면도

도 2는 종래의 모타에 있어서 기동시 발생하는 돌입전류를 설명하기 위한 그래프

도 3은 본 발명에 따른 소프트 기동수단을 구비한 모타의 일실시예의 분해사시도

도 4는 도 3에 도시된 실시예의 작동상태를 설명하기 위한 단면도

도 5는 본 발명에 따른 소프트 기동수단을 구비한 모타의 다른 실시예의 작동상태를 설명하기 위한 단면도

도 6은 본 발명에 따른 소프트 기동수단을 구비한 모타의 돌입전류를 설명하기 위한 그래프

<도면 부호의 간단한 설명>

110 축 120 로터조립체

121 로터 122 전동부재

130 스테이터 140, 141 베어링

150 하우징 160 코일스프링

도 1에 도시된 것과 같은 종래의 모타(10)는, 하우징(15)에 고정된 스테이터(13)와, 하우징(15)에 회전가능하게 설치된 축(11)과, 축(11)에 고정된 로터(12)를 구비한다. 축(11)은 한 쌍의 베어링(14)에 의하여 하우징(15)에 회전가능하게 지지되어 있다. 가장 많이 사용되는 유도 모타의 경우 로터(12)나 스테이터(13) 모두 코어에 코일을 권선한 것을 사용하나, 모타의 종류에 따라서 로터(12)나 스테이터(13) 중 어느 하나는 영구자석을 사용할 수도 있다. 어떤 종류의 모타이거나, 축(11)에 부하가 연결되어 있을 경우, 모타(10)의 기동 시에 부하의 관성과 모타 자체의 관성으로 인하여 정상운전 상태의 토크보다 큰 기동 토크가 필요하다.

종래의 모타는 기동 시에 큰 기동 토크가 필요하기 때문에, 기동시 모타의 코일에는 일시적으로 대전류가 흐르게 된다. 모타의 기동시에 일시적으로 대전류가 흐르는 현상을 돌입전류(in-rush current)라고 한다. 도 2에 도시된 그래프를 참조하면, 모타에 전류가 공급되어 로터가 회전을 시작하기까지(t1) 코일에 급격히 많은 양의 전류가 흐르게 되고, 로터가 기동을 시작하여 일정한 회전속도에 이르면(t2) 정상운전 상태의 전류가 흐르게 된다. 돌입전류는 정도의 차이는 있으나 모든 종류의 모타에 있어서, 정상운전 시보다 기동 시에 큰 토크를 필요로 하기 때 문에 발생하는 현상이다. 따라서 종래의 모타를 사용할 경우에는 기동시에 발생하는 돌입전류에 대한 대책으로 정상적인 운전상태에서 필요한 것보다 큰 용량의 배전설비를 구비하여야 하며, 전력 공급 면에 있어서도 필요 이상의 전력 예비율을 유지하여야 한다.

본 발명의 목적은 기동시에 발생하는 돌입전류의 크기를 작게 할 수 있는 소프트 기동수단을 구비한 모타를 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 모타를 사용하면 모타의 기동시에 발생하는 돌입전류의 크기를 작게 할 수 있으므로, 기동시의 에너지를 절약할 수 있으며, 고가인 배전설비에 대한 투자나 전력예비율을 낮출 수가 있게 된다.

본 발명에 따른 모타는, 축에 부하가 연결되어 정지한 상태에서 모타의 기동 시, 소프트 기동수단이 로터가 일정한 각도 회전한 후에 로터의 회전력을 축에 전달하도록 되어 있다. 즉, 로터는 무부하 상태에서 회전하여 일정한 회전속도에 이르러 운동에너지를 갖게 된 후에, 부하에 연결된 축에 회전력을 전달하도록 되어 있다. 따라서 로터의 운동에너지가 순간적으로 부하에 연결된 축에 전달되기 때문 에 부하를 구동하기 위한 토크가 작게 된다. 반면에 종래의 모터는 로터와 축이 일체로 결합되어 있어서, 기동시에 로터와 축에 연결된 부하를 동시에 회전시키기 위하여 상대적으로 큰 토크가 필요하다. 따라서,본 발명에 의한 모타는 기동 시에 종래의 모타에 비하여 상대적으로 적은 기동 토크로 기동이 가능하다. 본 발명에 의한 모타가 종래의 모타에 비하여 적은 기동 토크로 기동이 가능하므로, 종래의 모타에 비하여 적은 크기의 돌입전류가 발생하게 된다.

본 발명에 따른 모타는, 상기 로터가 회전력을 갖는 경우 축에 대하여 일정한 각도 회전을 한 후에 로터의 회전력을 상기 축에 전달시키기 위한 소프트 기동수단을 구비한다. 소프트 기동수단은, 상기 축의 길이방향의 외주면의 일부에 형성된 나사산과, 중공의 실린더 형상으로 상기 로타의 중공에 삽입되어 로타와 일체로 고정되고 내주면에 나사산이 형성되어 상기 축의 외주면에 형성된 나사산과 체결된 전동부재를 포함한다. 또한, 로터가 회전력을 갖지 않는 경우 축에 대하여 회전력을 갖기 전의 최초 위치로 복귀시키기 위하여, 일단이 상기 전동부재에 고정되고 타단이 상기 축에 고정된 탄성부재를 포함한다. 본 발명에 의한 모타는, 로터에 고정된 전동부재가 로터의 회전과 함께 회전하면서 나사산을 타고 축방향으로 일정 길이 전진하여 더 이상 전진할 수 없게 되면, 축과 일체로 되어 회전하게 된다. 로터가 축과 일체로 되어 회전할 때, 로터의 운동에너지가 순간적으로 축에 전달되어 축에 연결된 부하를 회전시키기 위한 에너지로 사용된다. 상기 탄성부재로는 상기 축의 외주를 감싸도록 설치된 코일스프링을 사용하고, 상기 축의 외주면에 형성된 나사산과 상기 전동부재의 내주면에 형성된 나사산은 코일스프링의 복원 력에 의하여 모타가 정지시 최초의 위치로 용이하게 복귀되도록 둥근 나사산으로 하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 의한 모타에 있어서, 상기 소프트기동수단으로 전동부재를 사용하지 않고, 일단이 상기 로타에 고정되고, 타단이 상기 축에 고정된 탄성부재를 사용할 수도 있다. 상기 탄성부재는 상기 축의 외주를 감싸도록 설치하고, 로터의 회전에 의하여 코일스프링의 직경이 감소하도록 된 코일스프링을 사용하여, 로터의 회전시 코일 스프링이 축의 외주면과 밀착되어 동력이 전달되도록 할 수도 있다.

이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 소프트 기동수단을 구비한 모타의 일실시예의 분해사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 실시예의 작동상태를 설명하기 위한 단면도이다.

본 실시예의 모타(100)는, 하우징(150)과 하우징의 내부에 삽입되어 고정되는 스테이터(130)를 구비한다. 하우징(150)의 양단에는 전방커버(151)과 후방커버(152)가 고정된다. 전방커버(151)의 관통구멍(151a)에는 베어링(141)이 설치되고, 후방커버(152)에는 베어링(140)이 설치되어 있다. 축(110)은 상기 한 쌍의 베어링(140, 141)에 양단이 삽입되어 지지된다. 축(110)의 길이방향의 외주면의 일부분에는 둥근 나사산(111)이 형성되어 있다. 또한, 축(110)은 코일스프링(160)의 일단(161)이 삽입되어 고정되기 위한 삽입홈(112)이 형성된 대경부(113)를 구비한다.

로터조립체(120)는 로터(121)와 로터(121)의 중공에 삽입되어 고정된 실린더 형상의 전동부재(122)를 구비한다. 전동부재(122)의 외주면은 로터(121)의 내주면에 압입에 의하여 고정되어 있다. 또한 도 4를 참조하면, 전동부재(122)에는 관통구멍이 형성되어 있고, 관통구멍의 내주면에는 축(110)에 형성된 둥근 나사산(111)과 체결되기 위한 둥근 나사산(124)이 형성되어 있다. 또한, 전동부재(122)의 일단에는, 코일스프링(160)의 타단(162)이 삽입되어 고정되기 위한 삽입홈(122a)이 형성되어 있다. 미설명 부호 142는 로터(121)의 이동을 제한하기 위한 스페이서이다.

도 4(a) 및 도 4(b)를 참조하여 본 실시예에 따른 모타(100)의 작동에 대하여 설명한다. 정지상태에서 모타(100)에 전류가 공급되면 로터(121)에 회전력이 발생하고, 로터(121)의 회전력에 의하여 로터(121)와 일체로 결합된 전동부재(122)가 회전한다. 전동부재(122)가 회전하면, 축(110)에 형성된 나사산(111)을 타고서 로터조립체(120)가 도 4(a)에 도시된 화살표 방향으로 전진하게 된다. 허용된 피치만큼 회전에 의하여 로터조립체(120)가 화살표 방향으로 전진하면, 축(110)의 대경부(113)의 단부면(113a)과 전동부재(122)의 단부면(122b)이 밀착되어 더 이상 전진할 수 없게 된다. 로터조립체(120)가 더 이상 전진할 수 없게 되면, 축(110)과 로터조립체(120)가 나사산에 의하여 일체로 결합되고, 로터조립체(120)의 회전에 의한 운동에너지가 순간적으로 축(110)에 전달되어 축(110)을 회전시키게 된다. 이때 코일스프링(160)은 일단(161)이 축(110)에 고정되고 타단(162)이 전동부재(122)에 고정되어 있으므로, 코일스프링(160)은 로터조립체(120)가 축(110)에 대 하여 상대적으로 회전한 각도만큼 탄성 변형되어 있다. 도 6을 참조하면, 본 실시예의 모타가 기동할 경우 일정한 시간동안(t1) 로터(121)가 거의 무부하 상태(탄성계수가 작은 코일스프링을 사용하여 코일스프링을 변형시키기 위한 힘을 무시할 경우)로 회전하므로 돌입전류(i1)가 종래의 모타에 비하여 대단히 작게 된다. 또한, 로터조립체(120)가 축(110)과 일체로 되어 부하를 구동할 때(t2)에도, 로터조립체(120)의 운동에너지가 순간적으로 축(110)에 전달되므로 축(110)에 연결된 부하를 구동하기 위한 전류값(i2)이 종래의 모타에 비하여 상대적으로 작게 된다. 즉 부하가 연결된 축(110)을 회전시킬 때(t2) 어느 정도 돌입 전류(i2)가 발생하나, 로터(121)가 회전을 하고 있는 상태에 있기 때문에 정지한 상태에서 부하를 구동할 때 발생하는 돌입전류에 비하여 적은 크기의 돌입전류가 발생하게 된다.

도 4(b)에 도시된 것과 같이, 모타(100)에 전류의 공급이 차단되어 로터(121)에 회전력이 생성되지 않는 경우, 탄성 변형된 코일스프링(160)의 복원력에 의하여 전동부재(122)는 로터(121)의 회전방향과 반대방향으로 회전된다. 따라서, 로터조립체(120)는 축(110)에 형성된 나사산(111)을 타고서 도 4(b)에 도시된 화살표 방향으로 후진하게 되어, 로터조립체(120)는 로터(121)가 회전력을 갖기 전의 최초 위치로 복귀된다.

도 5는 본 발명에 따른 소프트 기동수단을 구비한 모타의 다른 실시예의 작동상태를 설명하기 위한 단면도이다. 도 5에 도시된 모타의 실시예가 도 3에 도시된 모타의 실시예와 다른 점은, 축(210)에 나사산이 형성되어 있지 않으며, 전동부재를 구비하고 있지 않으며, 코일스프링(260)의 일단이 축에 고정되어 있으나 타단 은 로터(220)에 직접 고정되어 있다는 점이다. 본 실시예의 모타(200)는 하우징(250)에 고정된 스테이터(230)와, 회전가능하게 베어링(240)에 의하여 지지된 축(210)을 포함한다. 축에는 로터(220)가 회전가능하게 설치되어 있다. 코일스프링(260)의 일단은 축에 고정되어 있고 타단은 로터(220)에 고정되어 있다. 로터(220)가 축(210)에 대하여 상대적으로 일정한 각도 회전하면 코일스프링(260)의 직경이 감소되도록 변형되면서 축(210)의 외주면과 밀착된다. 즉, 도 6(a)에 도시된 것과 같이 로터가 정지한 경우에 코일스프링(260)은 축(210)의 외주면과 접촉하지 않도록 일정한 거리 이격되어 있고, 도 6(b)에 도시된 것과 같이 로터(220)가 축(210)에 대하여 상대적으로 일정 각도 회전한 경우 코일스프링(260)이 회전에 의하여 직경이 감소하도록 변형되어 축(210)의 외주면과 밀착되어 축(21)을 회전시키도록 되어 있다. 본 실시예의 모타(200)는 코일스프링이 축에 회전력을 전달하는 기능과 로터를 최초 위치로 복귀시키는 기능을 동시에 수행하도록 되어 있는 점에서 도 3에 도시된 실시예와 차이가 있다. 도 3에 도시된 실시예에서 축에 회전력을 전달하는 기능은 축에 형성된 나사산에 의해서 전동부재가 수행하고, 코일스프링은 로터를 최초위치로 복귀시키는 기능만을 수행하도록 되어 있다.

본 발명에 따르면, 로터가 일정한 각도 회전하여 운동에너지를 갖도록 한 후에 축에 로터의 회전력을 전달하도록 된 모타를 제공한다. 본 발명에 따른 모타는 로터가 축에 대하여 상대적으로 일정각도 회전하여 운동하고 있는 상태에서 축을 회전시키도록 되어 있어서, 로타와 축이 일체로 결합되어 정지된 상태에서 모타를 기동시키는 경우에 비하여 구동토크의 크기가 작아 진다. 따라서, 종래의 모타에 비하여 돌입전류의 크기를 작게 할 수 있어서, 모타를 구동하기 위한 제어장치와 배전설비의 제조원가를 낮출 수 있다. 또한, 대량으로 사용되는 냉장고, 에어컨이나 공기 압축기 등에 본 발명에 따른 모타를 사용할 경우 전력시스템 전체의 돌입전류의 크기가 작게 되어 전력공급의 예비율을 낮출 수 있게 되어 전력 시설 대한 투자비용을 낮출 수 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims

하우징과,

상기 하우징에 회전가능하게 설치된 축과,

상기 축에 회전가능하도록 설치된 로터와,

상기 로터가 회전력을 갖는 경우 축에 대하여 일정한 방향으로 일정한 각도 회전을 한 후에 로터의 회전력을 상기 축에 전달하고, 로터가 회전력을 갖지 않는 경우 축에 대하여 회전력을 갖기 전의 최초 위치로 복귀시키기 위한 소프트기동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 모타.
제1항에 있어서,

상기 축의 길이방향의 외주면의 일부에는 나사산이 형성되어 있으며,

상기 소프트 기동수단은,

중공의 실린더 형상으로 상기 로타의 중공에 삽입되어 로타와 일체로 고정되어 있으며, 내주면에 나사산이 형성되어 상기 축의 외주면에 형성된 나사산과 체결되어 설치된 전동부재와,

일단이 상기 전동부재에 고정되고 타단이 상기 축에 고정된 탄성부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모타.
제4항에 있어서,

상기 탄성부재는, 상기 축의 외주를 감싸도록 설치된 코일스프링인 것을 특징으로 하는 모타.
제3항에 있어서,

상기 축의 외주면에 형성된 나사산과, 상기 전동부재의 내주면에 형성된 나사산은 둥근 나사산인 것을 특징으로 하는 모타.
제1항에 있어서, 상기 소프트기동수단은,

일단이 상기 로타에 고정되고, 타단이 상기 축에 고정된 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 모타.
제5항에 있어서,

상기 탄성부재는, 상기 축의 외주를 감싸도록 설치된 코일스프링이고, 로터의 회전에 의하여 축의 외주면과 밀착되어 동력을 전달하도록 설치된 것을 특징으로 하는 모타.