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KR100697075B1 - 속도가변형 모터 - Google Patents

속도가변형 모터 Download PDF

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KR100697075B1
KR100697075B1 KR1020050011861A KR20050011861A KR100697075B1 KR 100697075 B1 KR100697075 B1 KR 100697075B1 KR 1020050011861 A KR1020050011861 A KR 1020050011861A KR 20050011861 A KR20050011861 A KR 20050011861A KR 100697075 B1 KR100697075 B1 KR 100697075B1
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Abstract

본 발명은 주권선 및 보조권선을 형성하는 적어도 하나 이상의 권선을 릴레이를 통해 직병렬로 절환함으로써 별도의 구동장치 없이도 상기 모터의 고속 내지 저속 가변범위를 확대할 수 있도록 하는 속도가변형 모터에 관한 것으로써, 고정자에 권선되어 다수의 극을 형성하기 위하여 제 1 및 제 2권선이 각각 형성되는 주권선 및 보조권선과, 상기 제 1, 2 주권선 및 제 1, 2 보조권선이 각각 직병렬로 절환시켜 모터의 회전속도를 조절할 수 있도록 하는 릴레이를 포함하여 구성되어, 상기 모터의 회전속도 가변범위를 크게 확대할 수 있으며 속도 가변을 위한 별도의 구동장치가 요구되지 않아 생산비용이 절감되고, 상기 모터의 저속제어시 발생되는 전자기적 진동소음이 크게 저감되는 효과가 있을 뿐만 아니라, 상기 모터가 세탁기에 적용되는 경우 세탁행정시에는 12극 모터로서 동작하고, 탈수행정시에는 4극모터로 동작하여 위상 제어 및 권선절환을 통해 상기 모터의 회전속도를 제어함으로써, 상기 모터의 속도제어가 효율적으로 이루어질 수 있으며 소비전력이 크게 저감되는 효과가 있다.
주권선, 보조권선, 릴레이, 절환, 극수변환, 외전형 모터

Description

속도가변형 모터{Speed Changeable Motor}
도 1 은 본 발명에 따른 외전형 모터가 도시된 분해 사시도,
도 2 는 본 발명에 따른 속도가변형 모터에 있어서, 주권선 및 보조권선의 연결이 도시된 회로도,
도 3 은 본 발명에 따른 속도가변형 모터에 있어서, 주권선 및 보조권선의 직병렬 절환에 따른 탈수속도의 변화를 도시한 그래프,
도 4 는 본 발명에 따른 속도가변형 모터의 극수변환용 권선 결선도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
LM1, LM2: 주권선 LS1, LS2: 보조권선
BM1, BM2, BS1, BS2: 릴레이 박스
본 발명은 속도가변형 모터로서, 특히 주권선 및 보조권선을 형성하는 적어 도 하나 이상의 권선을 릴레이를 통해 직병렬로 절환함으로써 별도의 구동장치 없이도 상기 모터의 고속 내지 저속 가변범위를 확대할 수 있도록 하는 속도가변형 모터에 관한 것이다.
일반적으로 단상 유도모터는 자연적으로 회전자계가 발생하는 3상 유도모터와는 달리 주권선에 의한 교번자계만이 발생하기 때문에 기동토크가 없으며, 따라서 정지된 단상 모터는 스스로 회전하지 못한다.
따라서, 상기 모터를 기동시키기 위한 별도의 기동장치가 요구되는데, 이러한 단상 유도모터는 3상 유도모터에 비해 성능과 가격면에서는 상대적으로 비효율적이지만 간단히 사용할 수 있는 편리함이 있어 가정용 등 주로 낮은 전력을 필요로 하는 기기에 널리 사용되고 있다.
한편, 기동장치가 구비된 단상 유도모터에 있어서, 상기 모터가 장착되는 기기의 작동 특성상 상기 모터의 고속회전 또는 저속회전등을 필요로 하는 경우가 있다.
이때, 상기와 같은 단상 교류전원이 인가되어 회전하는 경우에는 공급받는 전원의 전류변화가 일정하게 유지되어 속도변화에 제한이 있으므로 상기 모터의 속도를 가변시키기 위한 별도의 장치가 구비되어야 했으며, 이러한 장치로 보터 3상모터, 인버터 회로 또는 구동드라이버 회로를 부가하였다.
그러나, 상기와 같은 별도의 장치를 구비하는 경우 그에 따른 생산비용이 증가하게 되는 문제점이 있었고, 이에 대한 대안으로 상기 고정자에 권선된 코일 외 에 별도의 탭권선을 형성함으로써 상기 모터의 속도를 가변시키는 방법이 제안되어 있다.
그러나, 탭권선을 이용하여 상기 모터의 속도를 가변하는 상기의 방법은 도달가능한 최저가변속도가 상기 모터 동기속도의 2/3 수준으로 그 가변범위가 상당히 제한적이어서 그 속도범위를 확대하는데 큰 어려움이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 상기 모터를 고속으로 회전시키는 경우에는 주권선 및 보조권선을 각각 병렬로 연결하고 저속으로 회전시키는 경우에는 상기 주권선을 직렬로 연결하도록 구성되어 상기 모터의 속도가변범위를 크게 확대할 수 있도록 하는 속도가변형 모터를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 속도가변형 모터는 고정자에 권선되어 다수의 극을 형성하기 위하여 제 1 및 제 2권선이 각각 형성되는 주권선 및 보조권선과, 상기 제 1, 2 주권선 및 제 1, 2 보조권선이 각각 직병렬로 절환시켜 모터의 회전속도를 조절할 수 있도록 하는 릴레이를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다. 우선, 본 발명에 따른 속도가변형 모터는 외전형 모터가 사용된다. 도 1은 본 발명에 따른 외전형 모터가 도시된 분해 사시도이다.
본 발명에 따른 속도가변형 모터는 도 1에 도시된 바와 같이, 회전자(2)가 고정자(1)의 외측에 설치되는 외전형 모터로서 상기 고정자(1)의 권선에 흐르는 전류의 변화에 의해 외부의 회전자(2)가 회전을 하는 구조를 갖는다.
상기 외전형 모터는 회전자(2)가 외측에 설치되므로 내전형 모터에 비해 회전반경이 증가하게 되며, 따라서 상대적으로 단위 체적당 토크의 발생이 증가하여 고가의 기동장치가 요구되지 않고서도 기동토크가 큰 부하의 용도에 사용될 수 있으며, 동일한 토크의 발생을 필요로 하는 경우 내전형 모터의 구조보다 컴팩트하게 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 속도가변형 모터에 있어서, 주권선 및 보조권선의 연결이 도시된 회로도로서, 도 2a는 주권선 및 보조권선의 결선이 전체적으로 도시된 회로도이며, 도 2b는 주권선 및 보조권선이 각각 병렬로 연결된 경우의 회로도이고, 도 2c는 제 1주권선 및 제 2주권선이 직렬로 연결되며 상기 보조권선과 병렬로 연결되는 경우의 회로도이다.
우선, 본 발명에 따른 속도가변형 모터에 있어서 상기 고정자(1)에 권선되는 주권선은 두 개로 이루어지는 권선이 상기 고정자(1)에 각각 극을 형성하며 상기 코일의 방향을 반대로 권선하여, 단상 교류전원이 인가되는 경우 인접한 극을 형성하도록 하는 전류의 방향이 반대로 흐르도록 함으로써 이에 의해 발생하는 자기의 극성이 N극과 S극이 교대로 나타나게 한다.
또한, 상기 모터는 회전 토크를 발생시키기 위하여 상기 고정자에 상기 주권선(LM) 외에 보조권선(LS)을 더 포함하여 형성된다.
즉, 상기 모터는 단상 교류전원의 인가시 상기 주권선(LM)에 교번자계가 발생하는데, 단지 상기 교번자계의 발생으로는 상기 모터가 회전하지 않으므로, 상기 보조권선(LS)은 상기 커패시터의 작용에 따라 상기 주권선(LM)에 비해 전기적으로 90도의 위상차를 갖는 보조자계를 형성하게 되어 상기 보조자계 및 교번자계의 위상의 차이에 의해 자계가 서로 상쇄되지 않으므로 이에 의해 회전자계가 발생하여 상기 유도모터를 회전시키게 된다.
또한, 본 발명에 따른 속도가변형 모터는 상기 주권선(LM) 및 보조권선(LS)을 형성하기 위한 제 1, 제 2주권선(LM1, LM2) 및 제 1, 제 2보조권선(LS1, LS2)을 포함하여 구성된다.
상기 제 1 및 제 2주권선(LM1, LM2)과, 상기 제 1 및 제 2보조권선(LS1, LS2)은 도 2a에 도시된 바와 같이, 릴레이를 통해 연결 절환될 수 있도록 하는 적어도 하나 이상의 릴레이 박스(BM1, BM2, BS1, BS2)를 포함하여 구성되며, 전체적인 주권선(LM) 및 보조권선(LS) 역시 상기 릴레이 박스(BM1, BM2, BS1, BS2)를 통해 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
이때, 상기 릴레이 박스(BM1, BM2, BS1, BS2)는 별도로 외부에 구비되는 릴레이에 의해 상기 박스가 연결되는 각 회로의 단자를 선택적으로 연결시킴으로써 상기 주권선(LM) 및 보조권선(LS)이 직병렬 절환될 수 있도록 한다.
따라서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2주권선(LM1, LM2)과, 상기 제 1 및 제 2보조권선(LS1, LS2)이 상기 릴레이를 통해 병렬연결되며 상기 고정자로 인가되는 단상 교류전압이 220V인 경우, 상기 제 1, 2주권선(LM1, LM2) 및 제 1, 2보조권선(LS1, LS2) 양단에 걸리는 전압은 220V가 되어 그에 따른 자계가 형성되며, 상기 모터가 회전하게 된다.
또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2주권선(LM1, LM2)이 직렬로 연결되는 경우에는 상기 제 1, 제 2주권선(LM1, LM2) 전체에 걸쳐 220V가 인가되어 각 주권선에 걸리는 전압은 110V가 되며 이에 따라 상기 모터의 회전속도가 가변하게 된다.
이를 예를 들어 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상기 회로로 교류전압이 인가되고 상기 릴레이가 상기 주권선 및 보조권선을 직병렬 연결하게 되면 상기 모터는 다음의 식을 만족한다.
V = 4.44*f*Φ*N
(V는 상기 모터 고정자 권선의 양단에 인가되는 전압의 크기이며, f는 상기 모터에 인가되는 전원의 주파수이고, Φ는 상기 모터에 발생되는 자속이며, N은 상기 고정자에 감긴 권선의 턴수이다.)
즉, 상기 모터에 발생하는 자속은 상기 모터 고정자에 권선되는 각 코일의 양단에 인가되는 전압이므로, 상기 릴레이에 의해 상기 제 1 및 제 2 주/보조권선(LM1, LM2, LS1, LS2)이 병렬연결되는 경우에는 직렬연결되는 경우에 비해 일정 수로 비례하여 증가하게 되며, 그에 따라 상기 모터의 회전속도도 크게 증가하게 되는 것이다.
본 발명에 따른 속도가변형 모터는 변속이 요구되는 세탁기, 식기세척기 등의 기기에 적용될 수 있으며, 세탁행정 또는 탈수행정 등에 있어서, 상기 모터의 속도를 고속에서 저속 또는 저속에서 고속으로 가변시키는 것이 요구된다.
도 3은 본 발명에 따른 속도가변형 모터에 있어서, 주권선 및 보조권선의 직병렬 절환에 다른 탈수속도의 변화를 도시한 그래프이다.
즉, 상기 그래프는 본 발명에 따른 속도가변형 모터의 직/병렬 절환을 통한 모터의 회전속도 및 회전토크에 대한 관계가 도시된 그래프로서, 상기 주권선 및 보조권선이 직렬연결된 경우, 병렬연결된 경우 및 상기 세탁기에 적용된 모터의 부하곡선이 함께 도시되었다.
따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 모터가 세탁기에 적용되어 탈수 행정이 수행되는 경우에 있어서, 고속탈수 행정을 위해 상기 모터를 고속 회전시키고 자 하는 경우 릴레이의 동작에 의해 상기 모터의 주권선 및 보조권선을 병렬로 연결하면 병렬 연결시의 회전토크 곡선(A) 및 상기 부하곡선(L)이 교차하는 지점의 속도(S1)로 상기 모터가 회전하게 된다.
또한, 저속탈수 행정을 위해 상기 모터를 저속 회전시키고자 하는 경우 상기 릴레이의 동작에 의해 상기 모터의 주권선 및 보조권선을 직렬로 연결하면 직렬 연결시의 회전토크 곡선(B) 및 상기 부하곡선(L)이 교차하는 지점의 속도(S2)로 상기 모터가 회전하게 되어, 상기 모터의 속도를 고속에서 저속으로 크게 가변시킬 수 있게 되는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 속도가변형 모터는 4극 및 12극이 별도로 각각 권선되어 세탁기의 행정동작에 따라 극수가 변환되도록 동작한다.
도 4는 본 발명에 따른 속도가변형 모터의 극수변환용 권선 결선도이다.
즉, 본 발명에 따른 속도가변형 모터는 저속/고토크가 요구되는 세탁행정의 경우에는 12극(a)으로 권선된 모터로서 동작하며, 고속/고토크 또는 저속/저토크의 탈수행정의 경우에는 상기에서 설명한 4극모터(b)로서 동작하여 4극모터(b)로서 권선된 주권선 및 보조권선의 직/병렬 절환에 따라 상기 모터의 속도가 크게 가변될 수 있도록 한다.
또한, 12극 모터(b)로 동작시에는 다수의 극이 형성되어 상기 주권선 및 보조권선에 의한 속도제어성이 저하되므로 상기 모터로 인가되는 입력전원의 위상제어를 통해 속도를 가변시키도록 한다.
따라서, 본 발명에 따른 속도가변형 모터는 4극 및 12극이 각각 형성된 외전 형 모터로서, 4극을 형성하는 주권선 및 보조권선을 릴레이에 의해 직/병렬로 절환하여 모터의 속도가변범위를 크게 확대할 수 있으며 극수변환을 통해 12극 모터로 동작하도록 함으로써 소비전력의 저감효과를 극대화할 수 있는 것이다.
이상과 같이 본 발명에 의한 속도가변형 모터를 예시된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않으며, 극수가변형 모터를 사용하며 극을 형성하는 주권선 및 보조권선의 연결을 절환시킴으로써 상기 모터의 속도가변성을 크게 증가시킬 수 있도록 하는 본 발명의 기술사상은 보호되는 범위 이내에서 당업자에 의해 용이하게 응용될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 속도가변형 모터는 극을 형성하는 주권선 및 보조권선의 연결을 릴레이를 통해 직/병렬로 절환시킴으로써 상기 모터의 회전속도 가변범위를 크게 확대할 수 있으며, 속도 가변을 위한 별도의 구동장치가 요구되지 않아 생산비용이 절감되고, 상기 모터의 저속제어시 발생되는 전자기적 진동소음이 크게 저감되는 효과가 있다.
특히, 상기 모터가 세탁기에 적용되는 경우 세탁행정시에는 12극 모터로서 동작하고, 탈수행정시에는 4극모터로 동작하여 위상 제어 및 권선절환을 통해 상기 모터의 회전속도를 제어함으로써, 상기 모터의 속도제어가 효율적으로 이루어질 수 있으며 소비전력이 크게 저감되는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 단상유도모터에 있어서,
    고정자에 권선되는 제1,2 주권선과;
    상기 고정자에 권선되는 제1,2 보조권선과;
    상기 제1,2 주권선 및 제1,2 보조권선이 각각 직병렬로 연결되도록 절환하여 상기 모터의 회전속도 범위를 가변하는 릴레이를 포함하여 구성되며,
    상기 제1,2 주권선 및 제1,2, 보조권선은 상기 단상유도모터에 적어도 2종류 이상의 극수가 형성되도록 상기 고정자에 적어도 두 종류 이상의 턴수를 가지고 권선되는 것을 특징으로 하는 속도가변형 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 속도가변형 모터는 세탁과정에 따라 상기 극수가 변환되는 것을 특징으로 하는 속도가변형 모터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1,2 주권선 및 제1,2 보조권선은 상기 속도가변형 모터에 4극과 12극이 형성되도록 권선되는 것을 특징으로 하는 속도가변형 모터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 속도가변형 모터는 세탁행정시 12극 모터로 동작하고, 탈수행정시 4극 모터로 동작하는 것을 특징으로 하는 속도가변형 모터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 릴레이는 상기 속도가변형 모터를 고속 회전시키는 경우 상기 제1,2 주권선 및 제1,2 보조권선을 각각 병렬로 연결하고, 상기 모터를 저속 회전시키는 경우 상기 제1,2 주권선을 직렬로 연결하는 것을 특징으로 하는 속도가변형 모터.
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