KR20010034705A - 전동기용 시동 장치 - Google Patents

Abstract

전동기용 시동 장치는, 전동기내부에 설치되고 상기 전동기의 동작을 위한 여자시 주 코일(1)에 의해 발생되는 자기장의 영향을 받는 작동 수단(10)을 포함하고, 상기 작동 수단(10)은 상기 주 코일(1)을 통과하는 전류가 소정의 최소값보다 큰 세기를 갖는 자기장을 발생시킬 때 전류 공급원(3)과 보조 코일(2)사이에 배치되는 스위치(20)을 폐쇄하고 상기 주 코일(1)을 통과하는 전류가 상기 소정의 최소값과 동일한 세기를 갖는 자기장을 발생시킬 때 상기 스위치(20)를 개방한다.

Description

전동기용 시동 장치{A starting system for an electric motor}

종래 기술의 구성에 있어서, 전술한 형태의 전동기는, 이 전동기가 작동하는 압축기의 밀봉 케이스의 외부벽에 전기적으로 연결되도록 케이스에 장착되는 시동 릴레이(starting relay) 또는 서미스터(thermistor)(PTC)를 통상적으로 구비하는 전동기의 시동 회로(starting circuit)를 통해 전류 공급원으로부터 전류가 공급되는 주 코일 및 보조 코일을 구비한다.

상기한 구성에서, 상기 전동기의 상기 주 코일 및 보조 코일의 각 단자는 상기 시동 회로의 스위치 소자를 통해 상기 전류 공급원에 직접 연결되는 한편, 상기 보조 코일의 또 다른 단자는 상기 시동 릴레이 또는 PTC를 통해 상기 전류 공급원에 전기적으로 연결된다.

시동 릴레이를 사용하는 구성의 경우, 그 권선부(winding)가 여자(勵磁)됨으로써, 그 접촉부의 자기장이 폐쇄되어, 전류가 상기 전동기의 상기 보조 코일을 통과하게 된다. 상기 시동 릴레이의 권선부를 통과하는 전류가 상기 접촉부의 폐쇄 상태를 유지하기에 충분한 양이 흐르는 동안은 이러한 여자 상태가 유지된다.

일반적으로, 시동된 바로 이후에, 전류가 상기 전동기의 주 코일을 흐르게 되면, 상기 시동 릴레이의 권선부를 통과하는 전류의 양은 감소함으로써, 원하는 경우에 항상 발생하는 것은 아니지만, 상기 시동 릴레이의 접촉부가 개방되고, 상기 전동기의 보조 코일을 통과하는 전류의 흐름이 차단된다.

또한, 시동 릴레이를 사용함으로써, 고 전류가 방전되는 상황에서 상기 시동 릴레이의 접촉부가 용해될 가능성 및, 전기적인 간섭(electric interference) 및 스파킹(sparking)이 일어날 가능성과 같은 몇가지 문제점이 발생된다.

시동 PTC를 이용한 구성에서, 상기 전동기의 시동시, 상기 PTC는 전류가 상기 보조 코일을 통과하도록 허용하는데, 이러한 상태는 상기 PTC 특성의 기능으로 일시적으로 유지된다. 전류의 통과로 말미암아, 상기 PTC의 온도는 변경되어 점차적으로 증가한다. 상기 PTC의 가열시, 상기 PTC의 저항은 점차 증가함으로써, 통과하는 전류의 양이 서서히 감소하고, 결국, 상기 보조 코일을 통과하는 전류의 양이 감소하는데, 이러한 전류의 감소는 전류의 상기 보조 코일 통과가 차단될 때 까지 계속 발생된다.

그러나, 실제로는, 상기 전동기의 보조 코일을 통과하는 전류의 양을 점차적으로 감소시킨다 하더라도, 상기 PTC 저항은 상기 보조 코일에 공급되는 전류의 흐름을 효과적으로 차단하지 못함으로써, 잔류 전류가 상기 보조 코일에 남게 되어, 결국, 상기 전동기의 에너지기 소모된다. 더욱이, 전류가 상기 PTC를 통과함으로써, 상기 PTC가 가열 상태에서 유지되어, 상기 전동기의 새로운 시동에 악영향을 미치게 되는데, 그 이유는 상기 PTC가 전류의 통과에 대해 큰 저항이 없어지는 소정 온도를 가질 때만 재시동이 이루어지기 때문이다.

상기 전동기를 시동시키기 위한 시동 릴레이 또는 PTC의 설치로 인해 야기되는 불편함 이외에도, 상기 압축기의 외부에 설치되는 상기 외부 소자를 상기 시동 회로에 장착하는 상기 종래의 구성은, 상기 케이스 및 상기 케이스내에 장착되는 부품들의 과도한 가열현상, 상기 케이스를 상기 압축기에 조립하는 불편함 및 상기 압축기의 이동시, 예컨대, 운송중 상기 케이스의 충격에의 노출과 같은 일부 문제점들을 야기시킴으로써, 상기 압축기의 밀봉 케이스로부터 상기 시동 회로를 수용하고 있는 상기 케이스가 분리될 수 있다.

본 발명은 유도 전동기(induction electric motor)에 사용하기 위한 시동 장치(starting system)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 냉동 밀폐형 압축기(refrigeration hermetic compressors)에 사용되는 유형의 유도 전동기용 시동 장치에 관한 것이다.

본 발명은 첨부 도면을 참조하여 이하에서 상세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 구성 실시예에 따른 시동 장치에 연결되는 전동기의 보조 코일(main coil) 및 보조 코일(auxiliary coil)을 도시한 개략도이다.

도 2는 본 발명의 또 다른 구성 실시예에 따른 시동 장치에 연결되는, 도 1에 예시된 것과 같은 전동기의 주 코일 및 보조 코일을 도시한 개략도이다.

도 3은 본 발명에 따른 시동 장치의 구성을 도시한 개략도이다.

도 4는 본 발명에 따른 시동 장치의 또 다른 구성을 도시한 개략도이다.

도 5는 도 3에 예시된 것과 같은 본 발명에 따른 시동 장치의 조립 위치를 예시한 도면으로서, 전동기의 주 코일 및 보조 코일을 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 6은 스위치 보호 요소를 예시한 도면으로서, 도 3의 시동 장치의 구성 변형예를 도시한 개략도이다.

도 7은 도 6에 도시된 스위치 보호 요소의 구성을 도시한 개략도이다.

도 8은 냉각 장치에 사용되는 압축기의 전동기의 코일아래에 위치하는, 도 7에 도시된 스위치 보호 요소의 조립 위치를 예시한 도면으로서, 상기 압축기의 일부를 개략적으로 도시한 종단면도이다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 전동기의 시동 회로의 시동 릴레이 또는 시동 PTC의 사용을 제거함으로써, 케이스내의 상기 부품들로 인한 문제점을 해소하기 위한 전동기용 시동 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 종래 기술에서 알려진 여러 가지 불편함을 느끼지 않고 밀봉 압축기에 장착 가능한 전술한 유형의 전동기용 시동 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 상기 목적 및 기타 다른 목적은 다음과 같은 전동기용 시동 장치의 구성에 의해 달성된다. 즉,

본 발명에 따르면, 전류 공급원에 의해 공급되는 주 코일 및 보조 코일을 구비하는 유형의 전동기용 시동 장치가 제공되고, 상기 전동기용 시동 장치는, 상기 전류 공급원과 상기 보조 코일사이에 배치되고 상기 보조 코일이 비여자 상태를 유지하는 개방 상태, 및 상기 보조 코일의 여자를 위한 폐쇄 상태를 구비하는 스위치와;

상기 전동기내부에 설치되고 상기 전동기의 동작을 위한 여자시 상기 주 코일에 의해 발생되는 자기장의 영향을 받고, 상기 주 코일을 통과하는 전류가 소정의 최소값보다 큰 세기를 갖는 자기장을 발생시킬 때 상기 스위치를 폐쇄하고 상기 주 코일을 통과하는 전류가 상기 소정의 최소값과 동일한 세기를 갖는 자기장을 발생시킬 때 상기 스위치를 개방하는 작동 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 예컨대, 교류 전기망(electric network)과 같은 전류 공급원(3)에 의해 공급되는 주 코일(1) 및 보조 코일(2)을 구비한 냉동 압축기에 사용되는 유형의 전동기와 관련하여 이하에서 설명될 것이다.

전동기를 시동하는 동안, 상기 전동기의 정상 동작 전류의 세기보다 훨씬 높은 세기를 갖는 시동 전류는 상기 전동기의 주 코일(1)에 인가되어 강한 자기장이 발생된다. 공지의 기술에 따르면, 상기 전동기의 시동중에 시동 전류로 인해 시동 회로(도시 생략)가 작동하게 되고, 일정 시간 간격동안 전류가 상기 보조 코일(2)을 통과하면서 상기 시동 회로의 전도 특성의 기능이 변하며, 일반적으로 상기 주 코일(1)을 통과하는 전류가 상기 전동기의 정상 동작 전류에 거의 대응하는 소정값에 도달할 때 상기 전류의 상기 보조 코일(2) 통과 동작이 중단된다.

종래 기술에 따라 제공되고 상기 전동기가 동작하는 상기 압축기의 밀봉 케이스(hermetic shell)(4)에 외부에서 장착되는 시동 회로를 포함하는 구성은 전술한 바와 같은 불편한 점이 있다.

본 발명에 따라 첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 전동기의 시동중에 상기 보조 코일(2) 및 상기 전류 공급원(3)에 동작 가능하게 연결되고 상기 전동기의 내부에 장착되는 작동 수단(actuating means)(10)을 통해, 상기 전동기의 상기 보조 코일(2)이 여자(energization)되어 상기 주 코일(1)을 통과하는 전류에 의해 발생되는 자기장의 영향을 받게 됨으로써, 상기 주 코일(1)을 통과하는 전류의 세기가 상기 전동기 시동중에 도달된 소정의 최소값보다 큰 세기의 자기장을 발생시킬 때 상기 전류 공급원(3)에 의해 상기 보조 코일(2)을 선택적으로 공급할 수 있다. 상기 보조 코일(2)의 여자 상태는 상기 주 코일(1)을 통과하는 전류의 세기가 일정한 값에 도달하여 소정값의 세기를 갖는 자기장을 발생시킬 때 까지 유지되고, 상기 일정한 값 이하에서는 상기 보조 코일(2)이 비여자(deenergization) 상태에서 유지된다.

상기 작동 수단(10)은 예컨대, 상기 주 코일(1)의 중앙 영역의, 바람직하기로는, 상기 전동기의 이미 알려진 전기적으로 중성을 띠는 4개의 지점들중 한 지점의 상기 전동기의 고정자(stator)내에 장착되는 강자성 코어(ferromagnetic core)로 구성된다.

상기 전동기의 시동중에, 상기 작동 수단(10)이 여자되어 상기 전류 공급원(3)과 상기 보조 코일(2)사이에 설치되는 스위치(20)가, 상기 보조 코일(2)이 비여자된 상태에서 유지되는 개방 상태로부터 자기장이 상기 소정 최소값에 도달할 때 까지 유지되는 폐쇄 상태로 전도되어, 상기 보조 코일(2)이 전류(시동 전류)를 공급받는다.

상기 전류가 상기 보조 코일(2)을 통과하면, 상기 주 코일(1)을 통과하는 전류의 양이 감소함은 물론, 상기 작동 수단(10)및 상기 스위치(20)에 작용하는 자기장의 세기 역시 감소한다. 상기 자기장 세기의 감소로 인해 자기장이 상기 스위치(20)의 폐쇄 상태를 유지하기에 충분치 않은 상기 소정 최소값에 도달하면, 상기 작동 수단(10)은 상기 스위치(20)를 개방 상태로 전도시킬 것이다.

본 발명의 구성 실시예(도 1 참조)에서, 상기 작동 수단(10)은 상기 스위치(20)의 "폐쇄"상태와 "개방" 상태사이에서 상태 변경되는 전도 상태의 변화를 위해 상기 스위치(20)상에서 기계적으로 작동한다. 이러한 구성에서, 상기 작동 수단(10)(도 3 및 도 4 참조)은 한 쌍의 접촉 단자를 구비한 슬라이딩 수단(sliding means)을 한정하고, 상기 한 쌍의 각 접촉 단자는 상기 스위치(20)가 폐쇄 상태에 있을 때 상기 스위치(20)를 한정하는 한 쌍의 기계적 접촉부(21)중 하나의 접촉부에 대향하여 배치된다. 이러한 상태에서, 상기 한 쌍의 접촉부는 상기 작동 수단(10)에 의해 상호간에 전기적으로 연결될 수 있다.

상기한 상성의 상기 작동 수단(10)은, 상기 스위치(20)를 개방하여 상기 스위치(20)의 상기 한 쌍의 접촉부(21)로 부터 이격 배치된 접촉 단자들을 유지하는 비동작 위치와, 상기 접촉 단자들을 상기 스위치(20)의 상기 한 쌍의 접촉부(21)위로 안착시킴으로써 상기 스위치(20)를 폐쇄시키는 동작 위치사이에서 기계적으로 변위될 수 있다.

상기 구성에서, 상기 작동 수단(10) 및 상기 스위치(20)의 상기 한 쌍의 접촉부(21)는 예컨대, 상기 전동기의 내부 환경에서 스파크(spark)의 발생을 방지하기 위해 유리로 제조되는 전기적으로 투명한 밀봉 케이스(hermetic case)(30)내에 배치된다.

상기한 구성에 따르면, 자기장의 감소된 세기가 상기 스위치(20)의 상기 폐쇄 위치를 유지하기에 불충분한 소정의 최소값에 도달하면, 상기 스위치(20)는 중력 또는 스프링의 인장력에 의해 작용하는 복귀 수단(return means)을 통해 개방 상태로 전도된다. 도 4에 도시된 실시예에서, 상기 복귀 수단은 스프링 수단(40)에 의해 한정된다.

본 발명의 또 다른 구성 실시예(도 2 참조)에서, 상기 스위치(20)는, 통상 상기 보조 코일(2)의 여자 동작을 차단하고 상기 스위치(20)의 폐쇄 상태에서 상기 여자 동작의 발생을 선택적으로 허용하는 전자 소자 예컨대, 트라이액(triac)과 고체 상태 전자 소자의 형태로 구성된다.

상기 트라이액은, 전류가 상기 전동기의 상기 주 코일(1)을 통과하여 상기 소정의 최소값이상의 세기를 갖는 자기장이 발생될 때, 전기적으로 여자된다.

상기한 구성에서, 상기 한 쌍의 각 트라이액 단자는 상기 트라이액을 상기 보조 코일(2)및 상기 전류 공급원(3)에 연결시키는 반면, 상기 작동 수단(10)은 상기 트라이액을 위한 트리거(trigger)역할을 수행함으로써 상기 전동기의 시동중에 상기 트라이액이 여자되어 상기 트라이액에 일정 전류가 공급되며, 상기 일정 전류는 상기 트라이액의 단자들간의 접촉부가 턴 오프될 때 까지 감소될 수도 있는데, 이러한 상황은 상기 주 코일(1)을 통과하는 전류에 의해 발생된 자기장의 세기가 상기 소정의 최소값에 도달할 때 달성된다.

상기한 구성에서, 상기 작동 수단(10)은 상기 전동기의 상기 주 코일(1)에 의해 한정되는 1 차 코일 및, 상기 트라이액에 연결된 단자를 갖는 권선부(winding)에 의해 한정되고 상기 트리거를 한정하며 상기 전동기의 상기 주 코일(1)을 통해 흐르는 시동 전류에 의해 유도되는 전류가 통과하는 2 차 코일을 구비한 변압기(tranformer)를 포함한다.

도 2에 도시된 본 발명의 변형된 구성 실시예에서, 상기 전자 소자 형태를 이루는 스위치(20)를 갖는 전동기의 시동 회로는 상기 주 코일(1)과 상기 보조 코일(2)사이에 직렬로 연결되고 상기 전동기의 효율성을 증가시키기 위한 영구 커패시터(5)(도 6 참조)를 추가로 포함한다. 상기한 구성에서는, 상기 스위치(20)와 상기 보조 코일(2)사이에 예컨대, 저항기(resistor)와 같은 보호 소자(protecting element)(50)가 직렬로 연결됨으로써, 상기 저항기(50)는 만약, 상기 영구 커패시터(5)로부터 우연한 전기 방전이 발생하는 경우 상기 전동기의 시동 전류를 감소시킴은 물론, 상기 스위치(20)를 보호하게 된다.

본 발명에 따르면, 상기 저항기(50)는 투명 유리와 같이 전기적으로 중성을 띠는 물질로 구성된 밀봉 캡슐(hermetic capsule)(60)(도 7 참조)속에 배치되며, 상기 밀봉 캡슐(60)은 오일 탱크(6)내부에 수용된 오일속에 침액(浸液)되는 것이 바람직하다. 상기 오일 탱크(6)는 상기 전동기가 설치되는 압축기의 밀봉 케이스(4)(도 8 참조)내부에서 한정됨으로써, 상기 저항기(50)가 상기 시동 회로의 다른 부품들에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 이러한 배치 구조로 인해, 고 전력이 분산되고 상기 압축기의 내부 온도를 상기 압축기의 동작중의 온도값과 일치하는 온도에서 유지된다.

상기 스위치(20)가 도시된 바와 같이 고체 상태 전자 소자, 즉 트라이액인 경우의 구성 실시예에서는, 상기 전동기가 설치되는 상기 밀봉 케이스내에서, 예컨대, 상기 압축기의 냉동 시스템의 흡입 회로(suction circuit)에 인접한, 상기 밀봉 케이스의 냉각 영역에서 상기 스위치가 조립될 수도 있다.

Claims (17)

1. 전류 공급원(3)에 의해 공급되는 주 코일(1) 및 보조 코일(2)을 구비하는 유형의 전동기용 시동 장치에 있어서,

   상기 전류 공급원(3)과 상기 보조 코일(2)사이에 배치되고 상기 보조 코일(2)이 비여자 상태를 유지하는 개방 상태, 및 상기 보조 코일(2)의 여자를 위한 폐쇄 상태를 구비하는 스위치(20)와;

   상기 전동기내부에 설치되고 상기 전동기의 동작을 위한 여자시 상기 주 코일(1)에 의해 발생되는 자기장의 영향을 받고, 상기 주 코일(1)을 통과하는 전류가 소정의 최소값보다 큰 세기를 갖는 자기장을 발생시킬 때 상기 스위치(20)을 폐쇄하고 상기 주 코일(1)을 통과하는 전류가 상기 소정의 최소값과 동일한 세기를 갖는 자기장을 발생시킬 때 상기 스위치(20)를 개방하는 작동 수단(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 작동 수단(10)은 상기 스위치(20)를 개방시키는 비동작 위치와, 상기 스위치(20)를 폐쇄시키는 동작 위치사이에서 변위 가능하고, 상기 작동 수단(10)의 상기 동작 위치로의 변위는 상기 소정의 최소값보다 큰 세기를 갖는 상기 자기장에 의해 달성되고, 상기 작동 수단(10)의 상기 비동작 위치로의 변위는 상기 자기장이 상기 최소값과 동일한 세기를 가질 때 상기 작동 수단(10)의 복귀 수단의 작동에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 복귀 수단은 상기 작동 수단(10)에 작용하는 중력에 의해 한정되는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 복귀 수단은 상기 작동 수단(10)으로 하여금 지속적으로 상기 동작 위치에 있도록 작용하는 스프링 요소(40)에 의해 한정되는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 스위치(20)는 상기 작동 수단(10)이 상기 비동작 위치에 있을 때 상기 작동 수단(10)에 의해 상호간에 전기적으로 연결 가능한 한 쌍의 기계적 접촉부(21)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 작동 수단(10) 및 상기 한 쌍의 접촉부(21)는 상기 전동기의 고정자내부에 장착되는 전기적으로 투명한 밀봉 케이스(30)내에 설치되는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 밀봉 케이스(30)는 유리로 구성된 캡슐인 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 작동 수단(10)은 상기 전동기의 상기 주 코일(1)의 중심 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
9. 제2항에 있어서, 상기 작동 수단(10)은 상기 전동기의 상기 주 코일(1)에 의해 한정되는 1 차 코일과, 상기 스위치(20)에 동작 가능하게 전기적으로 연결되는 권선부로 구성된 2 차 코일을 구비하는 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 스위치(20)는 상기 변압기의 출력 전류에 의해 여자 가능한 전기 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
11. 제10에 있어서, 상기 스위치(20)는 고체 상태 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
12. 제11에 따른 전동기용 시동 장치로서 전동기가 냉동 압축기에 적용되는 전동기용 시동 장치에 있어서, 상기 고체 상태 소자는 상기 전동기로부터 이격 배치된 상기 압축기의 밀봉 케이스(4)내에 배치되는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 고체 상태 소자는 상기 압축기의 흡입 회로에 인접하여 배치되는 되는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 고체 상태 소자는 통상적으로 상기 보조 코일(2)의 여자 동작을 차단하고 상기 스위치(20)의 폐쇄 위치에서 상기 여자 동작의 발생을 허용하는 트라이액인 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 주 코일(1)과 상기 보조 코일(2)사이에 직렬로 연결 배치되는 영구 커패시터(5)와; 상기 영구 커패시터(5)와 병렬로 연결 배치되고 상기 스위치(20)와 상기 보조 코일(2)사이에서 직렬로 연결 배치되는 스위치 보호 수단(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 스위치 보호 수단(50)은 상기 압축기의 밀봉 케이스내부에서 한정되는 오일 탱크(6)속에서 침액되도록 설치되는 밀봉 캡슐(60)속에 배치되는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 밀봉 캡슐(60)은 투명 유리로 구성되는 것을 특징으로 하는 전동기용 시동 장치.