KR100748518B1

KR100748518B1 - 공기조화기의 팬모터 속도가변장치

Info

Publication number: KR100748518B1
Application number: KR1020040093242A
Authority: KR
Inventors: 한승도; 신현정; 오승석
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-11-15
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2007-08-13
Also published as: EP1657811A3; KR20060054627A; CN1777020B; EP1657811B1; US7271565B2; EP1657811A2; CN1777020A; US20060113950A1; JP2006149178A

Abstract

본 발명은 공기조화기의 팬모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 팬모터에 인가되는 전압 온/오프시간에 따른 듀티비를 제어하여 속도를 가변하도록 한 공기조화기의 팬모터 속도가변장치에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 고정자(stator)와, 유도 회전자(induction rotor)와, 상기 고정자와 상기 유도 회전자 사이에 설치되는 영구 자석 회전자(permanent magnet rotor)를 갖는 팬 모터를 포함하는 공기 조화기에 있어서, 상기 팬 모터를 회전시키기 위한 회전 요구 신호가 입력되면, 상기 회전 요구 신호에 대응하는 미리 결정된 듀티비 제어 신호를 발생하는 제어수단과; 상기 듀티비 제어 신호에 따라 상기 팬 모터에 인가되는 전압을 제어함으로써 상기 팬 모터의 회전수의 평균치를 제어하는 하나의 트라이악을 포함하며, 여기서, 상기 듀티비 제어 신호는 상기 트라이악의 턴-온 시간 및 턴-오프 시간을 제어하는 제어 신호인 것을 특징으로 한다.

Description

공기조화기의 팬모터 속도가변장치{FAN MOTOR VELOCITY VALIABLE APPARATUS FOR AIRCONDITIONER}

도 1은 일반적인 HIM 모터의 종단면도.

도 2는 도 1에 있어서, B-B' 단면도.

도 3은 종래 공기조화기의 팬모터 속도가변장치에 대한 구성을 보인 회로도.

도 4는 도3에 있어서,인가전압별 HIM모터와 유도전동기의 속도특성을 보인 그래프.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 팬모터 속도 가변장치의 구성을 보인 구성도.

도 6은 도 5에 있어서, 트라이악의 듀티비 제어에 따른 팬 모터의 인가전압과 회전속도를 보인 그래프.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***

51: HIM모터 53: 제어수단

Tr: 트라이악

본 발명은 공기조화기의 팬모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 팬모터에 인가되는 전압 온/오프시간에 따른 듀티비를 제어하여 속도를 가변하도록 한 공기조화기의 팬모터 속도가변장치에 관한 것이다.

일반적으로. 공기조화기의 팬모터는 단상 유도전동기를 사용하였는데, 회전토크를 발생시키는 전자기적인 성분인 회전자계를 발생시키는 전류(자화전류)와 회전자에서 발생하는 유도전류를 모두 외부전원과 결선된 구동코일을 통하여 공급하였다.

이에 따라, 상기 단상 유도전동기는 고정자(1)의 구동코일(12)에서 발생되는 1차동손과 회전자(2)의 봉도체(21)에서 발생되는 2차동손에 의해 전류의 손실이 많이 발생되고, 그에 따라 전동기의 효율을 향상시키는데 한계가 있는 문제점을 가지고 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 최근에는 공기조화기의 팬모터로, HIM을 사용하고 있다.

여기서, 도 1은 HIM모터의 종단면도이고, 도 2는 도 1의 B-B' 단면도이다.

브라켓(101)의 내측에는 규소강판이 적층된 적층철심으로된 고정자(102)가 설치되어 있고, 그 고정자(102)의 내측에는 규소강판이 적층된 적층철심으로된 회전자(103)가 회전가능하게 설치되어 있다.

그리고, 상기 고정자(102)의 내측에는 다수개의 슬롯부(105)가 반복적으로 돌출형성되어 있고, 그 슬롯부(105)에는 공급되는 전류가 인가되는 구동코일(106)이 각각 권선되어 있다.

또한, 상기 회전자(103)의 가장자리에 상,하방향으로 관통형성된 다수개의 통공(103a)에 알루미늄 봉도체(107)가 상,하방향으로 삽입된 상태에서 양단부가 앤드링(108)으로 연결되어 전기적인 단락이 이루어져 있다.

그리고, 상기 회전자(103)의 중심에 형성된 축공(103b)에는 회전자(103)의 회전력을 외부로 전달하기 위한 회전축(109)이 압입되어 있고, 그 회전축(109)의 양단부는 브라켓(101)에 설치된 베어링(110)에 삽입된 상태로 회전가능하게 지지되어 있다.

또한, 상기 고정자(102)와 회전자(103)의 사이에는 고정자(102)에서 발생되는 회전자계로 회전하면서 강한 자속으로 회전자(103)를 회전시키기 위한 자유회전 마그네트(111)가 설치되어 있다.

AC 상용전압을 인가하면 고정자(102)의 코일(106)에 인가되는 교번전류에 자유회전 마그네트(111)가 회전을 하며, 그와 같이 회전하는 자유회전 마그네트(111)에서 강한 자속을 가진 회전자계를 다시 발생시켜서 회전자(103)를 회전시키게 되는데, 고정자(102)의 회전자계에 의해 팬(미도시)과 분리되어 저관성상태인 자유회전 마그네트(111)가 기동됨과 아울러 동기되고, 그와 같이 회전되는 자유회전 마그네트(111)의 회전자계에 의해 회전자(103)에 토크발생용 자속이 공급되어 회전자(103)를 회전시키게 된다.

즉, 분포권선의 고정자에서 발생한 타형형태의 회전자계로 자유로이 회전하는 영구자석 회전자를 회전시키면, 그 영구자석 회전자가 영구자석에 의한 강한 자속을 가진 회전자계를 다시 발생시켜 유도기 회전자를 돌리게 되므로 고효율,저소 음 운전이 가능하게 된다.

이때, 상기 영구자석에서 나오는 강한 자속때문에 외부전원 전압변동에 둔감해짐으로써, 항상 일정속도가 유지된다.

이에 따라, 도 3과 같이, 트라이악의 온/오프를 제어하여 모터에 인가되는 전압의 위상을 제어함으로써, 모터의 회전속도를 가변하는 구동장치를, 상술한 HIM에 적용하여도, 도4와 같이, 전압에 따른 속도 가변범위의 한계(790~880rpm)를 가지므로, 속도가변폭을 100rpm 이상 필요로 하는 공기조화기에 적용하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 팬 모터 회전수의 평균치에 상응하는 팬 모터 요구 회전속도로 트라이악의 듀티비를 조정하여 속도를 가변시킴으로써, 팬 모터의 속도 가변폭을 증대시킬 수 있도록 한 공기조화기의 팬모터 속도가변장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 목적은 팬 모터 회전수의 평균치에 상응하는 팬 모터 요구 회전속도로 트라이악의 듀티비를 조정하여 속도를 가변시킴으로써, 별도의 비용 상승없이 운전효율을 향상시키도록 한 공기조화기의 팬모터 속도가변장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
고정자(stator)와, 유도 회전자(induction rotor)와, 상기 고정자와 상기 유도 회전자 사이에 설치되는 영구 자석 회전자(permanent magnet rotor)를 갖는 팬 모터를 포함하는 공기 조화기에 있어서,
상기 팬 모터를 회전시키기 위한 회전 요구 신호가 입력되면, 상기 회전 요구 신호에 대응하는 미리 결정된 듀티비 제어 신호를 발생하는 제어수단과;
상기 듀티비 제어 신호에 따라 상기 팬 모터에 인가되는 전압을 제어함으로써 상기 팬 모터의 회전수의 평균치를 제어하는 하나의 트라이악을 포함하며,
여기서, 상기 듀티비 제어 신호는 상기 트라이악의 턴-온 시간 및 턴-오프 시간을 제어하는 제어 신호인 것을 특징으로 한다.

삭제

또한, 상기 제어수단은, 듀티비에 의해 전원 오프되어 팬 모터의 속도가 감속되는 구간이 1초이하가 되게 튜티비 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

하기의 설명에서 본 발명의 공기조화기의 팬모터 속도가변의 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있다. 이들 특정 상세들의 변형에 의해서도 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

이하, 본 발명에 의한 공기조화기의 팬모터 속도 가변장치에 대한 동작 및 작용을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 팬모터 속도 가변장치의 구성을 보인 구성도이고, 도 6은 도 5에 있어서, 트라이악의 듀티비 제어에 따른 팬 모터의 인가전압과 회전속도를 보인 그래프이다.

상기 도 5와 상기 도 6을 참조하여 설명하면, 우선, 팬 모터의 HIM모터(51)는 220V의 60HZ인 교류전원을 듀티비 제어하는 트라이악(Tr)에 의해 온/오프되어 속도를 가변하며 회전하게 된다. 이때, 상기 트라이악(Tr)의 온/오프는 제어수단(53)의 듀티비 제어신호에 의해 이루어진다.

상기 제어수단(53)은 HIM모터 회전 요구속도에 따른 HIM모터 회전수의 평균치를 계산하여 그 계산된 회전수의 평균치에 상응하는 상기 튜티비 제어신호를 상기 트라이악(Tr)에 인가한다.

이에, 상기 트라이악(Tr)은 상기 듀티비 제어신호에 의해 온/오프를 반복하며 HIM모터(51)에 일정 레벨의 전압을 인가한다. 그러면 상기 HIM모터(51)는 상기 트라이악(Tr)에 의해 공급되는 전압에 따라 속도를 가변하며 회전한다.

예컨대, 상기 제어수단(53)이 제1 회전요구속도에 따른 회전수의 평균치를 계산하여 회전수의 평균치를 ⓐ파형 즉, 700rpm을 얻고, 그에 상응하는 듀티비로 1/1.5를 얻었다면, 상기 제어수단(53)은 상기 듀티비 1/1.5에 따른 듀티비 제어신호를 트라이악(Tr)에 인가하여 도 6의 (a)와 같은 트라이악(53)의 출력전압(Vac)이 출력되도록 제어한다. 그러면, HIM모터(51)는 ⓑ파형과 같이 rpm이 변화된다. 여기서, 상기 ⓑ파형에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, HIM모터(51)는 ㉮구간에서 상기 트라이악(Tr)을 통해 출력되는 전압 (Vac)을 인가받아 회전수의 평균치인 700rpm 이상까지 회전한다. 이후, ㉯구간에서 상기 트라이악(Tr)이 오프되어 상기 HIM모터(51)측으로 전압(Vac)이 공급되지 않는다. 이에, HIM모터(51)의 rpm이 0.5초동안 하강하게 된다. 여기서, 상기 0.5초는 HIM모터(51)의 관성과 기계적인 시정수를 고려한 HIM모터(51)의 회전이 정지하지 않을 정도의 시간을 의미한다. 상기 0.5초 이후, 상기 HIM모터(51)는 ㉰구간에서 상기 트라이악(Tr)이 온되어 인가되는 전원을 통해 1초동안 rpm이 상승된다. 이후, 전술한 ㉯,㉰구간과 같이 HIM모터(51)는 온/오프되어 속도를 가변하며 회전한다. 여기서, 상기 최저 회전수는 620rpm이 되고, 최대 회전수는 880rpm이 된다.

또한, 상기 제어수단(53)이 제2 회전요구속도에 따른 회전수의 평균치를 계산하여 회전수의 평균치를 ⓒ파형, 즉 820rpm을 얻고, 그에 상응하는 듀티비로 1/2를 얻었다면, 상기 제어수단(53)은 상기 튜티비 1/2에 따른 튜티비 제어신호를 트라이악(Tr)에 인가하여 도 6의 (b)와 같은 트라이악(53)의 출력전압(Vac)이 출력되도록 제어한다. 그러면, HIM모터(51)는 ⓓ파형과 같이 rpm이 변화된다. 여기서, 상기 ⓓ파형에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, HIM모터(51)는 ㉱구간에서 상기 트라이악(Tr)을 통해 출력되는 전압(Vac)을 인가받아 회전수의 평균치인 510rpm 이상까지 회전한다. 이후, ㉲구간에서 상기 트라이악(Tr)이 오프되어 상기 HIM모터(51)측으로 전압(Vac)이 공급되지 않는다. 이에, HIM모터(51)의 rpm이 1초동안 하강하게 된다. 여기서, 상기 1초는 HIM모터(51)의 관성과 기계적인 시정수를 고려한 HIM모터(51)의 회전이 정지하지 않을 정도의 시간을 의미한다. 상기 1초 이후, 상기 HIM모터(51)는 ㉳구간에서 상기 트라이악(Tr)이 온되어 인가되는 전원을 통해 1초동안 rpm이 상승된다. 이후, 전술한 ㉲, ㉳구간과 같이 HIM모터(51)는 온/오프되어 속도를 가변하며 회전한다. 여기서, 상기 최저 회전수는 300rpm이 되고, 최대 회전수는 820rpm이 된다.

다시 말해서, 본 발명은 HIM모터의 회전 요구속도에 따른 HIM모터 회전수의 평균치를 계산하여 그 계산된 평균치에 상응하는 상기 듀티비 제어신호를 상기 트라이악에 인가하여 상기 HIM모터의 속도 가변범위를 증대시키도록 한 것이다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 팬 모터 회전수의 평균치에 상응하는 팬 모터 요구 회전속도로 트라이악의 듀티비를 조정하여 속도를 가변시킴으로써, 팬 모터의 속도 가변폭을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 별도의 비용 상승없이 운전효율을 향상시키는 효과가 있다.

Claims

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고정자(stator)와, 유도 회전자(induction rotor)와, 상기 고정자와 상기 유도 회전자 사이에 설치되는 영구 자석 회전자(permanent magnet rotor)를 갖는 팬 모터를 포함하는 공기 조화기에 있어서,

상기 팬 모터를 회전시키기 위한 회전 요구 신호가 입력되면, 상기 회전 요구 신호에 대응하는 미리 결정된 듀티비 제어 신호를 발생하는 제어수단과;

상기 듀티비 제어 신호에 따라 상기 팬 모터에 인가되는 전압을 제어함으로써 상기 팬 모터의 회전수의 평균치를 제어하는 하나의 트라이악을 포함하며,

여기서, 상기 듀티비 제어 신호는 상기 트라이악의 턴-온 시간 및 턴-오프 시간을 제어하는 제어 신호인 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 팬 모터 속도 가변 장치.
제3 항에 있어서,

상기 듀티비 제어 신호는,

상기 트라이악을, 제1 미리 설정된 시간 동안 턴-온시키고, 제2 미리 설정된 시간 동안 턴-오프시키기 위한 제어 신호인 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 팬 모터 속도 가변 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 제어수단은,

상기 트라이악이 턴-오프되는 동안 상기 팬 모터의 평균 회전수와 상기 트라이악이 턴-온되는 동안 상기 팬 모터의 평균 회전수의 평균값을 제어함으로써 상기 팬 모터의 속도 제어 범위를 확장하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 팬 모터 속도 가변 장치.