KR0126129Y1 - 무정류자모터의 운전제어회로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 무정류자모터의 운전제어회로에 관한 것으로, 모터의 각각의 상권선을 통전시키기 위해 가정용교류전원을 감압 및 정류하여 얻어지는 제1직류전원(Vdc)과, 모터의 구동을 제어하는 소자의 동작전원으로 사용하기 위해 가정용 교류전원을 감압 및 정류하여 얻어지는 제2직류전원(Vcc)을 구동원으로 하는 무정류자모터에 있어서, 상기 모터를 기동시키기 위해 전원측에 마련된 운전스위치를 온시킨 경우 상기 제2직류전원이 안정상태에 도달할때까지 지연한 후 상기 모터의 구동을 개시하기 위한 리세트신호를 출력하는 리세트회로부; 상기 리세트회로부의 리세트신호에 따라 상기 모터의 기동여부를 판단하기 위해 상기 리세트신호를 입력받는 비교기의 반전단자(-)와 상기 제2직류전원을 입력받는 비교기의 비반전단자(+)의 전원레벨차에 따라 릴레이제어신호를 출력하는 비교회로부; 상기 비교회로부의 릴레이제어신호에 따라 릴레이를 개폐하여 상기 모터의 상권선에 상기 제1직류전원을 공급 또는 차단하는 릴레이구동부; 상기 릴레이의 개폐상태에 따른 모터의 운전상태를 표시하는 운전상태표시부; 및 상기 모터가 구속되는 경우 상기 릴레이를 주기적으로 개방 및 차단할 수 있도록 상기 비교기의 반전단자(-) 및 비반전단자(+)의 전원레벨을 변화시키는 모터구속감지부를 특징적으로 구비한다.

Description

무정류자모터의 운전제어회로

본 고안은 무정류모터의 운전제어회로에 관한 것으로, 특히 전원공급시 모터의 초기 기동상태를 안정화함과 아울러 모터의 구속시 모터에 공급되는 전원을 자동으로 단속하여 점멸표시할 수 있도록 한 무정류자모터의 운전제어회로에 관한 것이다.

일반적으로 직류모터는 교류모터에 비하여 소형이면서도 효율이 좋으며 연속적인 가변속운전이 가능할 뿐만 아니라 소비전력이 적은 이점으로 인해 각종 전기 제품에 널리 사용되고 있다.

이러한, 종래의 직류모터는 기계적 스위칭기구인 브러쉬와 커뮤테이터를 구비하여 전류(轉流)를 수행하는데, 브러쉬와 커뮤테이터가 고속으로 마찰접속하고 있기 때문에 여러가지 문제점이 발생하게 된다. 즉, 모터구동시 브러쉬가 마모되어 흑연가루등이 산란하게 되고 이에 따라 주변회로에 전기적인 장애를 유발하여 오동작을 일으키게 된다. 또, 브러쉬와 커뮤테이터 사이에 플래쉬오버(flash over)현상이 발생될 우려가 높았다.

이를 감안하여, 브러쉬와 커뮤테이터로 이루어지는 기계적인 스위칭기구를 트랜지스터를 이용한 전자적인 스위칭기구로 대체한 무정류자모터가 제안되어 활발하게 이용되고 있으며, 그러한 전형적인 예가 제1도에 도시되어 있다.

제1도는 종래의 무정류자모터의 운전제어회로의 개략적인 블록구성도로서, 가정용 교류전원(AC)을 1차측과 2차측의 권선비에 따라 감압하는 트랜스포머(T1)와, 트랜스포머(T1)에 의해 감압된 교류전원을 직류전원으로 정류하는 직류전원발생부(4)와, 직류전원발생부(4)의 직류전원을 공급받는 모터구동부(6) 및 모터(8)로 구성된다.

이러한 종래의 무정류자모터의 운전동작을 제2도와 제3도에 따라 구체적으로 설명한다.

제3도는 제1도의 직류전원발생부의 상세회로도이고, 제3도는 제1도의 모터구동부의 상세회로도이다. 제2도에 도시한 바와 같이, 상기 직류전원발생부(4)는 제1직류전원(V_DC)와 제2직류전원(V_CC)를 각각 발생하는 제1 및 제2직류전원발생부(4a)(4b)로 구성된다. 상기 제1직류전원발생부(4a)는 가정용 교류전원(AC)을 1차 코일(CP)과의 권선비에 따라 제1교류전원으로 감압하는 2차코일(CS1)과, 2차코일(CS1)의 양단에 유기되는 교류전원을 정류하는 브리지다이오드(BD1)와, 정류된 직류전원을 평활하는 콘덴서(C1)로 이루어진다. 상기 제2직류전원발생부(4b)는 가정용 교류전원(AC)을 1차코일(CP)과의 권선비에 따라 제2교류전원으로 감압하는 2차코일(CS2)과, 2차코일(CS2)의 양단에 유기되는 교류전원을 정류하는 브리지다이오드(BD2)와, 정류된 직류전원을 입력받아 일정 전압의 직류전원을 출력하는 정전압IC(IC₁)와, 정전압IC(IC₁)의 전ㆍ후단에 각각 연결되는 평활콘덴서(C2)(C3)로 이루어진다. 제1직류전원(V_DC)은 모터(8)에 마련된 각각의 상권선을 통전시키는데 이용되며, 제2직류전원(V_CC)은 모터구동부(6)에 마련된 모터구동을 제어하는 소자들의 동작전원으로 이용된다.

제3도에 도시한 바와같이, 모터구동부(6)는 부하측인 모터(8)의 상권선(W1,W2,W3)에 흐르는 전류의 방향을 결정하는 스위칭트랜지스터(TR1-TR6)와, 스위칭트랜지스터(TR1-TR6)의 온/오프를 제어하는 분배회로부(10) 및 모터(8)의 회전상태를 검출하여 소정 주기의 구형파펄스를 발생하며 통상 홀IC(HIC)를 채용하는 모터회전검출부(12)로 이루어진다. 스위칭트랜지스터(TR1,TR3,TR5)의 에미터단자는 제1직류전원(V_DC)에 연결되고, 스위칭트랜지스터(TR2,TR4,TR6)의 에미터단자는 접지된다. 또, 스위칭트랜지스터(TR1 내지 TR6)의 각각의 베이스단자는 분배회로부(10)에 연결되며, 3쌍의 스위칭트랜지스터(TR1,TR2)(TR3,TR4)(TR5,TR6)의 콜렉터단자는 모터(8)의 상권선(W1,W2,W3)에 각각 연결된다.

한편, 무정류자모터는 정류자를 구비한 직류모터와는 상반되게 회전자가 영구자석이 되고 고정자는 전기자코일이 된다.

이러한 종래의 무정류자모터는 분배회로부(10)가 마이크로 프로세서(미도시)의 제어하에 3쌍의 스위칭트랜지스터(TR1,TR2)(TR3,TR4)(TR5,TR6)를 순차적으로 온/오프 구동하여 모터(8)의 상권선(W1,W2,W3)에 전류를 흐르게 하고, 이에 따른 회전자계에 의해 회전자를 회전시키게된다. 이때, 모터회전검출부(12)는 회전자의 회전에 의해 구동되는 모터(8)의 회전상태를 검출하여 구형파펄스를 발생하게 된다.

그러나, 종래기술에 따른 무정류자모터의 운전제어회로에서는 전원공급이 개시되는 운전초기시 제1직류전원(V_DC)과 제2직류전원(V_CC)이 모터구동부(6)에 동시에 인가됨에 따라 각 구성소자 특히 스위칭트랜지스터가 오동작을 일으키게 되는등 회로의 동작이 불안정해지는 문제점이 있었다. 또한, 모터가 내외부적인 요인에 의해 구속되는 경우에 적절하게 대처할 수 없는 문제점이 있었다.

본 고안의 목적은 마이크로 프로세서를 사용한 소프트웨어적인 제어에 의하지 않고 간단한 하드웨어에 의하여 구현하며, 모터제어회로부의 동작전원 및 모터의 각 상권선에 인가될 모터동작전원을 순차적으로 공급할 수 있도록 한 무정류자모터의 운전제어회로를 제공하는데 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 모터의 구속상태를 표시할 수 있도록 한 무정류자모터의 운전제어회로를 제공하는데 있다.

제1도는 종래의 무정류자모터의 운전제어회로의 개략적인 블록구성도.

제2도는 제1도의 직류전원발생부의 상세회로도.

제3도는 제1도의 모터구동부의 상세회로도.

제4도는 본 고안에 따른 무정류자모터의 운전제어회로의 구성도.

제5도는 제4도의 각부의 출력파형을 나타내는 타이밍도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 운전스위치 4 : 직류전원발생부

6 : 모터구동부 8 : 모터

10 : 분배회로도 12 : 모터회전검출부

20 : 리세트회로부 30 : 비교회로부

40 : 구속감지부 50 : 릴레이구동부

60 : 운전상태표시부

상기와 같은 본 고안의 목적은 각각의 상권선을 통전시키기 위해 가정용교류전원을 감압 및 정류하여 얻어지는 제1직류전원과, 모터의 구동을 제어하는 소자의 동작전원으로 사용하기 위해 가정용교류전원을 감압 및 정류하여 얻어지는 제2직류전원을 구동원으로 하는 무정류자모터에 있어서, 상기 모터를 기동시키기 위해 전원측에 마련된 운전스위치를 온시킨 경우 상기 제2직류전원이 안정상태에 도달할때까지 지연한후 상기 모터의 구동을 개시하기 위한 리세트신호를 출력하는 리세트회로부; 상기 리세트회로부의 리세트신호에 따라 상기 모터의 기동여부를 판단하기 위해 상기 리세트신호를 입력받는 비교기의 반전단자(-)와 상기 제2직류전원을 입력받는 비교기의 비반전단자(+)의 전원레벨차에 따라 릴렝이제어신호를 출력하는 비교회로부; 상기 비교회로부의 릴레이제어신호에 따라 릴레이를 개폐하여 상기 모터의 상권선에 상기 제1직류전원을 공급 또는 차단하는 릴레이구동부; 상기 릴레이의 개폐상태에 따른 모터의 운전상태를 표시하는 운전상태표시부; 및 상기 모터가 구속되는 경우 상기 릴레이를 주기적으로 개방 및 차단할 수 있도록 상기 비교기의 반전단자(-) 및 비반전단자(+)의 전원레벨을 변화시키는 모터구속감지부에 의하여 달성된다.

이하, 본 고안에 따른 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제4도는 본 고안에 따른 무정류자모터의 운전제어회로의 구성도로서, 종래와 동일한 구성요소에 대해서는 동일부호를 부여하여 설명한다. 제4도에 도시한 바와 같이, 본 고안에 따른 무정류자모터의 운전제어회로는 종래와 같이 트랜스포머(T1)에 의해 감압된 교류전원을 직류전원으로 정류하는 직류전원발생부(4)를 구비하며, 모터구동부(6)와 모터(8)도 종래와 마찬가지로 구비하게 된다. 본 고안은 상기 직류전원발생부(4)와 상기 모터구동부(6) 사이에 리세트회로부(20)와, 비교회로부(30)와, 모터구속감지부(40)와, 릴레이구동부(50) 및 운전상태표시부(60)를 추가로 구비한다.

상기 리세트회로부(20)는 트랜지스터(Q1)와, 트랜지스터(Q1)의 베이스단자에 연결되어 그 도통전위를 결정하는 저항(R11,R12) 및 콘덴서(C4)와, 트랜지스터(Q1)의 콜렉터단자에 연결된 전류제한용 저항(R13) 및 역전류방지용 다이오드(D11)로 이루어진다.

상기 비교회로부(30)는 상기 리세트회로부(20)의 다이오드(D11)의 캐소드에 그 반전단자(-)가 연결된 비교기(CP1)와, 상기 비교기(CP1)의 반전단자(-)의 전위를 결정하기 위한 저항(R14,R15) 및 콘덴서(C5)와, 상기 비교기(CP1)의 비반전단자(+)의 전위를 결정하기 위한 저항(R16,R17)및 콘덴서(C6)와, 상기 비교기(CP1)의 비반전단자(+)와 출력단자 사이에 연결되어 전위차를 형성하는 다이오드(D12)로 이루어진다.

상기 구속감지부(40)는 상기 비교회로부(30)의 반전단자(-)에 연결된 트랜지스터(Q2)와, 상기 모터구동부(6)에 마련된 모터회전검출부(12)의 단자(F/G)와 상기 트랜지스터(Q2)의 베이스단자 사이에 연결되어 상기 트랜지스터(Q2)의 도통전위를 결정하기 위한 콘덴서(C7) 및 저항(R20,R21)로 이루어진다.

상기 릴레이구동부(50)는 트랜지스터(Q3)와, 상기 비교회로부(300의 출력전압을 분압하여 상기 트랜지스터(Q3)의 베이스단자에 공급하는 저항(R18,R19)과, 상기 트랜지스터(Q3)의 콜렉터단자에 연결된 릴레이(RY) 및 릴레이코일의 양단에 접속된 서지전류흡수용 다이오드(D13)으로 이루어진다.

상기 운전상태표시부(60)는 발광다이오드(LED)와 전류제한용 저항(R22)로 이루어진다.

상기와 같이 구성된 본 고안에 따른 무정류자모터의 운전제어회로에 대한 작용효과를 제4도 및 제5도에 따라 구체적으로 설명한다.

먼저, 사용자가 모터(8)를 운전시키기 위해 전원측의 운전스위치(SW1)를 온시켜 제5도의 (a)와 같이 시간(t1)에서 하이상태로 스위칭하는 경우 트랜스포머(T1)는 1차측의 코일(CP)의 양단에 입력되는 교류전원(AC)을 감압하는데, 2차측의 2차코일(CS1)(CS2)의 권선수에 따라 감압한다. 브리지다이오드(BD1)는 2차코일(CS1)에 의해 감압된 교류전원을 정류하고, 콘덴서(C1)는 정류된 제1직류전원(V_DC)을 평활하여 출력한다. 브리지다이오드(BD2)는 2차코일(CS2)에 의해 감압된 교류전원을 정류하고, 콘덴서(C1)(C3) 및 정전압IC(IC1)은 평활하고 일정한 전압으로 정류하여 제2직류전원(V_CC)을 출력한다.

이때, 상기 제2직류전원(V_CC)은 제5도의 (b)와 같이 시간(t1)을 기점으로 점진적으로 전압값이 증가하게 된다. 또한, 상기 리세트회로부(20)의 콘덴서(C4)는 충전을 개시하고 상기 제2직류전원(V_CC)의 전압값이 증가함에 따라 양단전압이 증가하게 된다. 그리고, 상기 트랜지스터(Q1)는 오프상태에서 베이스전압이 증가하게 된다. 상기 트랜지스터(Q1)는 상기 콘덴서(C4)의 양단전압이 베이스도통전위에 도달시하게 되면 턴온하게 되는데, 제5도의 (c)와 같이 컬렉터의 출력파형은 시간(t1)에서 전압값이 증가하게 된다.

한편, 비교회로부(30)의 콘덴서(C5)는 상기 제2직류전원(V_CC)을 저항(R13)과 다이오드(D11)를 통하여 인가받아 충전을 개시하고 그 양단전압 즉, 제5도의 (d)와 같은 전압파형이 비교기(CP1)의 반전단자(-)에 인가하게 된다. 이와동시에 상기 비교회로부(30)의 콘덴서(C6)는 상기 제2직류전원(V_CC)을 저항(R16)을 통하여 인가받아 충전을 개시하고 그 양단전압 즉, 제5도의 (e)와 같은 전압파형이 상기 비교기(CP1)의 비반전단자(+)에 인가된다. 이때, 상기 비교기(CP1)는 반전단자(-)에 인가되는 상기 콘덴더(C5)의 양단전압이 비반전단자(+)에 인가되는 상기 콘덴서(C6)의 양단전압 보다 커서 저전위인 로우상태의 릴레이제어신호를 출력하게 된다.

이는 RC시정수를 적절하게 설정하여 반전단자(-)에 인가되는 전압이 비반전단자(+)에 인가되는 전압 보다 빨리 상승되게 하여 얻을 수 있다. 상기 비교기(CP1)가 로우상태의 릴레이제어신호를 출력함에 따라 상기 콘덴서(C6)는 다이오드(D12)를 통해 방전하게 된다. 이에 따라 상기 비교기(CP1)의 비반전단자(+)에 인가되는 전압파형의 제5도의 (e)와 같이 시간(t2)를 기점으로 감소하게 된다.

결국, 상기 비교기(CP1)는 저전위인 로우상태의 릴레이제어신호를 계속 출력하는 상태를 유지함에 따라 릴레이(RY)는 개방되어 상기 제1직류전원(V_DC)은 모터구동부(6)에 인가되지 않게 된다.

이후, 상기 콘덴서(C4)의 양단전압이 상기 트랜지스터(Q1)의 베이스도통전위에 도달하게 되면 상기 트랜지스터(Q1)는 턴온되어 콜렉터단자의 출력전압은 제5도의 (c)와 같이 시간(t3)에서 급격히 하강하게 된다. 이때, 상기 콘덴서(C5)는 전항(R15)를 통해 점차적으로 방전함에 따라 상기 비교기(CP1)의 반전단자(-)에 인가되는 전압파형은 제5도의 (d)와 같이 시간(t3)를 기점으로 감소하게 된다. 상기 비교기(CP1)의 비반전단자(+)에 인가되는 전압파형은 계속 낮아지다가 다이오드(D12)의 항복전압인 0.7[V]를 유지하게 된다. 상기 비교기(CP1)는 반전단자(-)의 전압이 낮아져 비반전단자(+)의 전압{0.7[V]} 보다 작게 되는 시간(t4)부터 고전위인 하이상태의 릴레이제어신호를 출력하게 된다.

이에 따라, 상기 릴레이구동부(40)의 트랜지스터(Q3)는 도통되고, 릴레이(RY)는 제5도의 (f)와 같이 시간(t5)에서 여자됨에 따라 접점(CT)이 폐쇄되어 상기 제1직류전원(V_DC)이 상기 모터구동부(6)의 스위칭트랜지스터(TR1~TR6)에 인가된다. 상기 릴레이(RY)가 시간(t4)에서 즉시 여자되지 않고 시간(t5)에서 여자되는 것은 상기 비교기(CP1)와 상기 릴레이(RY)의 내재된 시간지연에 기인한 것이다.

상기 릴레이(RY)의 접점(CT)이 폐쇄되면 상기 운전상태표시부(60)의 발광다이오드(LED)가 점등되어 상기 모터(8)가 동작중임을 표시하게 된다.

이와같이, 상기 제2직류전원이 안정화된 시간(t2)에서 일정 시간이 경과한 시간(t5)까지 상기 모터구동부(6)의 스위칭트랜지스터(TR1, TR2, TR3, TR4, TR5, TR6)는 오프상태를 유지하게 되어 상기 모터(8)는 구동하지 않는 한편, 시간(t5)이후부터 릴레이부(50)의 접점(CT)이 폐쇄되어 상기 모터(8)는 구동하게 된다.

또, 상기 모터구동부(6)의 모터회전검출부(12)는 상기 모터(8)가 구동됨에 따라 단자(F/G)를 통해 모터(8)의 회전수에 대응하는 구형파펄스를 상기 구속감지부(40)로 출력하게 된다. 상기 구속감지부(40)는 트랜지스터(Q2)는 온되고, 상기 비교기(CP1)의 비반전단자(+)의 전압은 반전단자(-)의 전압 보다 높게 되어 고전위인 하이상태의 릴레이제어신호를 출력하게 되어 상기 모터(8)를 구동시키게 된다.

한편, 상기 모터(8)가 내외부적인 요인에 의해 구속된 경우 상기 모터회전검출부(12)는 단자(F/G)단자를 통해 구형파펄스를 출력하지 않는 상태가 됨에 따라 상기 트랜지스터(Q2)은 '오프'된다. 그리고 상기 비교기(CP1)는 반전단자(-)의 전압은 모터구동시 저항(R14)를 통해 충전된 콘덴서(C5)의 양단전압에 의해 제5도의 (d)의 점선과 같이 상승하게 된다. 상기 비교기(CP1)의 반전단자(-)의 전압이 비반전단자(+)의 전압 보다 높게 되는 시간(t6)부터 저전위인 로우상태의 릴레이구동부(50)는 릴레이(RY)의 접점(CT)를 개방시켜 상기 모터(8)에 공급되는 상기 제1직류전원(V_DC)를 차단하며, 상기 운전상태표시부(60)의 발광다이오드(LED)는 소등된다. 또, 상기 콘덴서(R5)도 상기 저항(R14)을 통한 충전동작을 중단하고 방전하기 시작하며, 상기 콘덴서(C6)도 방전하기 시작한다. 이와 같이 상기 콘덴서(R5)(R6)의 방전이 계속되다가 상기 비교기(CP1)의 반전단자(-)의 전압이 비반전단자(+)의 전압 보다 낮아지는 시간(t7)부터 상기 비교기(CP1)는 고전위인 하이상태의 릴레이제어신호를 출력함에 따라 상기 제1직류전원(V_DC)를 공급하여 상기 모터(8)를 구동시키게 되고, 이와 동시에 상기 발광다이오드(LED)는 점등된다.

이때, 구속상태가 해제되면 상기 제1직류전원(V_DC)이 공급됨에 따라 정상적으로 상기 모터(8)는 구동하게 된다. 반면에, 구속상태가 지속되면 제5도의 (f)에서 점선과 같이 상기 릴레이(RY)의 접점(CT)가 개방상태와 폐쇄상태를 반복하게 되어 상기 발광다이오드(LED)는 점등과 소등을 교대로 점멸하게 되고 이로써 사용자가 상기 모터(8)의 구속상태를 간편하게 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안은 제2직류전원(V_CC)이 안정화된 후 제1직류전원(V_DC)이 모터의 상권선에 순차적으로 공급되므로 스위칭트랜지스터가 안정적으로 구동되며, 모터가 구속되는 경우 운전상태표시부를 통해 표시하므로써 사용자가 신속하게 조치할 수 있다. 또한, 모터구동부와 전원 사이에 간단한 하드웨어들로 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 모터의 각각의 상권선을 통전시키기 위해 가정용 교류전원을 감압 및 정류하여 얻어지는 제1직류전원(Vdc)과, 모터의 구동을 제어하는 소자의 동작전원으로 사용하기 위해 가정용교류전원을 감압 및 정류하여 얻어지는 제2직류전원(Vcc)을 구동원으로 하는 무정류자모터에 있어서, 상기 모터를 기동시키기 위해 전원측에 마련된 운전스위치를 온시킨 경우 상기 제2직류전원이 안정상태에 도달할 때까지 지연한 후 상기 모터의 구동을 개시하기 위한 리세트신호를 출력하는 리세트회로부; 상기 리세트회로부의 리세트신호에 따라 상기 모터의 기동여부를 판단하기 위해 상기 리세트신호를 입력받는 비교기의 반전단자(-)와 상기 제2직류전원을 입력받는 비교기의 비반전단자(+)의 전원레벨차에 따라 릴레이제어신호를 출력하는 비교회로부; 상기 비교회로부의 릴레이제어신호에 따라 릴레이를 개폐하여 상기 모터의 상권선에 상기 제1직류전원을 공급 또는 차단하는 릴레이구동부; 상기 릴레이의 개폐상태에 따른 모터의 운전상태를 표시하는 운전상태표시부; 및 상기 모터가 구속되는 경우 상기 릴레이를 주기적으로 개방 및 차단할 수 있도록 상기 비교기의 반전단자(-) 및 비반전단자(+)의 전원레벨을 변화시키는 모터 구속감지부로 이루어진 것을 특징으로 하는 무정류자모터의 운전제어회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 운전상태표시부는 발광다이오드를 통해 모터의 운전 상태를 표시하는 것을 특징으로 하는 무정류자모터의 운전제어회로.
3. 제1항에 있어서, 상기 모터구속감지부는 상기 모터의 회전상태를 검출하는 홀센서IC의 구형파펄스에 따라 상기 비교기의 반전단자(-) 및 비반전단자(+)의 전원레벨을 변화시키는 것을 특징으로 하는 무정류자모터의 운전제어회로.