KR0138780B1 - 직류 모터의 전류 방향 변환 제어 방법 - Google Patents

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Description

직류 모터의 전류 방향 변환 제어 방법

제1도는 본 발명에 따른 하나의 코일 세트의 전류 방향 변환 시점을 제어하기 위한 회로의 블록도.

제2도는 다른 모터 속도에서 제1도의 여러 회로점에서의 전압 파형을 나타낸 전압 파형도.

제3도는 모터 속도를 일정하게 한 경우의 여러 전류 방향 변화 개시시점에 대한 전압 파형을 제2도와 유사한 방식으로 나타낸 전압 파형도.

제4도는 제1도에 도시한 회로를 캐스케이드 접속함으로써 다수의 코일 세트의 전류 방향을 변환하기 위한 회로의 블록도.

제5도는 제4도의 회로의 선택된 회로점에서의 신호 파형을 나타내는 파형도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1:회전 표시기2:센서

4:전류원5:전류 싱크

8:캐패시터9:제로 전압 비교기

10:펄스 발생 회로11:마이크로프로세서

23:스위치

본 발명은 직류 모터의 코일 세트의 전류 방향 변환(coil commutation)제어 방법에 관한 것이다.

공지된 직류 모터는 각각 코일 세트(권선 세트)와 관련되어 설치되어 있는 여러 축 위치 센서, 예컨대 호올 소자를 구비하고 있다. 이들 센서는 코일의 위치와 관련하여 고정된 공간에 배치되어 있다. 신호는 예컨대 다극 영구자석을 갖는 회전자의 회전에 의하여 센서들에서 발생되고, 이들 신호에 의하여 순간적인 회전자 각도 위치가 검출된다. 그때마다, 각 코일 세트의 전류 방향 변환은 이들 신호에 의하여 트리거된다.

더욱이, 이와 같은 모터는 정보, 즉, 모터의 회전수(rpm)에 비례하는 신호를 발생하는 회전 속도 신호 발생기를 필요로 한다.

상기 두 종류의 정보는 전자 회로를 사용하여 모터를 제어하는데 필요하다.

고정자에 배치되어 있는 전류 방향의 변환이 가능한 코일과 소정의 대응 관계로 회전자의 주위에 분배되어 있는 다수의 바코드와 작용하는 광센서를 이용한 축 위치 검출을 기초로 하여 모터 제어가 수행되는 모터도 공지되어 있다.

본 발명의 목적은 단지 하나만 설정되어 있는 임의로 배치된 센서에 의하여 발생되는 신호에 기초하여 모터의 전류 방향 변환을 제어하는 것이다.

이와 같은 본 발명의 목적은 제1 지속 시간(T1)과 제2의 지속 시간(T2=K(선택된 비례계수(proportional factor))×T1)의 합과 동일한 지속 시간을 갖는 제어 신호를 발생하는 단계와; 제어 신호의 지속 시간의 종료시에 상기 코일 세트 중 제1 코일 세트의 전류 방향 변환을 개시하는 단계를 포함하는 방법에 의해 달성됩니다. 기본적으로, 회전자의 1회전 동안 모터의 전류 방향 변환의 개시를 크리거하는 두 종류의 정보는, 예컨대 제어해야할 모터의 회전자 축에 의하여 지지되어 있는 회전 표시기와 작용하는 고정 광 센서인 센서에 의하여 발생되는 펄스로부터 도출된다. 제1 정보는 펄스의 개시의 시간이며, 회전자의 각도 위치를 검출하기 위하여 사용되고, 제2 정보는 펄스의 지속 기간이며, 이는 예컨대 광 센서와 작용하는 회전 표시기의 각도 범위에 의존하고 있으며, 회전자의 회전 속도를 측정한다.

이들 두 종류의 정보에 기초하여 제1 코일 세트에 대한 전류 방향 변환을 개시하기 위하여, 제1 신호 성분은 각 회전 속도와 관련된 펄스의 지속 시간으로부터 도출되고, 또한 회로에서 발생되는 제2 신호 성분으로까지 연장되며, 이 제2 신호 성분의 종료시에 전류 방향의 변환이 개시된다. 제2 신호 성분은 제1 신호 성분에 비례한다. 즉, 제2 신호 성분은 선택된 비례계수 K에 의하여 제1 신호 성분과 관련되고 있다. 따라서, 제1 및 제2 성분은 전류 방향 변환 타이밍 제어 신호를 형성하고, 이 신호의 종료시에 전류 방향 변환 시점이 설정되도록 되어 있다.

모터가 스타트할 때, 제1 신호 성분의 실제 지속 시간은 비교적 길며, 제2 신호 성분의 지속 시간 또한 회전자의 각 속도가 그에 상응하게 느리므로 비례적으로 길다. 따라서, 정확하게 전류 방향을 변환하는 개시 시간도 알맞게 길어진다. 모터가 그의 목표 속도에 도달했을 때, 각 속도는 그에 상응하게 빠르며, 이에 따라 제1 신호 성분의 지속 시간은 짧고 제2 신호 성분의 지속 시간은 그것이 제1 신호 성분의 지속 시간과 비례하고 있으므로 짧다. 따라서 각 속도가 빠르면 전류 방향을 변환하는 시점 역시 신속하게 도달한다.

이들 신호 성분의 지속 시간 사이의 관계는 코일과 관련된 센서의 물리적 위치에 기초하여 모터에 대하여 경험적으로 구하여지는 비례계수 K에 의하여 성립되고 있다. 이 계수는 예컨대 정격 회전수에서 모터가 최소 전류를 소비하도록 설정함으로써 고정시킬 수 있으며, 따라서 이 계수는 모터 구조의 데이터에 기초하여 경험적으로 구하여지지 않으면 안된다.

정격 회전수에 있어서 모터에 의하여 최대 토오크가 인출될 수 있도록 이 비례계수를 설정할 수도 있다.

모터 제어, 즉 가속, 감속 및 회전 방향의 변화와 같은 여러 작동 상태에 대하여 계수를 적절히 변화시킬 수가 있으며, 그 결과 상기 동작 상태에 대하여 전류 방향 변환의 여러 개시 시점이 생긴다.

이곳까지 설명해온 구성에 의하여, 전류 방향 변환의 초기 개시가 결정된다. 순차적인 코일 세트의 전류 방향 변환을 예컨대 계수기에 의하여 수행할 수가 있으며, 또는 본 발명에 따라 이때까지 설명해온 원리에 따라 각각 동작하는 다수의 신호 발생 회로의 캐스케이드 접속에 의하여 수행할 수가 있다. 그때, 연속적인 코일 세트의 전류 방향 변환은 제2 신호 성분의 종료 시점에서 시작하여, 이 신호의 각 종료 시점에서의 조합된 신호의 실제 지속 시간에 비례하여 발생되는 다른 신호를 캐스케이드 접속함으로써 코일 세트의 순차적인 전류 방향 변환이 트리거된다. 이와 같이 캐스케이드 접속에 의해 트리거되는 전류 방향 변환 시점을 결정하기 위한 제어는 마이크로프로세서를 사용하여 실시할 수가 있다.

본 발명은 이하에서 첨부 도면을 참고로하여 실시예를 상세히 설명한다.

제2도에는 모터축에 고정되어 있으며 신호 S1를 발생시키는 센서(2)와 작용하는 회전 표시기(1)가 도시되어 있다. 상기 소자(1) 및 (2)는 홀 센서 또는 전술한 형태의 광 센서의 구성 요소일 수 있다. 신호 S1는 모터축의 회전 속도 및 광센서의 경우에는 회전 표시기(1)의 각도 범위에 따르는 실제 신호 지속 기간 T1을 갖는다. 지속 시간 T1은 회전수가 느린 경우에는 같고, 회전수가 빠른 경우에는 짧다. (도시되지 않은)전류 방향이 변환될 모터 코일과 회전 표시기(1)와의 공간 배치 관계에 의하여 소정 각도가 미리 설정된다. 이 각도는 임의로 선택할 수 있으며, 모터마다 바꿀 수가 있다. 따라서, 전류 방향 변환의 개시, 즉 하나의 코일 세트로부터 다음의 코일 세트로의 전환시점은 신호 S1의 개시로부터 원하는 최적의 전환 시점 t2까지 결정된 각도에 의존하고 있다.

회로를 더욱 잘 이해하도록 하기 위하여, 신호 S1의 실제 신호 지속 시간 T1이 정격 회전수에서 신호 S1의 개시로부터 전류 방향 변환 시점 t2까지의 시간보다도 짧은 것을 가정한다. 따라서, 전류 방향 변환 시점 t2는 실제 신호 지속 시간 T!다음에 있으며, 또한 규칙적인 전류 방향 변환에 대하여, 다음 식에서와 같이 실제 신호 지속 시간 T1에 비례하고 있다:

t2 = T1 + K × T1

비례계수 K는 원하는 전류 방향 변환 시점에 대한 요구에 따라 각각의 모터에 대하여 결정되어지지 않으면 안된다. 따라서, 이 계수는 정격 회전수에 있어서 최저 소비 전류로 되고, 또는 정격 회전수에서 최적 토오크를 위해 설정할 수가 있다.

실제 신호 지속 시간 T1을 갖는 신호 S1은 센서(2)로부터 증폭기(3)로 공급된다. 증폭기(3)의 출력 A는 전류원(4)을 제어하고, 인버터(6)를 통하여 조정가능한 전류 싱크(current sink)(5)를 제어한다. 전류원(4) 및 전류 싱크(5)의 출력은 캐패시터(8)의 한쪽의 단자에 접속되어 있는 접속점 B에 접속되어 있다. 캐패시터(8)는 전류원(4)에 의하여 지속 시간 T1 동안 충전된다. 이 충전은 지속 시간 T1의 종료 시점에서 정지되고, 캐패시터(8)의 방전은 전류 싱크(5)를 통하여 시작된다. 이 방전 과정, 즉 전류 싱크(5)로 흐르는 전류의 크기는 제어 입력 E를 통하여 공급되는 제어 신호에 의하여 설정될 수 있다. 캐패시터(8)의 충전의 개시는 캐패시터(8)에 병렬로 접속되어 있는 제로 전압 비교기(9)에 의하여 검출된다. 제로 전압 비교기의 출력 C는 충전 개시시에 고레벨로 전환된다. 캐패시터(8)가 전류 싱크(5)를 통하여 다시 영볼트로 방전되면, 제로 전압 비교기(9)의 출력 C는 저레벨로 전환된다.

펄스 발생 회로(10)는 제로 전압 비교기(9)의 출력에 접속되어 있어, 출력 C가 고레벨에서 저레벨로 전환되는 순간에 짧은 지속 시간 펄스 D를 발생시킨다. 이 펄스 D는 도시되어 있지 않은 종래의 전류 방향 변환 회로를 트리거함으로써 모터의 제1 코일 세트의 전류 방향 변환을 개시하기 위하여 사용되고, 또한 접속선 G를 통하여 전류 싱크(5)를 정지시키기 위하여 사용된다.

캐패시터(8)를 충전하기 위하여 설치되어 있는 전류원(4)은 능동 상태에서 이 전류원(4)의 크기에 따라 결정되는 정전류를 공급한다. 그러나, 방전을 위하여 사용되는 전류 싱크(5)는 그것의 제어 접속선 E을 통하여 전류 크기에 따라 조절될 수 있다. 전류 싱크(5)의 전류 크기와 스위치(23)를 통하여 제어 접속선 E에 공급되는 직류 제어 전류와의 사이에는 선형 관계가 있다. 이 직류 제어 전류는 전위차계(7)를 사용하여 작동 전압 + U_B에서 도출되고, 이 도출된 전압의 크기는 센서(2)와 전류 방향의 변환이 제어되는 모터의 코일과의 사이의 각기 기하학적 배치와 아울러 전류원(4)의 충전 전류에 의존하고 있다. 전술한 바와 같이, 접속선 G에서의 전압은 경험에 의하여 정격 회전수에서의 최소 전류 또는 최대 토오크를 위해 설정할 수 있다.

전류 싱크(5)의 입력 E가 스위치(23)를 통하여 마이크로프로세서(11)의 출력에 접속되어 있을 때, 모터가 변화하는 작동 상태는 마이크로프로세서(11)를 사용하여 설정할 수 있으며, 이 경우 마이크로프로세서(11)는 DA변환기를 구비하고 있다. 이와 같이 하여, 예컨대 전류 방향 변환 시점을 적당하게 조정하는 마이크로프로세서 출력치를 발생시킴으로써 우회전, 좌회전, 가속 및 감속을 설정할 수가 있다.

모터의 다른 코일 세트의 전류 방향 변환은 제1 코일 세트의 전류 방향 변환 개시 시점으로부터 계수 회로를 사용하여, 또는 제4도 및 제5도를 참조하여 설명하는 바와 같이, 캐스케이드 접속을 사용하여 수행할 수가 있다. 제1도에 도시한 회로에 있어서, 전류 방향 변환 시점 t2는 캐패시터(8)의 충전 및 방전 동작에 의해 지속 시간 T1을 가진 제1 신호 성분과 제1 신호 성분의 지속 시간 T1에 비례해서 발생되는 제2 지속 시간 T2=K×T1를 가진 제2의 신호 성분을 변환시킴으로써 설정된다. 그러나 이들의 신호 지속 시간을 소정의 주파수 펄스열로 전환하고 계수를 사용하여 전류 방향 변환 시점을 결정하는 것이 가능하다.

제2도의 A 내지 D는 제1도의 선택된 회로점에 있어서의 전압 파형을 모터의 각종 회전수로 보여주고 있다. 3개의 상이한 회전수가 표시되어 있으며, 이 회전수는 예컨대 주파수 발생기를 사용한 모터 제어에서 발생할 수 있다. 좌로부터 우에 걸쳐서 서서히 속도가 저감되어 가도록 도시되어 있다. 제2도의 A, B, C 및 D는 제1도에 도시된 회로점의 기호에 상응한다.

제2도의 A는 증폭기(3)의 출력에서의 전압 파형을 보여주고 있다. 이 전압 파형은 길이 또는 지속 시간 T1을 갖는 신호 S1에 상응한다. 제2도의 B는 캐패시터(8)의 충전 및 방전 동작 중 캐패시터에 걸리는 전압을 보여주고 있다. 지속 시간 T1 동안, 캐패시터는 일정한 전류에 의하여 충전되고, 또한 충전 동작에 다음에 이어지는 방전은 전류 싱크(5)를 통하여 행하여진다. 방전 속도는 전위차계(7)에 의해 최적의 전류 방향 변환 동작을 위해 제1도의 회로점 E에서 고정적으로 설정되어 있는 제어 직류 전압에 의하여 미리 설정된다. 충전 시간 대 방전 시간의 비는 항상 동일하다는 것을 알 수 있다.(이 경우에는 2:3).

제로 전압 비교기(9)의 출력에서의 신호 파형은 제2도의 C로 도시되어 있다. 충전의 개시시에 제로 전압 비교기는 고레벨로 전환되고, 또한 방전의 종료시에, 즉 영볼트로 되었을 때에 비교기는 저레벨로 전환된다. 비교기(9)로부터의 각각의 출력 펄스의 지속 시간은 t2와 같다.

제2도의 D는 전류 방향 변환을 개시하고 또한 방전을 중지하기 위하여 방전 동작의 종료시에서 트리거되는 펄스 발생 회로(10)의 출력에서의 트리거 펄스의 타이밍을 보여주고 있다.

제3도의 A 내지 D는 제2도에 상응하여 제1도의 회로점 A, B, C 및 D에서의 전압 파형을 보여주고 있으나, 이곳에서는 일정한 모터 속도 및 각각 상이한 동작 모우드의 제어에 대하여 제시하고 있다. 전류 방향 변환, 즉 펄스 D의 트리거는 캐패시터(8)의 방전 속도를 변화시킴으로써 변화하고, 그때 캐패시터의 방전 속도를 사용하여 가속, 감속, 또는 회전 방향의 변화와 같이 변화하는 동작 모우드를 설정할 수 있다. 캐패시터(8)의 방전 속도의 변화는, 예컨대 스위치(23)를 통하여 입력 E에 접속되어 있는 마이크로프로세서(11)에 의하여 행하여진다.

제3도 B에는 3개의 변화예가 도시되어 있다.

제4도는 제1도에 도시된 회로는 캐스케이드 접속함으로써 여러 코일 세트의 전류 방향을 변환할 수 있는 회로의 블록도이다. 블록(12, 15, 18)은 각각 제1도의 회로 블록(4, 5, 6, 8, 9)을 포함하고 있다.

센서(2)는 지속 시간 T1의 신호 S1을 증폭기(3)를 통하여 블록(12)의 입력 및 동시에 인버터(14)의 입력측으로 공급한다. 블록(12) 및 인버터(14)의 출력측은 AND 회로(13)에 접속되어 있다. AND 회로(13)는 펄스 발생기(10)에 신호 F1을 공급하여, 펄스 발생기(10)는 신호 F1의 각각의 펄스의 종료시에 제1 코일 세트의 전류 방향이 변환되도록 트리거 신호 D1을 발생한다.

지속 시간 T1의 종료시에 고레벨로 전환된 회로(13)의 출력 신호 F1은 다른 블록(15)의 입력과 함께 인버터(17)의 입력에 공급되고, 블록(15) 및 인버터(17)의 출력은 다른 AND 회로(16)로 접속되어 있으며, 제2 코일 세트의 전류 방향을 변환하는 트리거 펄스 D2는 펄스 발생 회로(19) 및 AND 회로(16)에 의하여 발생된다.

블록(15)에 있어서의 캐패시터가 0V 레벨에 도달하였을 때 고레벨로 전환되는 AND 회로(16)의 출력 신호 F2는 AND 회로(21) 및 펄스 발생 회로(22)에 의하여 발생되는 트리거 펄스 D3에 의해 제3 코일 세트의 전류 방향을 변환하기 위하여 다른 블록(18) 및 다른 인버터(20)에 공급된다.

회로(19 및 22)는 각각 회로(10)와 동일하다.

3개의 코일 세트의 전류 방향 변환이 제4도에 도시되어 있지만, 다수의 코일 세트를 사용하기 위하여 부가 회로 유니트를 설치할 수가 있다. 블록(12, 15, 18)에 대한 개별 동작점, 즉 블록 입력측 E12, E15 및 E18에서의 제어 전압은 개별 코일 세트에 대하여 전류 방향 변환 펄스의 연속 시퀀스가 보증되도록 설정되지 않으면 안된다.

제4도의 블록도에 부가적으로 생기는 전압 파형이 관련된 신호로 제5도에 도시되어 있다.

이제까지 유리한 실시예에 대하여 일예를 들어 설명했을 뿐이며, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고 개량 및 변형할 수 있는 것은 당업자에게 공지되어 있다.

다음에 본 발명의 실시양태를 열거한다.

제2 지속 시간과 제1 지속 시간 사이의 비례계수를 전류 방향 변환의 최적의 개시를 조절할 수 있다.

모터의 동작 중, 제2 지속 시간과 제1 지속 시간 사이의 비례계수를 다른 동작 상태에 상응하게 변화시킬 수 있다.

제2 지속 시간과 제1 지속 시간 사이의 비례계수를 마이크로프로세서를 사용하여 제어할 수 있다.

제1 지속 시간에 비례하는 지속 시간을 갖는 부가 신호를 캐스케이드 접속함으로써 제어 신호 지속 시간의 종료시로부터 시작하여 다른 코일 세트의 전류 방향 변환의 개시를 제어할 수 있다.

부가 신호의 지속 시간을 마이크로프로세서에 의하여 제어할 수 있다.

Claims (1)

1. 모터 회전자의 회전 속도에 관련된 제1 지속 시간(T1)을 갖는 센서 신호(S1)를 회전자의 각 회전동안 발생시키는 고정 센서를 이용하여, 직류 모터의 코일 세트의 전류 방향 변환를 제어하는 방법에 있어서, 상기 제1 지속 시간(T1)과 제2 지속 시간(T2=K×T1)의 합과 동일한 지속 시간을 갖는 제어 신호를 발생시키는 단계를 포함하는데, 상기 K는 선택된 비례계수이며; 및 상기 제어 신호의 지속 시간의 종료시에 상기 코일 세트 중 제1 코일 세트의 전류 방향 변환을 개시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.

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