KR100404111B1 - 왕복동식 에스알엠 모터의 구동회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 에스알엠 모터의 구동회로에 관한 것으로, 회전자가 일정각도 내에서 왕복운동 하도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 교류전원을 이용하는 왕복동식 에스알엠 모터에 있어서, 상기 에스알엠모터를 왕복운동시키기 위하여, 제1 코일과 직렬 연결되어, 제1 스위칭제어신호에 의해 교류전원이 양극일 때 제1 코일에 전류를 인가하여 A상을 여자시키는 제1 트라이악과; 제2 코일과 직렬 연결되고, 상기 제1 코일 및 제1 트라이악과 병렬 접속되어, 제2 스위칭제어신호에 의해, 교류전원이 음극일 때 B상을 여자시키는 제2 트라이악과; 모터의 스윙각을 검출하여 그 스윙각에 따라 모터에 인가되는 전압의 크기를 가변시키기 위한 제1,제2 스위칭제어신호를 출력하는 마이크로컴퓨터를 포함하여 구성한다.

Description

왕복동식 에스알엠 모터의 구동회로{DRIVING CIRCUIT FOR REPEAT SRM MOTOR}

본 발명은 왕복동식 에스알엠 모터의 구동회로에 관한 것으로, 특히 회전자가 일정각도 내에서 왕복회전운동 하도록 한 왕복동식 에스알엠 모터의 구동회로에 관한 것이다.

일반적인 에스알엠모터는 다상의 고정자에 권취된 코일에 공급되는 전원을 스위칭소자를 이용하여 단속함으로써 회전 토오크(TORQUE)를 발생시키게 되는데,회전자와 고정자간의 여자상태를 순차적으로 가변시킴으로써 자기 흡입력에 의하여 정방향 토오크를 발생시킬 수 있고, 특정 여자상태를 가변시키지 않을 때에는 일정위치에서 회전자가 정지하도록 할 수 있으며, 최대 인덕턴스 형상을 기점으로 스위칭소자에 인가되는 입력펄스 신호의 위상을 제어함으로써 역회전력을 발생시킬 수 있는 다양한 구동제어가 가능함에 따라 방향제어가 필요한 전자제품에 적용되어 사용되고 있다.

상술한 바와같은 에스알엠 모터를 첨부한 도1을 참조하여 설명하면, 원통형의 고정자(1) 내측에 회전자(2)가 회전가능하게 삽입되어 있고, 그 회전자(2)의 중심에는 출력축이 되는 회전축(3)이 압입 고정되어 있으며, 상기 회전자(2)의 위치를 검출하기 위한 위치검출수단 및 그 검출된 위치에 따라 제어하기 위한 마이크로컴퓨터등이 구비된다.

그리고, 상기 고정자(1)는 몸체부의 내측에 일정각도(60도간격)로 6개의 고정자측 티스(TEETH)(1a)가 돌출 형성되어 있고, 그 각각의 고정자측 티스(1a)에는 코일(4)이 권취되어 각각 고정자극을 이루고 있으며, 그 고정자극들은 서로 대각선 방향의 고정자극들끼리 서로 전기적으로 연결되어 동일한 극성이 발생되는 3상(La,Lb,Lc)을 이루도록 되어 있다.

그리고, 상기 회전자(2)는 외주면에 일정각도(90도)로 4개의 회전자측 티스가 돌출 형성되어, 상기 고정자측 티스(1a)의 단부와 공극을 형성하며 회전된다.

상술한 바와같이 구성된 에스알엠모터는, 위치검출수단에 의하여 회전자측 티스의 위치를 검출하면, 마이크로컴퓨터가 이를 감지하여 그에 따른 위치검출펄스를 출력하고, 이에 따라 3상(La,Lb,Lc)의 여자코일(4)에 전류가 인가되어 전자기력이 발생된다.

이때, 상기 La상에 전류를 인가하여 전자기력을 발생시킨 다음, Lb상에 전류를 인가하여 여자시키면 회전자(2)의 회전자측 티스가 에스알엠을 최소화하기 위하여 시계반대방향으로 회전하는 회전토크를 발생하게 되며, 이와같이 각상의 여자상태를 순차적으로 가변시켜서 회전자(2)가 회전하는 구동력을 발생시키게 된다.

여기서, 도2는 상기 에스알엠모터의 구동회로를 보인 예시도로서, 이에 도시 한 바와같이, 입력되는 전원을 평활시켜 얻어지는 직류전압을 에스알엠 모터로 공급하는 직류 링크 커패시터(C)와, 병렬로 N상의 수 만큼 각각 연결되는 N개의 모터 권선(La,Lb,Lc)과, 이 모터 권선(La,Lb,Lc)에 상,하로 직렬연결된 상,하위 스위치소자(Q1a,Q1b,Q1c)(Q2a,Q2b,Q2c)와, 상기 상위 스위치소자(Q1a,Q1b,Q1c)의 에미터와 하위 스위치소자 (Q2a ,Q2b,Q2c)의 에미터 사이에 연결된 프리휠 다이오드(FRD2,FRD4,FRD6)와, 상기 상위 콜렉터와 하위 스위치소자(Q2a,Q2b,Q2c)의 에미터 사이에 연결된 프리휠 다이오드(FRD3,FRD5,FRD7)로 구성하는데, 이를 도3에 의거하여 에스알엠 모터의 속도제어를 설명하면, 우선, 직류 링크 커패시터(C)가 입력되는 전원을 평활시켜 만들어진 직류전압을 에스알엠(SRM) 모터로 공급한다.

따라서 에스알엠(SRM) 모터는 회전하게 되고, 이에따라 모터 내부에 포토 인터럽터와 각 상에 연계된 슬롯을 갖는 디스크를 설치함으로써 회전자의 위치를 포토센서에서 검출하게 되고, 이때 드웰 제어로 모터 운전을 제어할 경우에, 저속운전시 도 3의 (a)와 같은 신호로 모터의 운전을 제어한다.

즉, 고정자 권선 A상에 전기가 유기될 수 있도록, 하이상태의 A상의 게이트신호를 모터 권선(La)에 직렬연결된 상,하위 스위치소자 (Q1a) (Q2a)의 게이트로 각각 공급되고, 이에 의해 상기 A상의 상, 하위 스위치소자(Q1a)(Q2a)가 동시에 턴온된다.

이때, 상기 A상의 상,하위 스위치소자(Q1a)(Q2a)가 온됨에 따라 모터 권선 (La)으로 전류가 흐르게 되고, 이에따라 A상의 모터 권선(La)에 전기를 유기시킬 수 있게 된다.

이렇게 소정의 드웰 타임(T) 동안 A상의 모터 권선(La)에 전류가 흐르게 한다음 로우상태의 게이트신호를 상,하위 스위치소자(Q1a)(Q2a)로 출력한다.

따라서 상기 상, 하위 스위치소자(Q1a)(Q2a)는 동시에 턴오프되고, A상의 모터 권선(La)에 유기된 자속은 프리휠 다이오드(FRD3), 직류 링크 커패시터(C), 프리휠 다이오드(FRD2), 모터 권선(La)에 의해 제거되면서 모터는 원활하게 회전하게된다.

그런 다음 다시 고정자 권선 B상에 전기가 유기될 수 있도록, 하이상태의 B상의 게이트신호를 모터 권선(Lb)에 직렬연결된 상,하위 스위치소자(Q1b)(Q2b)의 게이트로 각각 공급되고, 이에 의해 따라서 상기 B상의 상, 하위 스위치소자 (Q1b)(Q2b)가 동시에 턴온된다.

상기 B상의 상,하위 스위치소자(Q1b)(Q2b)가 온됨에 따라 모터 권선(Lb)으로 전류가 흐르게 되고, 이에따라 B상의 모터 권선(Lb)에 전기를 유기시킬 수 있게 된다.

이렇게 소정의 드웰 타임 동안 B상의 모터 권선(Lb)에 전류가 흐르게 한다음 로우상태의 게이트신호를 상,하위 스위치소자(Q1a)(Q2a)로 출력한다.

따라서 상기 상, 하위 스위치소자(Q1b)(Q2b)는 동시에 턴오프되고, B상의 모터 권선(Lb)에 유기된 자속은 프리휠 다이오드(FRD5), 직류 링크 커패시터(C), 프리휠 다이오드(FRD4), 모터 권선(Lb)에 의해 제거되면서 모터는 원활하게 회전하게 된다.

그리고, C상의 경우도 상기에서와 같은 동작에 의해 동작되며, 또한 중속일 경우는 도3의 (b),고속의 경우에는 도3의 (c)의 타이밍에 따라 동작한다.

이때, 마이크로컴퓨터는 위치검출수단을 통해 회전자위치가 검출되면, 상기 다수의 스위칭소자(Q1a,Q1b,Q1c)(Q2a,Q2b,Q2c)에대한 스위칭을 제어하고, 이에 따라 모터가 정방향 또는 역방향으로 회전하게 된다.

그러나, 상기와 같이 동작하는 종래 장치는 정방향 또는 역방향으로의 고속회전은가능하나 일정각도 에서 고속의 왕복회전운동이 불가능하므로 고속의 왕복운동이 필요한 기구나 장치에 적용하지 못하고, 만약 적용하더라도 회전운동을 직선운동으로 바꾸는 별도의 변환기구를 갖추어야 하므로 비용이 증가되는 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 본 발명은 별도의 변환기구어없이 없이도 교류전원을 이용하여 왕복운동을 수행하도록 한 왕복동식 에스알엠 모터의 구동회로를 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 일반적인 에스알엠 모터의 구성을 보인 단면도.

도2는 일반적인 에스알엠 모터에 대한 구동회로의 구성을 보인 회로도.

도3은 도2에 있어서, 드웰 제어로 모터의 속도를 조절하기 위한 운전 파형도.

도4는 본 발명 왕복동식 에스알엠 모터의 구동회로가 적용되는 에스알엠 모터의 구성을 보인 단면도.

도5는 본 발명 왕복동식 에스알엠 모터의 구동회로에 대한 구성을 보인 회로도.

*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*****

10:고정자 12:고정자측 코아

15:고정자측 티스 16:코일

20:회전자 22:회전자측 코아

23:회전자측 티스 Tr1,Tr2:트라이악

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 교류전원을 이용하는 왕복동식 에스알엠 모터에 있어서,상기 에스알엠모터를 왕복운동시키기 위하여, 제1 코일과 직렬 연결되어, 제1 스위칭제어신호에 의해 교류전원이 양극일 때 제1 코일에 전류를 인가하여 A상을 여자시키는 제1 트라이악과;제2 코일과 직렬 연결되고, 상기 제1 코일 및 제1 트라이악과 병렬 접속되어, 제2 스위칭제어신호에 의해, 교류전원이 음극일 때 B상을 여자시키는 제2 트라이악과;모터의 스윙각을 검출하여 그 스윙각에 따라 모터에 인가되는 전압의 크기를 가변시키기 위한 제1,제2 스위칭제어신호를 출력하는 마이크로컴퓨터를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 에스알엠 모터의 구동회로의 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도4는 본 발명이 적용되는 왕복동식 에스알엠 모터의 구성을 보인 개략도로서, 이에 도시한 바와같이 고정자(10)의 내측에 회전자(20)가 회전 가능하게 배치되고, 상기 고정자(10)는 고정자측 코아(12)의 내부 양측의 비회전영역(13)(13')를 제외한 전,후측의 왕복외전영역(14)(14')의 내주면에 코일(16)이 감긴 1쌍의 고정자측 티스(15)가 각각 형성되고, 상기 회전자(20)는 고정자측 티스(15)가 교대로 여자되는 것에 의하여 고정자측 티스(15) 사이의 왕복회전 영역에서 일정각도 왕복 회전될 수 있도록 회전자측 코아(22)의 전,후측에 회전자측 티스(23)가 각각 돌출 형성되고록 구성한다.

도3은 본 발명 왕복동식 에스알엠모터의 구동회로에 대한 회로도로서, 이에 도시한 바와같이, 제1 코일(La)과 직렬 연결되어, 제1 스위칭제어신호가 온되면 교류전원(AC)이 양극일 때 제1 코일(La)에 전류를 인가하여 A상을 여자시키는 제1 트라이악(Tr2)과, 제2 코일(Lb)과 직렬 연결되고, 상기 제1 코일(La) 및 제1 트라이악(Tr2)과 병렬 접속되어, 제2 스위칭제어신호가 온되면 교류전원(AC)이 음극일 때 B상을 여자시키는 제2 트라이악(Tr1)을 구비하며, 이와같이 구성한 본 발명의 동작을 설명한다.

먼저, 도2와 같이 구성된 왕복동식 에스알엠 모터는 고정장측 티스(15)에 권취되어 있는 코일(16)에 전류를 인가하면 전기적으로 연결되어 있는 코일(16)의 대각선 방향 고정자측 티스(15)가 동시에 여자되고, 회전자(20)의 회전자측 티스(23)는 에스알엠이 '0'이 되는 방향으로 회전하여 회전토크를 발생시키게 된다.

이때, 제1,제2 트라이악(Tr2),(Tr1)에 인가되는 제1,제2 스위칭제어신호에 의해 권선 코일(La 또는 Lb)에 전류를 교대로 인가하면 여자되는 방향으로 회전자(20)가 일정각도 내에서 정,역회전을 반복하게 되어 왕복회전을 수행한다. .

이에 따라, 상기 회전자(20)의 왕복회전 운동에 의해 회전축(30)이 일정각도 왕복회전을 수행하게 된다.

다시 말해서, 교류전원(AC)이 양극일 때, 제1 트라이악(Tr2)이 제1 스위칭제어신호에 의해 온되면, 전류가 상기 제1 트라이악(Tr2)을 통해 제1 코일(La)로 흐르게 되어 A상을 여자시키고, 교류전원(AC)이 음극일 때, 제2 트라이악(Tr1)이 제2 스위칭제어신호에 의해 온되면, 상기 A상에 여자되었던 전류와 교류전원(AC)의 전류가 제2 트라이악(Tr1)을 통해 제2 코일(Lb)로 흐르게 되어 B상이 여자되며, 이에 의해 회전자(20)는 회전 왕복운동을 수행하게 된다.

이때, 마이크로컴퓨터(미도시)는 모터의 스윙각을 검출하여 그에 따라 모터에 인가되는 전압의 크기를 가변시키기 위한 제1,제2 스위칭제어신호를 출력하여 상기 제1,제2 트라이악(Tr2),(Tr1)을 교번 동작하도록 제어하는데, 상기 제1,제2 스위칭제어신호는 모터에 인가되는 전압의 크기를 가변시키기 위해 듀티비가 가변되어 출력된다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 회전운동을 직선운동으로 바꾸는 별도의 변환기구 없이, 교류전원을 이용하여 왕복운동을 수행함으로써 초기 기동시 불필요한 전력소모를 감소시켜 압축기의 효율을 향상시킴과 아울러 부품의 간소화로 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 교류전원을 이용하는 왕복동식 에스알엠 모터에 있어서,

   상기 에스알엠모터를 왕복운동시키기 위하여, 제1 코일과 직렬 연결되어, 제1 스위칭제어신호에 의해 교류전원이 양극일 때 제1 코일에 전류를 인가하여 A상을 여자시키는 제1 트라이악과;

   제2 코일과 직렬 연결되고, 상기 제1 코일 및 제1 트라이악과 병렬 접속되어, 제2 스위칭제어신호에 의해, 교류전원이 음극일 때 B상을 여자시키는 제2 트라이악과;

   모터의 스윙각을 검출하여 그 스윙각에 따라 모터에 인가되는 전압의 크기를 가변시키기 위한 제1,제2 스위칭제어신호를 출력하는 마이크로컴퓨터를 포함하여 구성한 것을 특징으로 왕복동식 에스알엠 모터의 구동회로.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서, 제1,제2 스위칭제어신호는 모터에 인가되는 전압의 크기를 가변시키기 위해 듀티비가 가변되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 에스알엠 모터의 구동회로.