KR100437664B1 - 재봉용 솔레노이드 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입력전압에 따라 구동신호의 듀티비를 제어하여 솔레노이드 구동에 필요한 전류를 유지하면서도 발열을 감소시킬 수 있는 재봉용 솔레노이드 제어장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 솔레노이드 장치에 있어서, 입력전압을 정류하여 구동전압을 출력하는 전압인가부와, 전압인가부에서 출력되는 구동전압을 검출하고 검출된 구동전압에 해당하는 듀티비를 갖는 구동신호를 출력하는 전압감시 제어부와, 전압감시 제어부의 구동신호에 의해서 작동하는 솔레노이드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 재봉용 솔레노이드 제어장치를 제공한다.
따라서, 본 발명은 솔레노이드를 구동하기에 충분한 토크를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 발열도 제어할 수 있는 효과가 있다. 또, 발열로 인하여 솔레노이드의 내구성이 약해지고 수명이 단축되며 최적의 성능을 유지하지 못하던 문제점도 해결할 수 있는 효과가 있다.

Description

재봉용 솔레노이드 제어장치{APPARATUS FOR CONTROLLING SOLENOID IN SEWING MACHINE}
본 발명은 입력전압에 따라 구동신호의 듀티비를 제어하여 솔레노이드 구동에 필요한 전류를 유지하면서도 발열을 감소시키는 재봉용 솔레노이드 제어장치에관한 것이다.
도 1은 종래의 솔레노이드 장치에 대한 구성을 도시한 것이다.
종래의 솔레노이드 장치는 제어장치(10), 제한저항(R), 역전류 방지용 다이오드(D1), 솔레노이드 코일(L1)로 구성된다. 제어장치(10)는 제어부(12), 스위치용 트랜지스터(TR1), 검출저항(R'), A/D 컨버터(14), 검출전류 제어용 트랜지스터(TR2)를 포함한다.
제어장치(10)에는 미싱에 마련된 스위치(S1)가 연결되며, 솔레노이드의 가동철편(미도시)에는 솔레노이드 구동부재(미도시)의 일단이 접속된다. 솔레노이드 코일(L1)에 전류가 흐르면 가동철편이 끌려오며, 솔레노이드 구동부재(플린저)를 통하여 솔레노이드가 상승하도록 구성되어 있다.
사용자가 스위치(S1)를 온(ON) 시키면, 제어부(12)는 도 2(a)와 같이 솔레노이드가 상승위치에 도달할 충분한 시간(T1)을 갖는 구동신호를 스위치용 트랜지스터(TR1)에 출력한다. 그러면 도 2(b)와 같은 전류파형이 솔레노이드 코일(L1)에 흐르고 솔레노이드 구동부재가 흡인된다.
도 2는 도 1의 솔레노이드 코일에 인가되는 구동신호와 전류의 파형도이다.
솔레노이드가 상승위치에 도달하는데 충분한 시간(T1)이 경과하면(예를 들어 150ms), 솔레노이드 코일(L1)의 발열을 저감하면서 솔레노이드의 상승위치를 유지하기 위해서 제어부(12)는 구동신호(예를 들어 주기 5ms, 듀티 50%)를 스위치용 트랜지스터(TR1)에 출력한다.
구동신호에 따라 스위치용 트랜지스터(TR1)가 오프되면, 솔레노이드코일(L1)의 역기전력에 의해 솔레노이드 코일(L1)의 일단으로부터 역전류 방지용 다이오드(D1)와 제한저항(R) 및 솔레노이드 코일(L1)의 타단을 통하여 역기전력이 방출된다. 여기서, 제한저항(R)은 방출되는 역기전력을 소진시켜 주는 기능을 한다.
그러나 역기전력의 방출이 완료되기 전에 스위치용 트랜지스터(TR1)가 온 되기 때문에, 구동신호가 출력되고 있는 T2 구간 중에도 솔레노이드 코일(L1)에는 전류가 차단되는 일 없이 계속 흐르게 된다.
스위치용 트랜지스터(TR1)가 온 되어 검출전류 제어용 트랜지스터(TR2)에 전류가 흐르면, A/D 컨버터(14)가 검출저항(R')의 전압을 디지털 신호로 변환하여 제어부(12)로 출력한다. 제어부(12)는 A/D 컨버터(14)에서 변환된 디지털 값으로 검출저항(R')에 흐르는 전류를 검출하고, 도면 2(b)와 같은 정전류를 유지할 수 있도록 구동신호를 제어한다.
그 결과, T2 구간에서 솔레노이드 코일(L1)에 흐른 전류는 평균적으로 T1 구간보다 줄어들면서 발열량도 감소된다.
일반적으로 미싱의 솔레노이드 장치는 미싱에서 가장 구동력을 많이 필요로 하므로, 구동을 위해서 수 암페어의 전류가 필요함과 동시에 비교적 장시간 연속으로 구동되는 것이 필요하다. 때문에, T2 기간의 구동신호에 의하여 솔레노이드를 구동함으로써 발열을 저감해 왔다.
위와 같이 구성된 솔레노이드 장치는 항상 정전류를 유지하려고 하기 때문에, 시간이 경과함에 따라 제한저항(R)과 솔레노이드 코일(L1)에 발열이 증가하게된다. 따라서, 솔레노이드의 가동철편을 구동하기 위하여 일정한 토크를 유지할 수는 있으나, 제한저항(R)과 솔레노이드 코일(L1)의 발열을 저감시키는 데에는 한계가 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 발명은 솔레노이드 구동에 필요한 전류를 유지하면서도 발열을 감소시킬 수 있는 재봉용 솔레노이드 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 입력전압에 따라 구동신호의 듀티비를 제어하여 솔레노이드가 항상 최적의 기능을 수행할 수 있는 재봉용 솔레노이드 제어장치를 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 솔레노이드 장치에 대한 블록 구성도이고,
도 2는 도 1의 솔레노이드 코일에 인가되는 구동신호와 전류의 파형도이고,
도 3은 본 발명에 따른 재봉용 솔레노이드 제어장치의 일실시예를 도시한 블록 구성도이고,
도 4는 도 3의 솔레노이드 코일에 인가되는 구동신호와 전류의 파형도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 전압인가부 200 : 전압감시 제어부
210 : A/D 컨버터 220 : 제어부
300 : 솔레노이드부 R1 : 제 1 분압저항
R2 : 제 2 분압저항
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예로서, 청구항 2에 기재된 발명은, 솔레노이드 장치에 있어서, 입력전압을 정류하여 구동전압을 출력하는 전압인가부; 상기 전압인가부에서 출력되는 구동전압을 검출하고, 검출된 구동전압에 해당하는 듀티비를 갖는 구동신호를 출력하는 전압감시 제어부; 및 상기 전압감시 제어부의 구동신호에 의해서 작동하는 솔레노이드부를 포함하며, 상기 전압감시 제어부는 상기 구동전압이 기설정된 최대값보다 높으면 상기 듀티비를 미리 설정된 값에 따라 감소시키고, 기설정된 최소값보다 낮으면 상기 듀티비를 미리 설정된 값에 따라 증가시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 재봉용 솔레노이드 제어장치로서 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 제 2에 있어서, 상기 전압인가부는 상기 입력전압을 강하시켜 출력하는 트랜스포머; 상기 트랜스포머에서 출력된 전압을 정류하는 정류부; 및 상기 정류부에서 정류된 전압을 일정한 구동전압으로 출력하기 위한 콘덴서를 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 재봉용 솔레노이드 제어장치로서 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 제 2에 있어서, 상기 전압감시부는 상기 전압인가부에서 출력된 구동전압을 분압하기 위한 제 1, 2 분압저항 (R1 < R2); 상기 제 2 분압저항의 일측에 걸리는 전압을 디지털 값으로 변환하는 A/D 컨버터; 및 상기 A/D 컨버터로부터 입력받은 값에 해당하는 듀티비를 갖는 구동신호를 출력하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 재봉용 솔레노이드 제어장치로서 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 5에 기재된 발명은, 청구항 제 2에 있어서, 상기 솔레노이드부는 상기 전압감시 제어부의 구동신호에 따라서 온/오프하는 트랜지스터; 상기 트랜지스터의 컬렉터에 연결된 역전류 방지용 다이오드; 상기 역전류 방지용 다이오드와 직렬로 연결된 제한저항; 상기 제한저항과 상기 트랜지스터의 베이스에 연결된 제 1 바이어스 저항; 상기 트랜지스터의 베이스와 접지 사이에 연결된 제 2 바이어스 저항; 및 상기 제한저항 및 역전류 방지용 다이오드와 병렬로 연결된 솔레노이드 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 재봉용 솔레노이드 제어장치로서 상술한 과제를 해결한다.
본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부 도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로서 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 입력전압에 따라 구동신호의 듀티비를 제어하여 솔레노이드에 구동에 필요한 전류를 유지하면서도 발열을 감소시킬 수 있는 재봉용 솔레노이드 제어장치를 바람직한 실시예로 제안한다.
도 3은 본 발명에 따른 재봉용 솔레노이드 제어장치의 일실시예를 도시한 블록 구성도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명은 입력전압을 정류하여 구동전압(Vsol)을 출력하는 전압인가부(100)와, 전압인가부(100)에서 출력되는 구동전압(Vsol)을 검출하고 검출된 구동전압에 해당하는 듀티비를 갖는 구동신호를 출력하는 전압감시 제어부(200)와, 전압감시 제어부(200)의 구동신호에 의해서 작동하는 솔레노이드부(300)를 포함한다.
본 실시예에서 솔레노이드부(300)로는 역진 솔레노이드를 사용하였다.
전압인가부(100)는 입력전압(Vin)을 강하시켜 출력하는 트랜스포머(T1)와, 트랜스포머(T1)에서 출력된 전압을 정류하는 정류부(110)와, 정류부(110)에서 정류된 전압을 일정한 구동전압(Vsol)으로 출력하기 위한 콘덴서(C1)를 포함한다.
전압감시 제어부(200)는 전압인가부(100)에서 출력된 구동전압(Vsol)을 분압하기 위한 제 1 분압저항(R1) 및 제 2 분압저항(R2)과, 제 2 분압저항(R2)의 일측에 걸리는 전압(Vf)을 디지털 값으로 변환하는 A/D 컨버터(210)와, A/D 컨버터(210)로부터 입력받은 값에 해당하는 듀티비를 갖는 구동신호를 출력하는 제어부(220)를 포함한다. 본 실시예에서, 제 1 분압저항(R1) 값은 제 2 분압저항(R2) 값보다 작은 것이 바람직하다(R1 < R2).
제어부(220)는 구동전압(Vsol)이 기설정된 최대값보다 높으면 듀티비를 미리 설정된 값에 따라 감소시키고, 기설정된 최소값보다 낮으면 듀티비를 미리 설정된 값에 따라 증가시키도록 제어한다. 이 때, 제어부(220)에 설정한 최대값과 최소값은 실험에 의해서 미리 정해진 값이다.
솔레노이드부(300)는 제어부(220)의 구동신호에 따라서 온/오프하는 트랜지스터(TR3)와, 트랜지스터(TR3)의 컬렉터에 연결된 역전류 방지용 다이오드(D2)와, 역전류 방지용 다이오드(D2)와 직렬로 연결된 제한저항(R3)과, 제한저항(R3)과 트랜지스터(TR3)의 베이스에 연결된 제 1 바이어스 저항(R4)과, 트랜지스터(TR3)의 베이스와 접지 사이에 연결된 제 2 바이어스 저항(R5)과, 제한저항(R3) 및 역전류 방지용 다이오드(D2)와 병렬로 연결된 솔레노이드 코일(L2)을 포함한다.
본 실시예에서 트랜지스터(TR3)는 NPN 타입을 사용하였다.
이상과 같이 구성된 본 발명에서 구동전압을 검출하여, 구동전압에 해당하는 듀비티를 갖는 구동신호를 솔레노이드에 출력하는 과정을 도 3을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.
교류 입력전압(Vin)이 트랜스포머(T1)에 인가되면, 트랜스포머(T1)는 인가된 교류 입력전원의 전압을 강하시켜 정류부(110)에 출력한다. 정류부(110)는 트랜스포머(T1)의 2차측으로 유기된 전원전압을 정류하며, 정류부(110)에서 정류된 전압은 콘덴서(C1)를 통해서 일정한 구동전압(Vsol)으로 출력된다.
전압인가부(100)에서 출력된 전압(Vsol)은 제 1 분압저항(R1)과 제 2 분압저항(R2)에 의해 분압된다. 제 2 분압저항(R2)에 걸린 전압(Vf)은 A/D 컨버터(210)에서 적절한 비율로 스케일링되어 디지털 신호로 변환되며, 변환된 디지털 신호는 제어부(220)에 인가된다.
제어부에(220)는 A/D 컨버터(210)에서 디지털로 변환되어 입력된 전압값을 바탕으로 솔레노이드를 구동할 수 있는 구동신호를 트랜지스터(TR3)에 출력한다. 제어부(220)에서 출력된 구동신호에 따라 트랜지스터(TR3)가 온 되면, 구동전압(Vsol)이 솔레노이드 코일(L2)에 공급되어 기전력이 형성된다.
도 4는 도 3의 솔레노이드 코일에 인가되는 구동신호와 전류의 파형도이다.
제어부(220)는 도 4와 같이 제 2 분압저항(R2)에 인가된 전압(Vf)이 미리 설정된 최대값보다 높을 경우 듀티비를 줄여서, 솔레노이드 코일(L2)에 흐르는 전류가 트랜지스터(TR3)에 인가되는 구동전압(Vsol)에 비례하여 증가하지 못하도록 한다. 이것은 솔레노이드 코일(L2)에 흐르는 전류의 증가에 따른 발열을 감소시키기 위한 것이다.
그리고, 제어부(220)는 제 2 분압저항(R2)에 인가된 전압(Vf)이 미리 설정된 최소값보다 낮을 경우에는 듀티비를 증가시켜서 구동전압(Vsol)에 비례하여 솔레노이드 코일(L2)의 전류가 감소하지 못하도록 한다. 이는 구동전압(Vsol)의 감소에따른 솔레노이드의 흡인력 저하를 예방하기 위한 것이다.
이와 같이 제어부(220)는 구동전압(Vsol) 값이 최대값과 최소값 사이에서 뿐만이 아니라, 그 값을 초과 또는 미달하는 경우에도 솔레노이드 코일에 흐르는 전류가 적절하게 유지될 수 있도록 구동신호의 듀티비를 제어한다. 그러면, 트랜지스터(TR3)가 제어부(220)에서 출력된 구동신호에 따라 온/오프 되어 솔레노이드 코일(L2)에 흐르는 전류가 조절된다.
제어부(220)에서 출력된 구동신호에 의해 솔레노이드 코일(L2)에 전류가 흐르면 솔레노이드의 가동철편(미도시)이 작동한다.
제어부(220)에서 출력된 구동신호에 따라 트랜지스터(TR3)가 오프되면 역전류 방지용 다이오드(D2), 제한저항(R3) 및 솔레노이드 코일(L2)의 일단으로 솔레노이드 코일(L2)에 저장되었던 역기전력이 방출된다.
그러나, 역기전력의 방출이 완료되기 전에 구동신호에 의하여 트랜지스터(TR3)가 온 되므로, 솔레노이드 코일(L2)에는 전류가 계속 흐를 수 있다.
한편, 제어부(220)의 구동신호가 온/오프될 때, 구동신호의 상승시간과 하강시간을 짧게 하여 이상적인 구형파가 될 수 있도록 트랜지스터(TR3)의 베이스에 바이어스 저항(R4,R5)을 연결하였다.
위의 실시예에서 솔레노이드부(300)는 재봉에 사용되는 역진 솔레노이드, 실 늦추기 솔레노이드, 사절 솔레노이드, 누름대 솔레노이드 등에 응용이 가능하다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은, 종래에 일정 듀티비를 가진 구동신호를 연속으로 인가하여 정전류로 제어하던 방식 대신에, 구동전압을 검출하여 구동신호의 듀티비를 제어함으로써 솔레노이드의 가동철편을 구동하는 데 필요한 전류를 제공한다.
즉, 제어부가 구동전압에 따라 구동신호의 듀티비를 제어함으로써 솔레노이드를 구동하기 위한 전류가 구동전압에 따라 일정 범위 내에서 가변된다. 따라서 솔레노이드를 구동하기에 충분한 토크를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 발열도 제어할 수 있는 효과가 있다.
또, 발열로 인하여 솔레노이드의 내구성이 약해지고 수명이 단축되며 최적의 성능을 유지하지 못하던 문제점도 해결할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 솔레노이드 장치에 있어서,
    입력전압을 정류하여 구동전압을 출력하는 전압인가부;
    상기 전압인가부에서 출력되는 구동전압을 검출하고, 검출된 구동전압에 해당하는 듀티비를 갖는 구동신호를 출력하는 전압감시 제어부; 및
    상기 전압감시 제어부의 구동신호에 의해서 작동하는 솔레노이드부를 포함하며,
    상기 전압감시 제어부는 상기 구동전압이 기설정된 최대값보다 높으면 상기 듀티비를 미리 설정된 값에 따라 감소시키고, 기설정된 최소값보다 낮으면 상기 듀티비를 미리 설정된 값에 따라 증가시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 재봉용 솔레노이드 제어장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 전압인가부는
    상기 입력전압을 강하시켜 출력하는 트랜스포머;
    상기 트랜스포머에서 출력된 전압을 정류하는 정류부; 및
    상기 정류부에서 정류된 전압을 일정한 구동전압으로 출력하기 위한 콘덴서를 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 재봉용 솔레노이드 제어장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 전압감시 제어부는
    상기 전압인가부에서 출력된 구동전압을 분압하기 위한 제 1, 2 분압저항;
    상기 제 2 분압저항의 일측에 걸리는 전압을 디지털 값으로 변환하는 A/D 컨버터; 및
    상기 A/D 컨버터로부터 입력받은 값에 해당하는 듀티비를 갖는 구동신호를 출력하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 재봉용 솔레노이드 제어장치.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 솔레노이드부는
    상기 전압감시 제어부의 구동신호에 따라서 온/오프하는 트랜지스터;
    상기 트랜지스터의 컬렉터에 연결된 역전류 방지용 다이오드;
    상기 역전류 방지용 다이오드와 직렬로 연결된 제한저항;
    상기 제한저항과 상기 트랜지스터의 베이스에 연결된 제 1 바이어스 저항;
    상기 트랜지스터의 베이스와 접지 사이에 연결된 제 2 바이어스 저항; 및
    상기 제한저항 및 역전류 방지용 다이오드와 병렬로 연결된 솔레노이드 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 재봉용 솔레노이드 제어장치.
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