KR100721016B1

KR100721016B1 - 포텐셔미터를 이용한 모드 셀렉터 및 이의 제어회로

Info

Publication number: KR100721016B1
Application number: KR1020030102246A
Authority: KR
Inventors: 강성옥
Original assignee: 화남전자 주식회사
Priority date: 2003-12-31
Filing date: 2003-12-31
Publication date: 2007-05-25
Also published as: KR20050069794A

Abstract

본 발명은 기존의 모드 셀렉터의 조작자의 편리성의 장점을 도모하기 위하여 조작면에서는 종래의 로터리스위치 방식과 유사한 조작감을 가지도록하고, 기능면에서는 단순한 스위치의 접점이 아닌 저가의 범용 포텐션미터를 사용한 모드 셀렉터의 구성을 특징으로 하는 포텐셔미터를 이용한 모드 셀렉터 및 이의 제어회로에 관한 것이다.

모드 셀렉터, 포텐셔미터, 선형성, 제어회로

Description

포텐셔미터를 이용한 모드 셀렉터 및 이의 제어회로{Mode selector using potentionmeter and its control circuit}

도 1 은 본 발명 모드 셀렉터의 사시도,

도 2 는 본 발명 모드 셀렉터의 분해사시도,

도 3 은 본 발명 모드 셀렉터의 회전자 주요부 평단면도,

도 4 는 본 발명 모드 셀렉터의 모드 조절시 상태도,

도 5 은 포텐셔미터의 특성 곡선,

도 6 는 본 발명 모드 셀렉터의 제어회로도,

도 7 은 종래의 로타리스위치의 일반적인 결선 회로도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1; 본 발명 모드 셀렉터

10; 베이스 11; 눈금

12; 눈금홀 13; 걸림쇠

14; 부착구멍 15; 축 관통홀

16; 암

20; 회전자 21; 핀볼

22; 걸림턱 23; 볼 삽입홈

25; 축 관통홀 26; 스프링

30; 회전자 고정쇠 31; 노출 구멍

35; 축 관통홀

40; 회전자 덮개 41; 손잡이 나사

45; 축 관통홀

50; 손잡이 51; 축 삽입홈

60; 포텐셔미터 61; 조절축

62; 연결 단자 63; 결합키

70; 제어회로수납부 71; 제어회로 기판

72; 연결구멍

일반적으로, 건설 중장비는 조작자의 셋팅에 따라 엔진 모터의 회전수를 일정하게 유지하여야 하며 이것은 작업의 안전성과 효율성 유지를 위해 매우 중요하다. 또한, 작업자가 작업 환경에 따라 유동적으로 출력 레벨을 조절할 수 있도록 스위치형 모드 선택 기능을 부여하는 것이 상용화되어 있다.

종래의 로터리 스위치(Rotary Switch)형 모드 셀렉터의 경우, 도 7 에 도시된 바와 같이, 스위치의 접점(S)이 저항(R)과 연결된 각 단자(A,B,C,D)에 물리적으로 접속되도록 이루어져 있으며, 접점(S)이 각 단자들중의 일측를 선택하여 모드를 변경할 경우, 물리적으로 각 단자들의 거리 만큼 접점이 순간적으로 개방(open)되게 됨으로, 각 전압원(V)으로부터 부하(L)로 출력되는 전압이 순간적으로 0 V 로 전압 강하됨으로 인하여 출력되는 전력이 유연성있게 변화되지 않아, 부하(L)측의 장비의 보호 및 작업 환경에 위험 요소가 내재되어 있는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은, 전압의 레벨에 따른 모드 선택에 있어서, 급작스런 상태 변화없이 유연한 동작 모드의 변환을 함으로써고정밀도 및 선형 특성을 갖는 무단 변속의 스위치형 모드 셀렉터의 구성과 이의 제어 회로를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 통상의 모드 셀렉터에 있어서, 포텐셔미터와, 상기 포텐셔미터의 조절축의 조절 각도를 일정하게 구획하는 구획수단과, 상기 포텐셔미터의 조절축을 상기 구획수단에 의하여 구획된 각각의 조절 각도에서 일시 정지시키는 조절축 정지수단을 포함하여 구성되고, 상기 일시정지된 포텐셔미터의 저항값에 따라서 부하회로의 모드를 선택하는 신호를 출력 하는 것을 특징으로 하는 포텐셔미터를 이용한 모드 셀렉터의 구성을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 구성을 상세하게 설명한다.

도 1 은 본 발명 모드 셀렉터의 사시도, 도 2 는 본 발명 모드 셀렉터의 분해사시도, 도 3 은 본 발명 모드 셀렉터의 회전자 주요부 평단면도이다.

본 발명의 모드 셀렉터(1)는 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이 상기 구획수단으로서의 평판 형상의 베이스(10)와, 상기 베이스(10)의 전/후면으로 상기 조절축 정지수단으로서의 회전자(20)와, 회전자고정쇠(30)와, 회전자덮개(40)를 고정시키고, 이에 포텐셔미터(60)와 제어회로수납부(70)를 키결합하여 조립한 것이다. 각 부분의 구성을 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 베이스(10)는 전체적으로 금속 재질로 이루어진 평판으로서, 중앙은 상기 포텐셔미터(60)의 지름보다 약간 큰 크기의 반타원 형상이고, 좌우측은 직사각형 형상의 암(16)이 형성되어 있다. 그리고, 중앙에 포텐셔미터(60)의 조절축(61)이 관통되는 축관통홀(15)이 천공되고, 상기 축 관통홀(15)을 중심으로하여 방사상으로 눈금(11)이 형성되고, 상기 눈금(12)의 말단에 눈금홀(12)이 천공되어 있다. 또한, 상기 암(27)에는 후술할 회전자(20)의 걸림턱(22)과 접촉하는 각각의 걸림쇠(13)가 걸림쇠 부착구멍(미도시)에 억지끼움 되어있고, 상기 걸림쇠(13)의 외측으로는 본 발명 모드 셀렉터(1)가 계기반에 장착될 때 나사를 관통시키는 부착구멍(14)이 천공되어 있다.

상기 회전자(20)는 전체적으로 합성수지재로서 이루어져 있으며, 상측 및 하측에 걸림턱(22)이 돌출 형성되고, 상기 걸림턱(22)의 내부에는 볼 삽입홈(23)이 요입 형성되고, 상기 볼 삽입홈(23) 내부에 스프링(26)이 장설되어 있으며, 상기 볼 삽입홈(23)의 개구부 측으로 상기 스프링(26)의 말단에 놓여진 핀볼(21)이 수납되어 있되, 상기 핀볼(21)은 도 3 에 도시된 바와 같이 일측 말단부가 점차 좁아지는 탄환 형상으로 되어 있으며, 상기 볼 삽입홈(23) 내부에서 스프링(26)에 의하여 탄성력을 가지도록 설치된다.

상기 회전자고정쇠(30)는 전체적으로 금속재질의 평판으로서, 베이스(10)의 중앙부와 상기 회전자(20) 사이에 고정된다. 회전자고정쇠(30)의 상하측에 상기 회전자(20)의 핀볼(21)과 치합되는 위치에 상기 핀볼(21)의 말단부만을 노출시키는 정도의 크기를 가진 노출구멍(31)이 형성되고, 중앙에는 포텐셔미터(60)의 조절축(61)이 관통되는 축관통홀(35)이 천공된다.

상기 회전자 덮개(40)는 회전자(20)의 상측에 부착되는 것으로서, 좌우측에 손잡이(50)의 부착홈(미도시)와 결합되는 손잡이 나사(41)가 관통되는 손잡이 부착구멍(42)이 천공되어 있고, 포텐셔미터(60)의 조절축(61)이 관통되는 축관통홀(35)이 천공되어 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 모드셀렉터(1)는 상기 조절축(61)의 말단에 결합키(63)를 달아 전용공구를 사용하여 상기 회전자덮개(40)와 회전자(20)와 회전자고정쇠(30)와 베이스(10)및 포텐셔미터(60)를 키 결합시키고, 이후, 손잡이(50)의 축 삽입홈(51)에 상기 포텐셔미터(60)의 조절축(61)을 삽입하여 손잡이 나사(41)로 고정시킨다. 또한, 상기 포텐셔미터(60)의 후방으로 본 발명 제어회로 기판(71)을 설치한 제어회로 수납부(70)를 부착한다.

상기와 같이 결합된 본 발명 포텐셔미터(1)는 도 3 에 도시된 바와 같이, 회전자(20)의 걸림턱(22)의 볼삽입홈(23) 내부에 각각 삽입된 핀볼(21)의 말단부가 회전자고정쇠(30)의 노출구멍(31) 및 베이스(10)의 눈금홀(12)을 관통하게 되며, 이렇게 관통된 상태에서 사용자가 손잡이(50)를 돌려서 상기 회전자(20)를 회전시키면, 도 4 에 도시된 바와 같이 베이스(10)의 눈금홀(12)을 관통하여 있던 핀볼(21)중 상측의 핀볼(21)이 시계 방향으로 회전하여 ① 번, ③ 번, ⑤ 번, ⑦ 번, ⑨ 번 눈금홀을 차례로 관통하게 되고, 하측의 핀볼(21')은 ② 번, ④ 번, ⑥ 번, ⑧ 번 눈금홀을 차례로 관통하게 되는데, 상기 ① 번 내지 ⑨ 번 눈금홀(12)에 상기 상하측의 핀볼(21, 21')이 순차적으로 관통되어 손잡이(50)의 회전이 일시적으로 정지되게 됨으로 인하여, 사용자는 종래의 로터리스위치를 조작하던 조작감과 동일한 조작감을 느끼게 되며, 모드 선택의 식별감도 획득할 수 있다.

이 밖에, 미설명부호 62 는 상기 포텐셔미터(60)의 입출력 신호선이 결선되는 연결단자(62)이고, 72 는 베이스(10)에 부착된 걸림쇠(13)의 후방을 제어회로 수납부(70)에 나사 결합하기 위한 연결구멍(72)이다.

한편, 본 발명의 실시예의 모드 셀렉터(1)는 눈금홀(12)의 갯수를 9 개로 하여 총 9 단계의 모드 선택을 할 수 있도록 하였으나, 이는 부하의 모드 선택 여부에 따라서 변경이 가능한 것으로, 눈금홀(12)의 갯수를 가감하여 모드 선택의 폭을 넓히거나 줄일수 있다.

다음으로, 도 5 의 포텐셔미터의 특성 곡선 및 도 6 의 본 발명 모드 셀렉터의 제어회로도를 참조하여 본 발명 모드 셀렉터의 제어회로를 상세하게 설명한다.

먼저, 일반적으로 포텐셔미터 소자는 도 5 에 도시된 바와 같이, 비직선성 특성 곡선으로 인하여(S자 곡선), 회전각의 변화에 비례한 출력을 정밀하게 얻을수 없다. 따라서, 본 발명의 모드 셀렉터는 손잡이(50)의 회전각(θ)에 비례한 출력 변화를 얻도록 하기 위하여 특히 포텐셔미터의 선형저항 특성 구간만을 활용하도록 하였으며, 상기 손잡이(50)의 회전각(θ)의 조절은 회전자의 걸림턱(22)이 베이스(10)의 걸림쇠(13)의 걸려서 좌우 어느 방향으로도 더 이상 회전하지 못하는 구간에서만 이루어진다.

또한, 동일한 포텐셔미터일지라도 일정 오차가 발생하므로 이의 오차를 보정하기 위하여 단일이득 차동증폭기를 구성하여 최적의 동작 영역과 레벨을 선택할 수 있도록 하였다.

또한, 본 발명 실시예의 모드 셀렉터는 상기 손잡이 회전각(θ) 사이의 구간에서, 손잡이(50)의 조작에 따라 상기 모드 셀렉터의 후단으로 이어지는 부하 구동회로의 출력이 Level 1 의 0.5 V 로부터 시작하여 Level 9 의 4.5 V 까지 출력되게 하여 총 9 단계로 Step의 증가에 따라 각각 0.5V씩 상승하는 출력을 얻도록 하였다.

또한, 본 발명은 입력 범위가 공급 전원의 최소치 4.15V 에서 최대치 8.28V 까지 동작하며, 동작 범위내의 전(全)입력동상전압 범위에서 균일한 트랜스콘덕턴 스(gm)를 가지는 차동 증폭기(differential amplifier)를 포함하고, 이로써 포텐션미터의 회전각의 변화에 대해 균일한 출력 변화를 얻도록 한다.

도 6 의 본 발명 모드 셀렉터의 제어회로도를 도시한 것으로서, 본 발명의 실시예에 의한 모드 셀렉터의 제어회로는 포텐셔미터의 출력을 차동증폭부에 공급하는 제 1 기준전압부(100), 전압분배기를 통하여 포텐셔미터의 동작점을 결정하여 차동증폭부에 공급하는 제 2 기준전압부(200), 단위이득 차동증폭부(300) 및 출력부(400)로 구성된다.

이하, 상기 제어회로의 작용을 개조식으로 설명한다.

1) 제 1 기준전압부(100)

정전압 레귤레이터(미도시)로부터의 출력 전압이 VR3 단자에 공급되고, VR2 단자를 통하여 포텐셔미터의 모드 선택에 의해 선택된 저항값에 따른 전압 레벨이 출력되고, 이 출력은 고입력임피던스, 저출력임피던스를 갖는 버퍼(U1A)를 통하여 차동증폭부(300)의 차동증폭기(U1C)의 양(+)의 입력단자에 공급된다. 본 발명 실시예에서는 상기 VR3 단자로 공급되는 정전압 레귤레이터의 출력 전압은 13.7 V 로 하였다.

2) 제 2 기준전압부(200)

R10, R11 및 VR1 의 전압분배기를 통하여 포텐셔미터의 동작점을 결정하는 기준전압을 출력하고, 버퍼(U1B)를 통하여 다음단의 차동증폭부(300)의 차동증폭기(U1C)의 음(-)의 입력단자에 상기 기준 전압을 공급한다.

이때, 전압분배기를 통하여 결정된 기준 전압은 정전압 레귤레이터로부터 공급 되는 전압의 대략 20%~30% 범위에서 VR1 을 조절하여 조정할 수 있도록 설계하여 포텐셔미터의 특성따라 동일한 선형성을 갖도록 조정할 수 있으며, 본 발명 실시예에서는 상기 기준 전압을 3.3V 로 조절하였다.

3) 단위이득 차동증폭부(300)

차동증폭기(U1C)의 양(+)의 입력단자와 음(-)의 입력단자로 입력되는 V+ 와 V-의 입력의 차이값을 출력한다. 제 2 기준전압부(200)에서 선택된 기준 전압값 V-와 포텐셔미터로부터의 출력인 V+ 전압의 차이값이 단일 이득으로 출력된다.

4) 출력부(400)

상기 차동증폭부(300)로부터의 출력 전압은 부하측 변동과 고온에서 출력의 안정성을 갖도록 게르마늄 다이오드(D1)를 거친후 버퍼(U1D)를 통하여 출력되고(V out), 상기 출력부(400)의 후단으로 연결되는 부하 구동회로의 출력을 선택하게 된다.

아래의 표 1 은 본 발명의 실시예에 따른 차동증폭부(300)로 입력되는 V(+)(포텐셔미터의 모드 선택에 의해 선택된 저항값에 따른 전압) 및 V(-) 전압(기준전압)과 차동증폭부의 출력(Vo) 및 차동증폭부의 출력(Vo)에 따른 부하구동회로(미도시)의 출력(VL)을 표로 나타낸 것이다.

Vin		Vo		VL
V(+)	V(-)	계산값	측정값	VL
4.15	3.3V	0.85	0.85	0.5V (레벨 1)
4.69		1.39	1.40	1.01 (레벨 2)
5.10		1.8	1.81	1.50 (레벨 3)
5.73		2.43	2.44	2.02 (레벨 4)
6.16		2.86	2.85	2.50 (레벨 5)
6.76		3.46	3.46	3.01 (레벨 6)
7.26		3.96	3.96	3.50 (레벨 7)
7.82		4.52	4.51	4.01 (레벨 8)
8.28		4.98	5.00	4.50 (레벨 9)

본 발명 모드 셀렉터는 상기 표 1 에서 정리한 바와 같이, 손잡이(50)의 조절로 인하여 선형적으로 변화하는 포텐셔미터의 저항값에 따른 차동증폭부(300)의 출력 전압에 따라서 부하구동회로의 출력이 레벨 1 의 0.5 V 부터 레벨 9 의 4.5 V 까지 선택되게 된다.

본 발명의 제어 회로의 구성 부분인 차동 증폭부(300)의 출력이 포텐셔미터의 가변 구간에서 변동하고, 또한 선형적이므로, 종래의 로터리스위치에 의한 모드 선택에서 나타나는 순간적인 전압 강하 현상이 일어나지 않는다.

이상으로 계시된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 구성을 상세하게 설명하였으나, 이는 오로지 본 발명의 실시예를 기재한 것으로서, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위 내에서 구성 및 작용의 변형 실시가 가능함은 해당 업계의 당업자에게 자명할 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 효과는, 눈금홀을 통한 레벨 선택의 식별감을 제공하여 종래의 로터리스위치 방식과 유사한 조작감을 가지도록 하여 조작자가 특별한 거부감 없이 모드 선택을 할 수 있게한 효과가 있다.

또한, 저가의 범용 포텐션미터를 사용함으로써, 종래의 로터리 방식의 모드 셀렉터와 비교하여 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 제어 회로의 구성 부분인 차동 증폭부의 출력은 포텐셔미터의 가변 구간에서 선형적으로만 변동하게 되므로, 종래의 로터리스위치에 의한 모드 선택에서 나타나는 순간적인 전압 강하 현상이 발생하지 않아 부하측에 접속된 엔진이나 모터등의 장비의 내구성을 향상시키고, 불량률을 저하시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 모드셀렉터의 제어회로에는 차동 입력전압을 증폭함에 있어 제 2 기준전압의 조정만으로 선형성을 간단하고 쉽게 조절할 수 있기 때문에, 이용되는 포텐셔미터의 특성에 따라서 가변선형성과 가변이득을 조절할 수 있는 효과가 있는 매우 진보한 발명인 것이다.

Claims

통상의 모드 셀렉터에 있어서,

포텐셔미터와,

상기 포텐셔미터의 조절축의 조절 각도를 일정하게 구획하는 구획수단과,

상기 포텐셔미터의 조절축을 상기 구획수단에 의하여 구획된 각각의 조절 각도에서 일시 정지시키는 조절축 정지수단, 을 포함하여 구성되고,

상기 일시정지된 포텐셔미터의 저항값에 따라서 부하회로의 모드를 선택하는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 포텐셔미터를 이용한 모드 셀렉터.
제 1 항에 있어서,

상기 구획수단은,

전체적으로 금속 재질로 이루어진 평판이고, 중앙은 포텐셔미터(60)의 지름보다 약간 큰 크기의 반타원 형상이고, 좌우측은 직사각형 형상의 암(16)이 형성되어 있으며, 중앙에 포텐셔미터(60)의 조절축(61)이 관통되는 축관통홀(15)이 천공되고, 상기 축 관통홀(15)을 중심으로하여 방사상으로 눈금(11)이 형성되고, 상기 눈금(12)의 말단에 눈금홀(12)이 천공되고, 상기 암(27)에는 회전자(20)의 걸림턱(22)과 접촉하는 각각의 걸림쇠(13)가 억지끼움 되어 있는 베이스(10)인 것을 특징으로 하는 포텐셔미터를 이용한 모드 셀렉터.
제 2 항에 있어서,

상기 조절축 정지수단은,

전체적으로 합성수지재이고, 상측 및 하측에 걸림턱(22)이 돌출 형성되고, 상기 걸림턱(22)의 내부에는 볼 삽입홈(23)이 요입 형성되고, 상기 볼 삽입홈(23) 내부에 스프링(26)이 장설되어 있으며, 상기 볼 삽입홈(23)의 개구부 측으로 상기 스프링(26)의 말단에 놓여진 핀볼(21)이 수납되어 있고, 상기 핀볼(21)은 볼 삽입홈(23) 내부에서 스프링(26)에 의하여 탄성력을 가지도록 설치되는 회전자(20); 및,

전체적으로 금속재질의 평판이고, 베이스(10)의 중앙부와 상기 회전자(20) 사이에 고정되며, 회전자고정쇠(30)의 상하측에 상기 회전자(20)의 핀볼(21)과 치합되는 위치에 상기 핀볼(21)의 말단부만을 노출시키는 정도의 크기를 가진 노출구멍(31)이 형성되고, 중앙에는 포텐셔미터(60)의 조절축(61)이 관통되는 축관통홀(35)이 천공되는 회전자고정쇠(30); 및,

상기 회전자(20)의 상측에 부착되고, 좌우측에 손잡이 부착구멍(42)이 천공되어 있고, 포텐셔미터(60)의 조절축(61)이 관통되는 축관통홀(35)이 천공된 회전자 덮개(40); 를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 포텐셔미터를 이용한 모드 셀렉터.
제 3 항에 있어서,

상기 핀볼(21)은 일측 말단부가 점차 좁아지는 탄환 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 포텐셔미터를 이용한 모드셀렉터.
제 4 항에 있어서,

상기 조절축(61)의 말단에 결합키(63)를 달아 상기 회전자덮개(40)와 회전자(20)와 회전자고정쇠(30)와 베이스(10)및 포텐셔미터(60)를 키 결합시키고, 손잡이(50)의 축 삽입홈(51)에 상기 포텐셔미터(60)의 조절축(61)을 삽입하여 손잡이 나사(41)로 고정시킨 구성을 특징으로 하는 포텐셔미터를 이용한 모드셀렉터.
제 5 항에 있어서,

상기 포텐셔미터의 저항값에 따라서 부하회로의 모드를 선택하는 신호를 제어하는 제어회로의 기판(71)을 설치한 제어회로 수납부(70)를 부착하는 구성을 특징으로 하는 포텐셔미터를 이용한 모드셀렉터.
선형적으로 변화하는 포텐셔미터의 저항값에 따라서 부하구동회로의 모드 선택 신호를 제어하는 제어회로에 있어서,

상기 포텐셔미터의 모드 선택에 의해 선택된 저항값에 따른 전압 레벨을 출력하고, 이의 출력을 버퍼를 통하여 차동증폭부의 양(+)의 입력단자에 공급하는 제 1 기준전압부; 및,

전압분배기를 통하여 상기 포텐셔미터의 동작점을 결정하는 기준전압을 출력하고, 버퍼를 통하여 차동증폭부의 음(-)의 입력단자에 상기 기준 전압을 공급하는 제 2 기준전압부; 및,

상기 제 2 기준전압부에서 선택된 기준 전압값과 상기 제 1 기준전압부의 포텐셔미터로부터의 출력된 전압 레벨값의 차이값이 단일 이득으로 출력하는 차동증폭부; 및

상기 차동증폭부로부터의 출력 전압을 부하측 변동을 방지하는 다이오드를 거친후 버퍼를 통하여 출력하는 출력부; 를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 포텐셔미터를 이용한 모드셀렉터의 제어회로.
제 7 항에 있어서,

상기 제 2 기준전압부의 전압분배기를 통하여 결정된 기준 전압은 정전압 레귤레이터로부터 공급되는 전압의 대략 20%~30% 범위에서 있도록 가변저항을 이용하여 조정되는 것을 특징으로 하는 포텐셔미터를 이용한 모드셀렉터의 제어회로.
제 7 항에 있어서,

상기 출력부의 다이오드는 고온에서 안정적인 출력을 가지는 게르마늄 다이오드인것을 특징으로 하는 포텐셔미터를 이용한 모드셀렉터의 제어회로.