KR100898365B1 - 문서절단기의 모터제어회로 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 문서절단기는, 안정된 레벨 내에서 모터의 출력을 유지하는 높은 속도에서의 낮은 토오크나 낮은 속도에서의 높은 토오크로 특정되는 토오크를 실현하는 것에 의하여, 소비전력을 제어하고 에너지절약을 달성할 수 있다. 본 발명은, 회전속도와 토오크 사이에서 특정되어지는 반전선형 흐름을 가지는 회전 커터를 구동시키는 구동모터와; 상기 모터의 상기 회전속도를 검출하기 위한 검출부와, 상기 회전속도에 따라 임의의 범위 내에서 상기 모터의 출력전압을 제한하는 전압제어부와, 상기 모터의 전류의 흐름을 모니터링하는 전류 및 전압검출부로 구성되는 제어회로를 구비하여 구조된 문서절단기를 채택한다. 문서절단기의 상기 모터의 토오크 증가에 역관계인 모터의 회전속도로 인하여 전압은 감소되더라도, 상기 전압제어부에 의하여 전압이 최소치로 제한될때, 상기 전류 및 전압검출부에 의하여 임의의 레벨을 초과하는 전류가 검출되는 경우에는 상기 모터의 작동은 정지되거나 역행하게 된다. 모터 전류가 상기 전류 및 전압검출부에 의하여 임의의 레벨을 초과하여 검출되면, 지연회로에 의하여 모터의 동작이 지연되거나 역행된다.

문서절단기, BLDC모터, 유도모터, 회전커터

Description

문서절단기의 모터제어회로{A motor control circuit for paper shredders}

본 발명은, 모터에 의하여 구동된 회전 커터로 문서를 처리하는 문서절단기에 관한 것으로, 특히 절단되는 문서의 공급에 따라서 모터의 토오크를 제어함으로써 효율적인 절단이 가능한 문서절단기를 제어하는 장치에 관한 것이다.

과부하에서는 회전 커터가 느린 속도로 작업하도록 제어함으로써 높은 토오크로 절단하고, 작은 부하에서는 상기 회전 커터가 빠른 속도로 작업하도록 제어함으로써 낮은 토오크로 빠르게 절단하는 문서절단기는 널리 공지되어 있다. 상기한 기술 사상은, 절단동작의 중단 없는 계속적인 절단과, 절단동작의 효율을 증진시킬 뿐만 아니라 동작제어 중의 곤란한 일의 해결을 용이하게 한다. 이와 같은 기술 사상은, 예를 들면 일본 공개 공보 제 H5-92143호, 일본 공개 공보 제 H5-92144호 또는 일본 공개 공보 제 2000-237615호를 참조할 수 있다.

절단력(shredding capacity)과 절단속도는 문서절단기의 효율의 관건이 되고, 통상적으로 절단력이 높고 절단속도가 빠를수록 문서절단기의 효율도 좋아진다. 한편으로는, 제품의 절단력과 절단속도가 높아지면, 모터에 요구되는 최대출력도 높아지고, 그 결과 더 많은 전력이 소비된다. 그러므로 절단력이 증진되면 에너지 절감은 달성될 수 없다. 또한 고성능의 모터는 기계를 너무 크고 무겁게 하는 문제를 야기하므로, 전술한 예에서는 비교적 소형의 모터로 적절하게 절단하도록 한다.

더구나 종래의 문서절단기는, 모터의 전력 소비가 과부하가 될 만큼 높아지면 높은 전압 전류에 대한 회로차단기의 작용에 의하여 전력의 공급이 중단된다. 이러한 문제점을 피하기 위하여, 과부하가 검출되면 대부분 모터를 정지시키거나 역행하도록 제어한다. 한편 부하는 절단동작이 계속되는 동안에 변동되고, 종이의 접힌 자국과 주름으로 인하여 순간적인 과부하가 빈번하게 발생한다. 따라서 절단동작의 정지는 절단동작중의 과부하, 특히 높은 부하에서의 동작 때문에 빈번하게 발생한다. 그러므로 절단동작은 비능률적이게 된다. 요컨대 이와 같은 다량의 종이의 절단 때문에 높은 부하를 가지는 계속적인 동작이 필연적으로 요구되는 동시에, 그럼에도 불구하고 효과적인 절단동작의 필요성 하에 절단동작이 정지되는 모순이 야기된다.

한편 이러한 과부하는 종이의 구김으로 인하여 발생하고 순간적이므로, 과부하상태는 회로차단기가 작동하는 범위까지 계속되지 않는다. 이러한 이유로, 단지 회로차단기가 동작하고 정지동작이 작동되기 바로 전에 과부하 상태가 임의의 시간에 이르도록 계속될 때에만, 역동작이 작동하는 기능을 가지는 절단동작의 정지를 제어함으로써 종래의 예와 비교하여 더 안정적이고 계속적인 동작이 실행될 수 있다. 상기에서 설명한 바와 같이 조건을 설정함으로써, 절단효율은 크게 개선될 수 있다.

종래에 잘 알려진 유도전동기는 그것과 함께 시동축전기를 제공하므로, 강한 전류, 예를 들면 순간적인 200Watt의 16A와 40Watt의 35A의 전류의 흐름에도 불구하고, 유도전동기가 기동되거나 전력을 소비할 때 또는 상기 전류가 흐르는 시간이 1초 이하이어서 작은 회전 범위에서 토오크가 발생할 때에도 회로차단기는 동작하지 않는다. 그 결과 동일한 특징이 검출될 수 있다. 한편, 직류전류모터에 비하여 효율적인 회전범위의 폭이 협소하여서, 공급되는 전력은 효과적으로 사용되지 못한다.

본 발명은, 상기에서 설명한 것처럼 종래의 문제점을 해결하고, 안정된 레벨 내에서 모터의 출력을 유지하는 높은 속도에서의 낮은 토오크나 낮은 속도에서의 높은 토오크로 특정되는 토오크를 실현함으로써, 소비전력의 제어와 에너지 절약의 이점이 있는 문서절단기를 개시하는 것이다. 또한, 본 발명은, 낮은 회전범위에서 과부하가 검출되어도 임의의 시간이 경과한 후에 절단동작이 정지되고 역행되는 시스템으로 정지와 역행의 빈번함을 줄임으로써 절단효율을 증진시킬 수 있는 문서절단기를 개시하는 목적을 갖는다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 회전속도와 토오크 사이에서 특정되는 반전선형 흐름을 가지는 회전커터를 구동시키는 구동모터와; 상기 모터의 상기 회전속도를 검출하기 위한 검출부와, 상기 회전속도에 따라 임의의 범위 내에서 상기 모터의 출력전압을 한정하는 전압제어부와, 상기 모터의 전류의 흐름을 모니터링하는 전류 및 전압검출부로 구성되는 제어회로를 구비하여 구성된 문서절단기를 채택한다. 문서절단기의 상기 모터의 토오크 증가와 역관계인 모터의 회전속도 때문에 전압이 감소되더라도, 상기 전압제어부에 의하여 전압이 최소치로 제한되면, 상기 전류 및 전압 검출부에 의하여 임의의 레벨을 초과하는 전류가 검출되는 경우에는 상기 모터의 동작은 정지되거나 역행하게 된다. 이 문단에서의 "반전선형"은, 모터의 회전 속도와 토오크가 서로 반비례를 갖는 것에 사용된다.

상기 모터의 상기 회전에 따라서 상기 전압제어부의 공급전압을 제어함으로써, 상기 모터의 출력은 모터 회전속도의 모든 동작범위에서 임의의 레벨 이하로 제한된다. 특히, 모터출력(요구 전력)의 증가를 방지하기 위하여, 토오크 부하가 높아지면, 상기 회전속도의 감소에 따라서 상기 전압제어부에 의하여 공급전압이 제한되고, 점진적으로 임의의 전압으로 감소된다. 추가로, 전압이 점진적으로 최소치로 감소한 후 회전속도의 감소보다 더 전류가 증가됨으로 인하여 모터의 전류가 임의의 전류 레벨을 초과하는 경우에, 구동전류와 전압을 일정하게 모니터링하는 상기 전류 및 전압검출부는 종이 걸림이나 모터의 고장을 방지하기 위하여 모터의 동작을 정지하거나 역행시키는 기능을 갖는다. 또한, 청구항 2에서, 상기 검출부는, 전류가 임의의 레벨을 초과하면 임의의 지연시간이 경과한 후에 모터의 동작을 정지시키거나 역행시키는 타이머 등의 지연회로를 동작시킨다.

도 1은 본 발명의 제어회로를 보인 블록도.

도 2는 모터의 회전속도와 토오크 발생 사이의 특징을 보인 도표.

도 3은 모터의 회전수와 제한전압 사이의 관계를 보인 도표.

이하에서는 본 발명의 제어회로의 바람직한 실시예인 첨부된 도 1을 참조하여 설명한다. 1은 문서절단기의 회전커터를 구동시키는 모터를 표시한다. 본 실시예에서, 회전속도와 토오크는, 전압이 임의의 레벨이 되면, 서로 역선형 관계를 갖는다. 예를 들면, BLDC모터가 적용될 수 있다. 2는 그 내부에 상기 회전 커터를 구비하는 문서절단기를 표시하고, 3은 상기 모터의 온/오프나 상기 모터의 회전의 순회전/역회전을 제어하는 제어회로를 표시하고, 4는 절단되는 종이를 표시한다. 상기 제어회로(3)의 상세한 블록은, 제어부(5)와, 전류 및 전압검출부(6)와, 회전속도 검출부(7)와, 전압제어부(8)로 구성된다. 이들 블록에서, 상기 전류 및 전압검출부(6)는, 상기 모터(1)의 회전속도가 임의의 레벨 이하로 감소되면 발생되는 전류의 가파른 상승에 기인하는 과열로부터 상기 모터(1)를 보호하기 위하여 지속적으로 전류의 흐름이나 전압을 검출하고, 상기 회전속도가 상기 임의의 수준에 도달하면 임의의 시간(예를 들면 1초)이 경과한 후에 상기 제어부(5)로 상기 모터(1)의 회전을 정지시키거나 역행시키는 타이머(미도시)를 작동시키는 기능을 갖는다. 상기 회전속도 검출부(7)는, 지속적으로 상기 모터(1)의 회전속도(회전수)를 측정하고, 이러한 회전속도를 상기 전압제어부(8)에 입력한다. 상기 전압제어부(8)는, 소정의 기능을 기초로 전류회전속도에 따라서 전압의 제어를 수행하고, 상기 제어부(5)로 피드백을 한다. 따라서 상기 제어부(5) 내부에서 적절한 전압이 발생하고, 상기 전류 및 전압검출부(6)를 통하여 상기 모터(1)를 구동시킨다. 따라서, 상기한 블록들은 일종의 역피드백 회로구조를 갖는다.

도 2는, 도 1에 도시된 상기 제어회로가 사용될때, 상기 모터(1)의 회전속도 에 따라서 특정되는 토오크를 도시하고 있다. V1부터 V4에서 보여주는 바와 같이, 상기 모터(1)로 특정되는 상기 토오크는, 전압 V가 임의의 레벨이 되면, 회전속도와 토오크 사이에서 역선형의 관계를 갖는다. 정상동작 중 전압 V1으로 상기 모터(1)가 구동되면, 상기 회전속도와 상기 토오크는 지시된 직선과 같이 이동한다. 이 경우에, 전압 V1으로 상기 모터(1)가 구동되는 동안에 지시된 두께를 넘는 종이가 절단되면, 상기 모터(1)의 상기 회전속도는 부하의 증가로 인하여 상기 직선을 따라 기울어진다. 이러한 경우가 계속되면, 상기 토오크는 직선 V1을 따라 상기 회전의 감소와는 반대로 증가된다. 이와 동시에 상기 모터(1)의 출력이 크게 증가하므로 문서절단기에서의 에너지 절약은 실현될 수 없게 된다. 추가로, 전원에 의한 전류의 증가로 인하여 차단기가 쉽게 작동하는 문제가 발생하면, 상기 문제를 피하기 위하여, 상기 회전속도가 설정된 레벨에 도달하면 공급전압을 V2로 떨어뜨림으로써 모터 출력을 제한하는 제어가 수행된다. 상기 모터(1)의 부하가 여전히 높은 경우에는, 상기 모터(1)의 출력을 제한하기 위하여 상기 제어를 반복함으로써 상기 토오크의 특성은 감소된다. 전압 V4는, 공급되는 전압의 하부 제한값이므로, 상기 제어가 반복되더라도, 전압을 상기 제한 이하로 내려가지 않는다. 그 결과, 과부하 상태의 절단이 계속되면, 회전속도와 토오크의 관계는 직선 a-b-c를 따라서 이동하여, 상기 모터(1)의 출력은 임의의 레벨에서 제한된다. 또한, 상기 모터(1)의 상기 회전속도와 제한되는 전압 사이의 관계가 결정된다. 따라서, 상기 회전속도가 상기 설정된 수준으로 감소하면, 제한 레벨은 한단계 낮아지고, 다른 한편으로는 상기 회전속도가 부하의 경감에 의하여 설정된 레벨으로 높아지 면, 상기 제한 레벨은 상기 모터(1)의 효율적인 동작이 실현되도록 한단계 높아진다.

다음으로, 상기 과부하가 계속되면, 상기 전압제어에 의한 공급 전압은 V4로 유지되고 회전속도와 토오크의 관계는 직선 c를 따라 이동한다. 한편, 상기 과부하가 여전히 유지되면, 모터 전류는 상기 모터와 같은 문제의 발생을 증가시키게 된다. 그러므로, 상기 전류 및 전압 검출부(6)는 전류의 흐름을 검출하고, 전류의 레벨이 설정된 레벨에 도달하면 타이머로 상기 모터의 회전을 정지시키거나 역행시키게 된다. 일반적인 지연회로는 타이머의 통상적인 기술사상이 포함된다.

도 3에는, 도 2에 도시된 바와 같이 제어되는 동안의 상기 모터(1)의 회전속도와 제한 전압 사이의 관계가 도시되어 있다. 각 직선 a-b-c는 도 2의 그것과 대응한다. 다시 말하면, 전압이 상기 모터(1)의 회전속도가 감소되기 시작할때 임의의 레벨을 유지하는 동안에 상기 회전속도가 N1으로 감소되면, 상기 전압은 상기 직선 b를 따라서 도시된 바와 같이 점진적으로 제한된다. 상기 회전속도가 상기 제한 레벨에 도달하면, 전압은 상기 직선 c를 따라서 도시된 바와 같이 임의의 레벨을 유지한다. 상기 직선 c는 전압 V4를 의미한다. V4 이하의 전압으로 적당한 절단의 수행이 불가능하므로, 전압이 V4보다 낮아지지 않도록 제어한다.

본 발명의 구조로 구성되는 문서절단기는, 모터의 출력이 임의의 레벨을 초과하지 않도록 제어되므로 에너지 절약을 달성할 수 있다. 또한, 상기 모터의 회전속도와 역관계로 토오크가 증가되는 것에 의하여 특정됨을 채택함으로써 상기 모터의 회전속도에 따라서 공급전압이 점진적으로 감소되므로, 모터의 출력이 상기 모터의 모든 동작범위에서 임의의 레벨 이하로 제한됨으로 인하여 모터가 축소될 수 있다. 더구나, 전압제어에 의하여 전압이 제한 레벨보다 낮아지면 모터전류가 토오크의 증가를 넘어서더라도, 전류가 임의의 레벨을 초과하면 상기 모터의 동작이 정지되거나 역행되므로, 상기 모터는 과열되지 않게 된다. 추가로, 임의의 지연시간이 지난 후에 상기 모터동작의 정지나 역행에 의하여 효율적인 제어가 실현가능하게 된다.

본 발명에 의한 장치는, 안정된 레벨 내에서 모터의 출력을 유지하는 높은 속도에서의 낮은 토오크나 낮은 속도에서의 높은 토오크로 특정되어지는 토오크를 실현함으로써, 소비전력을 제어하고 에너지를 절약할 수 있다. 그리고 낮은 회전범위에서 과부하가 검출되어도 임의의 시간이 경과한 후에 동작이 정지되고 역행되는 방법을 이용하여 절단동작의 정지와 역행의 빈번함을 줄임으로써 종래의 예와 비교하여 더 안정적이고 계속적인 동작에 의하여 문서절단기의 절단효율을 증진시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 문서 세단기에 있어서, 회전속도와 토오크가 역리니어의 특성을 가지는 회전세단날의 구동용 모터와, 상기 모터의 회전수에 의하여 회전속도를 검출, 측정하는 검출부와, 상기 검출된 회전속도에 대응하여 모터의 인가 전압을 일정 범위로 제한하는 전압제한부와, 상기 모터의 전류를 감시하는 전류 및 전압검출부와, 상기 모터의 회전·정지를 제어하는 제어부로 구성되고, 문서세단에 따르는 모터의 토오크 상승에 대하여 역상관 관계를 가지는 회전속도를 상기 검출부에서 검출하고, 전압제한부를 통하여 모터의 인가 전압을 미리 정해진 함수에 기초하여 체감하여 모터의 부하를 경감하는 한편, 상기 전압제한부에서 소정의 최저전압으로 제한된 경우 상기 전류 및 전압검출부에서 검출되는 모터의 전류가 일정값을 초과한 때 상기 제어부 및 지연회로를 통하여 일정 지연시간 경과후 상기 모터의 구동을 정지 또는 역전시키는 것을 특징으로 하는 문서세단기의 모터 제어회로.
2. 삭제

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