KR102182790B1

KR102182790B1 - 분할 상 ac 동기 모터 컨트롤러

Info

Publication number: KR102182790B1
Application number: KR1020157015886A
Authority: KR
Inventors: 찰스 제이. 플린; 쿠퍼 엔. 트레이시
Original assignee: 큐엠 파워, 인크.
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2013-11-14
Publication date: 2020-11-26
Also published as: MX349518B; US20170170768A1; US9300237B2; US9705441B2; CA2891550A1; CN105122636B; US20140152228A1; WO2014078607A3; EP2920876A2; KR20200133280A; JP2015535170A; ES2865734T3; PL2920876T3; WO2014078607A2; BR112015011070A2; US20160126876A1; US9712097B2; KR20150097510A; WO2014078607A4; JP6077668B2

Abstract

분할 상 권선 회로는, 모터 분할 상 권선과, 상기 분할 모터 상 권선의 중간점에서 적어도 하나의 전력 스위치 및 직류(DC) 공급 회로를 모두 포함하는 전력 스위치 회로와, 적어도 하나의 전력 스위치가 온 상태로서 전도 중일 때 DC 전력 공급원의 붕괴를 방지하기 위한, 비-붕괴형 DC 전력 공급 구성요소를 포함한다. 상기 비-붕괴형 DC 전력 공급 구성요소는 상기 DC 전력 공급원에 전기적으로 연결되는 모터 분할 상 권선으로부터의 탭과, 상기 전력 공급원에 전력 공급을 위해 DC 전력 공급원에 연결되는 2차 상 코일 권선과, 분할 상 권선과 전력 스위치 회로 사이의 하나 이상의 저항기와, 상기 분할 상 권선과 상기 전력 스위치 회로 사이의 하나 이상의 제너 다이오드, 및/또는, 상기 전력 스위치 회로 내 적어도 하나의 전력 스위치가 온 상태로서 전도 중일 때 상기 전력 공급원의 붕괴를 방지하기 위해 상기 모터 분할 상 권선과 상기 전력 스위치 회로 간에 전압 강하를 생성하기 위한 전기 구성요소 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

Description

분할 상 AC 동기 모터 컨트롤러 {DIVIDED PHASE AC SYNCHRONOUS MOTOR CONTROLLER}

관련 출원

본 출원은 2012년 11월 14일 출원된 미국특허출원 제61/726,550호(발명의 명칭: "Divided Phase AC Synchronous Motor Controller")에 기초한 우선권을 주장한다.

연방 후원 연구 또는 개발

해당없음

컴팩트 디스크 부록

해당없음

환경 친화적 법이 계속 강화되는 관점에서, 다양한 클래스의 모터에 대한 개선이 요구된다. 예를 들어, 상업용 및 주거용 냉장 시장 모두에 사용되는 가령, 4 내지 16와트의 낮은 출력 범위의 냉장 팬 모터는 전통적으로 저효율, 가령, 12-26% 효율 수준이었다. 다른 클래스의 모터에 요구되는 개선사항들을 취급하기 위한 기술을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.

도 1은 모터 상 권선들의 중간점에 위치하는 제어 회로로 나누어진 모터 상 권선을 도시한다.
도 2는 단일 상 전자식 정류 모터(ECM)을 도시한다.
도 3은 분할된 상 권선 회로를 도시한다.
도 4는 분할 상 권선 코일로부터 직류(DC) 전력 공급원까지 탭을 갖는 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 5는 분할 상 권선과 전력 스위치 간에 저항기를 갖는 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 6은 2차 코일을 가진 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 7은 분할 상 권선 회로 내 동기식 속도 미만의 연속 작동과 시동 중 상 전류 방향의 제어를 보여준다.
도 8은 4-극 분할 상 권선 회로 내 분당 1800 회전(RPM)의 동기식 속도에서의 상 전류 방향의 제어를 도시한다.
도 9는 2-극 분할 상 권선 회로 내 분당 3600 회전(RPM)의 동기식 속도에서의 상 전류 방향의 제어를 도시한다.
도 10은 DC 공급 저장 커패시터 충전 주기를 도시한다.
도 11은 2차 코일과 하나의 전력 스위치를 가지는 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 12는 2차 코일 및 하나의 전력 스위치를 가진 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 13 및 13A는 보조 코일 및 하나의 전력 스위치를 가진 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 14는 2개의 전력 스위치를 가진 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 15는 하나의 전력 스위치를 가진 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 16은 직렬로 2개의 전력 스위치를 가진 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 17은 직렬로 2개의 전력 스위치와, 분할 상 권선 코일로부터 직류(DC) 전력 공급원까지 탭을 가진 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 18은 병렬로 2개의 전력 스위치를 가진 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 19는 병렬로 2개의 전력 스위치와, 분할 상 권선 코일로부터 직류(DC) 전력 공급원까지 탭을 가진 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 20은 비-붕괴형 DC 전력 공급원을 생성하도록 1차 AC 상 권선 및 2차 권선을 가진 분할 상 권선 회로를 지닌 모터를 도시한다.
도 21은 단 일극 상에만 감긴 비-붕괴형 DC 전력 공급원을 생성하도록 1차 AC 상 권선 및 2차 권선을 가진 분할 상 권선 회로를 지닌 모터를 도시한다.
도 22는 비-붕괴형 DC 전력 공급원을 생성하도록 탭형(tapped) 1차 상 권선을 가진 분할 상 권선 회로를 지닌 모터를 도시한다.
도 23은 비-붕괴형 DC 전력 공급원을 생성하도록 저항기를 구비한 분할 상 권선 회로를 지닌 모터를 도시한다.
도 24는 비-붕괴형 DC 전력 공급원을 생성하도록 제너 다이오드를 구비한 분할 상 권선 회로를 지닌 모터를 도시한다.

동기식 브러시리스(brushless) 영구 자석 로터를 제어하기 위한, 선행 기술에 비해 장점을 제공하는, 새롭고 유용한 회로가 개시된다. 본 발명의 일 실시예는 전자 정류식 모터(ECM)를 위한 하나 이상의 회로를 포함한다. 본 발명의 다른 실시예는 쉐이디드 폴 모터(shaded pole motor)를 위한 하나 이상의 회로를 포함한다. 일 형태에서, 모터는 복수 모터 상(즉, 모터 상 권선)과, 이러한 상들을 통한 공급 라인 전압을 가진다. 모터 상들은 반으로 나누어지고, 모터용 모터 컨트롤러와 모터용 전력 전자 수단이 분할된 상 사이의 공급 라인 전압에서 "중간점" 또는 "중심점"에 배치된다. (가령, 모터 컨트롤러에 사용되는 전자 수단을 위한) 직류(DC) 전력 공급원이 분할된 상 사이에 또한 위치한다. 모터 상은 라인 전압 공급 라인으로부터 저전압 DC-DC 전력 공급원까지 전류 제한 및 전압 강하를 제공하고, 따라서, DC 전력 공급 구성요소 카운트를 감소시킬 수 있고, DC 전력 공급원 및 모터 컨트롤러를 위한 저전압 구성요소들을 이용할 수 있게 된다.

종래의 시스템은 전력 스위치 및 모터 상들과 직렬로 위치하는 제너 다이오드 또는 기타 전압 레귤레이터를 이용하였고, 이는 모터의 최대 전력을 제너 다이오드의 최대 출력 값으로 제한하였다. 본 발명의 회로는 모터 상용 주 전류 경로로부터 제너 다이오드 전압 레귤레이터를 제거하여, 제너 다이오드 전압 레귤레이터가 전력 스위치 및 모터 상과 직렬로 위치하지 않게 되며, 따라서, 제너 다이오드에 필요할 수 있는 출력 사양을 낮출 필요가 없어진다. 대신에, 제너 다이오드 또는 기타 전압 레귤레이터는 본 발명의 일부 실시예에서 전력 스위치와 병렬로 위치한다.

본 발명의 회로는 모터 컨트롤러의 감지/제어 전자 수단과 모터 컨트롤러의 전력 스위치 간의 스위칭을 위한 옵토-아이솔레이터(opto-isolator)의 필요성을 제거한다. 종래의 시스템은 2개의 중립 기준값을 가졌는데, 하나는 감지/제어 전자 수단용이고, 다른 하나는 전력 스위치용이다.

본 발명의 회로는 라인 상 각도 검출을 개선시켜서, 옵토-아이솔레이터의 입력에 링크된 정밀 저항 브리지의 필요성을 제거한다. 따라서, 이 형태의 회로는 더 정확한 라인 상 각도 검출을 가진다.

본 발명의 회로는 전력 스위치 및 모터 컨트롤러에 대한 서로 다른 전기적 중립값을 하나의 값으로 감소시킨다. 이는 이 형태를 갖는 회로의 전력 스위치가 완전히 "오프" 상태로부터 완전 포화 상태로 신뢰성있게 전이됨을 보장한다.

2개의 스위치를 포함했던 종래의 시스템은 AC 사이클의 절반 동안 완전히 하나의 스위치를 오프시키는 어려운 시간을 가진다. 본 발명의 회로는 DC 전력 공급원 및 모터 컨트롤러 회로 외부에 하나 이상의 스위치를 배치하여, 적절한 스위칭을 유도한다.

이러한 개선사항들 각각은 모터 컨트롤러의 작동의 신뢰도를 증가시킬 뿐 아니라, 조합된 모터/모터 컨트롤러 효율을 개선시키도록 작용한다.

본 발명의 분할 상 권선 회로는 DC 브러시리스 모터/전자 정류식 모터(ECM), 쉐이디드 폴 모터, 기타 동기 모터, 영구-분리 커패시터(PSC) 모터, 등과 같은, 다양한 모터에 사용될 수 있다.

예를 들어, 도 1은 분할 모터 상 권선과, 분할 모터 상 권선의 중간점에 위치한 모터 제어 회로를 가진 모터를 도시한다. 모터는 샤프트 상에 장착되는 스테이터 및 로터를 포함한다. 로터는 적층 코어 구조체 또는 기타 코어 구조체와 같이, 코어 구조체에 회전가능하게 장착된다. 로터는 원통 형상으로 도시되는 동체부를 가진다. 정확하게 성형된 영구 자석부가 동체 주변부 주위로 위치한다. 자성부는 로터의 외측 표면에 인접한 위치에 북극을 갖고, 로터의 외측 주변부에 인접한 위치에 남극을 가진다. 하나의 권선 또는 권선 쌍은 코어 구조체의 연결부(3a) 상에 장착된다. 모터는 홀 효과 스위칭 디바이스를 또한 포함하고, 그 일부는 각자의 로터 자성부의 자기 극성에 응답하기 위해 로터의 주변부에 인접하게 연장된다. 도시되는 구조체에서, 홀 효과 스위치는 로터의 각각의 회전의 절반 동안 자성부의 외측 주변부에 인접하게 위치하고, 로터의 각각의 회전의 나머지 절반 동안 자성부의 외측 주변부에 인접하게 위치한다.

모터는 동기 속도보다 낮게, 높게, 또는 동기 속도로 작동할 수 있다. 이는 하프 사이클의 분율이 상 권선을 통해 흐를 수 있다는 사실에 기인한다.

도 1의 분할 상 권선 회로는 AC 라인 전압과 같이, 작동 중 교류(AC) 에너지 원에 연결되는 리드 L1 및 L2 상의 입력 연결부를 포함한다. 리드 L1 및 L2는 제어 회로 간에 직렬로 연결되는, 도시되는 분할 상 권선들을 포함하는 직렬 회로 간에 연결된다. 예를 들어, 제어 회로는 분할 상 권선에 직렬로 연결되는 전파(full-wave) 다이오드 정류기 브리지 회로와, 전파 다이오드 정류기 브리지 회로의 출력에 연결되는 하나 이상의 스위치 또는 다른 전력 제어가능 스위칭 디바이스를 가진 전력 스위치 회로를 포함할 수 있다.

분할 상 권선은 바이파일러(bifilar) 또는 랩 와인드(lap wound)일 수 있다. 교류 전력원은 권선의 시작 측 S1에 연결되는 리드 L1을 가진다. F1으로 표시되는 권선의 다른 단부는 제어 회로의 입력 중 하나에 연결된다. 제어 회로의 다른 입력 측은 제 2 분할 상 권선의 시작 측 S2에 부착되고, F2로 표시되는 동일 분할 상 권선의 종료 측은 AC 전력원의 입력 리드 L2에 부착된다.

다른 예로서, 도 2에 도시되는 단일 상 ECM에서는 모터 상 권선이 분할되고, 모터 컨트롤러(모터 제어 회로)가 분할 모터 상 권선의 중간점에 위치한다.

도 3은 분할 상 사이에 공급 라인 전압의 "중간점" 또는 "중심점"에서, 하나 이상의 전력 스위치를 갖는 전력 스위치 회로 및 DC 전력 공급원을 포함하는, 모터용 모터 컨트롤러 및 모터용 전력 전자 수단을 배치하면서, 모터의 모터 상 권선(여기서 모터 상 또는 상 코일로 불리기도 함)을 절반으로 나누기 위한 분할 상 권선 회로를 개시한다. 도 3의 예에서, 모터 상 권선은 절반으로 나누어진다. 0과 절반 지점의 +/- 20% 사이와 같이, 절반 분할로부터의 일부 변화가 가능하다.

도 3의 분할 상 권선 회로는 2개의 분할 상 권선을 포함하고, 각각은 AC 라인 전압 L1 및 L2에 각각 연결된다. Dc 전력 공급원이 제 1 상 권선의 종료 측과, 제 2 위상 권선의 시작 측에서와 같이, 분할 상 권선에 전기적으로 연결된다. 분할 상 권선은 AC 라인 전압을 DC 전력 공급원과 양립가능한 전압으로 낮추도록 작동한다. 따라서, 분할 상 권선 내 권선 수는 DC 전력 공급원에 의해 수신될 선택된 저전압으로, L1 및 L2에서 수신되는 AC 라인 전압을 감소시키도록 선택될 수 있다. 분할 상 권선은 또한, L1 및 L2에서 수신되는 AC 라인 전압으로부터의 노이즈를 필터링하도록 작동한다.

DC 전력 공급원은 분할 상 권선으로부터 수신되는 저전압 AC 전력을, 모터 컨트롤러를 포함한, 분할 상 권선 회로의 DC 수급 구성요소에 전력을 공급하도록 구성되는 DC 전압으로 변환한다. DC 전력 공급원은 그 후, 모터 컨트롤러에 전력을 공급한다.

모터 컨트롤러는 분할 상 권선 회로의 시작 및 작동을 제어한다. 예를 들어, 모터 컨트롤러는 모터가 동기 모터인 경우를 포함하는, 시작을 제어한다. 모터 컨트롤러는 스테이터에 대한 로터의 위치를 결정한다. 모터 컨트롤러는 분당 회전수(RPM)와 같은 단위로 로터의 속도를 또한 결정 및 모니터링하여, 모터가 동기 속도에 도달하였을 때와 같은 경우에 모터의 작동 파라미터를 결정할 수 있고, 로터의 위치 및/또는 모터의 속도에 기초하여 모터를 제어한다. 한 예로서, 모터 컨트롤러는 로터의 위치 및/또는 회전 카운팅을 결정하기 위해 홀 효과 스위치 및/또는 기타 회전 결정 디바이스를, 또는, 로터의 속도를 결정하기 위해 속도 결정 디바이스를 가진다.

전력 스위치 회로는 하나 이상의 금속-옥사이드-반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET), 실리콘-제어형 정류기(SCR), 트랜지스터, 또는 기타 스위치 또는 스위칭 디바이스와 같은, 하나 이상의 전력 스위치를 포함한다. 하나 이상의 스위치는 온 또는 오프 상태이고, 또는, 하나가 온 상태일 때, 나머지는 오프 상태다. 예를 들어, AC 사이클의 일 하프 사이클에서, 제 1 전력 스위치가 온 상태로 전도 중일 때, 제 2 스위치는 오프 상태이고 전도하지 않는다. AC 사이클의 나머지 하프 사이클에서, 제 2 전력 스위치는 온 상태로 전도하고, 제 1 스위치는 오프 상태이고 전도하지 않는다. 하나의 스위치를 가진 회로에서, 스위치는 AC 사이클의 하나 이상의 부분 동안 온 상태로 전도할 수 있고, 또는, 오프 상태로 전도하지 않을 수 있다.

전력 스위치 회로는 DC 전력 공급원으로부터 분리되고, 이는 DC 전력 공급원 내에 전력 스위치 회로를 가진 회로보다 분할 상 권선 회로를 더 안정하게 만든다.

통상적인 경우에, 회로의 전력 스위치가 온 상태가 될 때, 전력 스위치의 마이너한 저항으로 인해 전력 스위치를 통해 약간의 전압 강하만이 나타난다. 따라서, DC 전력 공급원에 대한 입력 전압이 전력 스위치의 양 측에 DC 전력 공급 리드를 연결함으로서 발전될 경우, 이는 전력 스위치가 온 상태에 있을 때 Dc 전력 공급을 붕괴시킬 것이고, 또는, 전력을 수신할 수 없고 회로의 DC 구성요소에 전력을 공급할 수 없을 것이다. 분할 상 권선 회로는 비-붕괴형 DC 전력 공급원을 생성하기 위해 전압 강하 구성요소 또는 직접 DC 전력 공급 구성요소를 포함한, 하나 이상의 비-붕괴형 DC 전력 공급 구성요소를 포함한다. 비-붕괴형 DC 전력 공급 구성요소의 예는, DC 전력 공급원에 전기적으로 연결되는 1차 상 권선으로부터의 탭, 전력 공급원에 전력 공급을 위해 DC 전력 공급원에 연결되는 2차 상 코일 권선, 분할 상 권선과 전력 스위치 회로 사이의 저항기, 분할 상 권선과 전력 스위치 사이의 하나 이상의 제너 다이오드, 또는, 전력 스위치 회로 내 전력 스위치가 온 상태로서 전도 중일 때 전력 공급원이 붕괴되는 것을 방지하기 위해 전력 스위치 회로와 1차 분할 상 권선 간에 전압 강하를 생성하기 위한 다른 구성요소를 포함한다. 따라서, 분할 상 권선 회로는 전력 스위치 회로가 온 상태로서 전도 상태일 때 또는 오프 상태로서 전도 중이 아닐 때에 관계없이, 일정한 흐름의 전력을 제공한다.

많은 전자 제어식 동기 모터는 상 권선에 인가되는 AC 전압의 제로 크로싱(zero-crossing)을 검출하는 회로를 가진다. 이러한 제로 크로싱 검출 회로는 모터가 동기 속도에 있을 때를 검출하기 위해 모터 컨트롤러에 신호를 전송한다. AC 공급 전압이 온 상태에서 전기 노이즈를 가질 경우, 통상적으로 동일 회로 상에서 작동하는 다른 장비로 인해, 이러한 전기 노이즈는 모터 내 음향 노이즈로 통상적으로 나타나는 모터의 제어에 부정확하게 영향을 미치도록 제로 크로싱 검출기를 작동시킨다.

한 예에서, 분할 상 권선 회로는 동기 모터의 일부분이다. 동기 모터는 L1 및 L2에서 라인 전력(즉, AC 전력)을 수신한다. 분할 상 권선을 이용하는 동기 모터에서, 본 발명의 관련 회로 이용은, 모터 제어를 위해 인가되는 AC 전압의 제로 크로싱 검출에 의존하지 않고, 대신에, 전압의 극성을 검출한다 - 즉, 극성 L2가 L1보다 높은지 낮은지 여부를 검출하여, 전기 노이즈가 AC 공급에 존재할 때에도 조용한 작동을 가능하게 한다.

도 3의 DC 전력 공급원은 분할 상 권선에 직접 전기적으로 연결된다. 따라서, DC 전력 공급원은 전력 스위치 회로의 상태에 관계없이, 분할 상 권선에 의해 전력을 공급받는다.

도 4는 분할 상들 사이의 공급 라인 전압의 "중간점" 또는 "중심점"에서, 하나 이상의 전력 스위치를 가진 전력 스위치 회로 및 DC 전력 공급원을 포함하는, 모터용 전력 전자 수단 및 모터용 모터 컨트롤러를 배치하기 위한, 그리고, 모터의 모터 상 권선을 절반으로 나누기 위한, 다른 분할 상 권선 회로를 개시한다. 도 4의 분할 상 권선 회로는 비-붕괴 DC 전력 공급원을 생성하도록 DC 전력 공급원에 전기적으로 연결되는 1차 분할 상 권선으로부터의 탭을 포함한다.

일부 회로에서, 모터가 동기 속도에 도달할 때, 하나 이상의 전력 스위치는 오프 상태가 되고 따라서, 저전압 전력이 모터 컨트롤러로의 유입이 중단된다. 한 예로서, 일 분할 상 권선으로부터 전력 스위치를 통해 다른 분할 상 권선까지의 경로가, 가령, 동기 속도에서, 단락되어, 단락 중 전하를 홀딩할 커패시터가 전혀 없을 때, 또는, 존재하는 커패시터가 단락 중 충분한 전하를 홀딩할 만큼 충분히 크지 않은 경우에서와 같이, DC 전력 공급원 및 모터 컨트롤러가 1차 권선으로부터 저전력 공급 전압을 더이상 수신하지 않는다. 도 4의 회로는 상 권선의 코일로부터 DC 전력 공급원까지 탭을 포함하여, 상 권선으로부터 DC 전력 공급원까지 직접 저전압 전력 공급이 유동하여, 전력 스위치("분할 모터 상 컨트롤러")를 우회한다. 따라서, 도 4의 회로는 저전압 전력 공급이 예를 들어, 동기 속도에서, DC 전력 공급원에 공급됨을 보장한다.

한 예로서, 분할 모터 상 컨트롤러를 위한 DC 전력 공급원은, 전력 스위치가 오프 상태일 때 교류(AC) 사이클의 일부분 동안 전력을 수신하는 저장 커패시터와 제너 다이오드에 의해 형성된다. 모터가 동기 속도로 작동할 때, 전력 스위치는 연속적으로 전도 중이다. 따라서, DC 전력 공급원에 공급되는 전압의 양은 스위치 간의 전압 강하와 공일하고, 이는 낮은 온 저항(RDS(on)) 전력 MOSFET을 이용할 때 저전압을 유도할 수 있다.

도 5는 분할 상들 사이의 공급 라인 전압 내 "중간점" 또는 "중심점"에서, 하나 이상의 스위치를 가진 전력 스위치 회로 및 DC 전력 공급원을 포함하는, 모터용 전력 전자 수단과 모터용 모터 컨트롤러를 모두 배치하기 위한, 그리고, 모터의 모터 상 권선을 절반으로 분할하기 위한, 다른 분할 상 권선 회로를 개시한다. 도 5의 회로는 1차 권선으로부터 DC 전력 공급원까지 공급되는 저전압 전력 공급을 홀딩-업하여 유지하기 위해, 그리고, 비-붕괴형 DC 전력 공급원을 생성하기 위해, 모터 상 권선과 전력 스위치 사이에 저항기 R1 및 R2를 포함한다. 도 5의 회로는 따라서, 가령, 동기 속도에서, DC 전력 공급원까지 저전압 전력 공급을 유지한다.

도 6은 분할 상들 사이의 공급 라인 전압 내 "중간점" 또는 "중심점"에서, 하나 이상의 스위치를 가진 전력 스위치 회로및 DC 전력 공급원을 포함하는, 모터용 전력 전자 수단과 모터용 모터 컨트롤러를 모두 배치하기 위한, 그리고, 모터의 모터 상 권선을 절반으로 분할하기 위한, 다른 분할 상 권선 회로를 개시한다. 1차 분할 상 권선은 DC 전력 공급원에 흐를 수 있는 전류를 제한하여, 전력을 낭비하는 전류 제한 구성요소의 필요성을 제거한다. 도 6의 분할 상 권선 회로는 비-붕괴형 DC 전력 공급원을 생성하기 위해 DC 전력 공급원에 전기적으로 연결되는 2차 상 권선을 포함한다.

한 예로서, 전력 스위치 회로는 병렬로 제너 다이오드 또는 기타 전압 레귤레이터와 전력 스위치를 포함한다. 반면에, 종래 시스템은 다른 구성요소와 직렬로 전력 회로를 포함하였다. 전력 스위치가 제너 다이오드와 직렬이 아니라 병렬이기 때문에, 항상 온 상태에 놓일 수 있다. 그러나, 전력 스위치가 오프 상태일 경우, 전류는 여전히 제너 다이오드를 통해 흐를 수 있다.

도 6의 회로는 가령, 모터가 시동 상태인 경우에, DC 전력 공급원에 저전압 전력 공급을 제공하는 하나 이상의 2차 코일(2차 권선이라고도 함)을 포함한다. 하나 이상의 2차 코일은 DC 전력 공급원에 공급되는 저전력 전압으로부터 고주파수 노이즈를 필터링하기 위한 고주파수 노이즈 필터로 또한 작용한다.

2차 권선은 제 1 및 제 2 분할 상 권선 간에 균등하게, 일 자극 상에 모두와 같이, 또는, 다른 2차 권선에 비해 하나의 2차 권선에 더 많은 수의 턴 또는 코일과 같이, 어떤 곳에도 분포될 수 있다.

도 6의 예에서, 모터가 온 상태이고 동기 속도에 있을 때, 분할 상 권선 회로가, 모터 컨트롤러를 포함한, DC 전자 수단을 오프시킬 수 있다. 따라서, 분할 상 권선 회로의 모터 컨트롤러는 모터의 속도를 결정하고, 모터가 동기 속도에 있을 때 또는 없을 때를 결정한다. 예를 들어, 1800RPM은 4개의 스테이터 자극을 가진 모터의 동기 속도일 수 있다(2개의 스테이터 북극 및 2개의 스테이터 남극). 각각의 하프 AC 사이클에서, 전력이 자극들 중 하나에 공급된다. 따라서, 4개의 자극에 전력을 제공하기 위해 2개의 사이클을 취한다. 따라서, 동기 속도는 모터가 라인 AC에 동기화될 경우 1800 RPM이다. 마찬가지로, 8-자극 스테이터의 동기 속도는 900 RPM일 것이다.

도 7은 분할 상 권선 회로에서 동기 속도 아래의 연속 작동 및 시동 중 상 전류 방향의 제어를 도시한다.

도 7에 도시되는 바와 같이, 전류는 분할 상 권선 및 제어 회로 사이에서 항상 흐를 것이다. 제어 회로와 직렬인 분할 상 권선들은 분할 상 권선들 사이의 중간점 또는 중심점에 배치된 제어 회로를 가진 일 권선을 나타낸다. 분할 상 권선에 인가되는 전류 및 전압은 항상 두 코일을 통해 동일 방향으로 흐를 것이고, 분할 상 권선의 자기 극성은 마찬가지로 동일할 것이다.

아래 논의되는 바와 같이, 제어 회로는 하나 이상의 전력 스위치에 연결되는 출력을 가진 다이오드 정류기 브리지 회로를 포함할 수 있다. 도 7에 도시되는 바와 같이, 리드 L1 상의 전압이 양일 때 제어 회로의 다이오드 브리지 정류기의 출력 단자가 단락될 경우, 전류는 권선(102, 104)를 통해서만 일방향으로, 그러나 하프 사이클 증분으로, 흐를 것이다. 리드 L1 및 L2 사이의 전압이 60 사이클일 경우, 제어 회로 내 다이오드 브리지 정류기 회로의 출력은 리드 L1이 양일 때만 단락될 것이고, 전류는 일방향으로만 8밀리초 동안 흐를 것이다. 교번되는 하프 사이클 상에서 어떤 전류도 8밀리초동안 흐르지 않을 것이다. 그 후, 전류가 다른 8밀리초동안 흐를 것이고, 등등이다. L2가 양일 때 제어 회로의 다이오드 브리지 회로의 출력이 단락될 경우, 전력은 정확히 동일한 방식으로 흐를 것이다. 자기 로터의 각도에 기초하여, 브리지 출력의 단락이 선택적으로 실현될 경우, 연속적인 모터 액션이 생성될 것이다. 제어 회로에서 출력되는 다이오드 브리지 정류기 회로가 앞서 설명한 자기 로터의 각도에 기초하여 선택적으로 하프 사이클의 소정 분율 동안 단락될 경우, 그리고, 리드 L1이 양일 때만, 동기 속도보다 높은 속도를 포함한, 임의의 요망 속도가 실현될 수 있다. 이러한 모터의 특성은 입력에 인가되는 펄스 전류를 가진 DC 모터와 유사할 것이다. 그러나, 복수 전력 스위칭 구성요소들이 분할 상 권선의 스위칭을 실현하기보다, 분할 상 권선 회로는, 일 전력 스위칭 구성요소와 연계된 교류 전류가 스위칭을 실현할 수 있다는 점을 이용한다.

도 8은 4극 분할 상 권선 회로에서 분당 1800 회전(RPM)의 동기 속도에서 상 전류 방향의 제어의 한 예를 도시한다. 동기 속도에서, 제어형 상이 AC 라인 입력과 동기화된다.

도 9는 2극 분할 상 권선 회로에서 분당 3600 회전(RPM)의 동기 속도로 상 전류 방향의 제어를 보여준다. 동기 속도에서, 제어 상은 AC 라인 입력과 동기화된다.

도 10은 분할 상 권선 회로에서 DC 전력 공급 저장 커패시터 충전 주기의 한 예를 보여준다. 도 7의 파형과의 상관성에 주목해야 한다.

도 11은 2차 코일 및 하나의 전력 스위치를 가진 분할 상 권선회로를 도시한다. 1차 분할 상 권선은 DC 전력 공급원에 흐를 수 있는 전류를 제한한다.

모터 컨트롤러는 로터 회전 및 입력 주파수의 타이밍에 기초하여 전력 스위치 회로를 위한 스위칭을 제어한다. 모터 컨트롤러는 분할 상 권선 회로의 시동 및 작동을 제어한다. 예를 들어, 모터 컨트롤러는, 모터가 동기 모터인 경우를 포함하여, 시동을 제어한다. 모터는 스테이터에 대한 로터의 위치를 결정한다. 모터 컨트롤러는, 가령, 분당 회전수(RPM) 단위로, 로터의 속도를 또한 결정 및 모니터링하여, 모터가 동기 속도에 도달한 경우에, 모터의 작동 파라미터를 결정하고, 모터의 속도 및 로터의 위치에 기초하여 모터를 제어한다. 한 예에서, 모터 컨트롤러는 홀 효과 스위치 및/또는 다른 표기법을 가져서, 로터 속도 결정을 위해 속도 결정 디바이스, 또는, 로터의 위치 및/또는 회전 카운팅을 결정하기 위한 홀 효과 스위치 및/또는 기타 회전 결정 디바이스를 가진다.

한 예에서, 전력 스위치 회로는 제너 다이오드 또는 다른 전압 레귤레이터와 전력 스위치를 병렬로 포함한다. 반면, 종래의 시스템은 다른 구성요소와 직렬로 전력 회로를 포함하였다. 전력 스위치가 제너 다이오드와 직렬이 아니라 병렬이기 때문에, 항상 온 상태일 수 있다. 그러나, 전력 스위치가 오프 상태일 경우, 전류는 제너 다이오드를 통해 여전히 흐를 것이다.

도 11의 회로는 모터가 시동 중일 대와 같이, DC 전력 공급원에 저전압 전력 공급을 제공하는 하나 이상의 2차 코일(2차 권선이라고도 함)을 포함한다. 하나 이상의 2차 코일은 DC 전력 공급원에 공급되는 저전력 전압으로부터 고주파수 노이즈를 필터링하기 위해 고주파수 노이즈 필터로 또한 작용한다.

2차 권선은 일 자극에 모두와 같이, 제 1 및 제 2 분할 상 권선 간에 균등하게, 또는, 다른 2차 권선보다 일 2차 권선 상에 더 많은 수의 턴 또는 코일을 갖도록, 1차 및 2차 분할 상 권선 간에 불균등하게, 임의의 위치에 분포될 수 있다.

코일이 다이오드 브리지 정류기를 통해 회로에 연결되는 방식은, 임의의 주어진 시간에 일 방향으로만 코일을 통해 전류를 흐르게 한다. 이러한 모터 및 컨트롤러에 대해 이루어진 개선사항은 DC 로직 전력 공급원을 크게 개선시키고, 이는 더욱 신뢰가능한 로직 제어 회로를 가능하게 한다. 2차 코일은 1차 코일로 모터 코일을 이용하여 변압기를 생성하는 방법으로 모터 코일로 감긴다.

모터 및 컨트롤러에 대해 이루어진 개선사항은, DC 로직 전력 공급원을 크게 개선시키고, 이는 더욱 신뢰가능한 로직 제어 회로를 가능하게 한다. 2차 코일은 1차 코일로 모터 코일을 이용하여 변압기를 생성하는 방법으로 모터 코일로 감긴다. 도 11의 예는 20:1 비를 이용한다. 도 11의 예는 동일한 스테이터 자극 상에 감긴 2차 코일 당 25회의 턴과 모터 1차 코일 당 500회의 턴을 포함한다. 그러나, 높거나 낮은, 다른 턴비가 사용될 수 있다. 1차 모터 코일과 2차 코일 간의 비는 Ac 입력 전력 및/또는 DC 전력 요건에 따라 변할 수 있다. 이 회로는 라인으로부터의 고전압으로부터 모든 DC 회로를 분리시킬 뿐 아니라, 전력이 입력 L1 및 L2에 인가될 때 제어 회로에 비-붕괴형 DC 전력 공급원을 또한 생성한다.

전력 스위치 회로는 2개의 주 구성요소, 즉, 전파 브리지 정류기 BR1 및 MOSFET 전력 스위치 Q1을 포함한다. 전파 브리지 정류기 BR1은 전력 스위치 Q1의 드레인(상부)에 어떤 음전압도 공급되지 않음을 보장한다. 전파 브리지 정류기 BR1은 어떤 양전압도 전력 스위치 Q1의 소스(하부)에 공급되지 않음을 또한 보장하여, 저항기 R1를 통해 전력 스위치 Q1의 게이트 상에 양의 전압에 의해 바이어스될 때, 전류가 드레인으로부터 전력 스위치 Q1의 소스까지만 흐를 수 있게 된다. 동시에, 정류된 양의 AC 전력 공급원이 전력 스위치 Q1의 드레인에 존재함에 따라, 전력 스위치 Q1은 저항기 R1을 통해 동일한 전압 신호에 의해 바이어스된다. 다이오드 D5는 전력 스위치 Q1의 게이트 상의 임의의 전압이 -0.7 VDC보다 큼을 보장함으로써 - 이보다 낮은 전압은 전력 스위치 Q1을 손상 또는 파괴시킬 수 있음 - 전력 스위치 Q1의 게이트를 보호한다. 저항기 R11 및 커패시터 C5는 과도물(transients) 또는 고주파수 노이즈를 필터링하기 위해 "스너버"(snubber)로 사용된다. R11 및 C5는 특히 노이즈 환경에서, MOSFET 전력 스위치 Q1에 대해 보강된 보호를 제공한다.

도 12는 하나의 전력 스위치 및 2차 코일을 갖춘 분할 상 권선 회로를 도시한다. 도 12의 회로는 도 11의 동일 전력 스위치 회로 및 동일 2차 코일을 포함한다. 추가적으로, 도 12의 모터 컨트롤러는 동기 속도를 통해서와 같이, 모터의 작동을 제어하기 위한 로직 제어 회로와, 전력 스위치 회로가 오프 상태가 될 때를 제어하도록 로직 제어 셧 오프 회로와, 로직 제어 회로 및 로직 제어 셧 오프 회로에 DC 전력을 공급하기 위해 비-붕괴 DC 전력 공급원을 포함한다. 로직 제어 회로 및 로그인 제어 셧 오프 회로는 단일 로직 제어 회로로 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 이러한 분할 상 권선 회로의 일 용도는 AC 전력 공급 라인 주파수에 동기적으로 모터를 구동시키는 것이다(가령, 4극 모터의 경우 60Hz = 1800rpm 및 50Hz = 1500rpm). 제어 회로없이, 전력 스위치 회로는 코일 쌍 L1 및 L2가 전력 스위치 회로를 통해 함께 단락된 것처럼 전류를 흐르게 한다. 제어 회로는 라인 전압에 비해 로터가 적절한 위치에 있을 때까지 전력 스위치 회로를 단순히 오프시킨다. 이러한 이유로, 일 형태에서, 전력 스위치 회로는 AC 전력 공급 라인 전압에 대한 정격을 가진다. 제어 회로 구성요소는 로직 레벨 전압(VCC)에 모두 로직 레벨 전압(VCC)에 놓일 수 있다. 로직 전력은 1차 모터 코일과 동일 자극 상에 감긴 2차 코일에 의해 공급된다. 2차 코일은 2차 전력이 로적 전력 요건을 충족시키는 한 임의의 개수의 자극 상에 감길 것이다. 제어 회로가 모터를 시작시켜 동기 속도에 이르게 하는데만 필요하기 때문에, 로직 제어 셧 오프 회로는 주 제어 회로를 셧 오프시키기 위해 선택적으로 포함된다. 제어 회로를 분로시킴으로써, 전력 스위치 회로는 모터로의 풀 라인 전력 빼기 전력 스위치 회로 내 임의의 손실을 가능하게 할 것이다. 이는 특히 모터가 긴 주기 동안 구동될 때 구성요소의 수명 및 총 효율을 증가시킬 것이다.

도 13 및 13A는 2차 코일 및 하나의 전력 스위치를 가진 분할 상 권선 회로를 도시한다. 회로는 2개의 AC 공급 라인 입력 L1 및 L2를 갖고, 이들은 모터 작동 중 AC 전력원에 연결된다.

전력 스위치

전력 스위치 블록은 2개의 주 구성요소, 즉, 전파 브리지 정류기 BR1과 MOSFET 전력 스위치 Q1으로 구성된다. 전파 브리지 정류기 BR1은 전력 스위치 Q1의 드레인(상부)에 어떤 음전압도 공급되지 않음을 보장한다. 전파 브리지 정류기 BR1은 어떤 양전압도 전력 스위치 Q1의 소스(하부)에 공급되지 않음을 또한 보장하여, 저항기 R1를 통해 전력 스위치 Q1의 게이트 상에 양의 전압에 의해 바이어스될 때, 전류가 드레인으로부터 전력 스위치 Q1의 소스까지만 흐를 수 있게 된다. 동시에, 정류된 양의 AC 전력 공급원이 전력 스위치 Q1의 드레인에 존재함에 따라, 전력 스위치 Q1은 저항기 R1을 통해 동일한 전압 신호에 의해 바이어스된다. 다이오드 D5는 전력 스위치 Q1의 게이트 상의 임의의 전압이 -0.7 VDC보다 큼을 보장함으로써 - 이보다 낮은 전압은 전력 스위치 Q1을 손상 또는 파괴시킬 수 있음 - 전력 스위치 Q1의 게이트를 보호한다. 저항기 R11 및 커패시터 C5는 과도물 또는 고주파수 노이즈를 필터링하기 위해 "스너버"(snubber)로 사용된다. R11 및 C5는 특히 노이즈 환경에서, MOSFET 전력 스위치 Q1에 대해 보강된 보호를 제공한다.

DC 전력 공급원

전력이 모터에 인가되고 전류가 모터 상 권선(모터 1차 코일)을 통해 흐르자마자, 변압기의 작동과 동일한 방식으로 2차 권선에 전력이 들어온다. 2차 코일 상의 전압 값은 입력 전압과, 1차 - 2차 턴 카운팅 비에 정비례한다. 도 11의 예를 이용하여, 1차 코일에 대한 입력 전압이 120 VAC이고 턴 카운트 비가 1차 측으로부터 2차 측으로 20:1일 경우, 2차 코일 상의 전압은 대략 6VAC 마이너스 임의의 손실로 연산될 것이다. 2차 코일로부터의 전력은 2차 코일로부터 DC 전력 공급원까지 직접 공급된다. 전파 브리지 정류기 BR2는 2차 코일로부터 저전압 AC 전력 공급을 정류한다. 전파 브리지 정류기 BR2는 DC 공급 요건에 기초한 저전력 구성요소일 수 있다.

제너 다이오드 Z1 및 Z2는 서로 애노드 대 애노드로 직렬로 연결되고, 각각의 캐소드는 전파 브리지 정류기 BR2의 AC 전력 공급 입력에 연결된다. 이 방법은 구성요소에 대한 최대 정격을 넘을 수 있는 ac 전력 공급 입력으로부터 전파 브리지 정류기 BR2를 보호하는데 사용된다. 전파 브리지 정류기 BR2로부터의 음의 출력은 회로 접지에 연결되고, 이는 전력 스위치 블록과 동일한 접지에 또한 연결된다. 전파 브리지 정류기 BR2로부터의 양의 출력은 로우 드롭-아웃(low drop-out) 레귤레이터 LDO1 및 커패시터 C1에 연결된다. 커패시터 C1은 로우 드롭-아웃 레귤레이터 LDO1의 입력으로 들어가는 정류된 AC 전력 공급 신호를 평활화하기 위해 제공된다. 양의 DC 레일(VDC) 상의 노이즈 감소를 돕기 위해 로우 드롭-아웃 레귤레이터 LDO1의 출력 상에 바이패스 커패시터 C7가 사용될 수 있다. 또한, 로우 드롭-아웃 레귤레이터 LDO1의 출력 상에 더 큰 커패시터 C10이 사용되어, 양의 DC 레일을 평탄화시키고, 소정의 저전압 상황 중 전력을 보장할 수 있다. C7 및 C10이 필수적인 것은 아니지만, 특히, 노이즈 환경에서, 저전압 DC 구성요소를 위한 보호 및 신뢰도 추가를 위해 제공된다.

로직 제어

제어 회로는 AC 공급 라인 입력 주파수 및 로터 위치의 타이밍에 기초하여 전력 스위치 회로를 위한 스위칭을 제어한다. AC 공급 라인 입력 주파수의 타이밍은 쌍극성 정션 트랜지스터(BJT) Q2, Q3 및 다이오드 D6, D7으로 구성되는 AC 버퍼를 이용하여 감지된다. AC 버퍼 입력으로의 전류는 높은값 저항기 R3에 의해 제한된다. 다이오드 D6는 AC 버퍼 입력이 양의 DC 공급 전압보다 크지 않음을 보장한다. 다이오드 D7은 AC 버퍼 입력이 DC 공급 접지에 참조되는 -0.7볼트보다 큼을 보장한다.

AC 버퍼에 대한 입력이 로직 하이일 때, BJT Q2가 바이어스되고, AC 버퍼의 출력이 또한 로직 하이다. AC 버퍼에 대한 입력이 로직 로우일 때, BJT Q3가 바이어스되고, AC 버퍼의 출력은 로직 로우다. AC 버퍼의 출력이 커패시터 C6 및 저항기 R13으로 구성되는 필터에 연결된다. 필터는 필수는 아니지만, 노이즈 환경에서 보호 및 신뢰도를 제공한다.

로터 자석 극성은 홀-효과 스위치 IC1을 이용하여 감지된다. 그러나, 다른 스위치 또는 감지 디바이스를 이용하여 로터 자석 극성 및/또는 로터 위치를 감지할 수 있고 및/또는 속도를 결정할 수 있고 및/또는 로터 회전을 결정할 수 있다. 홀 효과 스위치 IC1은 오픈-컬렉터 출력이고, 따라서, 양의 DC 레일(VCC)까지 풀-업을 요구한다. 저항기 R2는 오픈-컬렉터 출력을 위해 요구되는 풀-업을 제공한다.

홀 효과 스위치 IC1의 출력과 AC 버퍼의 출력은 단일 회로 로직 XOR IC2를 이용하여 비교된다. XOR IC2의 출력은 홀 효과 스위치 IC1과 AC 버퍼 사이의 차이이고, 이는 전력 스위치 회로의 MOSFET 전력 스위치 Q1을 바이어스시킬 것이다. 홀 효과 스위치 IC1 출력이 로직 로우일 때, 전력 스위치 Q1은 모터로 향하는 AC 공급 입력 L1이 음일 때만 바이어스될 것이다. 홀 효과 스위치 IC1의 출력이 로직 하이일 때, 전력 스위치 Q1은 모터로 향하는 AC 공급 입력 L1이 양일 때만 바이어스될 것이다.

모터 시동 중, AC 공급 입력 L1으로부터 양의 또는 음의 입력이 전력 스위치 Q1을 통과하도록, 복수 입력 AC 사이클이 존재할 수 있다.

전력 스위치 Q1을 이용하여, 전력 스위치 Q1의 드레인 및 게이트 전압이 바이어스 전압보다 높은 경우 언제라도 파형이 "초핑"(chopping)되거나 셧오프될 것이다. 예를 들어, 도 7을 참조할 수 있다. BJT Q4를 바이어스함으로서 XOR IC2의 출력이 하이일 때, 전력 스위치 Q1의 게이트는 로직 로우로 유지된다. BJT Q4가 바이어스될 때, 저항기 R1으로부터 흐르는 전류가 전력 스위치 Q1을 우회히고 BJT Q4를 통해 컬렉터로부터 에미터까지 흐르며, 따라서 전력 스위치 Q1의 게이트가 소스에 전기적으로 연결되고, 전력 스위치 Q1이 즉시 차단될 것이다.

홀 효과 스위치 IC1의 주파수가 입력 AC 공급의 주파수와 일치할 때, 모터는 동기적으로 구동되고 있다. 모터가 동기적으로 구동될 경우, 모터가 싱크(sync)로부터 벗어나거나 모터가 중지 및 재시작될 때까지 제어 회로가 필요치 않다. 전압 레귤레이터 IC3로의 주파수가 홀 효과 스위치 IC1로부터 동기 속도 또는 그 이상을 감지할 때, XOR IC2의 출력은 전압 레귤레이터 IC3의 오픈-컬렉터 출력을 통해 로직 로우로 유지된다. 감지 속도가 입력 AC 공급보다 낮을 때, 전압 레귤레이터 IC3의 오픈-컬렉터 출력이 오프일 것이고, 이는 XOR IC2의 출력을 영향없이 남길 것이다.

이 방법은 모터가 동기 속도일 대, 전력 스위치 Q1이 로직 제어에 의해 차단되지 않음을 보장한다. 그러나, 모터가 동기 속도 미만으로 느려질 경우, 로직 컨트롤러는 시동을 위해서처럼 모터 타이밍을 제어할 것이다. 이 방법을 이용하면 전체 모터 효율이 개선되고, 회로 내 구성요소들의 기대 수명이 개선된다.

전압 레귤레이터 IC3에 대한 타이밍 설정을 위해 외부 구성요소가 요구된다. 저항기 R4, R5, R6, R7은 전압 레귤레이터 IC3가 정확한 파라미터 내에서 작동하도록 1% 허용공차의 값일 수 있다. 커패시터 C1은 전압 레귤레이터 IC3의 오픈-컬렉터 출력이 온 상태로 켜질 때의 주파수를 설정하도록 저항기 R6 및 R7과 연계하여 작동한다. 커패시터 C4를 이용하여 전압 레귤레이터 IC3에 입력을 AC 연결할 수 있는데, 이는 전압 레귤레이터 IC3가 제로-전압 크로싱을 가진 주파수만을 검출할 것이기 때문이다. 저항기 R8은 전압 레귤레이터 IC3의 입력에서 C4를 AC 연결하기 위해 전류를 제한한다.

도 14는 2개의 전력 스위치를 가진 분할 상 권선 회로를 도시한다.

도 15는 하나의 전력 스위치를 가진 분할 상 권선 회로를 도시한다.

도 16은 직렬로 2개의 전력 스위치를 가진 분할 상 권선 회로를 도시한다. 다이오드 D1 및 D2는 1N4003이고 다이오드 D3 및 D4는 1N914다. 트랜지스터 Q3 및 Q4는 2N3904다. IC1은 홀 효과 스위치/센서다. 다이오드 D5 및 D6는 상 전류가 내부 다이오드 순방향 전류 정격을 넘을 경우 스위치 Q1 및 Q2 내 내부 다이오드(d1 및 d2)에 대한 전류 용량을 증가시키는데 사용된다. 커패시터 C2 및 C3는 일 실시예에서 선택적이다. 커패시터 C2 및 C3는, 홀 스위치/센서 IC1에 대한 디바이스 선택에 따라, 홀 스위치/센서 IC1을 위한 고체 3.3VDC 또는 5VDC 공급을 보장하는데 필요할 경우, 커패시터 C1에 대한 추가 충전 시간을 추가하기 위해, 스위치 Q1 및 Q2에 대한 "턴-온" 지연을 생성하는데 사용된다. 종래 시스템에서, 5VDC는 로직 레벨 전력 MOSFET 스위치를 스위칭 온시키는데 필요했다.

다이오드 D1, D2, d1, d2는 홀 스위치/센서 IC1에 대한 DC 전력 공급을 위한 AC 전력의 정류를 수행한다.

제너 다이오드 ZD1은 홀 스위치/센서 IC1의 DC 공급을 위해 전압 레귤레이터를 제공한다.

RL은 DC 전력 공급을 위한 전류 제한을 제공한다. 전류를 대략 10mA로 제한하도록 설정되어야 한다. 홀 스위치/센서 IC1은 6mA를 이용하며, 내부 오픈 컬렉터 출력 트랜지스터에 대한 기본 구동 전류를 포함한다. 추가적인 DC 전류가 스위치 Q3에 이용될 것이고, '풀-업' 저항기 R3를 통해 공급된다. 스위치 Q3에 대한 컬렉터-에미터 전류와, 스위치 Q4에 대한 베이스 및 컬렉터-에미터 전류는 DC 전력 공급에 의해 공급되지 않지만, 모터 상 권선을 통한 전류에 의해 공급된다. 적절한 시기에 트랜지스터 Q3 및 Q4를 완전히 오프시킴을 보장하는 것이 선호된다. 요건이 아닌 일 실시예에서, 스위치가 최대 작동 효율로 적절한 시기에 완전하게 "온" 되거나 또는 포화 상태인 것이 선호된다.

도 17은 분할 상 권선 코일로부터 직류(DC) 전력 공급원까지 하나의 탭을, 그리고 2개의 전력 스위치를 직렬로 가지는 분할 상 권선 회로를 도시한다.

도 18은 병렬로 2개의 전력 스위치를 가진 분할 상 권선 회로를 도시한다.

도 19는 분할 상 권선 코일로부터 직류(DC) 전력 공급원까지 하나의 탭을, 그리고 병렬로 2개의 전력 스위치를 가진, 분할 상 권선 회로를 도시한다.

도 20은 비-붕괴형 DC 전력 공급원을 생성하기 위해 1차 AC 상 권선 및 2차 권선을 가진 분할 상 권선 회로를 구비한 모터를 도시한다. 도 20의 모터에서, 2차 권선이 모든 자극 상에 감긴다. 그러나, 2차 권선은 단 하나의 자극, 2 자극, 3자극, 또는 다른 개수의 자극 상에 감질 수 있다. 2차 권선은 도 20의 모터 내 1차 상 권선과 직렬로 연결된다. 그러나, 2차 권선이 병렬로 또는 직렬 병렬의 조합으로도 연결될 수 있다. 도 20의 모터는 4-극 영구 자석 동기 모터다. 60Hz AC로 작동할 때 모터의 동기 속도는 1800RPM이다.

도 21은 단 하나의 자극 상에만 감긴 비-붕괴형 DC 전력 공급원을 생성하기 위해 1차 AC 상 권선 및 2차 권선을 가진 분할 상 권선 회로를 지닌 모터를 도시한다. 도 21의 모터는 4-극 영구 자석 동기 모터다. 60Hz AC로 작동할 때 모터의 동기 속도는 1800RPM이다.

도 22는 비-붕괴형 DC 전력 공급원을 생성하기 위해 태핑된(tapped) 1차 상 권선을 가진 분할 상 권선 회로를 지닌 모터를 도시한다. 도 22의 모터는 4-극 영구 자석 동기 모터다. 60Hz AC로 작동할 때 모터의 동기 속도는 1800RPM이다.

모터는 4개의 자극을 갖는 스테이터와, 상기 스테이터와 면하는 4개의 자석 N, S, N, S를 가진 로터를 갖는다. 모터는 샤프트(중앙 원)와 로터 백 아이언(샤프트와 자석 사이의 영역)을 가진다. 1차 분할 상 권선들은 각각 L1 및 L2에서 AC 전력 공급원에 연결된다. 2차 권선은 DC 전력 공급원에 연결된다.

도 23은 비-붕괴형 DC 전력 공급원을 생성하기 위해 분할 상 권선과 전력 스위치 회로 사이에 저항기를 가진 분할 상 권선 회로를 지닌 모터를 도시한다. 도 23의 모터는 4-극 영구 자석 동기식 모터다. 60Hz AC로 작동할 때 모터의 동기 속도는 1800 RPM이다.

도 24는 비-붕괴형 DC 전력 공급원을 생성하기 위해 분할 상 권선과 전력 스위치 회로 간에 제너 다이오드를 가진, 분할 상 권선 회로를 기진 모터를 도시한다. 도 24의 모터는 4-극 영구 자석 동기 모터다. 60Hz AC로 작동할 때 모터의 동기 속도는 1800 RPM이다.

위에 개시된 구체적 실시예들로부터의 변형이 발명에 의해 고려된다는 것을 당 업자는 이해할 것이다. 발명은 위 실시예들만으로 제한되어서는 안되며, 다음의 청구범위에 의해 측정되어야 한다.

Claims

적어도 절반으로 분할된 모터 상 권선과,
분할된 모터 상 권선으로부터 전달되는 교류(AC) 전력을 수신하도록, 그리고 AC 전력을 DC 전력으로 변환하도록, 분할된 모터 상 권선들 사이에 위치하는 직류(DC) 전력 공급원과,
분할된 모터 상 권선과 DC 전력 공급원 간의 전류 경로의 외부에 위치하는 적어도 하나의 전력 스위치를 포함하는 전력 스위치 회로 - 적어도 하나의 전력 스위치는 분할된 모터 상 권선으로부터의 AC 전력을 수신하도록 분할된 모터 상 권선들 사이에 위치함 - 와,
교류 전류(AC) 사이클의 제1 부분 동안 적어도 하나의 전력 스위치가 온(on) 상태일 때 상기 DC 전력 공급원의 붕괴를 방지하기 위한 제1 비-붕괴형 DC 전력 공급 구성요소 및 AC 사이클의 제2 부분 동안 적어도 하나의 전력 스위치가 온 상태일 때 DC 전력 공급원의 붕괴를 방지하기 위한 제2 비-붕괴형 DC 전력 공급 구성요소
를 포함하는 모터용 회로.
제 1 항에 있어서, 각각의 비-붕괴형 DC 전력 공급 구성요소는
분할된 모터 상 권선과 상기 전력 스위치 회로 사이의 하나 이상의 저항기와,
분할된 모터 상 권선과 상기 전력 스위치 회로 사이의 하나 이상의 제너 다이오드와,
상기 전력 스위치 회로 내 적어도 하나의 전력 스위치가 온 상태일 때 상기 DC 전력 공급원의 붕괴를 방지하기 위해 분할된 모터 상 권선과 상기 전력 스위치 회로 사이에 전압 강하를 생성하기 위한 전기 구성요소로 구성되는 그룹 중 적어도 하나를 포함하는
모터용 회로.
제 1 항에 있어서,
각각의 비-붕괴형 DC 전력 공급 구성요소는
상기 DC 전력 공급원에 AC 전력을 공급하도록, 그리고 상기 전력 스위치 회로를 바이패스하도록, 상기 DC 전력 공급원에 전기적으로 연결되는 분할된 모터 상 권선으로부터의 탭(tap)과,
분할된 모터 상 권선에 대해 감긴 2차 상 코일 권선 - 상기 2차 상 코일 권선은 AC 전력을 상기 DC 전력 공급원에 공급하도록, 그리고 상기 전력 스위치 회로를 바이패스하도록, 상기 DC 전력 공급원에 전기적으로 연결됨 - 중 적어도 하나를 포함하는
모터용 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 전력 스위치 회로는
상기 적어도 하나의 전력 스위치와 평행한 적어도 하나의 제너 다이오드 - 상기 적어도 하나의 전력 스위치가 온 및 오프 상태일 때 상기 적어도 하나의 제너 다이오드를 통해 전류가 흐름 - 와,
상기 적어도 하나의 전력 스위치와 평행한 전압 레귤레이터 - 상기 적어도 하나의 전력 스위치가 온 및 오프 상태일 때 상기 전압 레귤레이터를 통해 전류가 흐름 - 중 적어도 하나를 포함하는
모터용 회로.
제 1 항에 있어서,
분할된 모터 상 권선은 절반으로 분할되고, 상기 전력 스위치 회로 및 제1 및 제2 비-붕괴형 DC 전력 공급 구성요소는 분할된 모터 상 권선들 사이에 위치하는
모터용 회로.
제 1 항에 있어서,
상기 DC 전력 공급원은 분할된 모터 상 권선들 사이의 중간점에 위치하는
모터용 회로.
제 1 항에 있어서,
상기 모터가 동기 속도에 있을 때 제어 회로를 차단하기 위한 로직 제어 셧 오프 회로를 포함하는
모터용 회로.
제 1 항에 있어서,
상기 모터는 로터 및 스테이터를 포함하고, 분할된 모터 상 권선은 AC 라인 전압을 수신하며,
상기 전력 스위치 회로는 AC 공급 라인 입력 및 로터 위치에 기초하여 전력 스위치 회로의 스위칭을 제어하기 위한 제어 회로를 포함하는
모터용 회로.
제 1 항에 있어서,
상기 모터는 DC 브러시리스 모터, 전자 정류식 모터, 쉐이디드 폴 모터(shaded pole motor), 및 영구 분리 커패시터 모터 중 적어도 하나로부터 선택되는
모터용 회로.
적어도 절반으로 분할되는 모터 상 권선을 제공하는 단계와,
분할된 모터 상 권선으로부터 전달되는 교류(AC) 전력을 수신하도록, 그리고, AC 전력을 DC 전력으로 변환하도록, 분할된 모터 상 권선들 사이에 직류(DC) 전력 공급원을 제공하는 단계와,
분할된 모터 상 권선과 DC 전력 공급원 간 전류 경로 외부에 적어도 하나의 전력 스위치를 포함하는 전력 스위치 회로를 제공하는 단계 - 적어도 하나의 전력 스위치는 분할된 모터 상 권선으로부터 AC 전력을 수신하기 위해 분할된 모터 상 권선들 사이에 위치함 - 와,
교류 전류(AC) 사이클의 제1 부분 동안 적어도 하나의 전력 스위치가 온(on) 상태일 때 상기 DC 전력 공급원의 붕괴를 방지하기 위한 제1 비-붕괴형 DC 전력 공급 구성요소 및 AC 사이클의 제2 부분 동안 적어도 하나의 전력 스위치가 온 상태일 때 DC 전력 공급원의 붕괴를 방지하기 위한 제2 비-붕괴형 DC 전력 공급 구성요소를 제공하는 단계
를 포함하는, 모터 회로 방법.
제 10 항에 있어서,
분할된 모터 상 권선과 상기 전력 스위치 회로 사이의 하나 이상의 저항기와,
분할된 모터 상 권선과 상기 전력 스위치 회로 사이의 하나 이상의 제너 다이오드와,
상기 전력 스위치 회로 내 적어도 하나의 전력 스위치가 온 상태일 때 상기 DC 전력 공급원의 붕괴를 방지하기 위해, 분할된 모터 상 권선과 상기 전력 스위치 회로 간에 전압 강하를 생성하기 위한 전기 구성요소
중 적어도 하나를, 상기 제1 및 제2 비-붕괴형 DC 전력 공급 구성요소를 위해 제공하는 단계를 더 포함하는
모터 회로 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 DC 전력 공급원에 AC 전력을 공급하도록, 그리고 상기 전력 스위치 회로를 바이패스하도록, 상기 DC 전력 공급원에 전기적으로 연결되는 분할된 모터 상 권선으로부터의 탭과,
분할된 모터 상 권선에 대하여 감기는 2차 상 코일 권선 - 상기 2차 상 코일 권선은 상기 DC 전력 공급원에 AC 전력을 공급하도록, 그리고 상기 전력 스위치 회로를 바이패스하도록, 상기 DC 전력 공급원에 전기적으로 연결됨 - 중 적어도 하나를,
상기 제1 및 제2 비-붕괴형 DC 전력 공급 구성요소를 위해 제공하는 단계를 더 포함하는
모터 회로 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 전력 스위치와 병렬로 연결되는 적어도 하나의 제너 다이오드 - 상기 적어도 하나의 전력 스위치가 온 및 오프 상태일 때 상기 적어도 하나의 제너 다이오드를 통해 전류가 흐름 - 와,
상기 적어도 하나의 전력 스위치와 병렬로 연결되는 전압 레귤레이터 - 상기 적어도 하나의 전력 스위치가 온 및 오프 상태일 때 상기 전압 레귤레이터를 통해 전류가 흐름 - 중 적어도 하나를,
상기 전력 스위치 회로를 위해 제공하는 단계를 더 포함하는
모터 회로 방법.
제 10 항에 있어서,
절반으로 분할되는 모터 상 권선들과, 분할되는 모터 상 권선들 사이에 위치하는 제1 및 제2 비-붕괴형 DC 전력 공급 구성요소 및 상기 전력 스위치 회로를 제공하는 단계를 더 포함하는
모터 회로 방법.
제 10 항에 있어서,
적어도 분할된 모터 상 권선들 사이의 중간점에 상기 DC 전력 공급원을 배치하는 단계를 더 포함하는
모터 회로 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 모터가 동기 속도에 있을 때 제어 회로를 차단하기 위해 로직 제어 셧 오프 회로를 제공하는 단계를 더 포함하는
모터 회로 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 모터는 로터 및 스테이터를 포함하고, 분할된 모터 상 권선은 AC 라인 전압을 수신하며,
상기 방법은,
AC 공급 라인 입력 및 로터 위치에 기초하여 전력 스위치 회로의 스위칭을 제어하기 위한 제어 회로를 상기 전력 스위치 회로를 위해 제공하는 단계를 더 포함하는
모터 회로 방법.
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