KR20140050162A - 전동공구의 직류 전원 공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동공구의 직류 전원 공급장치에 관한 것으로, 교류전원을 직류전원으로 변환하여 전동공구의 구동원인 BLCD 모터를 구동하는 전동공구의 직류 전원 공급장치에 있어서; 교류전원으로부터 인가되는 교류를 직류로 변환하는 제1컨버터; 상기 제1컨버터의 출력단에 연결되어 직류를 다시 교류로 변환하는 인버터; 상기 인버터의 출력단에 연결되고, 상용주파수가 아닌 고주파 동작하는 변압기; 상기 변압기의 출력단에 연결되어 변압된 교류를 다시 직류로 정류하여 직류전원으로 공급하는 제2컨버터;를 포함하여 소형화 및 경량화 된 것을 특징으로 하는 전동공구의 직류 전원 공급장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, BLDC 모터를 사용하여 그라인더를 구성할 때 교류를 직류로 변환하는 수단인 변환장치를 소형화, 경량화시킬 수 있고, 또한 변환장치와 전동공구를 1:1 또는 1:n으로 연결 사용할 수 있어 그 활용폭을 광범위하게 넓히는 효과를 얻을 수 있다.

Description

전동공구의 직류 전원 공급장치{DC POWER SUPPLY DEVICE OF ELECTRIC TOOLS}

본 발명은 전동공구의 직류 전원 공급장치에 관한 것으로, 특히 직류(DC) 전원을 사용하는 BLDC 모터가 적용된 전동공구에서 직류전원을 안정적으로 공급하면서 소형화 및 경량화가 가능하고, 하나의 변환장치를 통해 하나의 전동공구는 물론 다수개의 전동공구를 사용할 수 있도록 개선된 전동공구의 직류 전원 공급장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전동공구로 대표되는 그라인더는 연삭 숫돌을 이용하여 공작물의 면을 깍는 기계로서 다듬질 면의 거칠기는 보통의 바이트로 절삭하는 것과 비교가 되지 않을 정도로 정밀도가 높다.

이러한 그라인더는 대형인 경우 작업대에 고정된 고정식이 주로 사용되고 있지만 소형인 경우는 사용자가 이동하면서 작업해야 하므로 휴대용 그라인더가 주로 사용되고 있다.

상기 디스크 그라인더는 도 1에 도시된 바와 같이, 구동모터(102)가 내장된 몸체(104), 상기 구동모터(102)와 연결되어 회전하는 스핀들(105), 상기 스핀들(105)에 고정설치되는 디스크(106), 상기 몸체(104)에 설치되어 구동모터(102)의 작동을 제어하는 스위치(108) 및 상기 몸체의 후단에 연결설치된 전기코드(109)로 이루어지며, 상기 스위치(108)는 핀(108a)을 올리고 내려서 구동모터(102)의 작동을 제어한다.

이와 같은 디스크 그라인더를 구동하기 위한 전동기는 유니버셜 전동기, 즉 유니버셜 모터를 사용하는데 유니버셜 모터는 모터에 내장된 브러시에 의해 입력된 교류(AC)를 정류하여 사용하는 모터이므로 기동토크가 좋고 제어회로가 간단하여 널리 사용되고 있다.

하지만, 유니버셜 모터는 외형이 크고 무게가 무거우며, 브러시 등에 의한 손실이 많아 모터의 속도를 변화시킬 경우 토크가 변화되어 일정 회전수 이하에서는 그라인딩 작업이 어려운 문제점이 있었다.

이러한 문제 때문에 최근에는 장수명화, 저소음화, 소형화, 고출력화를 위해 브러쉬가 없는 BLDC 모터를 이용한 직류 구동형 그라인더가 활용되고 있으며, BLDC 모터와 관련된 기술로는 공개특허 제2006-0068967호, 공개특허 제2008-0094274호 등이 개시된 바 있다.

그런데, 직류 구동형 그라인더를 사용할 경우 교류전원을 직류전원으로 바꾸어주어야 하는데, 그 변환방식에는 도 2 및 도 3의 예시와 같이, 스위칭 파워방식을 적용한 직류전원장치를 사용하는 방식과, 변압기 및 정류기를 이용한 직류전원장치를 사용하는 방식 2가지가 있다.

이때, 전자의 경우는, 도 2와 같이, 교류전원(200)을 직류전원(230)으로 바꾸기 위한 컨버터(220)를 포함하는데, 컨버터(220)가 반도체 소자에 의한 쵸퍼회로 및 기타 회로를 이용하여 교류전원을 변압, 정류하는 형태여서 무게는 가볍지만 회로가 복잡하고 크기가 크다는 한계가 있다.

그리고, 후자의 경우는, 도 3과 같이, 변압기(210)를 통해 교류전원(200)을 필요한 전압으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 직류로 변환할 수 있도록 컨버터(220)를 사용하는 형태이기 때문에 회로는 간단하지만 전원 전압이 변화되면 출력인 직류 전압도 변화되고, 규소강판 변압기를 사용하기 때문에 무게가 무겁고 부피가 큰 단점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 전동공구, 특히 그라인더 구동용으로 사용되는 전동기를 BLDC 모터로 구성할 때 교류를 직류를 바꾸어 주는 변환장치를 소형화, 경량화하고, 변환장치와 전동공구를 1:1 또는 1:n으로 연결 사용할 수 있도록 한 전동공구의 직류 전원 공급장치를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 교류전원을 직류전원으로 변환하여 전동공구의 구동원인 BLCD 모터를 구동하는 전동공구의 직류 전원 공급장치에 있어서; 교류전원으로부터 인가되는 교류를 직류로 변환하는 제1컨버터; 상기 제1컨버터의 출력단에 연결되어 직류를 다시 교류로 변환하는 인버터; 상기 인버터의 출력단에 연결되고, 상용주파수가 아닌 고주파 동작하는 변압기; 상기 변압기의 출력단에 연결되어 변압된 교류를 다시 직류로 정류하여 직류전원으로 공급하는 제2컨버터;를 포함하여 소형화 및 경량화 된 것을 특징으로 하는 전동공구의 직류 전원 공급장치를 제공한다.

이때, 상기 변압기는 고주파 처리가 가능하므로 페라이트 코어를 사용하여 용량 대비 크기를 줄인 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 변압기의 출력단을 분기시켜 다수의 제2컨버터를 병렬 접속하는 1:n의 형태로 구현되는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, BLDC 모터를 사용하여 그라인더를 구성할 때 교류를 직류로 변환하는 수단인 변환장치를 소형화, 경량화시킬 수 있고, 또한 변환장치와 전동공구를 1:1 또는 1:n으로 연결 사용할 수 있어 그 활용폭을 광범위하게 넓히는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래 전동 그라인더의 예시도이다.
도 2 및 도 3은 종래 교류를 직류로 변환하는 장치의 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전동공구의 직류 전원 공급장치를 보인 구성 블럭도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전동공구의 직류 전원 공급장치의 사용예를 보인 구성 블럭도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전동공구의 직류 전원 공급장치는 2개의 컨버터(20,50)와, 이들 사이에 구비되는 인버터(30) 및 변압기(40)를 포함하도록 구현하여 종래 직류전원장치, 즉 직류변환장치에 비해 구성상 복잡해 보이기는 하지만, 사실상 소형 경량화가 가능하도록 구현된 것이며, 핵심은 스위칭 주파수를 매우 높게 하여 변압기(40)를 최소화시킴으로써 소형화 및 경량화를 달성하도록 한 것이다.

이때, 전동공구용 전동기, 즉 모터를 소형화 및 경량화하기 위한 가장 바람직한 방법은 모터, 제어기, 전원장치(변환장치)를 모두 소형화, 경량화시키야 하지만 모터와 제어기를 소형, 경량화시키는 기술 개발은 상당히 난해하여 계속 연구가 진행중에 있으므로 본 발명에서는 이들 중 전원장치, 즉 변환장치의 개발에 촛점을 맞추어 에너지 효율을 높이면서 소형 경량화가 가능하게 구현한 것이다.

즉, 도 4는 본 발명에 따른 직류전원 공급장치를 1대의 전동기, 즉 모터에 연결 사용하는 구성으로서 1:1의 연결관계를 보여 준다.

도시된 바에 따르면, 교류전원(10)에는 제1컨버터(20)가 연결된다.

상기 제1컨버터(20)는 교류전원(10)으로부터 인가되는 교류를 직류로 변환하는 기능을 수행한다.

그리고, 상기 제1컨버터(20)의 출력단에는 인버터(30)가 연결된다.

상기 인버터(30)는 직류를 다시 교류로 변환하는 수단으로서, 직류를 교류로 변환하는 과정에서 고속 스위칭 및 용량 대비 변압기(40)의 크기를 줄일 수 있다.

때문에, 직류변환장치, 즉 본 발명에 따른 직류전원 공급장치를 소형화시키는데 일조하게 된다.

아울러, 상기 인버터(30)의 출력단에는 변압기(40)가 연결된다.

이때, 기존 변압기는 상용주파수(60hz)를 이용하지만, 본 발명에 따른 변압기(40)는 고주파를 이용하므로 상용주파수를 사용하는 변압기 재질인 규소강판 대신에 페라이터 재질로 변경하여 변압기(40)를 구성할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 변압기(40)를 용량 대비 크기 및 사이즈를 현저히 줄일 수 있는 잇점을 가진다.

그런 다음, 상기 변압기(40)의 출력단에 제2컨버터(50)가 연결되는데, 상기 제2컨버터(50)는 교류를 다시 직류로 정류하여 직류전동기의 구동원으로 사용할 수 있도록 직류전원(60)으로 출력하게 된다.

이와 같이, 본 발명은 두 개의 컨버터와 인버터의 조합을 통해 직류를 교류로 변환하는 인버터 스위칭 주파수를 기존 변압기 방식보다 수천배 높은 주파수로 스위칭할 수 있으므로, 변압기(40)의 코어를 페라이트로 사용할 수 있어 고주파 사용이 가능하고, 이를 통해 코어 자속밀도를 매우 높게 하여 코어 면적을 최소화하는 방식으로 직류전원 공급장치를 경량화 및 소형화할 수 있게 된다.

한편, 도 5는 이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 직류전원 공급장치를 다수개의 전동기, 즉 BLCD 모터와 연결한 1:n의 접속구조를 보여 준다.

도시된 예에 따르면, 변압기(40)의 출력단과 제2컨버터(50)의 입력단을 서로 연결할 때 다수의 제2컨버터(50)를 접속할 수 있도록 변압기(40)의 출력단을 분기시킴으로써 1대의 변압기(40)를 통해 다수대의 제2컨버터(50) 연결이 가능하고, 이를 통해 하나의 직류전원 공급장치에 다수대의 BLDC 모터를 연결 사용할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명은 교류전원을 컨버터를 이용하여 교류를 직류로 변환하고, 변환기 직류를 다시 교류로 변환하며서 스위칭하여 변환된 교류를 다시 변압기를 이용하여 변압한 후 다시 직류전원으로 방법을 이용하는 방법이며, 이를 통해 스위칭 주파수를 매우 높게 하여 변압기의 크기를 최소화함으로써 소형 및 경량화된 직류전원 공급장치이다.

10: 교류전원 20: 제1컨버터
30: 인버터 40: 변압기
50: 제2컨버터 60: 직류전원

Claims (3)

1. 교류전원을 직류전원으로 변환하여 전동공구의 구동원인 BLCD 모터를 구동하는 전동공구의 직류 전원 공급장치에 있어서;
   교류전원(10)으로부터 인가되는 교류를 직류로 변환하는 제1컨버터(20);
   상기 제1컨버터(20)의 출력단에 연결되어 직류를 다시 교류로 변환하는 인버터(30);
   상기 인버터(30)의 출력단에 연결되고, 상용주파수가 아닌 고주파 동작하는 변압기(40);
   상기 변압기(40)의 출력단에 연결되어 변압된 교류를 다시 직류로 정류하여 직류전원(60)으로 공급하는 제2컨버터(50);를 포함하여 소형화 및 경량화 된 것을 특징으로 하는 전동공구의 직류 전원 공급장치.
   
2. 청구항 1에 있어서;
   상기 변압기(40)는 고주파 처리가 가능하므로 페라이트 코어를 사용하여 용량 대비 크기를 줄인 것을 특징으로 전동공구의 직류 전원 공급장치.
   
3. 청구항 1에 있어서;
   상기 변압기(40)의 출력단을 분기시켜 다수의 제2컨버터(50)를 병렬 접속하는 1:n의 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 전동공구의 직류 전원 공급장치.

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