KR870001558B1

KR870001558B1 - 직류 무정류자 전동기

Info

Publication number: KR870001558B1
Application number: KR1019830002481A
Authority: KR
Inventors: 긴죠우 와다
Original assignee: 니뽕 빅터 가부시끼 가이샤; 신지 이찌로
Priority date: 1982-06-04
Filing date: 1983-06-03
Publication date: 1987-09-02
Also published as: JPS58212392A; DE3320133C2; US4459520A; KR840005287A; GB2123227B; DE3320133A1; GB8315437D0; JPH0524759B2; GB2123227A

Abstract

내용 없음.

Description

직류 무정류자 전동기

제1a도, 제1b도는 각각 일반적인 직류 무정류자 전동기의 개략 정면도 및 고정자 코일홀 소자와의 위치 관계도.

제2도 및 제3a도 내지 제3c도는 각각 종래 회로의 한 예의 회로도 및 종래회로 및 본 발명 전동기의 동자 설명용 신호 파형도.

제4a도, 제4b도는 각각 종래 회로 및 본 발명 전동기의 동작 설명용 콜렉터 전류 파형도 및 본 발명 전동기의 동작 설명용 고정자 코일 전류 파형도.

제5도는 본 발명 전동기의 한 실시예의 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

6, 8 : 전류 밀러 회로 10 : 정전류 회로

11 : 차동 스위칭 회로 Q₅내지 Q₈: 트랜지스터

Q₂₃Q₂₄Q₂₇Q₂₈: 트랜지스터(전력 스위칭 소자)

HG₁HG₂: 홀 소자 L₁₀L₂₀: 고정자코일

T₁: 정전압

단자 T₂: 접지 단자

T₃: 부의 전원단자 A₁₀A₂₀: 연산증폭기

R₁₀R₁₁R₂₀R₂₁: 저항

본 발명은 직류 무정류자 전동기에 관한 것이며, 특히 고정자 코일의 전류 절환이 급준하게 되지 않도록 회전자 위치 검출 수단의 출력 신호의 진폭을 작게 한 경우에도 전력 스위칭 소자에 헛된 전류가 흐르는 것을 방지하며, 또한 고정자 코일의 이용 효율을 향상시킬 수 있고 게다가, 전력 스위칭 소자를 소형으로 구성할 수 있는 직류 무정류자 전동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

제1a도, 제1b도는 각기 일반적인 직류무정류자 전동기의 개략 정면도 및 고정자 코일과 홀 소자와의 위치 관계도를 나타낸다. 상기 도면에 있어서, 영구자석의 저면에 8극 착자된 회전자(1)는 그 축(2)이 베어링(3)에 축수되어 있다. 고정자 코일 L₁내지 L₄(5로 함)는 기판(4)상에서 회전자(1)의 착자면에 대향하여 설치되어 있고 코일 L₁과 코일 L₂(코일 L₃와 코일L₄)와는 예컨대 전기각으로

라디안(N=0,1,2,…)의 위상차, 코일 L₂과 코일 L₃(코일 L₄와 코일 L₁)와는 예컨대 전기각으로

라디안의 위상차를 갖는다. 홀소자 HG₁, HG₂는 예컨대 전기각으로

의 위상차를 가지고 기판(4)에 부착되어 있다. 또한, 홀소자 HG₁와 코일 L₄의 중심과는 전기각으로 π라디안(180°)의 위상차를 갖는다. 동 B 도중, ( )내의 숫자는 전기각을 나타낸다.

제2도는 제1a도, 제1b도에 나타내는 구성을 가진 직류 무정류자 전동기의 종래의 구동회로의 한 예인 회로도를 나타낸다. 동도에 있어소 홀소자 HG₁, HG₂에서는 회전자(1)의 회전수에 수반하여 그 전압단자 ①, ③, ②(④로 부터 제3a도에 나타내는 바와같은 홀 출력 전압θ₁, θ₃, θ₂, θ₄이 인출되어 각기 트랜지스터, Q₅, Q₇, Q₆, Q₈의 베이스단자에 인가된다. 트랜지스터, Q₅, Q₈는 차동 스위칭 회로를 구성하고 있어 홀 출력 전압 e₁내지 e₄의 전압에 응하여 일정기간

도통된다. 코일 L₁과 코일 L₃와는 직렬로 접속되어서 코일 L₁₀, 코일 L₂와 코일 L₄과는 직렬로 접속되어서 코일 L₂₀으로 되고 예컨대 회전자의 회전각 θ(전기각이)

라디안의 기간에서는 상기 전압 e₁내지 e₄중에서 전압 e₃의 치가 가장 낮으므로 트랜지스터 Q₇, Q₃, Q₁₃가 도통하게 되어 코일 L₁₀에 전류 I₁가 부방향으로 흐르고, 마찬가지로

라디안의 기간에서는 트랜지스터 Q₈, Q₄, Q₁₄가 도통하게 되어 코일 L₂₀에 전류 I₂가 부방향으로 흐르고,

라디안의 기간에서는 Q₅, Q₁, Q₁₁이 도통하게 되어서 코일 L₁₀에 전류 I₁가 흐르며,

라디안의 기간에서는 트랜지스터 Q₆, Q₂, Q₁₂가 도통하게 되어 코일 L₂₀에 전류 I₂가 흐른다.

이와같이 제2도에 나타내는 종래 회로는 코일 L₁₀, L₂₀에는 정방향 및 부방향으로 각각

라디안씩 전류가 번갈아 흐르기 때문에, 전원단자 사이에 대략

라디안씩 위상이 엇갈린 4상의 고정자 코일을 병렬로 접속하여 한 방향만으로 대략

라디안의 유통각으로 전류를 흘리는 타입의 무정류자 직류 전등기에 비하여 코일의 이용율이 높고 콘 토오크를 발생하기 쉬우나, 대전류가 흐르는 전력 트랜지스터 Q₁내지 Q₄, Q₁₁내지 Q₁₄를 8개 필요로 하며, 회로가 대형화 되고 염가로 구성될 수 없는 결점이 있었다.

한편 홀소자 HG₁, HG₂의 출력의 크기에 의한 코일 전류의 절환에 대하여 생각해 보면, 제3a도에 나타낸 홀 출력의 피이크, 피이크치가 예컨대 400mV와 같이 비교적 큰 경우는 차등 스위칭 회로의 트랜지스터 Q₅내지 Q₈의 스위칭 동작이 급준히 행하여져, 코일 전류는 동 제3b도, 제3c도에 나타내는 바와같이 급준히 절환된다. 여기서 이 전류 절환이 급준하며 코일이나 회전자가 진동하여 소음을 발생하는 등 불합리를 일으킨다. 예컨대 VTR의 회전 드럼 모우터에 사용한 경우에는 지터(Jitter)의 증대를 초래하기 때문에 일반적으로는 홀 출력의 진폭을 너무 크게 하지 않는다. 그런데 홀소자 HG₁, HG₂에 인디움, 안티몬을 사용한 것을 정전류 구동에서 사용한 경우, 그 출력은 약 -2.5%/℃의 온도 계수를 가지므로 고온 분위기중에서는 그 출력의 피이크, 피이크치는 예컨대 180mV정도로 극단적으로 작어져 트랜지스터 Q₅내지 Q₈등으로 구성하고 있는 차동 스위칭 회로에 의한 스위칭이 급준하게 행하여지지 않게 된다.

이것에 의하여 트랜지스터 Q₅내지 Q₈에 흐르는 콜렉터 전류 ic₅내지 ic₈는 제4도에 실선으로 표시한 바와같이 특정한 회전각에 있어서 3개의 전류가 겹쳐서 흐른다. 예컨대 회전각 θ의

라디안 일때에는 트랜지스터 Q₇가 도통하여 콜렉터 전류 ic₇가 흐르나 e₂(또는 e₄)-e₃=60mV 및 e₂=e₄이라고 한다면,

로 되고 트랜지스터 Q₆, Q₈에 각각 트랜지스터 Q₇의 콜렉터 전류 ic₇의

정도의 콜렉터전류 ic₆, ic₈가 흐른다. 이때 코일 L₂₀의 역기 전력은 제로이므로 트랜지스터 Q₂, Q₄, Q₁₂, Q₁₄에는 대략 같은 에미터 전류 iE가 흐른다.

이와같이 이 종래 회로에서는 홀 출력의 진폭이 작은 경우, 특히 회전각 θ이

라디안 부근에 있어서 전력 트랜지스터의 콜렉터 전류가 겹쳐서 흐르기 때문에 상기 전류 iE가 흘러, 이 전류 iE가 큰 경우에는 전원 전류가 크게 되고, 전동기의 전원 효율이 저하되며 극단적인 경우에는 전력 트랜지스터 Q₁내지 Q₄, Q₁₁내지 Q₁₄가 파괴될 염려가 있는 등의 결점이 있었다.

본 발명은 상기 결점을 제거한 것이며 이하 도면으로 한 실시에에 대하여 설명한다.

제5도는 본 발명으로 된 직류 무정류자 전동기의 한 실시예의 회로도를 나타낸다. 동도중, 홀소자 HG₁, HG₂및 고정자 코일 L₁₀, L₂₀의 각각의 부착 위치는 제1a도, 제1b도에 나타내는 바와같은 것이다. 트랜지스터 Q₅, Q₆, Q₇, Q₈는 각 에미터를 공통으로 접속하며 이 공통 에미터 단자와 전원 단자 T₁사이에는 전류원 I_S(10)가 접속되어 있고 전류원 I_S의 진폭은 속도 제어 신호에 의하여 제어 된다. 상기 트랜지스터 Q₅내지 Q₈는 차동 스위칭 회로(11)를 구성하고 있어 기본적으로는 각 트랜지스터의 베이스에 인가되는 4개의 입력전압의 진폭이 충분히 큰 경우, 이 입력 전압중 가장 낮은 전압이 인가되어 있는 트랜지스터만이 도통되고 다른 3개의 트랜지스터는 비도통이 되도록 하는 스위칭 동작을 한다.

트랜지스터 Q₅및 트랜지스터 Q₇의 가가의 콜렉터는 트랜지스터 Q₁₅, Q₁₇, 저항 R₁₅, R₁₇으로 부터 이루어지는 전류 밀러회로(6)에 접속되어 있다. 연산증폭기(이하 앰프라 함) A1₀의

단자(동상 입력 단자)는 트랜지스터 Q₅, Q₁₅의 콜렉터 및 저항 R₁₀에 접속되어 있고 그

단자(역상 입력단자는 고정자 코일 L₁₀, 저항 R₁₁에 접속되어 있으며 그 출력단자는 저항 R₁₉, R2₂콘덴서 C₁₀에서 이루어지는 위상 보상회로(7)에 접속되어 있다. 위상 보상회로(7)는 트랜지스터 Q₂₁, Q₂₂를 통하여 각기 전력 트랜지스터 Q₂₃, Q₂₄에 접속되어 있다.

한편, 트랜지스터 Q₆및 트랜지스터 Q₈의 각각의 콜렉터는 트랜지스터 Q₁₆, Q₁₈, 저항 R₁₆, R₁₈(저항 R₁₅내지 R₁₈은 대략 같은 저항치)으로부터 이루어지는 전류 밀러회로(8)에 접속되어 있다. 앰프 A₂₀의

단자는 트랜지스터 Q₆, Q₁₆의 콜렉터 및 저항 R₂₀(저항 R₁₀과 대략같은 저항치)에 접속되어 있고, 그

단자는 고정자 코일 L₂ ⁰, 저항 R₂₁에 접속되어 있으며 그 출력은 저항 R₂₅, R₂₄, 콘덴서 C₂₀에서 이루어지는 위상보상회로(9)에 접속되어 있다. 위상 보상 회로(9)는 트랜지스터 Q₂₅, Q₂₆를 통하여 각기 전력 트랜지스터 Q₂₇, Q₂₈에 접속되어 있다.

전력 트랜지스터 Q₂₅, Q₂₇의 미터 및 정전류 회로(10)는 정전원의

단자 T₁에 접속되어 있고, 저항 R₁₀, R₁₁, R2₀, R₂₁, 위상 보상 회로(7), (9)는 접지 단자 T₂에 접속되어 있으며, 전력 트랜지스터 Q₂₄, Q₂₈의 에미터 전류 밀러 회로(6), (8)는 부전원의

단자 T₃에 각기 접속되어 있다.

또한, 가변 저항 R₃₀은 홀소자 HG₁, HG₂의 전압 단자의 직류 레벨을 고루 갖추기 위한 것이다. 동도에 있어서 홀소자 HG₁, HG₂의 전류 단자에 전류가 공급되어 고정자가 회전하고 있으면 그 전압 단자 ① 내지 ④로부터 제3(a)도에 나타내는 홀전압 e₁내지 e₄가 각각 인출된다. 이 홀전압 e₁내지 e₄의 피이크, 피이크치가 예컨대 400mV 정도로 충분히 큰 경우, 제5도의 차동 스위칭 회로(11)를 구성하는 트랜지스터 Q₅내지 Q₈는

라디안의 유통각을 가지고 순차 어느 것인가의 트랜지스터가 도통하도록 동작한다.

예컨대

라디안의 기간에서는 전압 θ₁이 가장 낮은 전압인 것이므로 트랜지스터 Q₅가 도통하고 정전류 회로(10)의 전류를 I_S라고 하면 저항 R₁₀의 양 단자 사이에는 R₁₀I_S라는 전압을 발생한다. 이때 앰프 A₁₀의 출력에는 정전압을 일으켜 이것에 의하여 트랜지스터 Q₂₁, Q₂₃가 도통한다. 한편, 앰프 A₁₀의

단자의 전위는 그

단자의 전위와 같게 되도록 동작하기 때문에 저항 R₁₁의 양 단자가 전압은 R₁₀I_S이며, 이것에 의하여, 코일 L₁₀에는

인 크기의 전류 I₁가 흐른다.

라디안의 기간에서는 전압 e₃가 가장 낮은 전압인 것이므로 트랜지스터 Q₇가 도통하며 트랜지스터 Q₇에 전류 I_S가 흐른다. 이것에 의하여 전류 밀러 회로(6)는 동작 상태가 되고 트랜지스터 Q₁₅, Q₁₇의 콜렉터에는 대략 같은 전류 I_S가 흘러 저항 R₁₀의 양 단자간 전압은 -R₁₀I_S가 된다. 이때 앰프 A₁₀의 출력에는 부전압을 발생하고, 이에 의해 트랜지스터 Q₂₂, Q₂₄가 도통한다. 한편, 저항 R₁₁의 양 단자간 전압도 -R₁₀I_S가 되어 이에 의하여 코일 L1₀에는

인 전류 I₁가 흐른다.

동일하게 하여

라디안의 기간에서는 트랜지스터 Q₆(Q₂₅, Q₂₇가 도통하며, 저항 R₂₀, R₂₁의 양 단자 사이에는 R₂₀I_S인 전압을 발생하여 코일 L₂₀에는

인 전류 I_S가 흐른다(

라디안의 기간에서는 트랜지스터 Q₈, Q₂₉, Q₂₈가 도통하고, 전류 밀러 회로(8)가 동작상태가 되고 저항 R₂₀, R₂₁의 양 단자 사이에는 -R₂₀I_S인 전압을 발생하며 코일 L₂₀에는

인 전류 I₂가 흐른다.

여기에 R₁₁=R₂₁로 설정하고 있기 때문에 전류 I₁및 전류 I₂의 진폭은 같게 되고 제3b도, 제3c도에 나타내는 바와 같게 된다.

다음에 홀 출력(상기 e₁내지 e₄)의 피이크, 피이크치 예컨대 120mV로 작은 경우에 대하여 설명한다. 이 경우 트랜지스터 Q₅내지 Q₈의 콜렉터전류 ic₄내지 ic₈는 제4(a)도에 나타내는 바와 같게 된다.

여기에 회전각 θ가 예컨대

라디안에서는 상기 (1)식으로 부터 콜렉터 전류 ic₇)최대치를 ip로 한다)가 흐르는 외에 트랜지스터 Q₆, Q₈에 콜렉터 전류 ic₆, ic₈이 공히

씩 흐르고 있고 이때의 전류 I_S는,

가 된다. 이때 전류 밀러 회로(6)에 있어서 트랜지스터 Q₁₅에는 트랜지스터 Q₁₇과 같은 전류 ic₇가 흐르고 있기 때문에 저항 R₁₀에 흐르는 전류 I_R10는,

이 된다. 이에 의해 저항 R₁₀의 양 단자간 전압 V₁₀은,

가 된다.

한편, 회전각 θ이

라디안에 있어서 전류 밀러 회로(8)에서는 트랜지스터 Q₁₆, Q₁₈에는 각기 같은 전류 ic₆, ci₈가 흐르기 때문에 저항 R₂₀에 흐르는 전류 I_R20는,

I_R20= ic₆-ci₈

가 된다. 이에 의하여 저항 R₂₀의 양 단자간 전압 V₂₀은,

V₂₀=R₂₀(ic₆-ci₈)

가 되고 ic₆=i₈인 고로

V₂₀=0

가 된다. 따라서 앰프 A₂₀의 출력은 0, 저항 R₂₁의 양 단자간 전압은 0이 되기 때문에 트랜지스터 Q2₅내지 Q₂₈는 오프가 되고 코일 L₂₀에는 제4b도에 나타내는 바와같이 전류는 흐르지 않는다.

이밖의 회전각에 있어서도 상기의 경우와 마찬가지로 생각할 수가 있고 회전각 θ이 π라디안에 있어서는 V₁₀=0로, 코일 L₁₀에 전류가 흐르지 않으며

라디안에 있어서는 V₂₀이며, 코일 L₂₀에 전류가 흐르지 않는다. 결국 제4b도에 나타내는 바와같은

라디안에 있어서는 코일 L₁₀(또는 코일 L₂₀)에 최대 전류가 흐르고 있어, 코일 L₂₀(또는 코일 L₁₀)에는 전류는 흐르지 않고 결국 전력 트랜지스터 Q₂₃, Q₂₄, Q₂₇, Q₂₈중의 어느 것인가 트랜지스터의 유통각도 π 라디안 이상으로 되는 일은 없다.

또한 제4a도, 제4b도에 나타내는 전류파형 및 회전자 잣거의 착자 형상을 각기 적절하게 선정하는 것에 의하여 전류 절환시 주기적으로 생기는 토오크 불균일성을 저감할 수가 있다.

상기와 같이 본 발명으로 된 직류 무정류자전동기는, 상기 2상의 고정자 권선 각각의 일단을 접지시키기 위한 저항(R₁₁,R₂₁)과 상기 2상의 고정자 권선의 각각의 타단을 분기하여 한쪽을 정전원(T₁)에 다른 쪽을 부전원(T₃)에 각각 접속시킨 전력 스위칭 소자(Q₂₃, Q₂₄, Q₂₇, Q₂₈)와, 상기 2상의 회전자 위치검출 수단 각각의 2개의 출력 단자를 상기 검출수단의 출력 신호로서

라디안씩의 위상차를 가지고 스위칭하는 차동 스위칭 수단(6, 8)과 상기 전력 스위칭 소자와 상기 차동 스위칭 수단 사이에 각각 접속되어, 차동 스위칭 수단에서의 출력신호중 π라디안의 위치상차를 갖는 2개의 출력 신호의 차에 의한 신호를 얻기 위한 차신호 출력 수단(A₁₀, A₂₀)을 최소한 구비함으로서, 상기 차신호 출력수단으로 부터의 신호에 의한 전류가 상기 각각의 고정자 권선에 흐르도록 구성된 것이기 때문에 특히 위치 검출회로의 출력신호를 작게한 경우 일방의 홀소자가 회전자의 N극 또는 S극과 대향하고 있고, 타방의 홀소자가 N극 또는 S극과의 중간에 있으면 일방의 고정자 코일에는 전류는 흐르나 타방의 고정자 코일에는 전류는 흐르지 않고 이 때문에 차동 스위칭 회로의 각 트랜지스터의 콜렉터를 흐르는 전류의 유통각이 π 라디안 이상되어도, 각 고정자 권선을 흐르는 전의류 유통각은 정방향, 부방향 공히 π 라디안 이내가 되고 이에 의하여 이같은 회로가 설치되어 있지 않은 종래의 전등기에 비하여 고정자 코일의 이용효율을 향상시킬 수 있으며 게다가 회전자의 위치 검출회로의 출력을 작게 한 경우에는 전력 스위칭 소자에 헛된 전류가 흐르지 않기 때문에 이들이 파괴될 염려가 없고 또, 고정자 권선의 전류 절환이 원활히 되므로 진동이나 소음을 발생하는 일은 없고 더욱 스위칭 소자가 4개로 끝나므로 종래의 전동기에 비하여 소형으로 또한, 염가로 구성될 수 있다는 등의 특징을 가진다.

Claims

영구자석을 포함한 회전자(1)의 회전각을 검출하기 위한, 전기각으로
라디안이간하여 설치된 2개의 회전자 위치 검출수단(HG₁, HG₂)과, 전기각각으로
라디안이간하여 설치된 2상의 고정자 코일(L₁₀, L₂₀)을 가지고, 상기 검출 수단으로부터
라디안 씩의 위상차를 가진 4개의 출력 신호에 의해 상기 고정자 코일에 순간 전류를 절환 공급하여 구동하는 직류 무정류자 전동기에 있어서,

상기 2상의 고정자 코일 각각의 일단을 접지시키기 위한 저항(R₁₁, R₂₁)과, 상기 2상의 고정자 코일의 각각의 타단을 분기하여 한쪽을 정전원(T₁)에 다른쪽을 부전원(T₃)에 각각 접속시킨 전력 스위칭 소자(Q₂₃, Q₂₄, Q₂₇, Q₂₈)와, 상기 2상의 회전자 위치 검출수단 각각의 2개의 출련단자를 상기 검출수단의 출력 신호로서
라디안씩의 위상차를 가지고 스위칭하는 차동 스위칭하는 차동 수위칭 수단(6, 8)과, 상기 전력스위칭 소자와 상기 차동 스위칭 수단 사이에 각각 접속되어 차동스위칭 수단에서의 출력신호중 π 라디안의 위상차를 갖는 2개의 출력 신호의 차에 의한 신호를 얻기 위한 차신호 출력수단(A₁₀, A₂₀)을 최소한 구비함으로서 상기 차신호에 의한 전류가 상기 각각의 고정자 코일에 흐르도록 구성된 것을 특징으로 하는 직류 무정류자전동기.