KR930004029B1 - 트래피조이달(Trapezoidal) 구동형 무정류자 직류 전동기의 최적 정류회로 - Google Patents

트래피조이달(Trapezoidal) 구동형 무정류자 직류 전동기의 최적 정류회로 Download PDF

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내용 없음.

Description

트래피조이달(Trapezoidal) 구동형 무정류자 직류 전동기의 최적 정류회로
제1도는 본 발명의 최적정류 회로에서 정류전진각 α가 모터의 속도(ω) 및 부하전류(i)의 함수로 주어진 함수곡선.
제2도는 본 발명의 최적정류 회로가 부가된 무정류자 직류전동기의 제어 블럭도(4극 3상 Y결선 바이폴라인 경우).
제3도는 본 발명에 이용되는 모터부의 상 코일과 회전자 위치감지 소자와의 위치를 나타낸 측면도.
제4도는 본 발명에 이용되는 모터부의 회전샤타와 회전자극과의 위치를 나타낸 도면.
제5도는 본 발명에 이용되는 모터부의 포토트랜지스터용 회전샤타를 나타낸 도면.
제6도는 회전자 위치 감지 소자로 부터의 기계각으로 표시된 정류신호의 파형도.
제7도는 제2도의 전력 스윗칭 회로의 상세 회로도.
제8도는 기계각으로 표시된 정류패턴을 나타낸 도면.
제9도는 본 발명의 최적 정류회로의 상세 회로도.
제10도는 전기각으로 표시된 패턴롬에 저장된 어드레스가 명기된 정류패턴을 나타낸 도면으로서, 제10(a)도는 정방향 기동 정류패턴, 제10(b)도는 역방향 기동정류패턴, 제10(c)도는 정방향 구동 정류패턴 및 제10(d)도는 역방향구동 정류패턴이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : PLL IC 20 : 2진 카운터
40 : α롬 50 : 2진 프리셋터블 업 카운터
70 : 패턴롬
본 발명은 트래피조이달(trapezoidal) 구동형 무정류자 직류 전동기의 최적정류회로에 관한 것으로, 특히 무정류자 직류 전동기의 정류인코더의 정류신호를 최적이 되도록 정류신호를 전진시킴과 동시에 최적의 정류신호폭이 되도록 하여 모터의 회전속도 및 모든 부하량에 걸쳐 최대의 효율 및 토오크를 유지할 수 있도록 하며, 또한 모터의 연산 및 보수를 용이하게 할 수 있도록 한 트래피조이달(trapezoidal) 구동형 무정류자 직류전동기의 최적정류회로에 관한 것이다.
일반적으로 무정류자 직류전동기에서 대부분의 고정자코일의 상정류(phase commutation)는 회전자극(rotor pole)을 감지하기 위한 감지소자인 센서(예를 들면, 포토트랜지스터, 홀소자 등)에 의해 회전자의 극이 감지되는 위치 즉, 정류펄스를 임의의 일정속도(ω1)에 일치시켜 정류펄스가 이 속도(ω1)에 해당하는 tan-1ω1L/R만큼 전진된 감지소자판을 회전방향에 대해 일정각 후진 배치한 위치에서의 감지소자신호의 온,오프 정류펄스에 의하여 전력소자(예를 들면, 전력트랜지스터)를 온,오프하는 케이팅이 이루어지므로써 고정자코일에 전류가 흐른다.
상기와 같이 감지소자를 특별한 위치에 고정시킨 경우, 이에 해당하는 속도(ω1)에서만 최대의 토오크 및 효율이 유지되는 문제점이 있다.
따라서, 보다 향상된 정류방법은 모터의 속도 및 부하량에 따라 상전류의 스위칭 위치(phase-switching position)를 변화시키는 것으로, 스위칭위치의 변화는 모터속도와 부하량 즉 전기자 반작용에 따른 각도로 주어진다.
하나의 상 코일에서 발생되는 토오크는 그 코일에 흐르는 전류에 비례하며, 코일에 흐르는 전류는 코일의 결선방법(Y-결선, △-결선 혹은 상독립결선)이나 통전방법 즉, 유니폴라(반파구동) 혹은 바이폴라(전파구동)에 관계없이 제1도와 같이 상 코일에가해진 전압보다 α°=tan-1(ω,i)만큼 늦게 흐른다.
즉, 감지소자에 의한 회전자극의 감지위치는 해당 상 코일의 위치보다 α°=tan-1(ω,i)만큼 앞선곳이 스위칭위치가 된다.
최대의 토오크 및 초대 효율을 얻기 위해서는 모터의 속도(ω) 및 고정자 코일에 흐르는 부하전류(i)에 따라 스위칭 위치가 변해야 하며 정류펄스폭도 최대의 효율을 갖는 폭으로 조정되어야 하므로 상기 해당상코일의 위치에 따른 정류폭보다 너무 작으면 최대의 토오크가 발생하지 않으며, 그 이상의 펄스폭이면 역토오크가 발생되어 효율이 저하된다. 따라서, 최대의 토오크 및 효율을 얻기 위해서는 제2도에서와 같이 상코일과 회전자 위치감지소자의 위치를 일치시킨 정류펄스보다 모터의 속도(ω) 및 부하전류(i)에 따라 α°=tan-1(ω,i)만큼 스위칭위치를 전진시켜야 하며, 또한 최대의 효율을 갖도록 정류펄스폭도 변화시켜야 한다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 상 코일과 회전자 위치감지소자들의 위치를 일치시킨 정류펄스보다 모터속도(ω) 및 부하전류(i) 따라 tan-1함수로 주어지는 전진각(α°=tan-1(ω,i)) 만큼 위치를 전진시키고 정류펄스폭도 변화시키므로써 최적정류를 실현할 수 있는 트래피조이달(trapezoidal) 구동형 무정류자 직류 전동기의 최적정류회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 모터속도의 전체 범위와 모터의 모든 부하량의 변동에 걸쳐 최대토오크 및 최대효율을 갖게하는 최적정류 및 최적정류 펄스폭을 실현하는 최적정류회로를 제공하므로써 상 코일의 결선방법이나 통전방법에 관계없이 적용할 수 있으며, 전 회전속도 및 전 부하변동에 걸쳐 최대의 효율 및 토오크를 실현하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 회전자 위치감지소자의 위치는 모든 모터에서 똑같은 위치가 되도록 하여 회전자위치감지소자를 설정하기 쉽게하므로써 모터의 양산 및 이에 따른 보수를 용이하게 하는데 있다.
본 발명은 모터 속도 전 범위와 모터의 모든 부하량의 변동에 걸쳐 최대 토오크 및 최대효율을 갖게하는 최적정류를 실현하는 최적 정류회로로서 상 코일의 결선방법이나 통전방법에 관계없이 적용할 수 있으며, 또한 정류펄스가 임의의 한속도(ω1) 및 하나의 일정한 부하전류(i1)에 해당하는 tan-1(ω1,i1) 만큼 전진된 즉, 회전방향에 대하여 일정각 후진 배치상태에 회전자 위치감지소자를 수동으로 조정해 놓으므로써 임의의 한 회전속도(ω1) 및 하나의 일정한 부하전류(i1)에서만 최대의 효율 및 토오크를 발생시키는 종래의 방법에 비해 전 회전속도(ω) 및 전부하 변동에 걸쳐 최대의 효율 및 토오크를 실현할 수 있고, 회전자 위치감지소자들의 위치가 모든 모터에서 똑같은 위치가 되어 회전자 위치감지소자를 설정하기 쉽도록하여 모터의 양산성을 가능하게 하며 이에 따라 보수가 용이하며, 또한 정역회전을 위해 한쪽 방향의 회전자 위치감지 소자들만으로도 역방향의 회전을 가능하게 할 수 있다.
이하에 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명의 최적정류 회로에서 정류펄스의 전진각 α°를 모터의 속도(ω) 및 부하전류(i)의 함수로 주어진 곡선 α°=tan-1(ω,i)이다. 여기서 모터의 속도(ω)에 대한 영향은 연속적이나 부하전류(i)에 대한 영향은 이산적으로 표시되었다. 그러나 여기서 ω와 i를 서로 치환하여 그래프로 나타낼 수 있다.
제2도는 본 발명의 최적정류회로가 부가된 4극 3상 Y결선 바이폴라 무정류자 직류전동기의 제어 블럭도를 나타낸 것이다. 무정류자 직류전동기의 제어블럭도는 전원공급회로(1), 스위칭 증폭회로(2), 스위칭회로(3), 속도조절회로(4), 주파수-전압 변환기(5), 본 발명의 최적 정류회로(6), 고정자 상 코일(stator-phase coil)에 연결된 전력스위칭회로(7)와 회전자 위치감지소자들 및 회전샤터로 구성된 정류코터(commutation encoder)와 속도감지소자 및 슬리트디스크로 구성된 속도인코더(velocity encoder) 및 회전자(rotor)로 이루어지는 모터부(8)로 구성하였다.
상기 모터부(8)의 회전자위치 감지소자 및 회전샤터로 구성된 정류인코더로부터 정류신호(NA, NB, NC, SA, SB, SC)를 본 발명의 최적정류회로(6)에 입력하여 최적정류신호(NA0, NB0, NC0, SA0, SB0, SC0)를 전력스위칭회로(7)에 인가하도록 구성된 직류 전동기의 제어시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다.
스위칭 증폭회로(2)는 스위칭회로(3)의 출력신호에 따라 전원공급회로(1)에서 인가된 전압을 증폭하여 전력스위칭회로(7)에 인가한다. 이때 모터부(8)의 정류인코더에 미리 설정해 놓은 회전자 위치감지소자(S1-S6)로 부터의 정류신호(NA, NB, NC, SA, SB, SC)가 최적정류회로(6)에 인가되면 최적정류회로(6)은 이 정류신호가 최적이 되도록 모터의 속도(ω) 및 부하전류(i)에 따라 정류신호를 전진시키며, 이와 동시에 최적의 정류신호폭이 되게하여 최적정류신호(NA0, NB0, NC0, SA0, SB0, SC0)를 전력스위칭회로(7)의 해당전력단에 출력시킨다.
한편, 주파수-전압 변환기(5)는 슬리트디스크와 속도 감지소자로 구성된 속도인코더로부터 모터의 회전속도(r.p.m), 즉 주파수를 받아 이 주파수에 해당하는 전압으로 변환시켜 기준전압(Vref)이 인가되는 속도조절회로(4)에 인가하고, 속도조절회로(4)는 기준전압과 주파수-전압 변환기(5)의 출력전압을 비교하여 차전압을 스위칭회로(3)에 인가한다. 따라서, 스위칭회로(3)는 상기 스위칭증폭회로(2)에 인가되는 전압을 펄스폭변조(PWM)에 의해 제어하든지 혹은 전원공급회로(1)의 SCR 점호각을 제어하여 무정류자 직류전동기의 속도를 제어하게 된다.
제3도는 본 발명에 적용되는 모터부(8)의 4극 3상 Y결선 바이폴라 무정류자 직류전동기인 경우 상 코일과 회전자 위치감지소자와의 관계를 나타낸 모터부의 측면도이다.
A상, B상, C상이 Y결선된 상 코일의 A상에 2개씩의 N, S극을 가진 회전자의 N극을 감지시켜주는 감지소자(S1)를 설치하고, S극을 감지시켜주는 감지소자(S4)는 상기 감지소자(S1)와 90°위상차를 두어 설치하였다.
또한, 상기 코일상의 A상과 30°위상차가 나는 B상을 위하여 B상에 회전자의 N극을 감지시켜주는 감지소자(S2)는 상기 감지소자(S1)와 30°위상차를 두고 설치하고, 회전자의 S극을 감지시켜주는 감지소자(S5)는 상기 감지소자(S4)와 30°위상차를 두고 설치하며, 상기 코일상의 B상과 30°위상차가 나는 C상을 위하여 C상에 회전자의 N극을 감지시켜주는 감지소자(S3)는 상기 감지소자(S2)보다 30°위상차를 두어 설치하고, 회전자의 S극을 감지시켜주는 감지소자(S6)는 상기 감지소자(S5)보다 30°위상차를 두고 설치하였다.
제4도는 4극 3상 Y결선 바이폴라 무정류자 직류전동기를 위한 회전자의 감지소자를 포토트랜지스터로 사용하기 위한 회전샤터와 회전자극과의 위치관계를 나타낸 것이다.
회전샤터(revolving-shutter)의 온 부분과 오프부분의 경계를 회전자의 N극 S극의 경계면에 일치시키고, 회전샤터의 온부분을 60°보다 크게(62°)하며 120°보다 작은(118°) 오프부분을 두고(이때 온부분+오프부분=180°) 다시 온부분이 60°보다 크게(62°)하였다.
제5도는 회전샤터의 입체도로서 포토트랜지스터용으로 고안하여 사용하기 편리하며 모터축의 편심 및 회전자 위치감지소자의 설치에 따른 편심에 의해 정류펄스폭이 영향을 받지않도록 고려한 정류인코더중의 회전샤타의 모양을 나타낸 것이다.
제6도는 모터부(8)의 정류인코더를 구성하는 회전자 위치감지소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에서 발생되어 최적정류회로(6)로 입력되는 정류신호(NA, NB, NC, SA, SB, SC)를 나타낸 것이다.
제7도는 제1도의 전력스위칭회로(7)의 상세회로도로서 트랜지스터(Q1,Q4) 및 A상 코일(LA)로 구성된 A상 스위칭부(71), 트랜지스터(Q2,Q5) 및 B상 코일(LB)로 구성된 B상 스위칭부(72)와 트랜지스터(Q3,Q6) 및 C상 코일(LC)로 구성된 C상 스위칭부(73)로 이루어져, 상기 A상, B상 및 C상 스위칭부(71-73)의 트랜지스터(Q1, Q2, Q3)의 베이스단자에는 최적정류신호(NA0, NB0, NC0)를 각각 인가하고 트랜지스터(Q4, Q5, Q6)의 베이스단자에는 최적정류신호(SA0, SB0, SC0)를 각각 인가하도록 연결구성하였다.
상기와 같이 구성된 전력스위칭회로(7)는 본 발명의 최적정류회로(6)로부터 출력되는 최적정류신호(NA0, NB0, NC0, SA0, SB0, SC0)를 받아 구동되는데, 이때 상기 모터부(8)의 정류인코더의 감지소자(S1)로 부터 회전자의 N극을 감지하게 되면 이 감지된 신호는 최적정류회로(6)를 통해 전력스위칭회로(7)의 A상 스위칭부(71)의 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자에 인가되므로 트랜지스터(Q1)를 온시키며 동시에 모터부(8)의 정류인코더의 감지소자(S5)로부터 회전자의 S극을 감지하게되면 이 감지된 신호는 최적정류신호(6)를 통해 전력스위칭회로(7)의 B상 스위칭부(72)의 트랜지스터(Q5)의 베이스단자에 인가되어 온되므로 직류공급전압(VDC)이 트랜지스터(Q1), A상 코일(LA), 트랜지스터(Q5)를 통해 A상 코일(LA)에서 B상 코일(LB)로 흐르다가 트랜지스터(Q5)가 오프되고 동시에 트랜지스터(Q6)가 온상태가 됨에 따라 A상 코일(LA)에서 B상 코일(LB)로 흐르던 전류가, C상 코일(LC)로 흐르게 된다. 다음 트랜지스터(Q1)이 오프되고 트랜지스터(Q2)가 온상태가 되면 이때도 트랜지스터(Q6)는 온상태로 되어있으므로 직류 공급전압(VDC)가 트랜지스터(Q2), B상 코일(LB), C상 코일(LC), 트랜지스터(Q6)를 통해 B상 코일(LB)에서 C상 코일(LC)로 전류가 흐르다가 트랜지스터(Q6)가 오프되고 동시에 트랜지스터(Q4)가 온상태로 됨에 따라 B상 코일(LB)에서 A상 코일(LA)로 흐르게된다.
다음 트랜지스터(Q2)가 오프되고 트랜지스터(Q3)가 온상태가 되면 이때도 트랜지스터(Q4)는 온상태로 되어있으므로 직류공급전압(VDC)가 트랜지스터(Q3), C상 코일(LC), A상 코일(LA), 트랜지스터(Q4)를 통해 C상 코일(LC)에서 A상 코일(LA)로 전류가 흐르다가 트랜지스터(Q…)가 오프되고 동시에 트랜지스터(Q5)가 온상태로 됨에 따라 C상 코일(LC)에서 A상 코일(LA)로 흐르던 전류가 C상 코일(LC)에서 B상 코일(LB)로 흐르게된다. 이와같이 최적정류신호(NA0, NB0, NC0, SA0, SB0, SC0)에 따라 전력트랜지스터(S1, S2, S3, S4, S5)를 제8도의 정류패턴과 같이 일정한 시퀀스로 온,오프 시키므로써 회전자극에 해당하는 전류가 흘러 토오크를 발생시키도록 하는 것이다.
본 발명은 상기한 모터부(8)의 정류인코더의 감지소자(S1-S6)로부터 회전자의 N극 S극을 감지한 신호(NA, NB, NC, SA, SB, SC:제6도)를 받아 최적정류를 실현하여 최적정류신호(NA0, NB0, NC0, SA0, SB0, SC0)를 전력스위칭회로(7)에 출력하는 최적정류회로에 관한 것이다.
본 발명의 트래피조이달(trapezoidal)구동형 무정류자 직류 전동기의 최적정류회로(6)의 상세도를 제9도에 나타내었다. 이 회로의 구성은 다음과 같다. α롬(40)의 어드레스단자(A0-A11)에 어드레스 신호를 발생하는 어드레스 신호발생부와, 정류펄스의 정류전진각(α)을 모터의 속도(ω) 및 부하전류(i)의 역접현함수(tan-1)에 따른 값을 저장하는 α롬(40)과, 상기 어드레스 신호발생부의 출력신호에 따라 α롬(40)으로 부터 읽혀진 현재 모터의 속도(ω) 및 부하전류(i)에 대응하는 정류전진각(α)을 프리셋값으로 하고, 기준정류신호(NA)마다 상기 정류전진각(α)으로 프리셋되어 2진 카운터(19)의 출력을 클럭신호로 하여 업카운팅을 하는 프리셋터블 업 카운터(50),(51)와, 패턴롬(70)으로부터 모터의 기동을 위한 기동정류패턴을 출력시키기 위한 정류신호(NA-NC, SA-SC)와 모터의 구동상태에서의 패턴롬(70)으로부터 구동정류패턴을 출력시키기 위한 상기 프리셋터블 업 카운터(50),(51)의 출력신호 중 하나를 신호선택부의 출력신호에 따라 선택하는 데이터 시렉터(60),(61)와, 상기 데이터 시렉터(60),(61)에 선택신호(S)를 출력하는 신호 선택부와, 정류신호(NA-NC, SA-SC)에 의하여 기동 정류패턴을 출력시키거나 프리셋터블 업 카운터(50),(51)의 출력신호에 의하여 구동 정류패턴을 출력하는 패턴롬(70)과, 상기 패턴롬(70)에 모터의 역방향 또는 정방향 회전선택신호를 출력하는 모터의 정/역회전 선택부로 이루어졌다.
상기 어드레스 신호발생부는 모터의 속도감지소자로부터의 슬리트 펄스(SP)를 체배하는 PLL IC(10) 및 2진 카운터(11)와, 정류신호(NA)의 부에지에 동기되어 샘플펄스를 출력하는 단안정회로(12)와, 상기 단안정회로(12)의 출력(Q)인 샘플펄스의 부에지에 동기되어 로드펄스를 출력하는 단안정회로(13)와, 전류감지소자(C.T.)에 의하여 감지된 부하전류(i)를 전압으로 변환하여 이득을 조절하는 연산증폭기(14)와, 상기 연산증폭기(14)에 의하여 이득이 조정된 전압을 주파수로 변환하는 전압-주파수 변환기(15)와, 트랜지스터(16)에 의하여 레벨이 조절된 상기 전압-주파수변환기(15)의 출력신호와 상기 단안정회로(12)의 출력을 논리곱하는 AND게이트(18)와, 상기 PLL IC(10)의 출력(VCO)과 단안정회로(12)의 출력을 논리곱하는 AND게이트(17)의 출력을 클럭신호로 하여 상기 단안정회로(12)의 샘플펄스폭동안 카운트하는 8비트 2진업 카운터(20)와, 상기 AND게이트(18)에 의하여 샘플된 변환주파수를 클럭신호로 하는 2진 업 카운터(21)와, 상기 단안정회로(13)에서 출력된 로드펄스를 로드신호(LD)로 하여 샘플펄스폭동안 카운팅된 카운터(20),(21)의 출력을 상기 α롬(40)의 하위 8비트 어드레스 신호(A0--A7)로 인가하는 레지스터(30),(31)와, 상기 단안정회로(13)에서 출력된 로드펄스를 로드신호(LD)로 하여 샘플펄스폭동안 카운팅된 상기 카운터(21)의 출력을 상기 α롬(40)의 상위 4비트 어드레스 신호(A8-A11)로 인가하는 레지스터(32)로 구성된다.
상기 α롬(40)은 모터의 속도(ω) 뿐만 아니라 부하전류(i)의 함수로 다음과 같은 함수식에 의하여 표현되는 정류전진각(α)에 의한 데이터 값을 저장한다.
α°=tan-1(ω,i)
=tan-1'((ωL/R)(1+(M/N)*Fi))
여기서 R:모터의 권선저항
L:모터의 인덕턴스
ω:모터의 각속도
Fi:부하전류에 의해 정류 전진각이 영향을 받는 각도를 모터의 각속도에 의해 영향을 받는 각도를 기준으로 비교된 비교가중치로서 부하 factor라 칭하며, 이는 모터의 물리적 특성 및 전기적 특성에 따른다.
N:그림 1과 같이 전류의 영향을 이산적으로 나타낼 경우 정수가 된다. 예로서 그림 9의 경우 N=24=16
M:그림 1과 같이 전류의 영향을 이산적으로 나타낼 경우 M=0,1,2,…(N-1)의 정수
상기 패턴롬(70)은 정방향 구동 정류패턴과 정방향 기동 정류패턴 뿐만 아니라 역방향 구동 정류패턴과 역방향 기동 정류 패턴의 데이타가 각각 다른 페이지에 저장되고, 기동상태 및 구동상태의 신호 선택부와 정/역회전 선택부에 의하여 상기 정류패턴 중 하나의 패턴이 출력되도록 구성된다.
상기 신호선택부는 상기 단안정회로(12)의 출력신호인 샘플 펄스의 미분펄스를 로드신호(LD)로 하고, 상기 AND게이트(17)의 출력을 클럭신호로 하여 업 카운팅을 하는 프리셋터블 업 카운터(80)와, 상기 프리셋터블 업 카운터(80)의 캐리아웃신호(CA)에 의하여 프리셋되는 D플립플롭(81)와, 상기 D플립플롭(81)의 출력신호(Q)를 입력으로 하고 정류신호(NA)의 미분펄스를 클럭신호로 하는 D플립플롭(82)으로 이루어졌다.
상기 모터의 정/역회전 선택부는 역방향 회전시 전원단자에 접속되고 정방향 회전시에는 접지에 접속되는 스위치(SW)와, 상기 스위치(SW)의 접속상태에 따라 발생되는 신호를 각각 프리셋신호(PR) 또는 클리어신호(CL)로 하는 D플립플롭(71)으로 이루어졌다.
이 회로의 기본동작 원리는 제10도에 나타낸 패턴값을 미리 패턴롬(70)에 저장시켜 놓고 프리셋터블 업카운터(50),(51)를 사용하여 패턴롬(70)의 어드레스의 오프셋값을 기준 정류신호(예로서 NA)의 정에지(positive edge)마다 모터의 각속도(ω) 및 부하전류(i)에 따른 진각 α=tan-1(ω,i)(제1도 참조)값을 미리 저장해둔 α롬(40)으로부터 값을 읽어내어 프리셋터블 업 카운터(50),(51)에 프리셋시킴으로써 정류신호를 최적으로 전진시킬 수 있도록 회로를 설계하였다. 이 회로의 상세한 동작 설명은 다음과 같다.
모터의 회전수를 검출하기 위한 속도인코더(8)의 슬리트의 수(예로서 64=26)만큼 1회전당(예로서 64개)슬리트펄스(SP)가 속도감지소자(8)로부터 발생된다. 이 슬리트펄스(SP)를 PLL IC(10)와 2진 카운터(11)로 구성된 체배회로에 의하여 16체배한 후 AND게이트(17)에 입력시킨다. 한편 정류인코더(8)의 회전자 위치검출소자로부터의 기준 정류신호 NA의 부에지(negative edge)에 동기시켜 단안정회로(12)의 저항(R12)과 콘덴서(C12)에 의해 결정되는 펄스폭을 갖는 샘플펄스로 정형한 후 AND게이트(17)에입력시킨다. 이렇게 하여 AND게이트(17)로부터 16체배된 속도펄스를 샘플펄스폭(예로서 3.57ms)동안 샘플된 속도펄스를 8비트 2진 업카운터(20)의 클럭(CK)단자에 입력시킨다. 한편 또다른 단안정회로(13)에 의해 생성된 샘플펄스의 부에지(negative edge)에 동기되어 단발펄스(이하 로드펄스라 칭한다)를 만들어 레지스터(30),(31)의 LD단자에 가하면 샘플펄스폭 동안 카운트된 값이 레지스터(30),(31)에 로드되어 α롬(40)의 하위 8비트 어드레스(A0-A7)단자에 가해진다. 한편 모터의 고정자 코일(8)의 부하전류(i)를 전류감지소자(C.T)로 감지하여 전압으로 변환하여 연산증폭기(14)에 의해 이득이 조정되며 이득이 조정된 전압이 전압-주파수 변환기(15)를 통해 현재의 부하전류(i)에 해당하는 주파수로 변환된 후 트랜지스터(16)에 의해 digital IC level(예로서 TTL 혹은 CMOS)로 되어 AND 게이트(18)에 가해진다. 한편 AND게이트(18)에는 단안정회로(12)에 의해 생성된 샘플펄스가 가해져 있으므로 샘플된 변환주파수가 2진 업카운터(21)의 클럭(CK)단자에 입력된다. 이 후 단안정회로(13)에 의해 생성된 로드펄스를 레지스터(32)의 LD단자에 로드되어 α롬(40)의 상위 4비트 어드레스(A8-A11)단자에 가해진다(이상의 전압-주파수변환기(15), 트랜지스터(16), AND게이트(18), 2진업카운터(21), 레지스터(32)는 하나의 아나로그-디지탈 변환기로 대치할 수 있다.)
이렇게 함으로써 모터의 각속도(ω) 및 부하전류(i)에 따른 전진각α°=tan-1(ω,i)(제1도 참조)값이 α롬으로부터 8비트의 값으로 프리셋터블 업 카운터(50),(51)의 프리셋 값으로 기준정류신호 NA의 정에지(positive edge)마다에서 프리셋팅된다. 한편 프리셋터블 업 카운터(50),(51)의 클럭으로는 2진 업 카운터(19)에 의해 2분주된 펄스를 가함으로써 프리셋터블 업 카운터(50),(51)는 프리셋값인 α값으로부터 업 카운팅을 시작하여 다음 프리셋값이 프리셋팅되기 직전까지 계속된다. 이와 같이 업 카운팅함에 따라 프리셋터블 카운터(50),(51)의 값이 8비트로 출력된다.
한편 모터를 정지상태로부터 기동시키기 위해서는 모터의 위치감지소자(8)부터의 정류신호(NA, NB, NC, SA, SB, SC)에 의해 패턴롬(70)를 어드레싱하여 기동 정류패턴을 출력시켜야 한다.
이와 같이 모터의 기동을 위한 기동 정류패턴을 출력시키기 위한 정류신호(NA-Cc)와 모터의 구동 상태에서의 구동 정류패턴을 출력시키기 위한 패턴롬(70)의 어드레싱을 위한 프리셋터블 업 카운터(50),(51)값을 선택하기 위한 데이터 시렉터(60),(61)와 이 소자의 선택기준을 주는 신호선택부, 즉 어느 일정한 모터의 회전수 이하는 정지상태로 처리하여 정류신호(NA-SC)에 의해 패턴롬(70)을 어드레싱하여 패턴롬(70)에 저장된 기동정류 패턴을 출력시키고 어느 일정한 모터의 회전수 이상에서는 구동상태로 처리하여 프리셋터블 업 카운터(50),(51)의 출력값으로 패턴롬(70)을 어드레싱하여 패턴롬(70)에 저장된 구동 정류패턴을 출력시킨다. 이러한 선택회로부는 프리셋터블 업 카운터(80)와 D-플립플롭(81),(82)에 의해 구성하였다.
한편 패턴롬(70)에는 이와 같이 기동 정류패턴과 구동 정류패턴 뿐만 아니라 역방향을 위한 역방향 기동정류패턴과 역방향 구동 정류패터도 저장하고 있으므로 이와 같이 모터의 정회전과 역회전을 구별하기 위하여 스위치(S/W) 및 D-플립플롭(71)를 사용하여 패턴롬(70)의 번지를 구분하였다.
한편 4극 3상 무정류자 전동기는 항상 2상이 통전되어야 한다. 그런데 회전샤터의 온부분이 60°이하일 경우에는 한개의 상만이 통전되는 경우가 발생함으로 전동기 기동시에 문제점을 야기한다. 이러한 한상만이 통전되는 경우를 방지하기 위하여 회전샤터의 온부분이 60°보다 크게 하였다. 이렇게 할 경우 회전자 위치감지소자로부터의 신호를 정류펄스로 사용할 경우 3개의 상이 동시에 통전되는 최악의 경우가 발생된다. 따라서 회전자 위치감지소자로부터의 신호(펄스)를 정류패턴이 저장된 패턴롬(70)의 어드레스 신호로 사용함으로써 항상 두개의 상만이 통전되도록 하였다.
여기서 정류 패턴롬(70)의 내용은 다음과 같이 구성하였다. 즉 0페이지에 정방향 구동 정류패턴(제10도(c))을, 1페이지에 역방향 구동 정류패턴(제10도(d))을 2페이지중 64바이트에 정방향 기동 정류패턴(제10도(a))을 3페이지의 64바이트에 역방향 기동 정류패턴(제10도(b))을 기억시켰으며 이때 기동전류패턴이 저장된 2페이지와 3페이지의 데이터값은 어드레스값과 동일하게 저장되어 있으나 단 어드레스 패턴값 이외의 어드레스의 데이터값은 "0"으로 저장되었으며 "1"이 3개가 포함되는 어드레스값일 경우는 정방향 기동일 경우는 하위 비트의 "1"을, 역방향 기동일 경우는 상위 비트의 "1"을 "0"으로 취급한 값을 어드레스값으로 한 데이타값을 저장시켰다. 이와 같이 정류패턴값을 롬에 저장시킴으로써 정류패턴의 폭도 외부회로의 부가없이 최적이 되게 조정할 수 있게 하였다.
이상에서 설명한 바와 같이 모터의 상코일의 결선방법(Y-결선, △-결선 혹은 독립결선)이나 구동방법(유니폴라 및 바이폴라)에 관계없이 적용되는 본 발명의 최적 정류회로는 정류신호를 모터의 각속도(ω) 및 부하전류(i)에 따라 최적으로 전진각을 형성하며 또한 모터의 부하량에 따라서 모터의 최적 토오크 및 최대 효율을 갖게 할 수 있을 뿐만 아니라 또한 회전자 위치감지소자를 어느 모터에서나 똑같은 위치가 되게 함으로써 회전자 위치감지소자의 설정이 용이하고 따라서 모터의 양산 및 보수가 용이한 장점을 부가적으로 제공해 줄 수 있다.
이상의 설명에서 PLL IC(10)와 2진 카운터(11)에 의해 구성된 체배회로의 체배수, 분주기(19)의 분주수, 단안정회로(12)의 샘플펄스폭, 각 2진 카운터(20),(21) 및 레지스터(30),(31),(32)의 비트수, α롬(40)의 용량 즉 롬의 어드레스 비트수 및 각 word의 비트수, 프리셋터블 업 카운터(50),(51)의 비트수, 패턴롬(70)의 어드레스 비트수 등은 모터의 속도(ω) 및 부하전류(i)에 대한 정류 전진각(α)의 분해능에 따라 그들의 크기가 좌우된다.

Claims (7)

  1. α롬(40)의 어드레스단자(A0-A11)에 어드레스 신호를 발생하는 어드레스 신호발생부와, 정류펄스의 정류전진각(α)을 모터의 속도(ω) 및 부하전류(i)의 역접현함수(tan-1)에 따른 값을 저장하는 α롬(40)과, 상기 어드레스 신호발생부의 출력신호에 따라 α롬(40)으로부터 읽혀진 현재 모터의 속도(ω) 및 부하전류(i)에 대응하는 정류전진각(α)을 프리셋 값으로 하고, 기준정류신호(NA)마다 상기 정류전진각(α)으로 프리셋되어 2진 카운터(19)의 출력을 클럭신호로 하여 업카운팅을 하는 프리셋터블 업 카운터(50),(51)와, 패턴롬(70)으로부터 모터의 기동을 위한 기동정류패턴을 출력시키기 위한 정류신호(NA-NC, SA-SC)와 모터의 구동상태에서의 패턴롬(70)으로부터 구동정류패턴을 출력시키기 위한 상기 프리셋터블 업 카운터(50),(51)의 출력신호중 하나를 신호선택부의 출력신호에 따라 선택하는 데이터 시렉터(60),(61)와, 상기 데이터시렉터(60),(61)에 선택신호(S)를 출력하는 신호 선택부와, 정류신호(NA-NC, SA-SC)에 의하여 기동 정류패턴을 출력시키거나 프리셋터블 업 카운터(50),(51)의 출력신호에 의하여 구동 정류패턴을 출력하는 패턴롬(70)과, 상기 패턴롬(70)에 모터의 역방향 또는 정방향 회전선택신호를 출력하는 모터의 정/역회전 선택부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 트래피조이달 구동형 무정류자 직류전동기의 최적 정류회로.
  2. 제1항에 있어서, α롬(40)은 모터의 속도(ω) 뿐만 아니라 부하전류(i)의 함수로 다음과 같은 함수식에 의하여 표현되는 정류전진각(α)에 의한 데이터값을 저장하는 것을 특징으로 하는 트래피조이달 구동형 무정류자 직류전동기의 최적정류회로.
    α°=tan-1(ω,i)
    =tan-1'((ωL/R)(1+(M/N)*Fi))
    여기서 R:모터의 권선저항
    L:모터의 인덕턴스
    ω:모터의 각속도
    Fi:부하전류에 의해 정류 전진각이 영향을 받는 각도를 모터의 각속도에 의해 영향을 받는 각도를 기준으로 비교된 비교가중치로서 부하 factor라 칭하며, 이는 모터의 물리적 특성 및 전기적 특성에 따른다.
    N:그림 1과 같이 전류의 영향을 이산적으로 나타낼 경우 정수가 된다. 예로서 그림 9의 경우 N=24=16
    M:그림 1과 같이 전류의 영향을 이산적으로 나타낼 경우 M=0,1,2,…(N-1)의 정수
  3. 제1항에 있어서, 상기 패턴롬(70)은 정방향 구동 정류패턴과 정방향 기동 정류패턴 뿐만 아니라 역방향 구동 정류패턴과 역방향 기동 정류패턴의 데이터가 각각 다른 페이지에 저장되고, 기동상태 및 구동상태의 신호 선택부와 정/역회전 선택부에 의하여 상기 정류패턴중 하나의 패턴이 출력되는 것을 특징으로 하는 트래피조이달 구동형 무정류자 직류전동기의 최적정류회로.
  4. 제3항에 있어서, 패턴롬(70)은 기동정류패턴의 데이터값이 어드레스값과 동일하게 저장되고, 어드레스와 동일한 패턴값 이외의 데이터값은 "0"으로 저장되어 있으며, 온 부분이 60°를 넘어 "1"이 3개 포함되는 어드레스값일 경우에는 정기동일 때는 하위비트의 "1"을, 역기동일 때는 상위비트의 "1"을 "0"으로 취급한 값을 어드레스값으로 한 데이터값이 저장되는 것을 특징으로 하는 트래피조이달 구동형 무정류자 직류전동기의 최적정류회로.
  5. 제1항에 있어서, 상기 어드레스 신호발생부는 모터의 속도감지소자로부터의 슬리트 펄스(SP)를 체배하는 PLL IC(10) 및 2진 카운터(11)와, 정류신호(NA)의 부에지에 동기되어 샘플펄스를 출력하는 단안정회로(12)와, 상기 단안정회로(12)의 출력(Q)인 샘플펄스의 부에지에 동기되어 로드펄스를 출력하는 단안정회로(13)와, 전류감지소자(C.T.)에 의하여 감지된 부하전류(i)를 전압으로 변환하여 이득을 조절하는 연산증폭기(14)와, 상기 연산증폭기(14)에 의하여 이득이 조정된 전압을 주파수로 변환하는 전압-주파수 변환기(15)와, 트랜지스터(16)에 의하여 레벨이 조절된 상기 전압-주파수 변환기(15)의 출력신호와 상기 단안정회로(12)의 출력을 논리곱하는 AND게이트(18)와 상기 PLL IC(10)의 출력(VC0)과 단안정회로(12)의 출력을 논리곱하는 AND게이트(17)의 출력을 클럭신호로 하여 상기 단안정회로(12)의 샘플펄스의 폭동안 카운트하는 8비트 2진 업 카운터(20)와, 상기 AND게이트(18)에 의하여 샘플된 변환주파수를 클럭 신호로 하는 2진 업 카운터(21)와, 상기 단안정회로(13)에서 출력된 로드펄스를 로드신호(LD)로 하여 샘플펄스폭 동안 카운팅된 카운터(20),(21)의 출력을 상기 α롬(40)의 하위 8비트 어드레스 신호(A0-A7)로 인가하는 레지스터(30),(31)와, 상기 단안정회로(13)에서 출력된 로드펄스를 로드신호(LD)로 하여 샘플펄스동안 카운팅된 상기 카운터(21)의 출력을 상기 α롬(40)의 상위 4비트 어드레스 신호(A8-A11)로 인가하는 레지스터(32)로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 트래피조이달 구동형 무정류자 직류전동기의 최적정류회로.
  6. 제1항에 있어서, 상기 신호선택부는 상기 단안정회로(12)의 출력신호인 샘플펄스의 미분펄스를 로드신호(LD)로 하고, 상기 AND게이트(17)의 출력을 클럭신호로 하여 업 카운팅하는 프리셋터블 업 카운터(80)와, 상기 프리셋터블 업 카운터(80)의 캐리아웃신호(CA)에 의하여 프리셋되는 D플립플롭(81)과, 상기 D플립플롭(81)의 출력신호(Q)를 입력으로 하고 정류신호(NA)의 미분펄스를 클럭신호로 하는 D플립플롭(82)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 트래피조이달 구동형 무정류자 직류전동기의 최적정류회로.
  7. 제1항에 있어서, 상기 모터의 정/역회전 선택부는 역방향 회전시 전원단자에 접속되고 정방향회전시에는 접지에 접속되는 스위치(SW)와, 상기 스위치(SW)의 접속상태에 따라 발생되는 신호를 각각 프리셋신호(PR) 또는 클리어신호(CL)로 하는 D플립플롭(71)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 트래피조이달 구동형 무정류자 직류전동기의 최적정류회로.
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