KR930010643B1 - 단상 스텝 모터의 전류 공급방법 및 단상 스텝 모터 구동용 회로 - Google Patents
단상 스텝 모터의 전류 공급방법 및 단상 스텝 모터 구동용 회로 Download PDFInfo
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 단상 바이폴라 스텝 모터의 개략도.
제2도는 상기 종류의 모터의 정전 결합선도.
제3a도는 상기 모터에 인가되는 펄스 공급의 제1형태도.
제3b도는 상기 모터에 인가되는 펄스 공급의 제2형태도.
제4a도는 기계적인 토크의 부하가 걸려있지 않는 모터가 제3b도에서 도시된 형태의 펄스 공급을 받을 때의 모터의 코일중의 전류의 도시도.
제4b도는 모터의 0.2㎛Nm의 기계적인 토크가 걸려있을 시의 제4a도의 것과 동일한 전류도.
제5a도는 모터에 기계적인 토크가 걸려있지 않을 시 본 발명의 공급 방법에 따라 코일에 인가되는 전압 및 전류도.
제5b도는 모터에 기계적인 토크가 걸려있을시 제5a도와 동일한 공급방법에 따라 모터에 인가되는 전류 및 전압도.
제6도는 두개의 기본 펄스를 분리하는 지속기간 t5i동안의 전류의 변형도.
제7도는 본 발명에 따른 공급 방법의 실시예의 블럭선도.
제8도는 제7도의 블럭선도의 소자(11)에 대한 상세도.
제9도는 제7도의 블럭선도의 소자(14)에 대한 상세도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 분주기 및 형상회로 11 : 논리회로
12 : 비교기 14 : 구동기
본 발명의 목적은 스텝 모터(step motor)특히 시계의 모터에 전력을 공급하는 방법 및 모터 구동회로에 관한 것이다.
수정시계의 모터의 코일에 전력을 공급하기 위한 여러가지의 공급 형태가 제안되기도 하고 사용되어져 왔다. 예를 들어, 모터 코일에 일정한 길이 및 크기의 전압 펄스가 공급되는 경우가 스위스 특허 제634,194호에서 기재되어 있다. 상기 이러한 공급 방법은 과대한 에너지를 소비한다는 단점이 있는데, 즉, 전지의 전압 강하나 내부 저항증가의 경우 또는 부하 증가의 경우에 모터의 성능 저하를 피하기 위하여, 모터 코일에는 정상 동작 상태에서도 전력이 과대하게 공급된다.
모터의 전력 공급이 부하에 따라 적합하게 되어지는 다른 방법들이 있는데, 이들 방법중 하나가 예를 들어 프랑스 특허 제79,16,816호에서 기술된 방법이다.
상기 방법들은 보다 복잡한 아나로그식 손실(missed) 스텝 검출회로 및 논리 정정회로를 사용해야만 한다는 단점이 있다.
공개공보 EP 제00,97.350호에서는 상기의 단점을 개선할 목적으로서 구동방법에 대하여 기술하고 있다.
이 방법에 의하면, 구동 임펄스는 일련의 부분 임펄스로 "쵸프(chop)" 되어 구동회로에 의해 검출되는 파라미터의 값이 소정의 임계값과 일치하지 않는한은 지속하도록 되어 있다. 따라서, 모든 임펄스가 회전자의 전진의 스텝을 제공할 수 있으므로 더이상의 "손실된 스텝"은 존재하지 않는다.
그러나, 상기 공개공보의 방법을 수행하는데는 복잡한 회로를 필요로 한다. 또한 전원 에너지의 소비를 가능한한 많이 경감하지 않고 있다. 상기 회로는 전류 강도의 값이 서로 다른 두 한계치를 검출할 수 있도록 구성되어져야 한다. 이때문에, 회전자가 회전함에 따라, 전류의 강도가 저항부하에 비례하여 증가할 수 없다. 전류에서의 이러한 상한 때문에, 상기 구성은 가능한한 경제적으로 기능할 수가 없다.
본 발명의 목적은 상기 결점을 극복하며 전지에 의해 제공되는 에너지를 경제적으로 할 수 있는 스텝 모터로의 전력 공급 방법 및 모터 구동회를 제공하는데 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하면서 다음의 기술에서 설명하기로 한다.
제1도에서는 바이폴라 단상 스텝 모터의 기본적인 실행을 개략적으로 도시하고 있다. 이 모터의 직경방향의 자계를 갖는 원통형 영구자석을 포함한 회전자와, 코일(2), 이 코일의 코어(3)와, 연질의 강자성체 물질로 제조된 극편(4a 및4b)을 갖는 고정자로 구성되어 있다.
제2도에서는 모터의 회전자에 대하여 각동위치 a에 따라 작용하는 토크를 나타낸 것이다. 위치 설정용 토크 Ta는 자석과, 고정자의 극편의 기하학적 위치간에서의 상호작용으로부터 생겨난 것이다. 상호 토크 Tab는 코일에 전력이 공급될때의 코일에 의해 발생하는 자계와 회전자의 자계간에서의 상호 작용으로부터 생겨난 것이다. 토크 Tm은 회전자에 작용하는 기계적 요인에 의한 모든 토크의 합이다. 제2도에서는 토크 Ta 및 Tab가 약 45°각도만큼 위상이 벗어난 것을 나타낸다. 정지상태에 있어서의 회전자는, 초기에는 토크 Ta에 의해 점 S1에 위치된다. 전압 펄스가 코일에 전달되면, 회전자는 토크 Tab의 작용에 의해 S2의 방향으로 변위된다.
종래기술에 의하면, 모터의 코일에는 제3a도에서 도시된 바와 같이, 일정 전압 및 길이를 갖는 펄스가 공급된다. 펄스의 지속기간은, 예를 들어 전지의 전압 강하의 경우 또는 기계적인 토크 Tm의 증가의 경우와 같은 바람직하지 않은 상태하에서의 스텝을 모터가 횡단하도록 충분히 길게 선택되어 있다. 그러나, 대부분 모터에는 부하가 걸려있지 않고 공칭 전압으로 작동하고 있으므로, 일정하며 충분하게 긴 지속 기간은, 정상 작동 상태하에서는 사용될 수 없는 에너지의 손실을 가져온다.
제3b에서는 주기 T1및 T2와 함께 전체 지속기간 T3가 일정한 쵸프된 전압 공급을 나타낸다. 기술 문헌에서 매우 명확히 증명되어 있을 이러한 공급은 주기 T1, T2간의 관계에 의해 전지의 전압을 모터의 것에 적합할 수 있도록 하고 있다. 그러나, 이러한 형태의 공급은 T1, T2및 T3가 일정한 지속기간을 갖기 때문에, 에너지 소비의 관점에서 볼때 제3a에서 도시된 것과 같은 동일한 단점을 나타낸다.
제4a도는 기계적인 토크의 부하가 걸려있지 않는 모터에, 상기 공급방법에 따라 인가되는 전압과 전류를 주기 T1, T2및 T3각각을 0.7, 0.3 및 5.7ms로 각각 고정하여 나타낸 것이다. 상기 이런한 조건하에서는, 모터는 그 스텝을 완료하는데, 즉 회전자는 180°의 회전을 한다.
제4b도에서는, 제4a도에서와 동일한 공급을 제공하지만, 제4b도에서의 모터는 0.2αNm의 기계적인 토크가 걸려있다. 이 경우에 있어서, 모터는 그 스텝을 잃어버려, 회전자는 적어도 90°이상의 각도 회전후에 회전자는 원래 위치로 복귀된다.
제5a도에서는 기계적인 토크가 걸려있지 않은 모터의 코일에, 본 발명의 공급 방법에 따라 인가되는 전류 및 공급을 나타낸 것이다.
전체 지속기간 T6의 쵸프된 전압의 펄스는 0.7ms의 일정한 지속기간 T4의 기본 펄스 8개로 구성되어 있으며, 이들 펄스는 가변 길이의 지속기간 T51, T52… t51으로 분할되어 있다. 기본 펄스의 순차는 다음과 같이 발생하는데, 즉 코일에는 최초에 0.7ms의 지속기간 T4의 정전압 펄스가 공급되며, 코일의 전류는 하기의 전압 방정식에 따라 0에서 i1값까지 증가한다.
여기서,
U=인가전압
L=인덕턴스
i=전류
t=시간
K=자석과 코일간의 상호 자속의 변화를 표시하는 결합 계수
전압의 제1부분 펄스 다음에, 즉 t=T4다음에, 모터의 코일은 단락된다. 코일의 전류는 다음의 방정식에 따라 이 시점부터 변화한다.
전류가 기준값 Iref까지 강하될 때, 즉 t=T4+ T51의 시점에서 코일에는 다시 지속기간 T4의 제2정전압 기본 펄스가 공급된다. 코일의 전류는 Iref값에서 i2값까지 증가하며 모터의 코일은 T=2T4+ T51의 시점에서 다시 단락되며, 이것을 반복한다. 동작 경우에 있어서, 즉 모터에 부하가 걸려 있지 않을 때는, 쵸프된 전압의 전체 지속기간 T6은 7.2ms이다.
제5b도에서는 제5a도에서 도시된 것과같은 동일한 공급방법에 따라 모터에 인가되는 전류 및 전압을 나타내지만, 모터에는 0.2μMm의 기계적인 토크가 걸려있다. 펄스의 전체 지속기간 T6은 이전상태에 있어서의 7.2ms에서 현 상태에 있어서의 9.3ms로 증가한다. 따라서, 모터의 부하에 대하여 전체 펄스 지속기간이 자동적으로 적합하게 되고, 이러한 적합에 의해 본 발명에 따른 공급 방법은 전지에 의해 공급되는 에너지를 절약할 수 있다.
제6도에서는 2개의 기본 전압 펄스를 분리하는 지속 기간 T51동안의 전류의 변화를 도시한다. 모터의 코일은 이 지속기간동안 단락되어, 결과적으로 방정식(2)로부터 하기의 방정식을 얻을 수 있다. 즉
방정식(3)에서는 지속기간 T51이 모터의 회전속도에 좌우된다는 것을 나타낸다. 모터의 기계적인 토크의 증가에 의해 회전 속도이 감소되고, 이것에 의해 지속기간 T51이 증가된다.
쵸프된 임펄스의 전체 지속기간 T6는
상기 방정식에서, n은 지속기간 T4의 기본 펄스의 전체수(제5a 및 5b도에서 도시된 실시예에서 n=8)을 표시한다.
방정식(3) 및 (4)는 본 발명에서 기술된 공급방법에 의한 부하에 관하여 펄스 길이의 적합에 대해 설명한 것이다.
제7도에서는 본 발명에 따른 방법의 실시예의 블럭장치를 나타낸다. 발진기 Q로부터 나오는 시간축 신호는 분주기 및 형상회로(10)로 전송되며, 이 회로(10)의 출력에서는 모터의 공급 지속기간 To 및 기본 펄스의 지속기간 T4가 얻어진다. 비교기(12)의 출력 단자에서의 신호 C와 함께 신호 To 및 T4가 논리회로(11)에 전송되며, 이 회로(11)는 구동기(14)의 구동신호 D1, D2, D3및 D4를 공급한다.
구동기(14)의 출력단자에 모터 M과 직렬로 저항 r을 접속하고, 측정블럭(13)이 저항 r의 전압강하를 비교기(12)에 전송하기 전에 전류 i의 이미지(image)를 제공하는 한 신호로 변환한다.
제8도에서는 제7도의 블럭 장치의 소자(11)의 실시예에 대한 변형을 나타낸 것이다. 비교기(12)와 분주기 및 형상회로(10)로부터 나오는 신호 C 및 To 는 AND게이트(20)에 전달되며, 게이트(20)의 출력은 플립플롭(21)에 전달된다. 플립플롭(21)의 출력 Qm은 플립플롭 D(22)의 "S" 셋팅 및 카운터(23)의 제로 "R"로의 리셋팅을 동시에 발생시킨다. 플립플롭 D의 제로 R로의 리셋팅은 카운터(23)의 신호 Qn으로 제어된다. 플립플롭 D의 출력 Qd는 종래의 논리회로(24)를 통하여 코맨드 신호 D1, D2, D3및 D4를 공급한다.
제9도에서는 제7도의 블럭선도의 소자(14)(구동기)의 상세를 도시한다. 출력 트랜지스터(31,32,33 및 34)는 H-브릿지상에 설치되며 회로(24)로부터 나오는 신호 D1, D2, D3및 D4에 의해 제어된다.
제5a도에서는 모터에 부하가 걸려있지 않을 때, 펄스 종료시에 있어서의 전류는 55i의 다른값에 대하여 Iref값까지 강하하는데 상당한 시간이 걸리는 것을 나타낸다.
측정으로부터, 지속기간의 증가는 모터가 그 스텝을 쉽사리 행할 때 나타나는 것을 알 수 있으며, 이러한 사실로부터 이러한 현상이 나타난 후에 전류를 연속적으로 공급하는 것은 무용하다.
Claims (9)
- 시계의 단상 스텝 모터에, 이 모터의 부하조건 및 전압 공급에 따라 가변하는 지속기간 T6의 쵸프된 펄스 형태를 가지며 지속기간 T6의 주 펄스 주기를 또는 전압 펄스를 상기 모터에 공급하기에 적합한 전류를 공급하는 방법에 있어서, 각각의 쵸프된 펄스를, 동일 극성 전압 및 일정한 지속기간 T4을 갖는 기본 펄스열로서 공급하는 단계와, 상기 기본 펄스열 중의 각 펄스간의 간격을 상기 모터의 부하 및 공급 전압에 응답하여 가변 지속기간을 갖는 시간간격 T5i만큼 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단상 스텝 모터의 전류 공급 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 모터의 코일은 상기 시간간격 T5i동안 단락되는 것을 특징으로 하는 단상 스텝 모터의 전류 공급 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 기간 간격 T5i각각은 상기 일정 지속기간 T4의 기본 펄스의 한 종단과 상기 모터의 코일 전류가 기준치 Iref보다 작거나 동일한 순간의 다른 종단에서 한정되는 것을 특징으로 하는 단상 스텝 모터의 전류 공급 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 쵸프된 펄스는 일정수의 기본 펄스로 구성되는 것을 특징으로 하는 단상 스텝 모터의 전류 공급 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 시간간격 T5i의 지속기간이 소정의 최대치를 초과하면 상기 쵸프된 펄스를 중단시키는 단계가 부가되는 것을 특징으로 하는 단상 스텝 모터의 전류 공급 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 쵸프된 두 펄스간에서 상기 모터의 코일을 단락시키는 단계가 부가되는 것을 특징으로 하는 단상 스텝 모터의 전류 공급 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 모터에 지속기간 T의 쵸프된 연속 펄스열을 공급하는 단계를 포함하며, 상기 공급 단계에는 상기 모터에 동일 극성을 갖는 기본 펄스를 공급하는 단계가 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 단상 스텝 모터의 전류 공급 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 모터에 지속기간 T6의 쵸프된 연속 펄스열을 공급하는 단계가 포함하며, 상기 공급 단계에는 바로 선행한 쵸프된 펄스의 기본 펄스 극성과 반대 극성을 갖는 쵸프된 각 펄스의 기본 펄스를 상기 모터에 공급하는 단계가 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 단상 스텝 모터의 전류 공급 방법.
- 단상 스텝 모터 구동용 회로에 있어서, 스위치 셋트(D1내지 D4)와, 연속하는 주 주기(To)를 정하는 고정 주파수의 시간 카운팅 수단(Q, 10,11)과, 상기 스위치 셋트에 대해 작용하며, 쵸프된 펄스를 형성하는 다수의 부분 펄스에 의해 상기 각각의 주 주기동안 모터(M)를 구동시키는 제어 수단을 구비하며, 상기 기간 카운팅 및 제어 수단을 부하조건 및 모터의 공급 전압에 따라 상기 쵸프된 펄스의 지속기간을 정할 수 있는 하나 또는 여러개의 검출기를 포함하며, 상기 시간 카운팅 수단은 상기 부분 펄스의 한계를 정하는 일정길이(T4)의 보조 주기를 정하도록 구성되어 있으며, 상기 제어 수단은 모터의 부하 파라미터에 감응하여, 이 부하 파라미터의 따라, 상기 부분 펄스사이에 개재하는 가변 길이의 시간간격(T5i)을 결정하는 센서(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 단상 스텝 모터 구동용 회로.
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