KR20070007154A - 직권전동기 및 직권전동기 제어방법 - Google Patents

직권전동기 및 직권전동기 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직권전동기용 회로에 관한 것으로서, 여기서 2개의 전자스위치는 기계적 단전스위치의 개입없이 신뢰성높은 스위칭을 허용한다. 상기 목적상, 2개의 전자스위치(트라이액,14,16)는 직렬로 연결되는 것이 바람직하며 트라이액(14)수준에서의 전압강하는 모니터링회로(20)을 통하여 완전히 모니터된다. 오류검사는 전동기가 스위치켜지기 전에 수행될 수 있다. 택일적으로 , 가변안정기는 병렬의 안전스위치(트라이액)를 통해 트리거될 수 있다.
직권전동기, 전자스위치, 제어스위치, 모니터링회로, 트라이액

Description

직권전동기 및 직권전동기 제어방법 {SERIES MOTOR AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 작동을 중단하기 위한 무접촉 스위칭요소를 포함하는 직권전동기에 관련되며, 상기 요소는 전기스위치인 것을 특징으로 한다.
동력공구은 일반적으로 직권전동기(일반 전동기)로서 배열되고 기계스위치에 의해 제어되는 전기전동기에 의해 구동된다. 비록 전자기술이 동력공구에서도 점점 더 널리 보급되어 있지만 동력공구의 스위치를 켜고 끄는 데도 이바지하는 전력반도체를 통해서만 동력공구를 제어하는 것은 신뢰성이 부족한 것으로 여겨진다. 그 이유는 반도체가 (내부단락)을 단선시킬 수 있고 더이상 제어될 수 없기 때문이다. 단일스위치 경로만을 갖는 완전한 전자스위치의 경우에서 발생할 수 있는 것은 영구접속이 전압공급과 전동기 사이에서 창출될 수 있다. 즉, 상기 전동기는 더이상 스위치를 끄거나 즉시 켤 수 없다.
기계스위치를 사용하지 않고 전자스위치만을 사용하는 충분히 신뢰성이 높은 전력공구의 제어를 얻기위해서 전동기를 스위치켜고 끄게되는 제어스위치에 회로차단기를 병렬로 배열하는 것이 종래기술로 알려져 있으며, 여기서 상기 회로차단기는 제어스위치의 고장난다면 퓨즈를 개로(開路)시킨다 (DE 3 119 794 C2, DE 3 432 845 A1, DE 4 021 559 C1).
그러나, 상기 종류의 회로는 기계 및 전자스위칭요소의 일부에서 이상한 거동이 감지되고 장치가 정의된 꺼짐상태로 갈 수 있을 때만 신뢰성높게 작동하며 보호회로상 임의의 결함은 상기 장치를 정의된 꺼짐상태로 놓기위해서 감지될 수도 있다.
종래기술에서 DE 3 119 794 C2만이 보호회로에서 발생하는 결함문제를 언급하지만, 상기 발명은 작동자가 푸시버튼을 누름에 의해서 종종 보호회로를 시험할 것을 요구한다.
본 발명의 목적은 기계적 스위칭요소가 없음에도 불구하고 오직 전자스위치만을 사용하여 전동기를 신뢰성높게 스위치 켜고 끄게 할 수 있게 하는 직권전동기 및 직권전동기 제어방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 동력공구용 직권전동기에 의해 성취될 수 있는 데, 상기 직권전동기는 전동기의 켜고 끄기를 스위칭하기 위한 제1 전자스위치(제어스위치); 상기 제어스위치에 직렬로 연결된 제2 전자스위치(회로차단기); 상기 스위치 기능을 모니터하고 제어스위치 및 회로차단기의 접속점에서 전위를 분석하는 모니터링회로;를 포함하며, 상기 두개의 스위치에 연결된 전자제어기(바람직하게는 마이크로프로세서); 및 모니터링회로가 상기 스위치중 하나의 고장을 기록할 때 상기 스위치중 최소 하나를 블록상태로 강제하는 모니터링회로 및 힘;을 부가적으로 포함한다.
본 발명의 기술적 문제점은 상기 방식으로 완전히 해결된다.
본 발명에 의하면 상기 전동기는 두개의 전기스위치, 하나의 제어스위치 및 하나의 회로차단기가 직렬로 연결되어있다는 사실때문에 두개의 스위치중 하나가 고장날때 조차도 전동기가 신뢰성높게 스위치를 켜고 끄게 될 수 있다. 모니터링회로는 제어스위치 및/또는 회로차단기의 고장이 감지될 수 있는 것을 보장하며 그래서 상기 전동기는 안전한 꺼짐상태로 강제될 수 있다. 이것은 시스템의 수동모니터가 더이상 요구되지 않는다는 것을 의미한다. 대신에 전동기의 스위치를 켤 때 자동적으로 결함시험이 수행되며 결함이 감지되지 않는 상태일 때만 스위치를 켜는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 이로운 전개상, 제어스위치의 기능시험이 전동기를 시동시킬 필요없이 수행될 수 있도록 회로차단기의 스위치경로를 고(高)임피던스와 브릿지하기 위한 수단이 제공된다.
이것은 제어스위치가 고장났을 경우 초기 기능시험동안 회로차단기가 활성화되었을 경우 전동기가 간단히 시동되는 것을 방해한다. 회로차단기의 스위치경로를 가로지르는 상기 고(高)임피던스에 의하여 제어스위치는 제어스위치가 결함이 있을 경우 전동기 시동을 일으키는 위험없이 안전하게 시험될 수 있다.
회로차단기의 스위치경로를 가로지르는 고(高)임피던스용 브릿지수단은, 예를들면 바람직하게 광트라이액(optotriac)을 포함하는, 광결합기(optocoupler)를 포함할 수 있으며 이것은 저항기를 통해 회로차단기의 주요단자에 병렬로 연결된다.
회로차단기가 시험될 때 제어스위치가 결함이 있을 경우 전동기가 간단히 시동되는 것을 방해하는 또다른 방법은 상기 전동기의 회전을 모니터하기 위한 수단을 제공하는 것인데, 여기서 상기 수단은 제어스위치가 활성화됨이 없이 회로차단기가 활성화될 때 전동기가 시동되는 경우 두개의 스위치중의 최소 하나를 블록상태로 강제하기위해서 제어기에 연결된다.
마찬가지로 이것은 회로차단기가 시험될동안 제어스위치가 고장난다면 전동기가 간단히 시동되는 위험을 피한다.
상기 전동기의 회전을 모니터하기 위한 수단은 회전속도센서의 형태로 구체화될 수 있거나 또는 전동기전류를 모니터할 수 있다. 후자의 경우 분로저항기(shunt resistor)는 전기자(armature)에 병렬로 연결되며 저항기를 가로지르는 전압강하가 모니터된다.
제어스위치를 가로지르는 전위를 모니터하기 위해서 모니터링회로를 배열하기 위한 다양한 옵션이 있다.
트랜지스터, 다이오드 및 2개의 저항기를 포함하는 회로는 종래기술로부터 알려져 있는 반면에(예를 들면 US 6,236,177 B1), 본 발명은 오히려 훨씬 간단한 회로를 취한다.
본 발명의 바람직한 전개로, 모니터링회로는 직렬로 연결된 두개의 저항기를 갖는 분압기를 포함하며, 제1 저항기는 보조전원(auxiliary voltage supply)의 첫번째 극에 연결되며 제2 저항기는 상기 제어스위치의 주요단자중의 하나 및 상기 보조전원의 두번째 극에 연결되고, 상기 두 저항기 간의 접속점은 제3 저항기를 통해서 제어스위치의 다른 주요단자에 연결되어 제어기의 입력단자에 대한 모니터링회로의 출력으로서 공급된다.
그러므로 신뢰성이 높은 모니터링은 오직 3개의 저항기 및 공급전원을 사용하여 성취될 수 있으며, 이는 전자기술상 어떻게든 요구된다.
본 발명의 택일적 실시예에 의하면, 상기 목적은 동력공구용 직권전동기에 의해 성취될 수 있으며, 상기 직권전동기는 전기자가 전동기의 스위치를 켜고 끄기 를 스위칭하기위한 제1 전자스위치(제어스위치)를 통하여 공급전원에 연결되는 퓨즈; 결함시 퓨즈를 개로하기위해서 전기자 및 제어스위치에 병렬로 연결된 제2 전자스위치(회로차단기); 상기 스위치에 연결된 전자제어기 (바람직하게는 마이크로 프로세서); 회로차단기를 블록하기 위한 그리고 블록상태에서 회로차단기의 기능을 시험하기 위한 수단; 및 제어스위치에서의 전압강하 및 모니터링회로가 제어스위치의 고장을 기록할 경우 퓨즈를 개로하도록 회로차단기를 강제하기 위해서 전자제어기에 어떤 출력신호가 공급되는지를 분석하는 모니터링회로;를 포함한다.
상기 방식으로 본 발명의 기술적 문제점은 완전히 해결된다.
종래기술에서는 결함이 있을 경우 회로차단기의 기능을 시험하는 것이 가능하지 않았던 반면에, 본 발명에 의해서 퓨즈를 개로하기 위한 회로차단기 병렬배열이 주어지면 회로차단기는 이제 초기에 블록되고 퓨즈를 개로함이 없이 안전하게 시험될 수 있다.
상기 목적을 위해서 본 발명의 바람직한 전개로 에미터(emmitter) 및 콜렉터(collector)을 갖는 그리고 트랜지스터의 제어전류를 측정함에 의해서 회로차단기를 시험하기 위해서 전도성될 수 있는 트랜지스터가 회로차단기가 시험될 때 퓨즈가 개로되는 것을 방해위해서 제어단자 및 회로차단기의 주요단자 사이에 연결된다.
본 발명의 또따른 이로운 실시예에 의하면 전자스위치가 트라이액(triac)인 것을 특징으로 한다.
이것은 높은 로드가 ,심지어는 교류에 관해서도, 대개 전력 손실없이 스위치될 수 있으며 동시에 상기 제어스위치는 전력을 조절하고 전동기의 속도를 제어하기 위해서 사용될 수도 있다는 이점을 가지고 있다.
방법과 관련하여 본 발명의 목적은 직권전동기(바람직하게는 동력공구용 직권전동기) 제어방법으로 부가적으로 성취될 수 있으며, 다음의 단계를 포함한다.:
(a) 전동기를 전동기 스위치를 켜고 끄기 위해서 제1 전자스위치(제어스위치)를 통해서 공급전압 및 제2 전자스위치(회로차단기)에 연결하는 단계
(b) 제어스위치를 가로지르는 전위를 모니터하는 단계
(c) 양 스위치가 스위치꺼짐 상태일때 제어스위치를 가로지르는 전위가 소정의 한계범위 밖의 값을 취한다면 스위치를 블록하는 단계
(d) 양 스위치가 스위치꺼짐 상태일때 제어스위치를 가로지르는 전위가 한계범위 내에 있다면 회로차단기의 스위치를 최초 켜는 단계
(e) 제어스위치를 가로지르는 전위가 한계범위 밖의 값을 취한다면 제어스위치를 켜는 단계
(f) 제어스위치를 가로지르는 전위가 한계범위 밖의 값을 취하지 않는다면 양 스위치를 블록하는 단계
본 발명에 의하면, 기능시험은 회로차단기가 적절히 작동하는지를 결정하기 위해서 제어스위치가 켜지기 전에 최초 수행된다.
이럴 경우 제어스위치는 결과적으로 전동기가 작동하기 위해서 제어스위치가 켜지기 전에 시험된다.
회로차단기 및/또는 제어스위치의 결함은 상기 방식으로 신뢰성높게 감지될 수 있다. 회로차단기 또는 제어스위치를 단선하는 것은 상기 전동기가 그러한 경우에 시동할 수 없기 때문에 위험을 내포하지 않는다. 시험동안에 제어스위치 및 회로차단기가 올바르게 작동하는지를 결정하기 위해서 전자제어기의 입력단자에서 반대입력신호가 요구되는 사실때문에, 모니터링 회로의 개별부품의 단락 또는 단선은 안전한 꺼짐상태를 낳게된다. 구동회로의 결함도 또한 감지된다. 이것은 영구 활성화는 단락된 제어스위치나 회로차단기와 동일한 결함을 낳기 때문이다. 어떠한 활성화도 없다면 이것은 제어스위치나 회로차단기가 단전될 때와 같은 동일한 거동을 유발한다. 그러한 경우 전동기를 시동하는 것은 불가능하다.
본 발명의 한 가지 이로운 전개로, 제어스위치가 꺼짐과 동시에 회로차단기의 스위치를 켤 때 만약 전위가 증가하지 않는다면 회로차단기는 즉시 스위치가 다시 꺼진다.
상기 경우에 제어스위치에는 결함이 있다. 즉시 회로차단기의 스위치를 끔에
의해서 상기 전동기는 시동되는 것이 방해받는다.
이러한 목적상, 본 발명의 방법에 대한 부가적 전개에 따라서, 제어스위치가 꺼짐과 동시에 회로차단기의 스위치를 켤 때 전동기의 임의 회전이 기록된다면 전동기를 즉시 다시 스위치를 끄기 위해서 전동기의 회전은 모니터된다.
택일적 실시예로, 회로차단기는 제어스위치를 시험하기 위해서 고임피던스에 의해 최초에 브릿지될 수 있고, 제어스위치를 가로지르는 전위가 소정의 한계치가 까지 증가하는지를 결정하기 위해서 시험이 수행된다.
상기 방식으로 심지어 결함이 있다해도, 제어스위치가 시험될 때 전동기는 시동이 안전하게 방지될 수 있다.
택일적으로, 본 발명의 목적은 직권전동기, 바람직하게는 동력공구용 직권전동기, 제어방법으로 성취되며, 이는 아래의 단계를 포함한다.:
(a) 전동기를 퓨즈 및 전동기의 스위치 켜고 끄기를 스위칭하기 위한 제1 전자스위치(제어스위치)를 통하여 공급전압에 연결시키는 단계 및 제2 전자스위치(회로차단기)를 퓨즈를 통하여 공급전압에 연결시키는 단계
(b) 제어스위치를 켜기 전에 먼저 회로차단기를 블록하는 단계 및 회로차단기를 활성화하고 제어전류를 시험함에 의해서 회로차단기가 작동하는 지를 시험하는 단계
(c) 만약 회로차단기의 활성화가 적절히 작동하는 것으로 밝혀지면 회로차단기의 블록을 제거하는 단계 및 전동기의 스위치를 켜기 위해서 제어스위치를 켜는 단계
(d) 고장이 단계(b)의 과정에서 감지된다면 제어스위치의 활성화를 블록하는 단계
(e) 제어스위치에서 전압강하를 모니터하는 단계 및 제어스위치를 껐을 때 전압강하가 소정의 한계치를 초과하여 증가하지 않는다면 퓨즈를 개로하기 위해서 회로차단기를 트리거하는 단계
상기 방식으로 회로차단기를 병렬로 연결함에 의해서 제어스위치를 켜기전에 회로차단기용 구동회로에서 임의의 고장을 시험하는 것이 가능하며 제어스위치는 효과를 받을 비활성화를 위해 실패해야 한다.
상기 전술한 바 및 아래에서 설명되는 바와 같이 본 발명의 특징은 발명의 범위를 벗어나지 않고서 각 경우에 명기된 조합으로 뿐만아니라 다른 조합이나 분리하여 적용될 수 있다.
본 발명의 추가 이점 및 특징은 도면에 참조부호가 새겨진 바람직한 실시예가 있는 아래의 상세한 설명으로부터 얻어진다.
도1은 단순화된 회로도식으로 본 발명에 의한 직권전동기의 제1 실시예를 나타낸다.
도2는 도1의 전동기에 적합한 모니터링 회로의 바람직한 실시예를 나타낸다.
도2a는 도2의 모니터링 회로의 저항기 R3를 가로지르는 입력전압 및 PIN1의 관련 출력전압의 그래프를 나타낸다.
도3은 도1의 전동기용 모니터링 회로의 택일적 실시예를 나타낸다.
도4는 도1 회로의 수정된 버전을 나타낸다.
도5는 도1 회로의 추가 수정예를 나타낸다.
도6은 퓨즈를 개로하기 위한 병렬 회로차단기를 포함하는 본 발명의 또다른 실시예를 나타낸다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10,10a,10b: 직권전동기 회로 12:전기자
14: 제어스위치 16:회로차단기
18: 전자제어기 20,20':모니터링회로
22: 입력단자 38:광트라이액
42,44: 주요단자 56:퓨즈
60:트랜지스터
도1은 본 발명에 의한 전기전동기를 직권전동기 회로의 형태로 보여주며 전체를 인용번호 10으로 표시를 붙여서 나타낸다.
전동기 (10)은 교류전압원의 두 극 (24) 및 (26)으로부터 230V로 공급된다. 전동기(10)은 전기자(12)를 갖고 있으며 전기자의 계좌권선(도시되지 않음)은 직렬로 감겨있으며 공급전압의 한 극(24)에 연결되어 있다. 전기자(12)의 다른 극은 두 개의 직렬상 트라이액, 즉 회로차단기(14) 및 제어스위치(16),을 통해 공급전원의 다른 극(26)에 연결되어 있다. 제어스위치(14) 및 회로차단기(16)의 제어단자(28) 및 (30)은 마이크로프로세서의 형태인 전자제어기(18)의 단자에 연결되어 있다. 전자제어기(18)은 공급전압원의 두 극 (24) 및 (26)에 유사하게 연결되어 있으며, (상기 전원이 전자제어기(18)에 이미 집적되지 않는다면) DC 전원과 더불어 공급된 다. 모니터링회로(20)은 또한 한편으로는 제어스위치(14) 및 회로차단기(16) 사이에 연결되며, 다른 한편으로는 공급전압원의 두 번째 극(26)에 연결되고, 여기서 상기 모니터링회로는 한편으로는 제어스위치(14) 및 회로차단기(16)사이의 전위를 모티터하고 다른 한편으로는 공급전압원의 두번째 극(26)을 모니터하며, 모니터링회로의 출력은 라인(32)를 통하여 전자제어기(18)의 입력단자(22, PIN1)에 연결된다.
제어스위치(14)의 위상제어에 의하여, 전자제어기(18)은 또한 잘 알려진 방식으로 전동기 스위치를 켤 때 완만한 시동자의 기능 및 전동기 작동동안 속도 및/또는 전력제어의 기능을 수행한다.
모니터링회로(20)에 의해서 이제는 제어스위치(14) 및 회로차단기(16)이 결함없이 작동하는 지를 확실하게 하기 위하여 전기전동기(10)를 스위치 켜기 전에 기능검사를 수행할 수 있다.
도2는 모티터링회로(20)의 바람직한 실시예를 보여준다. 전자제어기(18)용 공급전압 VCC 일 수 있는 보조전압이 분압기를 통하여 제어스위치(14)의 한 주요단자에 공급되며 AC 전원의 두번째 극 (26)에 연결된다. 분압기는 저항기 R1 및R2로 구성된다. 분압기의 탭은 제어기(18)의 입력단자 (22, PIN1)에 연결된다. 분압기의 탭은 또한 제3 저항기 R3를 통하여 제어스위치(14) 및 회로차단기(16) 사이의 접속점에 연결된다.
상기 모니터링회로는 단지 3개의 요소를 사용하면서 제어스위치(14)를 가로 지르는 전위를 모니터하는 매우 단순한 방법을 제공한다.
본 발명의 택일적 실시예로 US 6,236,177 B1으로부터 알려진 모니터링회로같은 다른 모니터링회로를 사용하는 것이 또한 가능하다. 그러한 회로는 도3에서 보여지는데, 여기서는 인용번호 20'로 표시되어 있다. 그러나 도2에서 보여지는 것같은 모니터링회로는 이의 단순한 구조때문에 바람직하다.
본 발명에 따른 전기전동기의 수정된 실시예는 도4에서 보여지는 데, 여기서는 전체로 번호 10a로 인용부호된다. 상기 및 나중에 설명될 추가수정예에서 일치하는 인용번호는 일치하는 부분을 위해 사용된다.
전기전동기 10a 및 도1의 전기전동기의 실시예 사이의 유일한 차이점은 회로차단기(16)의 고임피던스 브릿지(橋絡)을 위한 수단(36)이 부가적으로 제공된다는 것이다. 상기 회로차단기(16)의 고임피던스 브릿지수단(36)은 저항기 R4를 통한 회로차단기(16)의 주요단자에 병렬로 연결된 광트라이액(38)로 구성된다. 광트라이액(38)은 발광소자(LED ,40)에 의하여 활성화된다.
도4는 또한 인용번호 13으로 표시되고 전기자(12)와 직렬상태인 두 개의 계좌권선 중의 하나를 가리킨다.
도1 및 도2에서 보여지는 회로에서, 라인(32)를 통해 마이크로프로세서(18)의 입력단자(22, Pin1)에 공급되는 모니터링회로(20)의 출력전압이 소정의 한계범위내에 있는 지를 결정하기 위해서 전기전동기(10)이 처음에 스위치켜지지 전에 초기시험이 처음에 행해진다. 이것은 도2a에서 매우 상세히 볼 수 있다. 공급전압 VCC 가 R1을 가로질러 적용되고 R2를 가로지르는 전위가 0인 동안 제어스위치(14) 및 회로차단기(16) 사이의 접속점에 있는 교류전압은 PIN1에 R3를 통하여 공급된다.
제어스위치(14) 및 회로차단기(16)가 스위치 꺼짐상태에 있을 때 PIN1에서의 전압이 R1 및 R2 분압기 및 VCC 에 독점적으로 의존한다는 결과를 낳으면서 어떠한 교류전압도 R3를 가로지르는 것이 허용되지 않는다. 예를들면 만약 VCC = 5V 이고 R
= R2이면, 한계범위는 2.5V + 0.5V 이며, 만약 제어스위치(14) 및 회로차단기(16)가 구동되지 않는다면 PIN1에서의 전압은 이 범위 안에서 놓여야 한다.
상기와 같은 경우라면 제1 시험은 통과된다. 이 시험은 양의 반파장 및 음의 반파장 양자를 위한 블록효과가 시험되는 것을 보장한다.
그렇지않다면 회로상에 결함이 있는 것이다. 회로차단기(16)가 결함이 있거나, 즉 단락되거나, 회로차단기(16)용 구동회로가 결함이 있거나 또는 모니터링회로(20)이 결함이 있는 것이다. 이런 경우에, 제어스위치(14)는 활성화되지 않으며 마이크로프로세서(18)은 안전한 장해상태(꺼짐상태)로 변경된다.
만약 제1시험이 통과되면 회로차단기(16)은 도1에서 보듯이 스위치 켜질 때라인(30)을 통하여 활성화된다. 이런 경우에, Pin1에서 전압은 도2a에서 보여지는 허용한계가 초과되도록 발진한다면, 회로는 적절히 기능하고 있는 것이다. 만약 그렇지않다면 고장이 있는 것이다. 제어스위치(14)에 결함이 존재하거나(단락), 제어스위치(14)용 구동회로가 결함이 있거나, 또는 모니터링회로(20)가 결함이 있는 것이다.
결함이 존재한다면, 회로차단기(16)은 가능한 한 빨리 다시 스위치가 꺼지며 마이크로프로세서(18)은 안전한 장해상태(꺼짐상태)로 변경된다.
만약 결함(단락)이 제어스위치(14) 또는 회로차단기(16)에서 감지된다면, 전동기는 스위치 켜질 수 없다. 만약 제어스위치(14) 또는 회로차단기(16)가 단선된다면 전동기를 시동하는 것이 가능하지 않을 것 같으므로 위험성을 내포하지 않는다.
상기 설명된 것처럼 전동기 (10)용 회로에 의해서 구동회로의 결함 뿐 아니라 모니터링회로의 결함도 감지될 수 있다.
시험할 동안에 반대입력신호가 "통과함" 기능용 마이크로프로세서(18)의 입력단자(22, Pin1)에서 요구된다는 사실때문에, 모니터링회로 개별부품의 임의 단락 또는 단선은 안전한 꺼짐상태를 낳는다. 제어스위치(14) 또는 회로차단기(16)중 하나의 영구활성화는 제어스위치(14) 또는 회로차단기(16)를 단락시키는 것과 같은 결함을 초래한다. 만약 마이크로프로세서(18)이 제어스위치(14) 및 회로차단기(16)를 활성화하기 위해서 라인(28) 및 라인(30)상 제어신호를 출력하는 데 실패한다면, 이는 제어스위치(14) 또는 회로차단기(16)를 단선시키는 것과 동일한 결과를 낳는다. 상기 경우에 전동기를 시동시키는 것이 또한 가능하지 않다.
도1에 의한 회로에서, 회로차단기(16)은 제어스위치(14)가 활성화되지 않는 동안 회로차단기(16)가 활성화될 때 만약 고장이 제2 시험기 동안에 감지된다면 즉시 스위치가 다시 꺼져함이 필수적이다. 만약 제2 시험기 동안에 결함이 감지될 때 회로차단기(16)의 스위치 꺼짐에 임의의 지연이 존재한다면, 이는 전동기가 시동되 는 결과가 될 것이며 이는 어떤 상황에서 불리할 수 있다.
상기 가능성을 제거하기 위해서 도4의 전동기 10a는 또한 회로차단기(16)의 고임피던스 브릿지수단(36)을 갖추고 있다.
시험1이 완성될 때(회로차단기 및 모니터링회로가 활성화되지 않을 때 Pin1의 전압이 한계범위안에 있다.), 회로차단기(16)은 활성화되는 대신에 회로(36)의 도움으로 고임피던스를 갖고 브릿지될 뿐이다. 상기 방식으로 제어스위치(16)이 단락된다면 전동기가 즉시 시동되는 위험을 일으키지 않고 제어스위치(16)의 기능시험을 수행하는 것이 가능하다.
제어스위치(16)의 고임피던스 브릿지 회로(36)에 대한 대안으로서 전동기의 회전속도를 모니터하는 수단이 도5의 추가 수정예로서 보여지는 데, 여기서 이것은 전체로 인용번호 10b로서 표시된다.
상기 목적상 분로저항기 R5는 계좌권선(13)과 직렬로 놓여질 수 있다. 만약 제2시험동안, 즉 제어스위치(14)를 검사하기 위해서 회로차단기(16)을 스위치 켰을 때, 교류전압의 극(26) 및 라인(52) 사이의 분로저항기 R5를 가로지르는 전압강하가 기록된다면 회로차단기(16)의 활성화는 전동기가 시동되는 것을 방해하기 위해서 즉시 중단된다.
택일적으로 (또는 부가적으로), 전동기의 회전자 속도를 모니터하는 회전속도센서(54)가 도5의 파선에 의해 지시된 것처럼 제공될 수 있다. 만약 회전속도센서(54)가 시험2 동안 신호를 받는다면, 즉 회로차단기(16)이 제어스위치(14)를 검 사하기 위해서 활성화될 때, 회로차단기(16)의 활성화는 전기전동기가 운전되는 것을 정지시키기 위해서 즉시 중단된다. 전동기(10b)의 회로는 전동기(10a)의 회로와 다른 점에서는 동일하다.
본 발명에 따르는 전기전동기의 또다른 실시예는 도6에서 보여지는 데, 여기서는 전체로 번호10c로 인용되고 있다.
상기 경우에 제어스위치(14)의 결함이 있을 경우 회로차단기(16)에 의해 개로될 수 있는 가변안전기(fusible cutout, 56)가 제공된다. 상기 목적상 회로차단기(16)은 퓨즈(56)의 바로 뒤로 공급전압원의 두 극(24) 및 (26)에 병렬로 연결된다. 제어스위치(14)를 가로지르는 전위에서의 강하는 상기에서 설명한대로 보호회로(20)에 의해 차례로 모니터된다. 모니터링회로(20)로부터의 출력은 차례로 마이크로프로세서(18)의 Pin1에 공급된다. 퓨즈(56)이 즉시 응답할 것이기 때문에 완전한 기능시험이 도6의 회로에서 가능하지 않다해도, 회로차단기(16)용 구동회로는 회로차단기나 트라이액(16)이 트리거되는 것을 방해함에 의해서 시험될 수 있다.
상기 목적으로 트라이액(16)의 게이트(28)가 마이크로프로세서(18)의 출력단자(Pin3)에 두개의 직렬저항R6 및 R7을 통하여 연결된다. 두 개의 저항 R6 , R7 의 접속점은 마이크로프로세서(18)의 측정입력(Pin4)에 라인(62)를 통하여 연결된다. 마이크로프로세서(18)의 출력단자(Pin2)를 통하여 기저가 구동될 수 있는 트랜지스터(60)는 회로차단기(16)의 게이트(28) 및 공급전압의 극(26) 사이에 배치된다,
시험목적상 모니터링회로(20)은 처음에 할당된다. 시험은 도2 및 2a와 연관 되어 설명된 것과 같은 방식으로 수행된다. 만약 상기 시험동안 결함이 감지되면 회로차단기(16)은 퓨즈(56)를 개로하기 위해서 트리거된다.
앞의 시험에서 결함이 감지되지 않는다면, 회로차단기(16)용 구동회로는 아래의 방식으로 시험된다.
1단계로 트랜지스터(60)는 마이크로프로세서(18)의 Pin2를 통해서 기저(64)에서 전력이 공급된다. 이것은 트라이액(16)이 트리거되는 것을 방해한다. 게이트 펄스(gating pulses)는 이제 Pin3을 통하여 출력되며 이에의해 트랜지스터(60)은 임의의 트리거를 방해한다. 저항기 R6, R7 사이의 전압은 이제 마이크로프로세서(18)의 Pin4에서 감지될 수 있다. Pin3에서 출력전압은 공급전압 Vcc에 대략 일치한다. 만약 Pin4에서 어떠한 전압도 이제 적용될 수 없다면 저항기 R6, R7 중 어느 한쪽이 단전되거나 어떠한 게이트 펄스도 출력되지 않으며, 이는 결함이 현존한다는 것을 의미한다. 저항기 R6, R7 이 일치한다고 가정하면 대략적으로 공급전원의 반 1/2 Vcc는 게이트트리거 전류가 흐르는 동안 Pin4에 적용된다. 상기 경우 트라이액(16)을 위한 구동회로는 적절히 작동하는 것이다. 만약 게이트펄스가 Pin3에서 출력될 때 완전한 공급전원 Vcc 가 Pin4에 적용된다면, 저항기 R6는 단선되며 이는 다시 결함이 있음을 의미한다.
결함이 있을 경우 제어스위치(14)가 퓨즈(56)을 개로하게 하는 가동동안 회로차단기나 트라이액(16)이 작동할 수 있게하기 위해서 만약 어떠한 결함도 감지되지 않는다면, Pin2를 통한 트랜지스터(60)의 전력공급은 취소된다. 그리고 전동기 스위치를 켜기위해서 제어스위치(14)가 스위치 켜질 수 있다. 만약 제어스위치(14)가 더이상 활성화되지 않는다면, 즉 라인(30)을 통하여 어떠한 게이트펄스도 출력되지 않는다면 제어스위치(14)를 가로지르는 전압강하는 소정의 한계치 위로 상승해야한다. 그렇지않다면 제어스위치(14)는 결함이 있는 것이다. 만약 제어스위치(14)의 결함이 제어스위치를 끌 때 감지된다면, 회로차단기(16)은 퓨즈(56)을 개로하기 위해서 제어전류(18)의 Pin3를 통해서 트리거된다.

Claims (16)

  1. 동력공구용 직권전동기에 있어서,
    상기 직권전동기는 전동기의 켜고 끄기(10,10a,10b)를 스위칭하기위한 제1 전자스위치(제어스위치,14); 제어스위치(14)에 직렬로 연결된 제2 전자스위치(회로차단기,16); 상기 스위치(14,16)의 기능을 모니터하고 제어스위치(14) 및 회로차단기(16)의 접속점에서 전위를 분석하는 모니터링회로(20,20');를 포함하며,
    상기 두개의 스위치(14,16)에 연결된 전자제어기(18), 바람직하게는 마이크로프로세서; 모니터링회로(20,20')가 상기 스위치(14,16)중 하나의 고장을 기록할 때 상기 스위치(14,16)중 최소 하나를 꺼짐상태로 하는 모니터링회로(20,20') 및 힘;을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 직권전동기.
  2. 제1항에 있어서, 전동기(10,10a,10b)를 시동함이 없이 제어스위치(14)의 기능시험을 하도록 고임피던스를 갖는 회로차단기(16)의 스위치경로를 브릿지하기위한 수단(36)을 포함하는 것을 특징으로 하는 직권전동기.
  3. 제2항에 있어서, 고임피던스 브릿지수단(36)은 회로차단기(16)의 주요단자(42,44)에 저항기(R4)를 통하여 병렬로 연결된 광결합기(optocoupler),바람직하게는 광트라이액(optotriac,38), 을 포함하는 것을 특징으로 하는 직권전동기.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    전동기(10,10a,10b)의 회전을 모니터하기 위한 수단을 포함하며,
    상기 수단은 제어스위치(14)가 활성화되지않고 회로차단기(16)이 활성화될 때 전동기(10,10a,10b)가 시동되는 경우 상기 두 개의 스위치(14,16)중의 최소 하나의 스위치를 꺼짐상태로 강제하기 위해서 제어기(18)에 연결된 것을 특징으로 하는 직권전동기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전동기의 회전을 모니터하기 위한 수단은 회전속도센서(54)인 것을 특징으로 하는 직권전동기.
  6. 제4항에 있어서, 상기 전동기의 회전을 모니터하기 위한 수단은 전동기전류를 모니터하는 것을 특징으로 하는 직권전동기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전동기의 회전을 모니터하기 위한 수단은 전기자(12)에 직렬로 연결되고 전압강하가 모니터되는 분로저항기(R5)인 것을 특징으로 하는 직권전동기.
  8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 모니터링회로(20)는 직렬로 연결된 두 개의 저항기(R1, R2)를 갖는 분압기를 포함하며,
    상기 제1 저항기(R1)는 보조전원(Vcc)의 첫번째 극에 연결되며, 상기 제2 저항기(R2)는 상기 제어스위치(14)의 주요단자 중의 하나 및 상기 보조전원의 두번째 극에 연결되고, 상기 두 저항기(R1, R2)간의 접속점은 제3 저항기(R3)를 통해서 제어스위치(14)의 다른 주요단자에 연결되며 제어기(18)의 입력단자(22)에 대한 모니터링회로의 출력으로서 공급되는 것을 특징으로 하는 직권전동기.
  9. 동력공구용 직권전동기는 전기자(12)가 전동기 스위치를 켜고 끄기(10c) 위해서 제1 전자스위치(제어스위치,14)를 통하여 공급전원에 연결되는 퓨즈(56); 결함시 퓨즈(56)를 개로하기위해서 전기자(12) 및 제어스위치(14)에 병렬로 연결된 제2 전자스위치(회로차단기,16); 상기 스위치(14,16)에 연결된 전자제어기(18), 바람직하게는 마이크로프로세서; 회로차단기(16)를 블록하기 위한 그리고 블록상태에서 회로차단기(16)의 기능을 시험하기 위한 수단; 및 제어스위치(14)에서의 전압강하 및 모니터링회로(16)가 제어스위치(14)의 고장을 기록한다면 퓨즈(56)를 개로하도록 회로차단기(16)를 강제하기위해서 전자제어기(18)에 어떤 출력신호가 공급되는지를 분석하는 모니터링회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 직권전동기.
  10. 제9항에 있어서, 제어전류를 측정함에 의해서 회로차단기(16)를 시험하기 위 해서 전도될 수 있는 트랜지스터(60)는 회로차단기(16)가 시험될 때 퓨즈(56)가 개로하는 것을 방해하기 위해서 제어단자(28) 및 상기 회로차단기(16)의 주요단자(44) 사이에서 에미터(emitter) 및 콜렉터(collector)과 연결되는 것을 특징으로 하는 직권전동기.
  11. 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위치(14,16)는 트라이액인 것을 특징으로 하는 직권전동기.
  12. 직권전동기,바람직하게는 동력공구용 직권전동기, 제어방법은
    (a)전동기(12)를 전동기의 켜고 끄기를 스위칭하기 위해서 제1 전자스위치(제어스위치,14)를 통해서 공급전압 및 제2 전자스위치(회로차단기,16)에 연결하는 단계;
    (b)제어스위치(14)를 가로지르는 전위를 모니터하는 단계;
    (c)상기 양 스위치(14,16)가 스위치꺼짐 상태일때 제어스위치(14)를 가로지르는 전위가 소정의 한계범위 밖의 값을 취한다면 상기 스위치(14,16)를 블록하는 단계;
    (d)상기 스위치(14,16)가 스위치꺼짐 상태일때 제어스위치(14)를 가로지르는 전위가 한계범위 내에 있다면 회로차단기(16)의 스위치를 최초 켜는 단계;
    (e)제어스위치(14)를 가로지르는 전위가 한계범위 밖의 값을 취한다면 제어스위치(14)를 켜는 단계;
    (f)제어스위치(14)를 가로지르는 전위가 한계범위 밖의 값을 취하지 않는다면 양 스위치(14,16)를 블록하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 직권전동기 제어방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 회로차단기(16)은 제어스위치(14)가 꺼짐과 동시에 회로차단기(16)의 스위치를 켤 때 만약 전위가 증가하지 않는다면 회로차단기(16)는 즉시 스위치가 다시 꺼지는 것을 특징으로 하는 직권전동기 제어방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 전동기의 회전은 제어스위치(14)가 꺼짐과 동시에 회로차단기(16)의 스위치를 켤 때 전동기의 회전이 기록된다면 즉시 전동기의 스위치를 다시 끄기 위해서 모니터되는 것을 특징으로 하는 직권전동기 제어방법.
  15. 제12항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 회로차단기(16)는 제어스위치(14)를 시험하기 위해서 고임피던스에 의해 최초에 브릿지될 수 있고, 제어스위치(14)를 가로지르는 전위가 소정의 한계치까지 증가하는지를 결정하기 위해서 시험이 수행되는 것을 특징으로 하는 직권전동기 제어방법.
  16. 직권전동기,바람직하게는 동력공구용 직권전동기, 제어방법은
    (a) 전기자(12)를 퓨즈(56) 및 전동기의 켜고 끄기를 스위칭하기 위한 제1 전자스위치(제어스위치,14)를 통하여 공급전압에 연결시키는 단계 및 제2 전자스위 치(회로차단기,16)를 퓨즈(56)를 통하여 공급전압에 연결시키는 단계;
    (b) 제어스위치(14)를 켜기 전에 먼저 회로차단기(16)를 블록하는 단계 및 회로차단기(16)를 활성화하고 제어전류를 시험함에 의해서 회로차단기(16)가 작동하는지를 시험하는 단계;
    (c) 만약 회로차단기(16)가 적절히 작동하는 것으로 밝혀지면 회로차단기(16)의 블록을 제거하는 단계 및 전동기의 스위치를 켜기 위해서 제어스위치(14)를 켜는 단계;
    (d) 고장이 단계(b)의 과정에서 감지된다면 상기 스위치(14,16)를 꺼짐상태로 강제하는 단계;
    (e) 제어스위치(14)에서 전압강하를 모니터하는 단계 및 제어스위치(14)를 껐을 때 전압강하가 소정의 한계치를 초과하여 증가하지 않는다면 퓨즈(56)를 개로하기 위해서 회로차단기(16)를 트리거하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 직권전동기 제어방법.
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