KR100696854B1 - Bldc전동기를 이용한 정풍량 환기팬 - Google Patents

Bldc전동기를 이용한 정풍량 환기팬 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건물의 외부로 통하는 배기관로의 입구에 설치되는 정풍량 환기팬에 관한 것으로서, 실내공기가 유입되는 흡입구, 및 배기관로에 연결되는 배기관연결구가 구비된 케이스; 및, 상기 케이스의 내부에 장착되는 송풍기;를 포함하여 구성되되, 상기 송풍기는 팬; 상기 팬을 구동하는 BLDC전동기(Brushless DC Motor); 상기 BLDC전동기의 회전수(RPM)을 측정하는 RPM센서; 및, 상기 RPM센서에서 측정된 회전수에 관한 신호를 수신하여 상기 BLDC전동기에 인가되는 공급전압을 제어하는 마이크로프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC전동기를 이용한 정풍량 환기팬에 관한 것이다.
케이스, 송풍기, 팬, BLDC전동기, RPM센서, 마이크로프로세서

Description

BLDC전동기를 이용한 정풍량 환기팬{Constant air volume Ventilating fan using Brushless DC Motor}
도1은 종래의 압력센서가 구비된 고층건물의 배기시스템이다.
도2은 본 발명의 구체적 실시예의 분해사시도이다.
도3은 인가되는 공급전압에 따른 정압, BLDC전동기의 회전수, 및 풍량의 관계 곡선이다.
도4은 본 발명의 마이크로프로세서에서 정풍량을 구현하는 과정을 도시하는 논리적 순서도이다.
도5는 정압, BLDC전동기의 회전수, 및 풍량의 관계 곡선상에서 정풍량을 구현하는 과정을 도시하고 있다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100:케이스
110:흡입구 115:에어필터
120:배기관연결구 125:역류방지판
200:송풍기
210:팬
220:BLDC전동기 225:RPM센서
230:마이크로프로세서
기술분야
본 발명은 건물의 외부로 통하는 배기관로의 입구에 설치되는 정풍량 환기팬에 관한 것으로서, 보다 상세히는 팬을 구동하는 BLDC전동기(Brushless DC Motor)의 회전수(RPM)을 측정하여 이를 기준으로 BLDC전동기에 인가되는 공급전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 BLDC전동기를 이용한 정풍량 환기팬에 관한 것이다.
종래기술
일반적으로 공동주택의 주방이나 화장실에 설치되는 배기시스템은 각 층별로 마련된 팬을 이용하여 실내의 공기를 포집하고 포집된 실내의 공기를 배기관로를 통하여 외부로 배출하게 된다.
이 경우 저층건물의 경우에는 큰 문제가 없으나, 고층건물의 경우에는 층수가 증가함에 따라 팬의 출력이 증가되어야만 원활한 공기배출이 이루어질 수 있다.
따라서, 고층건물의 저층과 고층에 동일한 출력의 팬을 설치할 경우, 저층에 마련된 팬의 출력은 실내의 오염물질을 배출시키기에는 불필요하게 과도하고, 고층 에 마련된 팬의 출력은 실내의 오염물질을 배출시키기에 미비할 뿐만 아니라, 정압손실에 의하여 오염물질의 배출이 원활하게 이루어지지 않고, 소음이 과도하게 발생하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 도1에 도시된 바와 같이 공동주택의 일측에 수직하게 마련되며, 배기팬(11)이 마련된 배기관로(10), 배기팬(21)을 이용하여 실내의 공기를 포집하여 배기관로(10)로 배출시키는 후드(20), 및 배기관로(10)의 내부에 소정의 간격을 두고 높이별로 구비되어 정압(static pressure)을 검출하는 압력센서(30)로 구성되는 고층건물 배기시스템이 제안된 바 있다.
이와 같이 압력센서(30)가 구비된 고층건물 배기시스템의 경우 배기관로(10)의 중간에 소정의 간격으로 압력센서(30)를 추가로 다수 개 구비함으로써, 압력센서(30)에서 검출되는 정압에 따라 후드(20)의 팬(21) 출력을 개별적으로 제어함으로써 상기한 단점을 해결할 수 있으나, 배기관로(10)에 압력센서(30)를 추가로 설치해야만 하는 바, 시공단가가 증가한다는 문제점이 있다.
따라서, 별도의 압력센서가 구비되지 않더라도 정압의 변화에 상관없이 일정한 풍량을 배출할 수 있는 정풍량시스템의 개발이 요구되고 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명의 목적은 다음과 같다.
첫째, 별도의 압력센서를 구비하지 않더라도 정압의 변화에 상관없이 일정한 풍량을 배출하는 수단을 제공함을 본 발명의 목적으로 한다.
둘째, BLDC전동기의 회전수를 측정하여 정압의 변화에 상관없이 일정한 풍량을 배출할 수 있는 수단을 제공함을 본 발명의 다른 목적으로 한다.
셋째, 배출되는 풍량의 기준값이 변경되더라도 구성요소를 교체하거나 추가할 필요없이 입력되는 수치의 변경만으로 이를 해결할 수 있는 수단을 제공함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명의 구성은 다음과 같다.
본 발명은 실내공기가 유입되는 흡입구, 및 배기관로에 연결되는 배기관연결구가 구비된 케이스; 및, 상기 케이스의 내부에 장착되는 송풍기;를 포함하여 구성되되, 상기 송풍기는 팬; 상기 팬을 구동하는 BLDC전동기(Brushless DC Motor); 상기 BLDC전동기의 회전수(RPM)을 측정하는 RPM센서; 및, 상기 RPM센서에서 측정된 회전수에 관한 신호를 수신하여 상기 BLDC전동기에 인가되는 공급전압을 제어하는 마이크로프로세서;를 포함한다.
상기 마이크로프로세서는 인가될 공급전압에서의 정압(Static pressure)과 풍량의 관계에 관한 데이타, 인가될 공급전압에서의 BLDC전동기의 회전수(RPM)와 풍량의 관계에 관한 데이타가 입력되고, 설계상 요구되는 일정한 풍량에 해당하는 BLDC전동기의 회전수 및 인가될 공급전압에 관한 데이타가 입력되고, 최초 인가되는 공급전압에 따른 BLDC전동기의 회전수에 관한 신호를 상기 RPM센서로부터 수신하고, 설계상 요구되는 일정한 풍량을 구현하기 위하여 수신된 BLDC전동기의 회전 수에 해당하는 공급전압을 산출하고, 상기 BLDC전동기에 산출된 공급전압을 인가한다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구체적 실시예를 보다 상세히 설명한다.
도2에 도시된 본 발명의 구체적 실시예의 분해사시도에 의하면, 케이스(100)에는 실내공기가 유입되는 흡입구(110) 및 배기관로에 연결되는 배기관연결구(120)가 구비되어 있다.
송풍기(200)는 케이스의 내부에 장착된다.
송풍기(200)는 팬(210), 팬(210)을 구동하는 BLDC전동기(220), BLDC전동기(220)의 회전수를 측정하는 RPM센서, 및 마이크로프로세서(230)로 구성되는데, RPM센서(225)는 별도로 구비될 수도 있으나 일반적으로 BLDC전동기(220) 내부에 내장되어 있으며 홀센서 또는 포토센서 등과 같은 것들이 사용된다.
역류방지판(125)은 배기관연결구(120)에 설치되는데, 배기관로를 향하는 외측으로는 회동이 가능하나 케이스(100) 내측으로는 회동이 되지 않도록 핀결합된다.
따라서 팬(210)에 의하여 흡입구(110)로 유입된 실내공기가 배기관연결구(120)를 통하여 배기관로로 배출될 수는 있으나, 배기관로의 공기가 배기관연결구(120)를 통하여 실내로 유입될 수는 없다.
에어필터(115)는 흡입구에 설치되어 배출되는 실내공기가 케이스(100) 내부로 유입되기 전에 1차적으로 이물질을 걸러주는 역할을 하여 케이스(100) 내부 및 송풍기(200)의 오염을 방지할 수 있다.
마이크로프로세서(230)는 일정한 풍량의 배출이 이루어지도록 BLDC전동기의 작동을 제어하는 역할을 한다.
도3은 인가되는 공급전압에 따른 정압, BLDC전동기(220)의 회전수, 및 풍량의 관계 곡선을 도시하고 있다.
도3에 의하면 정압과 풍량이 반비례함을 알 수 있는데, 다시 말하면, 정압이 증가할수록 배출되는 풍량은 감소함을 보여준다.
또한, 정압이 증가하더라도 일정한 풍량을 유지하기 위해서는 공급전압을 증가시켜 BLDC전동기의 회전수를 높여야 함을 알 수 있다.
마이크로프로세서(230)에는 도3에 도시된 바와 같은 인가되는 공급전압에 따른 정압, BLDC전동기의 회전수, 및 풍량의 관계에 관한 모든 데이타가 입력되어 있으며, 정압에 관계없이 일정한 풍량을 유지하기 위하여 선택해야만 되는 공급전압 및 BLDC전동기의 회전수에 관한 데이타도 입력되어 있다.
다시 말하면, 설계자가 요구하는 일정한 풍량에 해당하는 공급전압 및 BLDC전동기(220)의 회전수에 관한 데이타가 기준값으로 입력된다는 의미이다.
또한, 마이크로프로세서(230)에는 최초 인가될 공급전압의 수치도 입력된다.
아울러, BLDC전동기(220)의 회전수를 측정하고 인가되는 공급전압을 변경하는 방법으로 정풍량을 실현하는 프로그램이 내장된다.
도4는 본 발명의 마이크로프로세서(230)에서 정풍량을 구현하는 과정을 도시하는 논리적 순서도이다.
송풍기(200)에 전원을 인가하면 미리 입력된 수치에 따라 최초 공급전압(V0)이 BLDC전동기(220)에 인가된다.
인가된 최초 공급전압*에 따른 BLDC전동기의 회전수를 측정한다.
측정된 회전수가 미리 정해진 오차 범위 내에서 R0 와 일치하는 경우에는 설계상 요구되는 풍량이 배출되고 있다는 것을 의미하는 바, 인가된 최초 공급전압(V0)을 유지한다.
측정된 회전수가 미리 정해진 오차 범위를 벗어나 R0 보다 작은 경우(예를 들어 Rd1 인 경우)에는 설계상 요구되는 풍량이 배출되고 있지 않다는 것(정압이 상대적으로 낮아 설계상 요구되는 풍량보다 많은 풍량이 배출)을 의미하는 바, Rd1 에 해당하는 공급전압(Vd1)을 인가한다.
측정된 회전수가 미리 정해진 오차 범위를 벗어나 R0 보다 큰 경우(예를 들어 Ru1 인 경우)에도 설계상 요구되는 풍량이 배출되고 있지 않다는 것(정압이 상대적으로 높아 설계상 요구되는 풍량보다 적은 풍량이 배출)을 의미하는 바, Ru1 에 해당하는 공급전압(Vd1)을 인가한다.
새롭게 공급전압(Vd1 또는 Vu1)을 인가한 후 다시 BLDC전동기(220)의 회전수를 측정하여 측정된 회전수가 미리 정해진 오차 범위 내에서 Rd1 또는 Ru1 에 해당하 는지 판단하고, 일치하는 경우에는 새롭게 인가된 공급전압(Vd1 또는 Vu1)을 유지하고, 일치하지 않는 경우에는 측정된 회전수에 해당하는 공급전압을 다시 인가하는 과정을 되풀이한다.
이와 같이 인가되는 공급전압이 동일하더라도 배출되는 풍량이 경우에 따라 달라지는 이유는 팬(210)에 작용하는 정압이 경우에 따라 달라지기 때문이다.
즉, 동일한 공급전압을 인가하더라도 정압이 낮은 경우에는 팬(210)에 작은 부하가 작용하여 배출되는 풍량이 증가하고, 정압이 높은 경우에는 팬(210)에 큰 부하가 작용하여 배출되는 풍량이 감소한다.
다시 말하면, 정압이 낮은 경우에는 일정한 풍량을 배출하기 위하여 필요한 공급전압 및 이에 따른 BLDC전동기(220)의 회전수가 낮아지고, 정압이 높은 경우에는 일정한 풍량을 배출하기 위하여 필요한 공급전압 및 이에 따른 BLDC전동기(220)의 회전수가 높아지게 된다.
도5는 정풍량 구현하는 과정을 인가된 공급전압에 따른 BLDC전동기(220)의 회전수와 풍량의 관계 곡선상에서 도시하고 있다.
즉, 인가된 최초 공급전압*에 따른 BLDC전동기의 회전수를 측정하고, 측정된 회전수가 미리 정해진 오차 범위를 벗어나 R0 보다 작은 경우(예를 들어 Rd1 인 경우)에는 Rd1 에 해당하는 공급전압(Vd1)을 새롭게 인가하고, 측정된 회전수가 미리 정해진 오차 범위를 벗어나 R0 보다 큰 경우(예를 들어 Ru1 인 경우)에는, Ru1 에 해 당하는 공급전압(Vd1)을 새롭게 인가한다.
이와 같은 방법으로 정압을 직접 측정하지 않더라도 정압의 변화에 상관없이 일정한 풍량을 항상 배출할 수 있는 정풍량 환기팬을 구현할 수 있다.
첫째, 별도의 압력센서를 구비하지 않더라도 정압의 변화에 상관없이 일정한 풍량을 배출할 수 있다.
다시 말하면, 마이크로프로세서(230)에는 인가되는 공급전압에 따른 정압, BLDC전동기(220)의 회전수, 및 풍량의 관계에 관한 모든 데이타가 입력되어 있으며, 설계자가 요구하는 일정한 풍량에 해당하는 공급전압 및 BLDC전동기(220)의 회전수에 관한 데이타가 기준값으로 입력되고, 최초 인가될 공급전압에 따른 BLDC전동기(220)의 회전수를 측정하여 인가되는 공급전압을 변경하는 방법으로 정풍량을 실현하는 프로그램이 내장되어 정압을 직접 측정하지 않더라도 일정한 풍량을 유지할 수 있다.
둘째, BLDC전동기(220)의 회전수를 측정하여 정압의 변화에 상관없이 일정한 풍량을 배출할 수 있다.
다시 말하면, 마이크로프로세서(230)에 입력된 인가되는 공급전압에 따른 정압, BLDC전동기(220)의 회전수, 및 풍량의 관계에 관한 데이타를 이용하는 바, BLDC전동기(220)의 회전수와 인가되는 공급전압의 관계만을 이용하더라도 정압의 변화를 반영한 정풍량을 구현할 수 있다.
셋째, 배출되는 풍량의 기준값이 변경되더라도 구성요소를 교체하거나 추가할 필요없이 입력되는 수치의 변경만으로 이를 해결할 수 있다.
다시 말하면, 풍량의 기준값이 변하게 되면 마이크로프로세서(230)에 입력된 인가되는 공급전압에 따른 정압, BLDC전동기(220)의 회전수, 및 풍량의 관계로부터 설계자가 새롭게 요구하는 일정한 풍량에 해당하는 공급전압 및 BLDC전동기(220)의 회전수에 관한 데이타를 기준값으로 새롭게 입력하면 된다.

Claims (5)

  1. 건물의 외부로 통하는 배기관로의 입구에 설치되는 정풍량 환기팬에 관한 것으로서,
    실내공기가 유입되는 흡입구, 및 배기관로에 연결되는 배기관연결구가 구비된 케이스; 및,
    상기 케이스의 내부에 장착되는 송풍기;
    를 포함하여 구성되되,
    상기 송풍기는,
    팬;
    상기 팬을 구동하는 BLDC전동기(Brushless DC Motor);
    상기 BLDC전동기의 회전수(RPM)을 측정하는 RPM센서; 및,
    상기 RPM센서에서 측정된 회전수에 관한 신호를 수신하여 상기 BLDC전동기에 인가되는 공급전압을 제어하는 마이크로프로세서;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC전동기를 이용한 정풍량 환기팬.
  2. 제1항에서, 상기 마이크로프로세서는,
    인가될 공급전압에서의 정압(Static pressure)과 풍량의 관계에 관한 데이타, 인가될 공급전압에서의 BLDC전동기의 회전수(RPM)와 풍량의 관계에 관한 데이타가 입력되고,
    설계상 요구되는 일정한 풍량에 해당하는 BLDC전동기의 회전수 및 인가될 공급전압에 관한 데이타가 입력되고,
    최초 인가되는 공급전압에 따른 BLDC전동기의 회전수에 관한 신호를 상기 RPM센서로부터 수신하고, 설계상 요구되는 일정한 풍량을 구현하기 위하여 수신된 BLDC전동기의 회전수에 해당하는 공급전압을 산출하고,
    상기 BLDC전동기에 산출된 공급전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 BLDC전동기를 이용한 정풍량 환기팬.
  3. 제2항에서, 상기 마이크로프로세서는,
    설계상 요구되는 일정한 풍량이 변경되는 경우 변경된 풍량에 해당하는 BLDC전동기의 회전수 및 인가될 공급전압에 관한 데이타를 변경할 수 있고,
    데이타가 변경된 후 최초 인가되는 공급전압에 따른 BLDC전동기의 회전수에 관한 신호를 상기 RPM센서로부터 수신하고, 변경된 풍량을 구현하기 위하여 수신된 BLDC전동기의 회전수에 해당하는 공급전압을 새롭게 산출하여 상기 BLDC전동기에 인가하는 것을 특징으로 하는 BLDC전동기를 이용한 정풍량 환기팬.
  4. 제1항 내지 제3항 가운데 어느 한 항에서,
    상기 케이스의 상기 배기관연결구에 설치되되,
    배기관로를 향하는 외측으로는 회동이 가능하나 상기 케이스의 내측으로는 회동이 되지 않도록 핀결합된 역류방지판;
    이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 BLDC전동기를 이용한 정풍량 환기팬.
  5. 제1항 내지 제3항 가운데 어느 한 항에서,
    상기 케이스의 상기 흡입구에 에어필터;
    가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 BLDC전동기를 이용한 정풍량 환기팬.
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