KR100983323B1 - 교반 장치 및 그의 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실험실 등에서 사용되는 교반 장치 및 그의 처리 방법에 관한 것이다. 교반 장치는 브러시리스 직류 모터를 이용하여 교반 시, 정회전 및 역회전 처리 가능하다. 이를 위해 교반 장치는 정회전, 정지 및 역회전을 자동 처리하는 자동 모드를 설정 저장한다. 교반 장치는 자동 모드를 처리하기 위해, 정회전 회전수와 정회전 시간, 역회전 회전수와 역회전 시간 그리고, 정회전, 정지 및 역회전을 자동 처리하는 자동 모드의 회전수 및 반복 횟수를 설정, 저장한다. 또 교반 장치는 다양한 모터의 종류에 대응하여 기준값을 설정, 저장하고, 실시간으로 모터의 회전수 및 토크를 피드백하여 기준값을 유지하도록 모터의 전원을 조절한다. 또 교반 장치는 실시간으로 정회전 회전수와 정회전 시간, 역회전 회전수와 역회전 시간 및, 정회전, 정지 및 역회전을 자동 처리하는 자동 모드의 회전수 및 반복 횟수와, 검출된 토크를 표시한다. 따라서 본 발명에 의하면, 정역회전으로 교반하도록 처리함으로써, 교반 효율을 향상시킬 수 있으며, 브러시리스 직류 모터의 출력을 실시간으로 모니터링하여 조절함으로써, 정확한 속도 제어가 가능하다.

교반 장치, 브러시리스 직류 모터, 정역회전, 피드백 조절, 토크 표시

Description

교반 장치 및 그의 처리 방법{STIRRERING APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING OF THE SAME}

본 발명은 교반 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 브러시리스 직류 모터(Brushless DC Motor : BLDC Motor)를 이용하여 교반 시, 정회전 및 역회전 가능한 교반 장치 및 그의 처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로 실험실 등에서 사용되는 실험실용 교반 장치는 다양한 액체 등의 교반 대상물을 혼합하는 것을 주요 목적으로 하지만, 여러 가지 물질들을 혼합하는 것으로 인해서 교반 용기 내의 반응 물질이 교반, 추출 반응, 액체 원료의 균일한 혼합, 수지의 용매 녹임, 식품 원료의 가공 처리, 효소를 이용한 분해 및 합성 반응 등 여러가지 기능을 동시에 이루어낸다. 따라서 교반 장치는 단지 혼합 장치일 뿐만 아니라 다종류의 원료를 취급하는 다종의 다양한 목적에 이용되는 다기능의 장치이다.

또한 교반 장치는 교반 대상물의 점도가 높거나 양이 많을 때에는 직접적인 힘이 전달 가능한 기계적인 교반 장치를 사용해야 한다. 이를 위해 교반 장치는 다양한 종류의 모터를 이용하여 교반 대상물을 혼합하도록 임펠러(impeller)를 회전 시킨다.

예를 들어, 일반적인 DC 모터는 효율 및 동작 특성이 우수하여 동력용은 물론 서보 모터로서 널리 사용되고 있다. 그러나 브러시와 정류자의 접촉에 의한 기계적인 스위칭으로 인하여 수명이 짧으며 정기적인 보수가 필요하다. 또한 브러시에서의 전기 및 자기적인 잡음 등이 발생하여 전자기기에 장애를 일으키는 원인이 된다.

이러한 DC 모터의 결함을 보완하기 위하여 브러시와 정류자 등이 기계적인 스위칭을 반도체 소자를 이용하여 전자적으로 스위칭하는 브러시리스 직류 모터를 이용한다.

브러시리스 직류 모터는 정류 작용을 위해서 브러시 및 정류자 대신에 회전자와 회전자의 위치를 검출하는 소자 및 이 위치 정보에 따라 해당하는 고정자 코일의 전류를 스위칭하는 소자를 구비한다. 이러한 브러시리스 직류 모터는 일반적인 DC 모터의 단점인 브러시와 정류자가 없기 때문에 정기적인 보수가 필요하지 않으므로, 신회성이 높고 수명이 길다.

따라서 일반적인 실험실 등에서 사용되는 교반 장치는 브러시리스 직류 모터를 점차 사용하는 추세이다. 그러나 교반 장치는 브러시리스 직류 모터를 사용하더라도 한쪽 방향으로만 회전하여 교반 대상물을 혼합한다. 이러한 교반 장치는 한쪽 방향으로만 회전하여 교반 대상물을 혼합함으로써, 교반 대상물의 점도 변화에 따라 교반 시간이 증가되거나, 반응 용기 전체적으로 균일하게 교반되지 않으므로 인해 교반 효율의 저하되는 등의 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 모터의 출력을 실시간으로 정확하게 조절하는 기능이 없어서, 교반 대상물의 점도 변화로 인해 모터의 출력이 불규칙한 현상이 발생될 수 있다.

본 발명의 목적은 브러시리스 직류 모터를 이용하여 교반 시, 정회전 및 역회전 가능한 교반 장치 및 그 처리 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 정확한 속도를 제어하기 위한 교반 장치 및 그 처리 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 브러시리스 직류 모터의 동작 상태에 따라 실시간으로 모니터링 정보를 표시하기 위한 교반 장치 및 그 처리 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적들을 달성하기 위한, 본 발명의 교반 장치는 브러시리스 직류 모터를 이용하여 교반 시, 정회전 및 역회전으로 교반하는데 그 한 특징이 있다. 이와 같이 교반 장치는 실험실용으로 적합하고, 교반 효율을 향상시킬 수 있으며, 브러시리스 직류 모터의 출력을 실시간으로 모니터링하여 조절함으로써, 정확한 속도 제어가 가능하다.

본 발명의 교반 장치는, 교반 대상물을 교반하는 임펠러와 연결되는 모터와; 상기 모터로 전원을 공급하는 전원 공급부와; 교반시 상기 교반 대상물을 정회전 및 역회전으로 교반하도록 상기 전원 공급부의 전원 공급을 제어하는 제어부와; 상 기 제어부로 상기 교반 장치의 동작 모드를 설정하거나, 상기 모터의 설정값을 입력하는 입력부 및; 상기 제어부의 제어를 받아서 상기 설정값 및 상기 모터의 동작 상태에 따른 정보를 실시간으로 표시하는 표시부를 포함한다.

한 실시예에 있어서, 상기 제어부는; 내부에 모터의 종류에 대한 기준값을 설정 저장하고, 상기 모터의 동작 상태를 감지하여 상기 모터의 회전수 및 토크를 실시간으로 검출하고, 검출된 상기 회전수와 상기 기준값이 일치하도록 피드백하여 상기 모터의 상기 전원을 제어하며, 검출된 상기 회전수 및 상기 토크를 상기 표시부에 실시간으로 표시하도록 제어한다.

다른 실시예에 있어서, 상기 모터는 브러시리스 직류 모터로 구비되고; 상기 제어부는 상기 브러시리스 직류 모터 내부에 구비되는 복수 개의 센서들로부터 상기 모터의 회전수 및 토크를 검출한다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 교반 장치는; 상기 모터의 정회전 또는 역회전에 대응하여 전원을 공급하도록 스위칭하는 스위칭부와; 상기 전원 공급부로부터 전원을 공급받고, 상기 제어부의 제어를 받아서 상기 모터의 정회전 또는 역회전에 대응하여 상기 스위칭부를 구동하는 스위칭 구동부 및; 상기 스위칭부로부터 상기 모터로 공급되는 전원으로부터 과전류를 검출하여 상기 제어부로 출력하는 과전류 검출부를 더 포함한다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 표시부는 디지털 방식으로 구비되되; 설정 및 검출된 상기 모터의 회전수와, 회전 시간 및 반복 횟수를 나타내는 제 1 표시창과, 상기 토크를 실시간으로 표시하는 제 2 표시창을 포함한다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 제 1 표시창은 정회전 회전수와 시간, 역회전 회전수와 시간 및 정회전, 정지 및 역회전을 자동 처리하는 자동 모드의 회전수 및 반복 횟수를 표시하는 복수 개의 7 세그먼트 LED들과, 정회전, 역회전 또는 상기 자동 모드를 나타내는 복수 개의 램프들을 포함하고, 상기 제 2 표시창은 검출된 상기 토크를 표시하는 복수 개의 7 세그먼트 LED들과, 검출된 상기 토크가 상기 모터의 정격 토크에 대한 범위를 실시간으로 표시하는 제 1 내지 제 3 램프들을 포함한다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 제 2 표시창은; 검출된 상기 토크가 상기 정격 토크의 30 % 이내의 범위인 경우에 상기 제 1 램프를 점등 표시하고, 검출된 상기 토크가 상기 정격 토크의 30 %를 초과하고, 60 % 이내의 범위인 경우에 상기 제 2 램프를 점등 표시하고, 검출된 상기 토크가 상기 정격 토크의 60 %를 초과하고 90 % 이내의 범위인 경우에 상기 제 3 램프를 점등 표시하며, 그리고 검출된 상기 토크가 상기 정격 토크의 110 %를 초과하는 경우에 상기 제 1 내지 상기 제 3 램프들을 동시에 점등 표시한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 교반 장치의 처리 방법이 제공된다. 이 방법에 의하면, 상기 교반 장치는 브러시리스 직류 모터를 이용하여 정회전 및 역회전을 자동으로 처리하는 자동 모드를 구비하고, 상기 자동 모드가 설정되면, 교반 시, 교반 대상물을 정회전, 정지 및 역회전하여 교반 가능하도록 처리한다.

한 실시예에 있어서, 상기 자동 모드가 설정되는 것은; 상기 브러시리스 직류 모터의 정회전 회전수, 정회전 시간, 정지 시간, 역회전 회전수, 역회전 시간 및 상기 자동 모드의 반복 횟수를 설정, 저장한다.

다른 실시예에 있어서, 상기 방법은; 상기 브러시리스 직류 모터의 정격 출력, 정격 토크 및 회전수에 대응하여 기준값을 설정하고, 상기 브러시리스 직류 모터의 회전수 및 토크를 피드백하여 상기 기준값에 일치되도록 상기 브러시리스 직류 모터의 전원을 조절하는 것을 더 포함한다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 방법은; 상기 회전수 및 상기 토크를 실시간으로 표시하는 것을 더 포함하되; 상기 토크는 상기 브러시리스 직류 모터의 정격 토크에 대한 크기를 복수 개의 범위로 분할하여 표시한다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 방법은; 설정된 회전수에 도달하는 시간을 교반 대상물의 종류, 모터의 종류, 교반 조건 등에 적합하도록 설정 저장하고, 설정된 상기 시간에 설정된 상기 회전수에 도달하도록 상기 브러시리스 직류 모터의 전원을 조절하는 것을 더 포함한다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 방법은; 교반 중 정전이 발생되면, 설정된 회전수, 시간 및 횟수의 잔여 동작에 대한 정보를 저장하고, 복전되면 상기 잔여 동작에 대한 상기 정보를 표시하고, 상기 잔여 동작을 처리하는 것을 더 포함한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 교반 장치는 브러시리스 직류 모터를 이용하여 교반 시, 정회전 및 역회전을 자동 처리하는 자동 모드를 이용하여 교반 대상물을 교반함으로써, 실험실용으로 적합하고, 제품의 수명 및 안정성과, 교반 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 교반 장치는 브러시리스 직류 모터의 출력을 실시간으로 모니터링하여 피드백 조절함으로써, 정확한 속도 제어가 가능하다.

뿐만 아니라, 본 발명의 교반 장치는 회전수 및 토크 표시, 스무스 스타트, 과전류 검출, 정전시 회복 기능 등 다양한 기능을 구비함으로써, 교반 장치의 성능을 향상시킬 수 있으며, 이로 인하여 제품의 차별화를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.

이하 첨부된 도 1 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실험실용 교반 장치의 구성을 도시한 사시도이다. 이 실시예의 교반 장치(stirrer)는 액체, 가루 등의 다양한 교반 대상물(또는 실험 물질)을 가열하기 위한 히팅 맨틀(heating mantle)과 함께 사용된다.

도 1을 참조하면, 교반 장치(100)는 히팅 맨틀(10)이 배치되는 스탠드(108)의 일측에 수직 방향으로 설치된 수직 로드(102)의 일정 위치에 클램프(clamp)(104)를 이용하여 고정 설치된다. 히팅 맨틀(10)은 내부에 교반 대상물이 수용되는 플라스크(또는 교반 용기)(20)가 탑재된다. 히팅 맨틀(10)은 예컨대, 플라스크(20)를 가열하는 온도 조절기, 가열 시간을 조절하는 타이머 및, 가열 온도, 시간 등을 표시하는 표시 장치 등이 구비될 수 있다.

또 교반 장치(100)는 내부에 설치된 브러시리스 직류(BLDC) 모터에 의해 발생된 회전력을 전달받아서 플라스크(20) 내부에 저장된 교반 대상물을 직접 혼합하는 임펠러(impeller)(106)와 결합된다.

본 발명의 교반 장치(100)는 브러시리스 직류 모터로부터 실시간으로 출력을 모니터링하여 속도를 균일하게 조절하도록 피드백하여 구동 전원을 조절, 공급하고, 교반 시, 정회전 및 역회전을 이용하여 교반하는 자동 모드를 설정, 처리한다.

따라서 본 발명의 교반 장치(100)는 브러시리스 직류 모터를 이용하여, 스파크의 발생이 없고 브러시의 교환이 필요없으므로 내구성이 우수하고 제품의 수명이 길고, 안정적인 교반이 가능하다. 또 교반 장치(100)는 다양한 기능 예를 들어, 한쪽 방향으로 회전하여 교반 효율이 저하되는 것을 방지하기 위하여 정회전 및 역회전 동작을 설정하여 자동으로 처리하는 자동 모드 기능과, 모터의 회전수 및 토크를 실시간으로 모니터링하여 기준값에 대응하여 정확한 회전수와 일정 크기의 토크를 유지하도록 모터의 구동 전원을 조절하는 피드백 조절(feedback control) 기능과, 교반 대상물의 점도 변화에 대응하여 실시간으로 모터의 토크를 표시하는 토크 표시 기능과, 사용자의 안전과 갑작스런 교반으로 교반 대상물이 넘치는 현상 등을 방지하기 위한 스무스 스타트(smooth start) 기능과, 설정 시간, 처리 시간, 설정 회전수, 실제 회전수 및, 반복 횟수 등을 실시간으로 표시하는 표시 기능, 정전시 잔여 동작을 처리하도록 하는 정전 보상 기능, 모터의 손상을 방지하기 위한 과전류 검출 기능 등을 구비한다.

이를 위해 교반 장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 교반 대상물을 혼합하기 위하여 하우징(도 3의 101) 내부에 정회전 및 역회전 가능한 모터(130)와, 모터(130)의 전원을 공급하는 전원 공급부(120) 및, 교반 장치(100)의 다양한 기능 예를 들어, 정회전 및 역회전을 이용하여 교반하는 자동 모드 기능, 피드백 제어 기능, 실시간 토크 표시 기능, 스무스 스타트 기능, 과부하 방지 기능, 정전시 회복 기능 등을 처리하기 위해 제반 동작을 제어하는 제어부(110)가 설치된다.

또 교반 장치(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(101) 내부에 모터(130)의 회전축(132a)에 결합되는 기어(134a)와, 체결부재(138)에 의해 임펠러(106)가 고정 설치되는 회전축(132b)에 결합되는 기어(134b) 및, 두 기어(134a, 134b)를 연결하여 동력을 전달하는 밸트(136)를 구비하고, 적정의 기어비(gear ratio)를 이용하여 회전수를 조절한다. 예를 들어, 기어비가 1 : 2인 경우, 교반을 위한 출력 회전수가 1000 rpm이라면, 모터(130)의 회전수는 2000 rpm(1000 rpm * 2)이다.

구체적으로 도 2를 참조하면, 본 발명의 교반 장치(100)는 정역회전 가능한 모터(130)와, 복수 개의 키(또는 버튼)들을 구비하는 입력부(160)와, 설정 및 현재 동작 중인 회전수, 시간 및 반복 횟수 등의 다양한 정보를 나타내는 표시부(140)와, 교반 장치(100)의 제반 동작을 제어하는 제어부(110) 및, 제어부(110)와 모터(130)로 전원을 공급하는 전원 공급부(120)를 포함한다. 또 교반 장치(100)는 제어부(110)의 제어를 받아서 표시부(140)를 구동하는 표시 구동부(150)와, 모터(130)의 구동 전원을 공급하도록 스위칭하는 스위칭부(124)와, 제어부(110)의 제어를 받아서 스위칭부(124)를 구동하는 스위칭 구동부(122) 및, 스위칭부(124)로부터 모터(130)로 공급되는 구동 전원으로부터 과전류를 검출하는 과전류 검출부(126)를 포함한다.

모터(130)는 예컨대, 브러시리스 직류(BLDC) 모터로서, 다양한 정격 출력과 정격 토크를 갖는 것들 중 어느 하나로 구비되어, 스위칭부(124)로부터 3 상 직류 전원을 받아서 정방향 또는 역방향으로 회전한다. 예를 들어, 모터(130)는 20, 40, 60, 100 및 200 W의 정격 출력들과, 0.65, 1.30, 1.95, 3.24, 6.49 크기의 정격 토크들을 갖는 브러시리스 직류 모터 중 어느 하나로 구비된다. 또 모터(130)는 내부에 회전자(미도시됨)의 위치를 검출하는 복수 개의 센서(예를 들어, 홀 센서)(132)들을 포함한다. 센서(132)는 회전자의 위치를 검출하여, 제어부(110)로 펄스 신호(PULSE)를 전달한다. 예컨대, 브러시리스 직류 모터(130)는 영구 자석을 갖는 회전자와, 3 상 코일을 갖는 고정자로 이루어진다. 또 브러시리스 직류 모터(130)는 내부에 3 상 코일에 대응하여 위치 및 회전수를 감지하는 복수 개의 센서(132)들을 구비한다. 센서(132)들은 예를 들어, 홀 센서 또는 타코 발생기(Tacho Generator : TG) 등으로 구비된다.

입력부(160)는 도 5에 도시된 바와 같이, 복수 개의 키(또는 버튼, 스위치 등)(162 ~ 170)들을 구비한다. 예를 들어, 입력부(160)는 설정 위치를 변경하는 행렬 키(162)와, 교반 장치(100)의 동작 모드를 선택하기 위한 모드 키(170)와, 교반 장치(100)의 동작을 개시 또는 중지시키는 운전 키(START/STOP)(168), 회전수 및 시간을 설정하기 위해 크기를 증가 또는 감소시키는 업(up), 다운(down) 키(164, 166)들과, 교반 장치(100)의 전원을 공급, 차단하는 전원 스위치(172)를 포함한다. 또 입력부(160)는 하나의 키 또는 복수 개의 키들을 조합하여 동시에 입력함으로써, 다양한 입력 신호(SW_IN)를 발생할 수도 있다. 예를 들어, 교반 장치(100)의 다양한 정보를 설정하기 위한 설정 모드를 선택하기 위해서, 행렬 키(162)와 모드 키(170)을 동시에 눌려서 설정 모드를 선택할 수 있다. 또 입력부(160)는 교반 장치(100)의 하우징(101)의 모양, 크기 등에 따라 복수 개의 키(162 ~ 172)들을 다양한 형태로 배치될 수 있다.

표시부(140)는 예컨대, LED, LCD 등으로 구비되어, 정회전 시의 회전수 및 시간과, 역회전 시의 회전수 및 시간, 그리고 동작 모드의 반복 횟수 등을 표시하거나 실시간으로 토크 정보를 표시한다. 또 표시부(140)는 정회전 동작 모드, 역회전 동작 모드 및 자동 동작 모드 등을 설정하기 위한 설정 정보나, 교반 장치(100)의 다양한 기능에 따른 동작 상태, 에러 상태 등을 표시한다.

일 실시예로서 도 4에 도시된 바와 같이, 표시부(140)는 디지털 방식으로, 7 세그먼트 LED(142, 152)로 구비되는 제 1 및 제 2 표시창(140a, 140b)과, 제 1 및 제 2 표시창(140a, 140b) 각각의 일측에 구비되는 복수 개의 램프(144, 154)들을 포함한다. 제 1 표시창(140a)은 정회전 rpm과 정회전 시간, 역회전 rpm과 역회전 시간, 자동 모드의 rpm과 자동 모드의 반복 횟수를 표시한다. 제 1 표시창(140a)은 제 1 내지 제 3 램프(144 : 144a ~ 144c)들을 포함한다. 예를 들어, 제 1 표시창(140a)은 제 1 내지 제 3 램프(144a ~ 144c)들 중 어느 하나와 복수 개의 7 세그먼트 LED(142)들을 이용하여 정회전 또는 역회전에 대한 회전수 및 시간을 표시하거나 자동 모드에 대한 회전수 및 반복 횟수를 표시한다. 제 2 표시창(140b)은 제 4 내지 제 6 램프(144a ~ 144c)들을 포함한다. 제 2 표시창(140b)은 제 4 램프 내지 제 6 램프(154 : 154a ~ 154c)들을 이용하여 토크의 범위를 나타내고, 복수 개의 7 세그먼트 LED(152)들을 이용하여 토크의 크기를 실시간으로 표시한다. 또 제 1 표시창(140a)은 시간 및 소수점을 나타내는 기호 표시기(146, 148)를 포함한다. 따라서 표시부(140)는 제 1 및 제 2 표시창(140a, 140b)을 구비하여, 정회전 및 역회전에 대한 회전수, 정회전 및 역회전 시간 그리고, 동작 모드의 회전수 및 반복 횟수 등 설정된 값들과 실행 중인 값들을 표시하거나, 실시간으로 토크를 표시할 수 있다.

물론 제 1 및 제 2 표시창(140a, 140b)과 램프(144, 154)들을 하나 이상의 LCD로 구비될 수 있다. 다른 예로서 표시부(140)는 도면에는 도시되지 않았지만, 회전수를 수동 조절하는 볼륨과, 볼륨의 조절에 대응하여 복수 개의 LED들을 점등하여, 토크를 아날로그 방식으로 나타낼 수도 있다.

표시 구동부(150)는 제어부(110)로부터 제어 신호(DRV_DP) 및 데이터(DATA)를 받아서 표시부(140)에 적합한 데이터(DATA)로 변환하여 출력한다. 예를 들어, 표시 구동부(150)는 복수 개의 시프트 레지스터(shift register)와, 복수 개의 트랜지스터 어레이(transistor array)들로 구비되고, 시프트 레지스터들이 제어부(110)로부터 5 V 레벨의 데이터를 받아서 7 세그먼트 LED(142, 152)에 적합하도록 시프트하고, 이를 트랜지스터 어레이들에 의해 12 V 레벨의 데이터로 변환하여 각각의 7 세그먼트 LED(142, 152)들로 출력한다.

전원 공급부(120)는 예컨대, 스위칭 모드 전원 공급(Switching Mode Power Supply : SMPS) 장치로 구비되며, 교류 전원(AC_IN)을 공급받아서 제어부(110)의 전원 전압(VCC)과, 모터(130)의 구동 전원(OUT)을 공급하기 위해 스위칭 구동부(122)로 3 상의 직류 전원(DC_OUT)을 공급한다.

스위칭 구동부(122)는 제어부(110)로부터 제어 신호(DRV_SW)를 받아들이고, 전원 공급부(120)로부터 3 상의 직류 전원(DC_OUT)을 공급받아서 스위칭부(124)를 구동(DC_OUT')한다.

스위칭부(124)는 모터(130)의 3 상 직류 전원을 공급하기 위해 스위칭하는 복수 개의 트랜지스터(미도시됨) 예컨대, 6 개의 FET(Field Eeffect Transistor)를 구비하고, 정회전 동작을 위한 3 상의 직류 전원을 출력하는 3 개의 FET와, 역회전 동작을 위한 3 상의 직류 전원을 출력하는 3 개의 FET가 상호 병렬로 배치된다. 따라서 스위칭부(124)는 제어부(110)로부터 스위칭 구동부(122)로 제어 신호(DRV_SW)가 입력되면, 정회전 또는 역회전 동작에 대응하여 모터(130)로 구동 전원(OUT)을 공급하도록 스위칭한다.

과전류 검출부(126)는 모터(130)를 과전류로부터 보호하기 위하여, 스위칭부(124)로부터 출력되는 신호(SEN)을 받아서 증폭 및 비교하고, 과전류(OVER_L)가 공급되는지를 검출하여 제어부(110)로 제공한다.

그리고 제어부(110)는 예컨대, 컨트롤러, 프로세서 등으로 구비되고, 내부에 메모리 장치(미도시됨)가 구비된다. 메모리 장치는 예컨대, EEPROM 등으로 구비되어, 제어부(110)의 제반 동작을 제어하는 프로그램과, 설정 데이터 및, 다양한 모터(130)들의 정격 출력, 정격 토크, 및 회전수에 대응되는 기준값들을 포함하는 기준값 리스트(도 7 참조) 등을 저장한다.

구체적으로 제어부(110)는 입력부(160)로부터 입력 신호(SW_IN)를 받아서, 회전수, 시간 및 횟수 등을 설정 저장하고, 모터(130)의 센서(132)들로부터 펄스 신호(PULSE)를 받아서 회전수(rpm) 및 토크(toque) 등을 검출하며, 모터(130)의 정확한 회전 속도를 조절하기 위해 스위칭부(124)의 펄스폭(PWM)의 듀티비를 조절하 여 모터(130)의 구동 전원을 공급하도록 제어한다. 이를 위해 제어부(110)는 도 6 내지 도 12의 동작 수순들을 처리한다.

즉, 본 발명의 교반 장치(100)의 다양한 기능들에 따른 처리 방법을 도 6 내지 도 12를 이용하여 상세히 설명한다. 도 6 내지 도 12에 도시된 수순들은 제어부(110)가 처리하는 프로그램으로, 이 프로그램은 제어부(110)의 메모리 장치(미도시됨)에 저장된다.

도 6은 본 발명에 따른 교반 장치의 다양한 모터의 종류에 따른 정확한 속도 조절을 위한 피드백 조절 수순을 도시한 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 단계 S200에서 다양한 모터의 정격 출력, 정격 토크 및 회전수에 대응하여 범용으로 제어부(110)를 이용할 수 있도록 기준값을 설정하고, 설정된 기준값들을 각 모터에 대한 기준값 리스트(도 7 참조)를 작성하여 메모리 장치에 저장한다.

단계 S202에서 특정 모터(130)가 교반 장치(100)에 장착되면, 해당 모터(130)에 대한 안정적인 회전수 및 일정한 크기의 토크를 조절하기 위하여, 입력부(160)를 통해 해당 모터(130)의 임의의 회전수를 입력한다. 예를 들어, 도 7에 도시된 기준값 리스트들 중 설치된 모터(130)가 정격 출력 20W, 정격 토크 0.65인 경우, 설정된 회전수들 중 어느 하나(예를 들어, 1000 rpm)를 입력한다. 단계 S204에서 설정 회전수에 대응되는 모터(130)의 구동 전원을 공급하여 모터(130)를 구동하고, 단계 S206에서 모터(130)로부터 펄스 신호(PULSE)를 수신한다. 단계 S208에서 펄스 신호(PULSE)로부터 현재 모터(130)의 회전수를 검출한다. 예컨대, 펄스 신 호(PULSE)는 센서(132)로부터 1 사이클을 주기로 반복되는 펄스 값을 카운트하여 회전수를 검출한다.

단계 S210에서 검출된 회전수가 기준값의 회전수와 일치하는지를 판별한다. 즉, 검출된 회전수가 1000 rpm에 대응하는 기준값 22.0에 도달되는지를 검출한다.

검출 결과, 기준값의 회전수와 검출된 회전수가 일치하면 이 수순은 단계 S214로 진행하여 현재 모터(130)의 구동 전원을 유지하도록 제어하고, 그렇지 않으면 단계 S212로 진행하여 검출된 회전수에 대응되는 기준값 즉, 22.0에 일치 및 유지하도록 모터(130)의 구동 전원을 조절한다.

따라서 본 발명의 교반 장치(100)는 피드백 조절을 통하여 일정한 토크와 정확한 회전수를 조절하여 속도를 일정하게 유지할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 교반 장치의 정회전 및 역회전을 위한 자동 모드의 동작 상태를 나타내는 흐름도이다. 이 수순은 교반 동작을 위해 정회전 및 역회전을 자유롭게 설정하여 필요에 따라 자동으로 회전 방향을 선택하기 위한 처리 수순이다.

즉, 도 8을 참조하면, 단계 S220에서 정회전 rpm, 정회전 시간, 정지 시간, 역회전 rpm, 역회전 시간 및, 정회전과 역회전 횟수를 설정 저장한다. 단계 S222에서 자동 모드를 선택한다. 이어서 단계 S224에서 설정된 조건에 대응하여 정회전, 정지 및 역회전 순으로 교반을 처리한다.

따라서 본 발명의 교반 장치(100)는 설정된 조건에 따라 정회전, 정지 및 역회전을 이용하여 교반함으로써, 한쪽 방향으로만 회전하여 교반 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 교반 시간을 단축할 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 토크 표시 기능을 처리하는 수순을 나타낸 흐름도이다. 이 수순은 모터의 정격 토크의 크기를 복수 개의 범위로 분할하여 표시한다.

즉, 도 9를 참조하면, 단계 S230에서 모터(130)로부터 펄스 신호(PULSE)를 수신하여 단계 S232에서 토크(toque)를 검출한다.

단계 S234에서 검출된 토크가 교반 대상물의 점도 변화에 따라 정격 토크의 30 % 이내의 범위인지를 판별하고, 정격 토크의 30 % 이내의 범위이면, 단계 S236에서 제 2 표시창의 제 4 램프(154c)를 점등 표시한다. 단계 S238에서 검출된 토크가 정격 토크의 30 %를 초과하고, 60 % 이내의 범위인지를 판별하고, 정격 토크의 60 %이내의 범위이면, 단계 S240에서 제 5 램프(154b)를 점등 표시한다. 또 단계 S242에서 검출된 토크가 정격 토크의 60 %를 초과하고 90 % 이내의 범위인지를 판별하여, 정격 토크의 90 % 이내의 범위이면, 단계 S244에서 제 6 램프(154a)를 점등 표시한다.

그리고 단계 S246에서 검출된 토크가 정격 토크의 110 %를 초과하는지를 판별한다. 판별 결과, 정격 토크의 110 %를 초과하면, 단계 S248에서 제 4 내지 제 6 램프(154c, 154b, 154a)를 동시에 깜박거려서 점등 표시한다. 이 때, 램프(154)의 점등과 함께 알람을 발생할 수도 있다. 단계 S250에서 일정 시간(예를 들어, 약 10 초 정도)이 경과된 후, 모터(130)의 구동 전원을 자동으로 차단한다. 이어서 단계 S252에서 교반을 중지한다.

이러한 수순은 검출된 토크가 정격 토크의 110 % 이내의 범위인 경우에는 단계 S230 내지 단계 S246을 반복 처리하여 실시간으로 현재의 토크를 표시한다.

따라서 본 발명의 교반 장치(100)는 도 10에 도시된 바와 같이, 토크를 교반 대상물의 점도 변화에 대응하여 실시간으로 제 4 내지 제 6 램프(154 : 154a ~ 154c)를 상이하게 표시하고, 정격 토크가 110 %를 초과할 경우, 모터(130)를 보호하기 위해 출력 공급이 자동 차단되고 교반을 중지한다.

도 11은 본 발명에 따른 스무스 스타트(smooth start) 기능을 설명하기 위한 파형도이다.

도 11을 참조하면, 일반적인 교반 장치에서 갑작스런 교반으로 인하여 교반 대상물이 교반 용기로부터 흘러 넘치는 현상을 방지하기 위해, 본 발명은 부드럽게 설정된 회전수까지 도달하도록 제어하는 스무스 스타트(smooth start) 기능을 처리한다. 이를 위해 제어부(110)는 내부에 설정된 회전수에 도달하는 시간을 교반 대상물의 종류, 모터의 종류, 교반 조건 등에 적합하도록 설정 저장하고, 설정 시간(t1) 동안에 모터(130)의 구동 전원을 조절 공급한다. 따라서 스무스 스타트 기능에 의하면, 사용자의 안전을 도모할 수 있으며, 기계적인 손상을 방지할 수 있다.

그리고 도 12는 본 발명에 따른 정전 보상 기능을 처리하는 수순을 나타내는 흐름도이다.

도 12를 참조하면, 단계 S270에서 입력부(160)를 이용하여 정전 보상 기능을 설정한다. 단계 S272에서 교반 처리 중 정전이 발생되면, 단계 S274으로 진행하여, 설정된 rpm, 시간 및 횟수의 잔여 동작에 대한 정보를 저장한다. 이는 제어부(110)에서 교반 처리 중 실시간으로 저장함으로써 가능하다.

단계 S276에서 전원이 공급되면, 단계 S278에서 잔여 동작에 대한 정보를 표시하고, 잔여 동작을 처리한다. 예를 들어, 정회전 및 역회전을 이용하여 교반 처리하는 자동 모드에서, 설정된 교반 조건이 정회전의 rpm, 시간과, 정지 시간, 역회전 rpm, 시간 및 횟수를 저장하고, 실시간으로 잔여 시간 및 횟수를 저장하면서 교반 동작을 처리한다. 교반 처리 중 정전이 발생되면, 정전 발생 바로 전에 잔여 동작에 대한 정보를 저장한다. 이어서 복전되었을 때, 잔여 동작에 대한 정보를 이용하여 교반 중인 교반 대상물을 계속해서 처리하도록 하거나, 재설정하여 처리할 것인지를 선택할 수 있다.

이상에서, 본 발명에 따른 교반 장치의 구성 및 작용을 상세한 설명과 도면에 따라 도시하였지만, 이는 실시예를 들어 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변화이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실험실용 교반 장치의 구성을 도시한 사시도;

도 2는 도 1에 도시된 교반 장치의 구성을 도시한 블럭도;

도 3은 도 2에 도시된 교반 장치의 일부 구성을 도시한 도면;

도 4는 도 2에 도시된 표시부의 일 실시예에 따른 구성을 도시한 도면;

도 5는 도 2에 도시된 입력부의 일 실시예에 따른 구성을 도시한 도면;

도 6은 본 발명에 따른 교반 장치의 다양한 모터의 종류에 따른 정확한 속도 조절을 위한 피드백 제어 수순을 도시한 흐름도;

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 피드백 제어를 위한 기준값 설정 리스트를 나타내는 도면들;

도 8은 본 발명에 따른 교반 장치의 정회전 및 역회전을 위한 자동 동작 모드의 동작 상태를 나타내는 흐름도;

도 9는 본 발명에 따른 토크 표시 기능을 처리하는 수순을 나타낸 흐름도;

도 10은 본 발명에 따른 점도 변화에 대응하여 정격 토크의 표시 기능을 설명하기 위한 파형도;

도 11은 본 발명에 따른 스무스 스타트 기능을 설명하기 위한 파형도; 그리고

도 12는 본 발명에 따른 정전 보상 기능을 처리하는 수순을 나타내는 흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

100 : 교반 장치 101 : 하우징

102 : 수직 로드 104 : 클램프

106 : 임펠러 108 : 스탠드

110 : 제어부 120 : 전원 공급부

122 : 스위칭 구동부 124 : 스위칭부

126 : 과전류 검출부 130 : 모터

132 : 센서 140 : 표시부

150 : 표시 구동부 160 : 입력부

Claims (13)

1. 교반 장치에 있어서:

   교반 대상물을 교반하는 임펠러와 연결되는 모터와;

   상기 모터로 전원을 공급하는 전원 공급부와;

   교반시 상기 교반 대상물을 정회전, 정지 및 역회전으로 교반하도록 상기 전원 공급부의 전원 공급을 제어하고, 상기 모터의 출력 신호를 피드백받아서 상기 교반 대상물에 대응하여 상기 모터의 회전수를 조절하며, 설정 시간 동안에 상기 회전수에 도달되도록 제어하는 제어부와;

   상기 제어부로 상기 교반 장치의 동작 모드를 설정하거나, 상기 동작 모드에 대응하여 상기 모터의 설정값을 입력하는 입력부 및;

   상기 제어부의 제어를 받아서 상기 설정값 및 상기 모터의 동작 상태에 따른 정보를 실시간으로 표시하는 표시부를 포함하되;

   상기 표시부는 상기 설정값 및 피드백된 상기 출력 신호로부터 상기 모터의 정회전 회전수, 정회전 시간, 역회전 회전수, 역회전 시간 및, 상기 동작 모드 중 정회전, 정지 및 역회전을 자동 처리하는 자동 모드의 회전수 및 반복 횟수를 나타내는 제 1 표시창과, 상기 출력 신호로부터 상기 모터의 토크를 실시간으로 표시하는 제 2 표시창을 포함하고;

   상기 제 1 표시창은 상기 정회전 회전수와 상기 정회전 시간, 상기 역회전 회전수와 상기 역회전 시간 그리고, 상기 자동 모드의 상기 회전수 및 상기 자동 모드의 상기 반복 횟수를 표시하는 복수 개의 7 세그먼트 LED들과, 정회전, 역회전 또는 상기 자동 모드의 동작 상태를 나타내는 복수 개의 제 1의 램프들을 포함하고, 상기 제 2 표시창은 상기 모터의 토크의 크기를 표시하는 복수 개의 7 세그먼트 LED들과, 상기 출력 신호로부터 검출된 상기 토크를 상기 모터의 정격 토크에 대한 범위로 분할하여 상이하게 표시하는 복수 개의 제 2의 램프들을 포함하는 것을 특징으로 하는 교반 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어부는;

   내부에 상기 모터의 종류에 대응하여 기준값을 설정 저장하고, 상기 모터의 동작 상태를 감지하여 상기 모터의 회전수 및 토크를 실시간으로 검출하고, 검출된 상기 모터의 회전수가 상기 기준값의 회전수와 일치하도록 상기 모터의 상기 전원을 제어하여 상기 모터의 회전 속도를 조절하며, 검출된 상기 모터의 회전수 및 상기 토크를 상기 표시부에 실시간으로 표시하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 교반 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 모터는 브러시리스 직류 모터로 구비되고;

   상기 제어부는 상기 브러시리스 직류 모터 내부에 구비되는 복수 개의 센서들로부터 상기 모터의 회전수 및 상기 토크를 검출하는 것을 특징으로 하는 교반 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 교반 장치는;

   상기 모터의 정회전 또는 역회전에 대응하여 전원을 공급하도록 스위칭하는 스위칭부와;

   상기 전원 공급부로부터 전원을 공급받고, 상기 제어부의 제어를 받아서 상기 모터의 정회전 또는 역회전에 대응하여 상기 스위칭부를 구동하는 스위칭 구동부 및;

   상기 스위칭부로부터 상기 모터로 공급되는 전원으로부터 과전류를 검출하여 상기 제어부로 출력하는 과전류 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교반 장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1의 램프들은 제 1 내지 제 3 램프를 포함하고, 상기 제 2의 램프들은 제 4 내지 제 6 램프를 포함하되,

   상기 제 1 램프는 상기 모터의 정회전 동작 상태를 표시하고, 상기 제 2 램프는 상기 모터의 역회전 동작 상태를 표시하고, 그리고 상기 제 3 램프는 상기 자동 모드의 실행 상태를 표시하며,

   상기 제 4 램프는 검출된 상기 토크가 상기 정격 토크의 30 % 이내의 범위인 경우를 표시하고, 상기 제 5 램프는 검출된 상기 토크가 상기 정격 토크의 30 %를 초과하고, 60 % 이내의 범위인 경우를 표시하고, 상기 제 6 램프는 검출된 상기 토크가 상기 정격 토크의 60 %를 초과하고 90 % 이내의 범위인 경우를 표시하며, 그리고 상기 제 4 내지 상기 제 6 램프들은 검출된 상기 토크가 상기 정격 토크의 110 %를 초과하는 경우를 동시에 표시하는 것을 특징으로 하는 교반 장치.
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13. 삭제

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