KR101706602B1 - 스테핑 제어에 의한 유량조절 밸브의 제어장치 - Google Patents

스테핑 제어에 의한 유량조절 밸브의 제어장치 Download PDF

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Abstract

리미트 스위치 및 가변저항기를 사용하지 않고, 유체의 흐름을 연속적으로 정밀하게 제어할 수 있는 스테핑 제어에 의한 유량 조절밸브의 제어장치를 제시한다. 그 장치는 스테핑 모터에 의해 회전각도가 조절되는 유량조절부와, 스테핑 모터에 발생하는 스톨(stall)을 감지하는 스톨감지 회로 및 스테핑 모터를 제어하는 모터구동 회로와 접속된 제어부를 포함하고, 유량조절부는 유체가 흐르는 파이프 내에 장착되어 스테핑 모터의 회전각도 조절에 의해 유체의 유량을 조절하며, 스톨감지 회로는 2개의 펄스폭 변조 계수기를 포함하고, 하나의 펄스폭 변조 계수기의 C1 계수에 해당하는 상전류가 최대가 되었을 때 다른 펄스폭 변조 계수기의 C2 계수의 펄스폭 변조(PWM) 회수와 비교하여 설정치 이상일 경우 스톨 플래그(stall flag)를 동작시켜 제어부에 접속된 모터구동 회로의 동작을 차단한다.

Description

스테핑 제어에 의한 유량조절 밸브의 제어장치{Apparatus of controlling for flow regulating valve by stepping control}
본 발명은 유량조절 밸브의 제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오픈 루프 제어가 가능한 스테핑 모터에 의해 외부에서 제공되는 제어 신호를 추종하여 유량을 조절하는 밸브의 제어장치에 관한 것이다.
유량 조절밸브는 냉온수, 스팀, 오일, 냉매, 각종의 화학유체, 해수, 기체 등과 같은 유체가 흐르는 파이프에 개재되어 유량을 조절하여 흐르는 양을 제어한다. 유량을 조절하기 위하여, 밸브의 내측에 상하 이동 또는 회전운동으로 유량을 조절하는 유량조절부를 활용한다. 일반적으로 밸브 몸체 내측의 유량조절부는 스핀들 축에 연결하고, 스핀들 축의 움직임으로 유량조절부를 변위시킨다. 국내공개특허 제1999-0025148호, 국내공개특허 제2010-0024584호, 국내공개특허 제2011-0022692호 등은 유량조절부의 움직임을 파악하는 리미트 스위치 및 가변저항기(potentiometer)를 활용하여 유량을 조절하는 제어방법을 개시하고 있다. 리미트 스위치는 유량조절부의 상한 및 하한을 정하고, 가변저항기는 유량조절부의 실제 위치를 검출신호로 변환하여 제공한다.
그런데, 종래의 유량조절 밸브의 제어장치는 리미트 스위치 및 가변저항기를 분석하고 그에 따른 피드백을 실시하여야 하기 때문에, 구조가 복잡하다. 또한, 가변저항기는 지속적인 가변 동작이 이루어지는 환경에서는 마모가 급속히 진행된다. 가변저항기가 손상되면, 이를 교체해야 하므로, 교체비용 및 교체시간의 손실이 일어난다. 가변저항기의 손상에 의해 유체 흐름에 대한 제어가 파괴되기 때문에, 유체를 공급받는 장치의 공정 손실 및 파손을 야기할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 리미트 스위치 및 가변저항기를 사용하지 않고, 유체의 흐름을 연속적으로 정밀하게 제어할 수 있는 스테핑 제어에 의한 유량 조절밸브의 제어장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 스테핑 제어에 의한 유량 조절밸브의 제어장치는 스테핑 모터에 의해 회전각도가 조절되는 유량조절부와, 상기 스테핑 모터에 발생하는 스톨(stall)을 감지하는 스톨감지 회로 및 상기 스톨감지 회로 및 상기 스테핑 모터를 제어하는 모터구동 회로와 접속된 제어부를 포함한다. 이때, 상기 유량조절부는 유체가 흐르는 파이프 내에 장착되어 상기 스테핑 모터의 회전각도 조절에 의해 상기 유체의 유량을 조절한다. 상기 스톨감지 회로는 2개의 펄스폭 변조 계수기를 포함하고, 상기 스톨감지 회로는 2개의 제1 및 제2 펄스폭 변조 계수기를 포함하고, 상기 제1 펄스폭 변조 계수기의 C1 계수값은 상기 제1 펄스폭 변조 계수기에서의 직전의 C1 계수값 또는 제2 펄스폭 변조 계수기에서의 직전의 C2 계수값에 비교하고, 상기 제2 펄스폭 변조 계수기의 C2 계수값은 상기 제2 펄스폭 변조 계수기에서의 직전의 C2 계수값 또는 상기 제1 펄스폭 변조 계수기에서의 직전의 C1 계수값과 비교하여, 비교한 값이 설정치 이상일 경우 스톨 플래그(stall flag)를 동작시켜 상기 제어부에 접속된 상기 모터구동 회로의 동작을 차단한다.
본 발명의 제어장치에 있어서, 상기 C1 계수 및 상기 C2 계수에서의 상전류는 0%에서 100%로 변화되는 스텝각도의 펄스폭 변조의 회수를 누산한다. 상기 C1 계수 및 상기 C2 계수의 펄스폭 변조는 직전의 펄스폭 변조 회수 또는 같은 상(phase) 이전의 펄스폭 변조 회수에 해당한다. 상기 제어부는 상기 스톨 플래그에 의해 상기 모터구동 회로의 동작이 차단된 때의 상기 유량조절부 상태를 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 제어장치에 있어서, 상기 제어부는 스테핑 모터에서의 기준 전압보다 낮은 전압을 검출하는 저전압 검출 회로 및 전원회로와 접속되고, 상기 저전압 검출 회로는 상기 전원 회로에 의해 상기 제어부에 전원을 공급하는 전원이 기준 전압보다 작은 전압 강하가 발생하였을 때 상기 제어부에 접속된 모터구동 회로의 동작을 차단한다. 상기 제어부는 상기 전압 강하 중에 의해 상기 모터구동 회로의 동작이 차단된 때의 상기 유량조절부 상태를 저장하는 메모리를 포함할 수 있다. 상기 전원회로의 임피던스에 의해 상기 스테핑 모터에 가해지는 전압 강하를 방지할 수 있다.
본 발명의 제어장치에 있어서, 상기 모터구동 회로의 동작이 차단된 후 상기 모터구동 회로의 동작을 다시 시작할 때, 상기 모터구동 회로는 상기 메모리에 저장된 상기 유량조절부 상태로 복귀한다. 상기 스테핑 모터 및 상기 유량조절부 사이에는 상기 스테핑 모터와 연결된 축구조의 회전속도를 조절하는 유성기어가 배치될 수 있다. 상기 스테핑 모터 및 상기 유량조절부는 유니버셜 조인트로 연결될 수 있다.
본 발명의 스테핑 제어에 의한 유량조절 밸브의 제어장치에 의하면, 스테핑 모터에 의해 유량조절부의 움직임을 제어함으로써, 리미트 스위치 및 가변저항기를 사용하지 않고, 유체의 흐름을 연속적으로 정밀하게 제어할 수 있다. 가변저항기가 없으므로, 이를 교체하는 비용 및 시간의 손실을 방지할 수 있으며, 동작 중 발생하는 제어 오류로 인한 손실을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 예에 의한 유량조절 제어장치의 제어 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제어장치에 적용되는 펄스폭 변조(PWM) 출력전류를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제어장치의 현재 상태의 스톨 효과를 스텝 각도(ㅀ) 및 상전류(% Imax)를 표시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 스테핑 제어에서 펄스폭 변조(PWM) 비교에 의해 스톨을 감지하고 처리하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 예에 의한 유량조절 제어장치의 제어 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명에 의한 유량조절 제어장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ선을 따라 절단한 단면도이다.
도 8은 본 발명에 의한 스테핑 제어에 의한 유량조절 밸브의 제어장치에 적용된 스테핑 모터 및 유성기어의 사례를 설명하기 위한 분해사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
본 발명의 실시예는 스테핑 모터에 의해 유량조절부의 움직임을 제어함으로써, 리미트 스위치 및 가변저항기를 사용하지 않고, 유체의 흐름을 연속적으로 정밀하게 제어하는 유량조절 밸브의 제어장치를 제시한다. 이를 위해, 스테핑 모터가 장착된 유량조절 밸브의 제어장치를 구체적으로 살펴보고, 스테핑 모터의 제어에 의해 유량조절부의 움직임을 제어하는 방법을 상세하게 설명하기로 한다. 편의상, 스테핑 모터에 의한 제어를 종래의 제어 방법과 구별하기 위하여, 스테핑 제어라고 한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 의한 유량조절 제어장치의 제어 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 1에 의하면, 마이크로 컴퓨터로 이루어진 제어부(104)는 메모리(106)가 내장되어 있으며, 전원 회로(100) 및 신호변환 회로(102)와 접속된다. 또한 제어부(104)는 표시 회로(108), 스위치 회로(110) 및 스테핑 모터(118)를 제어하는 모터구동 회로(112)와 접속된다. 표시회로(108)는 본 발명의 유량조절 제어장치의 상태를 디스플레이에 표시하고, 스위치 회로(110)는 제어장치의 동작을 단속한다. 스테핑 모터(118)는 전류감지 회로(116)와 연결되고, 전류감지 회로(116)는 본 발명의 스톨(stall)감지 회로(114)와 접속된다. 스톨감지 회로(114)의 동작은 전류감지 회로(116)에 의해 감지된 전류에 의해 동작한다. 스톨감지 회로(114)는 제어부(104), 모터구동 회로(112) 및 전류감지 회로(116)과 접속된다. 스톨감지 회로(114)는 펄스폭 변조(PWM; Pulse-Width Modulation) 제어를 통하여, 스테핑 모터(118)의 스톨(stall)을 감지하고 제어하는 역할을 한다.
도 2는 본 발명의 실시예의 제어 시스템에 적용되는 펄스폭 변조(PWM) 출력전류를 나타내는 그래프이고, 도 3은 현재 상태의 스톨 효과를 스텝 각도(ㅀ) 및 상전류(% Imax)를 표시한 그래프이며, 도 4는 펄스폭 변조(PWM) 비교에 의해 스톨을 감지하여 처리하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다. 이때, 상기 제어 시스템은 도 1을 참조하기로 한다.
도 2에 의하면, 스테핑 모터(118)에서의 하나의 펄스폭 변조(PWM) 출력전류 파형은 tOFF 동안 스테핑 모터(118)의 출력전류는 감소하고, 스테핑 모터(118)가 다시 tON되면 전류는 임계값(threshold value)에 다다를 때까지 증가한다. 이와 같은 사이클(cycle)이 반복되어, 본 발명의 스테핑 모터(118)에 원하는 전류를 가할 수 있다. 그런데, 펄스폭 변조(PWM)에서, 정격 전압을 인가하면, 스텝 동작 속도가 느려진다. 이를 보완하고자 정격의 2배 이상의 전압을 인가한다. 이렇게 되면, 과전압, 과전류에 의한 코일의 발열이 심해지고, 경우에 따라, 상기 코일의 파손을 야기한다. 이를 해결하기 위해, 쵸퍼 제어(PWM 정전류 제어)를 한다.
도 3에 의하면, 정상조건에서, 스텝 각도에 따른 상전류(phase current)는 a와 같은 상태를 나타낸다. 여기서, 정상상태란 스톨이 없는 상태이고, 스텝 각도는 펄스 당 회전각도를 말한다. 그런데, 스테핑 모터(118)는 다양한 원인으로 스톨이 발생한다. 스톨이 발생하는 원인에는 로터의 구속과 같은 기계적 한계점, 과부하 등이 있다. 상기 스톨의 영향으로 b 상태와 같이, 스텝 각도에 따른 상전류의 영향이 각각의 스텝에서 발생한다. 상기 스톨에 의해, 펄스폭 변조(PWM)의 전류의 설정 상한치에 미리 도달하여, 원하는 스텝 각도보다 작은 각도에서 스테핑 모터(118)의 동작이 멈추는 경우가 많아진다. 즉, 상기 스톨에 의해, 펄스폭 변조(PWM)의 전류 설정 상한치에 미리 도달하여 회수가 많아진다.
예를 들어, 스텝 각도(d)에 해당하는 전류값을 최대전류(Imax)의 70%를 설정한 경우, 상기 스톨에 의해 최대전류의 70%는 의도치 않은 스텝 각도(c)에서 도달된다. 이에 따라, 스테핑 모터(118)는 의도된 스텝 각도(d)로 스테핑 제어하지 않고, 의도치 않은 스텝 각도(c)로 제어하게 된다. 이렇게 되면, 스텝 각도(c)와 같이 펄스폭 변조(PWM)의 전류의 설정 상한치에 미리 도달하여, 원하는 스텝 각도(d)보다 작은 각도(c)에서 스테핑 모터(118)의 동작이 멈추는 경우가 많아진다. 즉, 의도치 않은 스텝 각도(c)와 같이 펄스폭 변조(PWM)의 전류 설정 상한치에 도달하는 회수가 많아지게 된다.
도 4에 의하면, 펄스폭 변조(PWM) 비교는 2개의 펄스폭 변조 계수기(counter)를 이용한다. 구체적으로, 하나의 펄스폭 변조 계수기는 C1 계수를 하고, 다른 계수기는 C2 계수를 하여 이를 비교한다. C1 및 C2 계수는 상 전류가 0%에서 100%로 변화하는 스텝 각도의 펄스폭 변조(PWM)의 회수를 누산한다. C1 계수에서의 해당 상전류가 최대가 되었을 때, C2 계수의 상(phase)의 펄스폭 변조(PWM) 회수와 비교하여 설정치 이상일 경우 스톨 플래그(stall flag)를 동작시킨다. 이때 C2 계수의 상(phase)의 펄스폭 변조(PWM)는 직전의 펄스폭 변조(PWM) 회수 또는 같은 상(phase) 이전의 펄스폭 변조(PWM) 회수에 해당한다. 즉, 하나의 펄스폭 변조 계수기의 C1 계수값은 직전의 C1 계수값 또는 직전의 C2 계수값에 비교하고, 다른 펄스폭 변조 계수기의 C2 계수값은 직전의 C2 계수값 또는 직전의 C1 계수값과 비교하여, 비교한 값이 설정치 이상일 경우 스톨 플래그(stall flag)를 동작시킨다.
상기 스톨 플래그가 발생하면, 스테핑 모터(118)의 동작을 멈추고, 현재의 위치를 메모리(106)에 저장하며, 필요한 경우 알람(alarm)을 발생시킨다. 메모리(106)에 저장된 제어 상태 중의 하나는 유량조절부(도 6의 50)의 상태를 기억하는 것이다. 현재의 위치를 메모리(106)에 저장하면, 스테핑 모터(118)를 다시 기동할 때, 메모리(106)에 저장된 상태로 추종 제어를 할 수 있다. 즉, 스톨 플래그로 제어부(104)에 연결된 모터구동 회로(112)가 차단된 후 모터구동 회로(112)를 다시 동작시킬 때, 모터구동 회로(112)를 차단하기 전의 유량조절부(50)의 상태로 회귀시킬 수 있다. 이와 같이, 유량조절부(50)를 원래 상태로 복귀할 수 있기 때문에, 유량을 끊어짐이나 재조정하는 과정을 최소화할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 유량조절 제어장치의 제어 시스템을 나타내는 블록도이다. 여기서, 상기 제어 시스템은 저전압 검출 회로(120)가 부가된 것을 제외하고, 앞에서 설명한 제어 시스템과 동일하다. 이에 따라, 동일한 참조부호에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5에 의하면, 스테핑 모터(118)는 전원 회로(100)의 전압이 기준 전압보다 저하하면, 구동 토크(torque) 부족으로 동작이 불안정해져서, 오동작을 일으킨다. 이를 방지하기 위하여, 상기 전압의 저하를 검출하기 위한 저전압 검출 회로(120)가 내장된다. 저전압 검출 회로(120)는 상기 전압의 저하가 검출되면, 자동적으로 리세트 동작이 이루어진다. 이러한 전압의 저하는 기기 정지 및 고장, 순간 정전 등으로 발생할 수 있으며, 기준전압보다 낮은 전압이 입력될 경우 모터구동 회로(112)를 차단하여 제어장치의 손상을 방지한다. 메모리(106)에는 스테핑 모터(118)에 대한 제어부(104)의 제어 상태를 저전압 검출할 때에 저장된다.
저전압 검출 회로(120)가 본 발명의 제어 시스템에 적용된 사례를 살펴보면, 신호변환 회로(102)에 전압 신호를 입력할 때, 실제 0V 전압 감지 및 추종 제어가 가능하다. 또한, 신호변환 회로(102)에 전압 신호를 입력할 때, 무한대의 입력 임피던스로 외부의 제어 신호 구동부의 전압 강하 현상을 방지할 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 실시예에서는 상대적으로 높은 입력 임피던스를 가지는 OPAMP를 초단 증폭기로 사용하였으며, 높은 스텝 분해능을 가진 ADC로 정밀도를 높여 입력 신호를 샘플링 처리하였다. 신호 출력은 DAC로 높은 정밀도를 구현하고, 무보정 VCC(Voltage to Current Converter) 회로로 낮은 오류율을 가지게 하여, 트리밍 없이 출력 오류율을 최소로 하였다. 또한, 단락에 의한 소자 파손을 방지하기 위하여, VCC 출력 전류를 제한하였다.
본 발명의 실시예에 유량 제어장치는 스톨 플래그, 저전압 상태 또는 상기 조합에 의해 스테핑 모터(118)가 멈춘 경우, 유량조절부(도 6의 50)의 상태를 스테핑 모터(118)의 현재의 위치로 환산되어 메모리(106)에 저장하여 기억한다. 현재의 위치를 메모리(106)에 저장하면, 스테핑 모터(118)를 다시 기동할 때, 메모리(106)에 저장된 상태로 추종 제어를 할 수 있다. 즉, 제어부(104)에 연결된 모터구동 회로(112)가 차단된 후 모터구동 회로(112)를 다시 동작시킬 때, 모터구동 회로(112)를 차단하기 전의 유량조절부(50)의 상태로 회귀시킬 수 있다. 이와 같이, 유량조절부(50)를 원래 상태로 복귀할 수 있기 때문에, 유량을 끊어짐이나 재조정하는 과정을 최소화할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 유량조절 제어장치를 설명하기 위한 사시도이다. 도 7는 도 6의 Ⅶ-Ⅶ선을 따라 절단한 단면도이다. 이때, 유량조절 제어장치의 제어 시스템은 도 1 내지 도 5를 참조하기로 한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 유량조절 제어장치는 유체가 흐르는 파이프(20)에 설치된다. 제어를 위한 구성요소들은 뚜껑(10)을 포함하는 상부케이스(11) 및 하부케이스(12)로 이루어진 구조물에 내장된다. 물론, 상기 구조물은 여기서 제시된 것 이외에 다른 방식으로도 형성될 수 있다. 예를 들어, 상부케이스(11), 하부케이스(12)를 일체로 할 수 있다. 여기서, 상기 상부 및 하부는 파이프(20)에 대한 상대적인 위치로써, 파이프(20)에 인접한 부분을 하부라고 하고, 파이프(20)로부터 가장 먼 부분을 상부라고 한다. 상부케이스(11) 및 하부케이스(12)는 체결부(47)에 의해 체결된다. 파이프(20)에는 유체가 흐르며, 상기 유체는 액체, 기체 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 케이스에는 전원 및 신호처리를 위한 케이블(30)들이 연결되어 있다. 케이블(30)은 신호처리, 전원 등을 위하여 본 발명의 제어장치의 외부, 예컨대 컨트롤 박스와 접속된다. 파이프(20)는 파이프 고정판(13)에 고정되며, 고정부 결합부(14)를 이용하여 하부케이스(12)에 고정된다. 고정부 결합부(14)는 하부케이스(12)에 나사결합 등에 의해 결합되거나 압력에 의해 강제적으로 결합될 수 있다. 이렇게 되면, 파이프 고정부(13)는 파이프(20)를 고정하고, 유량조절부(50)를 수용한다. 유량조절부(50)의 회전에 의해, 파이프(20)에 흐르는 유체의 유량이 조절된다.
본 발명의 실시예에 의한 제어장치의 상부에는 신호처리를 위한 인쇄회로기판(40) 및 전원을 제어하기 위한 인쇄회로기판(42)이 장착된다. 각각의 인쇄회로기판(40, 42) 사이에는 전원부(41)가 위치할 수 있다. 전원부(41)는 도시된 바와 같이 본 발명의 제어장치의 내부에 설치할 수도 있지만, 제어장치의 외부에서 배치될 수 있다. 전원부(41)가 제어장치의 외부에 있으면, 전원을 제어하기 위한 인쇄회로기판(42) 역시 제어장치의 외부에 배치될 수 있다. 신호처리를 위한 인쇄회로기판(40)의 기능에 대해서는, 도 1에서 상세하게 설명한 바 있다.
스테핑 모터(118)는 모터 고정부(44) 상에 놓이며, 모터 고정부(44)는 길이 조절이 가능한 복수개의 모터 지지대(46)에 의해 하부케이스(12)에 의해 지지된다. 스테핑 모터(118)는 입력 펄스 수에 대응하여 일정 각도씩 움직이는 모터로서, 입력 펄스 수와 모터의 회전각도가 완전히 비례하므로 회전각도를 정확하게 제어할 수 있다. 실질적으로 스테핑 모터(118)는 1 펄스 당 1.8도, 0.9도 등으로 정밀하게 회전하게 할 수 있다. 본 발명의 실시예는 스테핑 모터(118)로 펄스 당 회전각도를 제어함으로써, 유체를 정밀하게 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 제어장치는 종래와는 달리 리미트 스위치 및 가변저항기가 필요하지 않다. 리미트 스위치 및 가변저항기를 요구하지 않으므로, 유량조절 제어장치의 구조가 간단하다. 또한, 가변저항기와는 달리 스테핑 모터(118)는 비접촉식이므로, 마모 등이 일어나는 손상이 배제되고, 교체하는 데 소요되는 비용 및 시간의 손실이 일어나지 않는다. 구조가 간단하면, 제어장치의 크기를 줄일 수 있다. 제어장치의 크기를 줄이면, 이를 다른 장치에 부착할 수 있는 여지가 늘어나는 등 여러 가지 장점을 가질 수 있다.
한편, 스테핑 모터(118)가 정상적으로 동작하기 위해서는 스톨 플래그가 일어나지 않고 제어부(도 1의 104)에 인가되는 전압은 최소한 기준 전압보다 커야 한다. 상기 스톨 플래그나 저전압 상태(전압 강하)가 되면 스테핑 모터(118)은 자동적으로 리셋(reset)되어, 제어부(104) 및 모터구동 회로(112)의 동작이 멈춘다. 이러한 스톨 플래그나 전압 강하는 각각 스톨감지 회로(도 1의 114) 및 저전압 검출 회로(도 5의 120)로 제어된다. 제어부(104)와 접속된 모터구동 회로(112)가 차단된 후 모터구동 회로(112)를 다시 동작시킬 때, 모터구동 회로(112)를 차단하기 전의 유량조절부(50)의 상태로 회귀시킬 수 있다. 스톨감지 회로(114) 및 저전압 검출 회로(120)에 의해 스테핑 모터(118)는 유량조절을 안정되게 수행할 수 있다. 스톨감지 회로(114) 및 저전압 검출 회로(120)에 의한 스테핑 모터(118)에 의한 스테핑 제어는 끊어짐(가변저항기의 교체 등) 및 재조정(유량조절부의 상태 재조정)에 의한 손상을 최소로 하여 거의 연속적으로 유량을 조절할 수 있다.
모터 지지대(46)는 나사의 조임과 같은 길이 조절수단으로 길이를 정밀하게 조절할 수 있다. 모터 지지대(46)의 길이를 조절함으로써, 스테핑 모터(118)가 모터 고정부(44)에 수평하게 안착되도록 할 수 있다. 스테핑 모터(118)가 모터 고정부(44)에 수평하게 안착되면, 축구조(45)의 위치를 정밀하게 확보할 수 있다. 만일, 축구조(45)의 위치가 원래의 설계한 것보다 어긋나게 되면, 축구조(45)와 연계된 유성기어(48) 및 유니버셜 조인트(49)의 위치가 같이 어긋나게 되어, 스테핑 모터(118)에 의한 회전각도 제어가 원활하게 이루어지지 않는다.
축구조(45)는 스테핑 모터(118)에 의해 동력을 전달받아 회전하며, 유성기어(48)에 의해 회전하는 속도가 결정된다. 유성기어(48)는 각각의 기어의 톱니 수에 의해 기어비가 형성된다. 유성기어(48)의 상기 기어비에 따라 회전속도를 조절할 수 있다. 경우에 따라, 본 발명의 실시예에서는 유성기어(48) 대신에 예컨대 평기어를 사용할 수 있다.
유성기어(48)는 유니버셜 조인트(49)에 연결되고, 유니버셜 조인트(49)는 유량조절부(50)를 회전시킨다. 유니버셜 조인트(49)는 두 축이 비교적 떨어진 위치에 있는 경우나 두 축의 편각이 큰 경우에, 두 축을 연결하기 위하여 사용되는 축이음의 일종이다. 유니버셜 조인트(49) 및 유량조절부(50)는 파이프(20)에 형성된 관통홀(21)을 통하여, 파이프(20)의 내부로 투입된다. 유량조절부(50)는 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 원판, 볼 형태 등을 가질 수 있고, 내부에는 브이(V)자와 같은 형상 등과 같은 홀(hole)로 패일 수 있다. 유량조절부(50)의 형태 및 기능은 이미 잘 알려져 있는 것이므로, 여기서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 스테핑 제어에 의한 유량조절 밸브의 제어장치에 적용된 스테핑 모터 및 유성기어의 사례를 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 8에 의하면, 스테핑 모터(118)는 축구조(45) 및 유성기어(48)에 의해 유량조절부(50)에 회전력을 전달한다. 축구조(45)는 모터 피니언(45a), 모터 플랜지(45b), 볼 베어링(45c), 스톱퍼 링(45d) 및 샤프트(45d)를 포함하여 이루어진다. 유성기어(48)는 링 기어(48a), 와셔(48b), 아이들 기어(idle gear, 48c), 다월 핀(dowel pin, 48d), 캐리어 판(48e) 및 출력 커버(48f)로 구성된다. 유성기어(48)는 링 기어(48a) 및 아이들 기어(48c)의 기어비에 의해 스테핑 모터(118)의 회전속도를 조절한다. 앞에서 설명한 축구조(45) 및 유성기어(48)는 사례로 제시한 것에 불과하므로, 본 발명의 범주 내에서 다른 방식으로 구현될 수 있다.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10; 뚜껑 11; 상부케이스
12; 하부케이스 13; 파이프 고정판
14; 고정판 결합부 20; 파이프
30; 케이블
40, 42; 인쇄회로기판
41; 전원부
44; 모터 고정부 45; 축구조
46; 모터 지지대 47; 체결부
48; 유성기어 49; 유니버셜 조인트
50; 유량조절부
118; 스테핑 모터

Claims (10)

  1. 스테핑 모터에 의해 회전각도가 조절되는 유량조절부;
    상기 스테핑 모터에 발생하는 스톨(stall)을 감지하는 스톨감지 회로; 및
    상기 스톨감지 회로 및 상기 스테핑 모터를 제어하는 모터구동 회로와 접속된 제어부를 포함하고,
    상기 유량조절부는 유체가 흐르는 파이프 내에 장착되어 상기 스테핑 모터의 회전각도 조절에 의해 상기 유체의 유량을 조절하고,
    상기 스톨감지 회로는 2개의 제1 및 제2 펄스폭 변조 계수기를 포함하고, 상기 제1 펄스폭 변조 계수기의 C1 계수값은 상기 제1 펄스폭 변조 계수기에서의 직전의 C1 계수값 또는 제2 펄스폭 변조 계수기에서의 직전의 C2 계수값에 비교하고, 상기 제2 펄스폭 변조 계수기의 C2 계수값은 상기 제2 펄스폭 변조 계수기에서의 직전의 C2 계수값 또는 상기 제1 펄스폭 변조 계수기에서의 직전의 C1 계수값과 비교하여, 비교한 값이 설정치 이상일 경우 스톨 플래그(stall flag)를 동작시켜 상기 제어부에 접속된 상기 모터구동 회로의 동작을 차단하는 것을 특징으로 하는 스테핑 제어에 의한 유량조절 밸브의 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 펄스폭 변조 계수기에서의 각각의 상기 C1 계수 및 상기 C2 계수에서의 상전류는 0%에서 100%로 변화되는 스텝각도의 펄스폭 변조의 회수를 누산하는 것을 특징으로 하는 스테핑 제어에 의한 유량조절 밸브의 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 C1 계수 및 C2 계수의 펄스폭 변조(PWM)는 직전의 펄스폭 변조(PWM) 회수 또는 같은 상(phase) 이전의 펄스폭 변조(PWM) 회수에 해당하는 것을 특징으로 하는 스테핑 제어에 의한 유량조절 밸브의 제어장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 스톨 플래그에 의해 상기 모터구동 회로의 동작이 차단된 때의 상기 유량조절부 상태를 저장하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테핑 제어에 의한 유량조절 밸브의 제어장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 스테핑 모터에서의 기준 전압보다 낮은 전압을 검출하는 저전압 검출 회로 및 전원회로와 접속되고, 상기 저전압 검출 회로는 상기 전원 회로에 의해 상기 제어부에 전원을 공급하는 전원이 기준 전압보다 작은 전압 강하가 발생하였을 때 상기 제어부에 접속된 모터구동 회로의 동작을 차단하는 것을 특징으로 하는 스테핑 제어에 의한 유량조절 밸브의 제어장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는 상기 전압 강하 중에 의해 상기 모터구동 회로의 동작이 차단된 때의 상기 유량조절부 상태를 저장하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테핑 제어에 의한 유량조절 밸브의 제어장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 전원회로의 임피던스에 의해 상기 스테핑 모터에 가해지는 전압 강하를 방지하는 것을 특징으로 하는 스테핑 제어에 의한 유량조절 밸브의 제어장치.
  8. 제4항 또는 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 모터구동 회로의 동작이 차단된 후 상기 모터구동 회로의 동작을 다시 시작할 때, 상기 모터구동 회로는 상기 메모리에 저장된 상기 유량조절부 상태로 복귀하는 것을 특징으로 하는 스테핑 제어에 의한 유량조절 밸브의 제어장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 스테핑 모터 및 상기 유량조절부 사이에는 상기 스테핑 모터와 연결된 축구조의 회전속도를 조절하는 유성기어가 배치된 것을 특징으로 하는 스테핑 제어에 의한 유량조절 밸브의 제어장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 스테핑 모터 및 상기 유량조절부는 유니버셜 조인트로 연결된 것을 특징으로 하는 스테핑 제어에 의한 유량조절 밸브의 제어장치.
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