KR200223134Y1 - 회전자계 교반기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 회전자계(rotation of a magnetic field)를 이용한 교반기(1)(stirrer)에 관한 한 것으로,

본 고안은 기존의 장치와 달리하여 기존 기계장치인 회전구동부의 모터를 적용시킨 것이 아니고, 마이크로 콘트롤러(마이컴)를 이용하여 회전하는 자계(magnet)를 형성하여 전자 펄스를 만들고, 이 전자 펄스를 전류의 형태로 스위칭시켜 전자석(코일)으로 자계를 형성시켜서 비이커(6)내의 바닥에 있는 스터링바(5)(stirring bar)를 회전시키도록 한 것으로, 콘트롤박스(4) 내에 있는 마이크로 콘트롤러(마이컴)을 이용하여 소프트웨어적으로 프로그래밍하여 VVVF(variable voltage, variable frequency : 변하기 쉬운 전압 량과 변동하는 주파수) 방식을 채택함으로서 속도 및 조절을 원활하게 조작 할 수 있도록 하였으며, 전류로 전자석(코일)을 제어하여 자계를 형성시켜 회전자계를 만들며, 영구자석으로 만들어진 스터링바(5)를 비이커(6)에 넣으면, 이의 교반기(1)에서 발생되는 자계에 따라, 비이커(6) 내에 있는 스터링바(5)는 자계가 미치는 영향력에 따라 회전하게 되는 것에 그 요지가 있는 것이다.

Description

회전자계 교반기{Rotor magnetic stirrer}

본 고안은 회전 자계를 이용한 교반기에 관한 것으로서, 화학실험 또는 화학실험 기자재 또는 제약회사 실험실 및 학교에서 주로 많이 쓰이며, 화학제품 생산 시약, 시료, 원료 등 희석(dilute)하거나 섞음(mix), 교반(stir)시에 사용되는 교반기에 관한 것이다.

종래에는 통상의 교반기는 모터의 회전자(Rotor)에 영구자석을 고정하여 회전시키면 비이커 내부에 담겨져 있는 스터링바(Stirring bar)가 영구자석의 자계에 의해 회전을 하도록 구성되어 있다.

이러한 기존 교반기는 모터 등의 기계적 요소에 의해 부피가 크고, 무거우며, 전원을 넣었을 때 과전류가 흘러 전력낭비가 많으며, 기계적 요소에 의해 진동 및 소음이 심하고 회전속도 조절시에는 회전력이 감소되는 등의 많은 문제점을 안고 있었다.

이에 본 고안에서는 모터 등의 기계적인 요소를 없애고, 또한 영구자석을 사용하지 아니하는 구성으로 교반기를 제작하고자 하는 것으로, 스터링바를 회전시키기 위해 일반적인 못이나 철사 또는 철심에 열을 가하고 난 후에 코어에 코일을 촘촘히 감으면 전자석이 되는 원리를 이용하여 교반기를 구성하고자 한다.

도 1은 본 고안이 적용된 교반기의 일 실시예를 보인 외형도

도 2는 본 고안의 구성도

도 3은 본 고안의 블록도

도 4는 본 고안의 개략적인 일 사용상태 구성도

☞도면의 주요부분에 사용된 부호의 대한 설명☜

1; 교반기 2; 코어(전자석)

3; 코일 4; 콘트롤박스

5; 스터링바 6; 비이커

7; 전원회로 8; 펄스발생장치

9; 속도조절장치 10; 스위칭회로

본 고안은 모터와 막대 영구자석의 기계적인 도구를 사용하지 않고, 전력의 손실과 작동시의 소음 및 진동 등의 문제를 해결할 수 있도록 코어에 코일을 감아 동원상의 형상으로 배치하되 코어와 코어간의 상호간섭이 발생되지 않도록 4∼6 개의 코어를 배치하여 전류를 순차적으로 공급함으로서 코일이 감겨져있는 코어에 자계가 순차적으로 반복, 형성되도록(예: 어느 지점에 부착된 코어(전자석)를 A로 잡았을 때, 전류를 A, B, C, D 또는 A, B, C, D, E, F 등으로 순차적으로 반복하여 전류를 가하는 것) 펄스를 발생시켜 스터링바를 회전시킬 수 있는 교반기를 구성한 것에 특징이 있다.

이하, 본 고안의 구성을 첨부된 도면에 의해 상세히 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 본 고안이 적용된 외형 사시도, 도 2는 본 고안의 구성도이며, 도 3은 본 고안의 블록도로서, 코일(3)을 감은 대략 4∼6 개의 코어(2)를 원형(다각형) 등으로 배치하여 순차적, 반복적으로 전류를 가하여 코어(2)에 자계를 형성토록 한다.

많은 수의 코어(2)를 사용하면 자성은 강하지만 전력소모량이 많으므로, 전술한 바와 같이 4∼6개 정도로 실시하는 것이 바람직하다.

교반기(1) 내부 콘트롤박스(4)의 전원회로(7)는 상용의 전원(220V AC전원, 110V AC전원)을 마이크로 콘트롤러와 스위칭회로, 발진부, 속도제어부 RS-232c통신부포트 등을 구동시키기 위하여 DC 전원5V로 다운시켜 공급하도록 구성한다.

이러한 전원회로(7)은 일반적인 것이다.

코어(전자석)(2)에 감은 코일(3)에 펄스를 발생시키기 위한 펄스발생장치(8)는 마이크로컨트롤러, 소프트웨어적으로 회전하는 자계 생성용 펄스를 만들도록 하는 바, 이 펄스는 스위칭회로(10)로서 각각 순차적, 반복적으로 발생되게 하고, 프로그래밍시에 속도 조절이 가능하게 한다.

그리고, 스위칭회로(10)는 상기 펄스발생장치(8)에서 나오는 4개의 반복되는 신호를 증폭하여 코일(3)을 감아둔 코어(전자석)(2)에 A, B, C, D 혹은 A, B, C, D, E, F 등의 순차적, 반복적으로 전류를 공급시키도록 구성한다.

이때, 펄스는 트랜지스터(Transistor)를 구동하여 DC5V의 전기를 흘려 전류 값을 제어한다.

이러한 스위칭 회로(10) 역시 일반적인 것이며, 다양한 회로구성으로 실시할 수 있다.

또한, 상기의 펄스발생장치(8)에는 소프트웨어적인 VVVF(variable voltage, variable frequency)방식이나, 소프트웨어 적으로 전압을 아주 작게 잘라서 출력되게 하거나, 펄스의 주파수를 조정하여 전체적인 속도 조절이 가능하도록 프로그래밍 하는 방법 등으로 속도조절이 이루어지도록 속도조절장치(9)를 구비하는 바, 이러한 속도조절장치(9)는 일반적인 여러 수단으로 다양하게 실시할 수 있다.

이상과 같이 구성된 본 고안은 코일(3)을 감아놓은 코어(2;A, B, C, D)에 펄스를 가하여 순차적, 반복적으로 회전자계를 형성함으로서 영구자석으로 만들어진 비이커(6)의 스터링바(5)가 교반기(1)에서 발생되는 자계의 영향에 따라 회전하게 되는 것이다.

즉, 펄스발생장치(8)에 의해 코일(3)이 감긴 코어(2)에는 자계가 발생하게 되고, 이때 펄스발생장치(8)는 스위칭회로(10)에 의해 각 코어(2)에 순차적이고, 반복적으로 펄스를 발생시킴으로서 스터링바(5)를 회전시키게 되는 것이다.

참고적으로 스터링바(6)의 크기, 시약과 원료, 재료의 마찰력에 등에 의해 발생하는 부하 변동율을 조정하기 위한 VVVF(variable voltage, variable frequency) 방식의 구현 등, 마이크로 콘트롤러의 내부에는 메모리에 위의 프로그램을 내장시켜 이러한 기술적인 문제를 소프트웨어적으로(programming) 해결함이 바람직하고, 모터 등의 기계적 요소를 생략함으로서 초소형 또는 초대형으로도 쉽게 제작할 수 있는 것이다.

또한, 도 4의 예시와 같이 안전지역(Safety area)에 본 고안(구동부)을 설치하고, 위험지역(Hazardous area) 등의 분리(차폐)된 지역에 피구동부를 구성함으로서 위험지역(예;전기스파크 등에 의한 발화 등의 위험도가 있는)에서도 안전하게 작업을 행할 수 있게 하는 방법 등으로도 널리 활용할 수 있을 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안은 교반기(1)에 있어서, 모터와 같은 기계적인 요소가 필요치 않아 교반기(1)의 기계적인 진동 및 소음, 온도상승 등이 발생되지 않고, 펄스발생에 의한 자계의 영향으로 회전력이 발생됨으로서 회전속도조절시에 회전력이 감소되는 것을 줄일 수 있으며, 또한 초기에 전원을 넣었을 때 과전류가 흘러 많은 전력이 손실되는 것을 줄일 수 있고, 정확한 속도제어가 가능하고, 교반기(1)의 긴 수명을 보장함과 아울러 초소형 또는 초대형으로도 저렴하게 제작이 가능한 등의 여러 잇점을 기대할 수 있다.

Claims (3)

1. 회전자계 발생장치에 의한 교반기(Stirrer)를 구성함에 있어서,

   코일(3)을 감은 적어도 4개 이상의 코어(2)와, 각 코어(2)에 감은 코일(3)에 회전자계를 발생시켜 스터링바(5)를 회전시키는 펄스발생장치(8)와, 상기 펄스발생장치(8)의 신호를 증폭하여 각 코어(2)에 순차적, 반복적으로 전류를 공급하는 스위칭회로(10)와, 펄스발생장치(8)에 연결되는 속도조절장치(9)와, 상용의 전원(220V AC전원, 110V AC전원)을 DC 전원5V로 다운시켜 공급하는 전원회로(7)로 이루어진 것을 특징으로 하는 회전자계 교반기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 속도조절장치(9)는, 펄스의 주파수를 조정하여 전체적인 속도 조절이 가능하도록 프로그래밍하여 구성한 것을 특징으로 하는 회전자계 교반기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 속도조절장치(9)는, VVVF(variable voltage, variable frequency)방식을 적용하여 속도조절이 가능하게 한 것을 특징으로 하는 회전자계 교반기.