KR200348892Y1 - 자동급수장치의 모터일체형 소형부스터 - Google Patents

Abstract

본 고안은 자동급수장치의 모터일체형 소형부스터에 관한 것으로서, 특히 모터 구동용 소형 부스터를 삼상모터의 몸체상에 일체로 형성하되, 상기 소형 부스터는 전원부와 원칩 마이컴으로 단순하게 구성하므로서, 별도의 압력제어컨트롤러가 불필요하므로 제품의 가격이 매우 저렴하고, 전체 구성이 매우 간단해져 제품의 성능에 대한 신뢰도를 한층 더 향상시킬 수 있으며, 삼상모터에 구비된 팬을 이용하여 소형부스터의 마이컴에 부착된 방열판을 냉각시킬 수 있도록 한 자동급수장치의 모터일체형 소형부스터에 관한 것이다.

Description

자동급수장치의 모터일체형 소형부스터{Motor assembly type booster}

본 고안은 자동급수장치의 모터일체형 소형부스터에 관한 것으로서, 특히 별도의 압력제어컨트롤러가 불필요하므로 제품의 가격이 매우 저렴하고, 전체 구성이 매우 간단해져 제품의 성능에 대한 신뢰도를 한층 더 향상시킬 수 있으며, 삼상모터에 구비된 팬을 이용하여 소형부스터의 마이컴이 부착된 방열판을 냉각시킬 수 있도록 한 자동급수장치의 모터일체형 소형부스터에 관한 것이다.

일반적으로 빌라, 여관, 다세대주택, 아파트 등에서는 지하실에 물탱크 및 펌프를 설치하여 상층부에 물을 급수하고 있으며, 이와 같이 건물의 상층부에 안정적으로 물을 공급하는데 사용하는 것이 자동급수장치이다.

이러한 자동급수장치는 종래에도 이미 제안되어 널리 사용되고 있으며, 일예를 들어 종래의 자동급수장치를 살펴보면 첨부된 도1에서 보는 바와 같다.

이는 도면에서 보듯이 입력전원에 의해 구동하는 단상모터(1)와, 상기 단상모터(1)의 회전력으로 구동하여 물을 펌핑하는 펌프(2)와, 상기 펌프(2)의 출력측 압력을 감지하고, 그 감지된 수압의 높고 낮음에 따라 단상모터(1)로 공급되는 전원을 단속하는 압력스위치(3)로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래의 자동급수장치는 펌프(2)에 의해 펌핑되는 수압이 설정된 압력보다 낮으면 압력스위치(3)가 온동작하여 단상모터(1)로 전원을 공급하므로서, 상기 단상모터(1)가 구동하여 펌프(2)를 펌핑시켜 수압이 상승되도록 하고, 상기 펌프(2)에 의해 펌핑되는 수압이 설정된 압력보다 높으면 압력스위치(3)가 오프되어 단상모터(1)로 공급되는 전원을 차단하므로서 펌프(2)가 오프된다.

상기 설명과 같이 펌프(2)에서 펌핑된 수압에 따라 스위칭 동작하는 압력스위치(3)를 이용한 자동급수장치는 가격이 저렴하다는 이유로 지금까지 널리 이용되고 있다.

그러나, 단순 온/오프 기능을 갖는 압력스위치(3)를 적용한 종래의 자동급수장치는 제어하고자 하는 압력의 편차가 심하고, 단상모터에 직접 220V 의 전원을 인가하므로서 초기 기동전류가 많이 흐르게 되어 모터의 수명이 현저히 단축되고, 잦은 고장으로 인해 현장에서는 일회용 제품으로 사용되고 있는 실정이다.

또한, 잦은 기동 정지로 인해서 소음이 상당히 심하여 아파트 등과 같은 대규모 거주지역에서는 사용이 적절하지 못하였으며, 정밀한 압력제어가 이루어지지 못하기 때문에 필요한 압력 이상의 압력을 만들어서 사용하므로 배관에 무리를 줄 수 있고, 더욱이 불필요한 전기를 사용하게 되어 사용자에게 많은 전기료 부담을 가하게 되는 문제점도 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것이 도2 에 도시된 바와 같은 인버터를 이용한 자동급수장치이다.

이는 도2 에 도시된 바와 같이 입력교류전원의 주파수에 따라 구동속도가 가변되는 삼상모터(11)와, 상기 삼상모터(11)의 동력으로 구동하는 펌프(12)와, 상기 펌프(12)의 출력측 압력을 측정하고 그 측정 압력정보에 따라 삼상모터(11)가 필요로하는 속도를 연산하여 인버터(14)에 공급하는 압력제어 콘트롤러(PID제어기)(13)와, 상기 압력제어 콘트롤러(13)에서 공급된 속도지령에 따라 PWM 제어신호를 발생시켜 IGBT의 게이트로 공급하여 삼상모터(11)로 공급되는 전원의 주파수를 가변시키는 인버터(14)로 구성된다.

이러한 종래 기술은 펌프(12)의 출력측 수압을 압력제어 콘트롤러(13)가 감지하여 설정된 압력값과 비교하고, 그 비교결과 감지된 수압이 설정된 압력값에 비해 높고 낮음에 따라 그에 적당한 삼상모터(11)의 목표 구동속도를 연산하여 인버터(14)로 전송하며, 상기 인버터(14)는 압력제어 콘트롤러(13)로부터 전송된 속도에 대응하는 PWM 제어신호를 발생시켜 IGBT 의 게이트로 공급하므로서 삼상모터(11)로 공급되는 교류전원의 주파수가 가변된다.

이에 따라 상기 삼상모터(11)는 인터버(14)로부터 공급되는 교류전원의 주파수에 따라 그 회전속도가 증감되어 펌프(12)의 펌핑동작을 가변시킴으로써 펌프(12)의 출력측 수압이 항상 설정된 압력의 오차범위 내에서 제어되는 것이다.

이러한 인버터를 적용한 종래의 자동급수장치는 압력제어 콘트롤러(13)의 PID 제어기능을 통해 펌프(12)의 출력 수압을 일정하게 제어할 수 있고, 인버터(14)를 통해 삼상모터(11)로 공급되는 전원의 주파수를 조절하여 속도를 가변시키는 것이므로 전기소비량을 줄여줄 수 있으며, 소음 또한 현저히 감소시킬 수 있는 장점을 갖고 있다.

그러나, 이는 상기와 같은 장점에도 불구하고 고가의 인버터를 사용해야만 하는 문제점이 있고, 또한 별도의 압력제어 콘트롤러를 적용함에 따라 압력제어 콘트롤러와 인버터 상호간의 인터페이스를 위한 별도의 인터페이스회로를 장착해야만하므로 제품의 구조가 매우 복잡해지고 원가가 상승되는 문제점이 있었다.

또한, 인버터는 일반인들이 접해보지 못한 제품이어서 일반인들이 사용하기가 매우 불편할 뿐만 아니라 기존에 출시되고 있는 인버터는 범용 인버터이므로 자동급수장치에 필요한 인버터 기능은 범용 인버터가 가지고 있는 여러 가지 기능들 중에서 그 일부만을 사용하는 것이어서 불필요하게 제품의 원가가 상승하게 되는 문제점이 발생하는 것이다.

상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 고안은 모터 구동용 소형 부스터를 삼상모터의 몸체상에 일체로 형성하되, 상기 소형 부스터는 전원부와 원칩 마이컴으로 단순하게 구성하므로서, 별도의 압력제어컨트롤러가 불필요하므로 제품의 가격이 매우 저렴하고, 전체 구성이 매우 간단해져 제품의 성능에 대한 신뢰도를 한층 더 향상시킬 수 있으며, 삼상모터에 구비된 팬을 이용하여 소형부스터의 마이컴이 부착된 방열판을 냉각시킬 수 있도록 한 자동급수장치의 모터일체형 소형부스터를 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적달성을 위한 본 고안은 입력교류전원의 주파수에 따라 구동속도가 가변되는 삼상모터와, 상기 삼상모터의 동력으로 구동하여 물을 펌핑하는 펌프를 포함하여 구성된 자동급수장치에 있어서,

상기 삼상모터의 구동속도를 제어하기 위한 소형부스터를 상기 삼상모터의 몸체상에 일체로 형성하되, 상기 소형부스터는 입력된 상용교류 전원을 직류화하는전원부와; 펌프의 출력측 수압이 목적하는 압력으로 유지되도록 삼상모터를 구동시키기 위한 PWM 제어신호를 발생하여 IGBT 구동부로 공급하는 마이컴;으로 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 마이컴은 펌프의 출력측 수압이 일정하게 유지되도록 하는 PID 제어기능을 가지며, 삼상모터에 구비되어 있는 냉각팬에 의해 효율적으로 냉각되는 것을 특징으로 하는 것이다.

도 1 은 종래의 자동급수장치를 보인 블록도.

도 2 는 인버터를 이용한 종래의 자동급수장치를 보인 블록도.

도 3 은 본 고안의 자동급수장치의 모터일체형 소형부스터를 보인 블록도.

도 4 는 본 고안의 소형부스터를 보인 블록도.

도 5 는 본 고안이 장착된 자동급수장치의 외형을 보인 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20: 삼상모터, 21: 펌프,

22: 소형부스터, 23: 전원부,

24: 마이컴,

이하, 첨부된 도면 도3 내지 도5를 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

상기 첨부된 도면에서 부호 20 은 입력교류전원의 주파수에 따라 구동속도가 가변되는 삼상모터를 나타내고, 상기 삼상모터(20)에는 펌프(21)가 연결되어 물탱크에 저장된 물을 건물의 상부로 급수하도록 구성된다.

상기 삼상모터(20)의 몸체에는 도5 에서 도시된 바와 같이 소형부스터(22)가 일체로 형성된다.

상기 소형부스터(22)는 도 3 과 도 4 에 도시된 바와 같이 입력되는 상용교류전원을 직류화하여 각구성요소의 구동전원으로 공급하는 전원부(23)와, PID 제어기능을 가지면서 삼상모터(20)를 구동시키기 위한 PWM 제어신호를 발생시켜 IGBT 구동부로 공급하는 원칩 마이컴(24)으로 구성된다.

상기 마이컴(24)은 펌프(21)의 출력측 수압정보를 감지하고, 그 수압이 설정된 기준수압보다 낮은지 또는 높은지를 비교한 후 그 비교결과에 따라 삼상모터(20)를 구동시키기 위한 PWM 제어신호를 발생시켜 IGBT 구동부로 공급하는 것이다.

즉, 상기 원칩 마이컴(24)은 자동급수장치의 특수 목적을 달성할 수 있도록 별도 제작된 것으로서 펌프(21)의 출력측 수압이 일정하게 유지되도록 하는 PID(동작:Proportinal, 적분동작:Integral, 미분동작:Derivative) 제어기능을 가지면서 인버터와 같이 삼상모터(20)의 구동을 위한 PWM 제어신호를 발생시키는 기능을 가지게 되는 것이며, 이러한 원칩 마이컴(24)을 적용함에 따라 소형부스터(22)의 구성이 간단해짐은 물론 제품의 원가를 현저히 낮춰줄 수 있게 되는 것이다.

이와 같이 구성된 본 고안의 동작을 설명하면 다음과 같다.

자동급수장치가 작동하여 펌프(21)의 출력측으로 물이 펌핑되어 건물의 상층부로 공급되면, 소형부스터(22)의 마이컴(24)은 펌프(21)의 출력측 수압을 측정하고, 그 측정된 수압이 설정되어 있는 기준수압보다 높은지 또는 낮은지를 비교한다.

그리고, 상기 비교결과에 따라 마이컴(24)은 삼상모터(20)를 구동시키기 위한 PWM 제어신호를 발생시켜 IGBT 구동부로 공급하고, 상기 IGBT 구동부는 마이컴(24)으로부터 공급된 PWM 제어신호에 따라 스위칭동작하여 삼상모터(20)로 소정의 주파수를 갖는 교류전원을 공급하게 되고, 삼상모터(20)는 IGBT 구동부터로부터 공급된 교류전원의 주파수에 따라 구동속도가 가변되어 펌프(21)를 구동시키게 되는 것이다.

한편, 상기 소형부스터(22)에는 도5 에 도시된 바와 같이 키이부가 구성되는데, 상기 키이부는 마이컴(24)의 기준압력을 사용자가 설정할 수 있도록 하는 것이며, 소형부스터(22)를 삼상모터(20)에 일체로 형성함에 따라 소형부스터(22) 내에 별도의 냉각용 팬을 설치하지 않아도 된다.

즉, 소형부스터(22)에 구비되는 IGBT 구동부는 다수의 IGBT 소자가 장착되어 이루어지기 때문에 작동시 많은 열을 발생하게 되고, 이러한 열을 효율적으로 방출시키기 위해 팬이 설치되어야만 하나 본 고안의 경우 삼상모터(20)에 구비되어 있는 팬을 이용하면 상기 IGBT 구동부에서 발생된 열을 효율적으로 냉각시킬 수 있으므로 별도의 팬을 소형부스터(22) 내부에 설치하지 않아도 된다.

따라서 소형부스터(22)의 크기를 그만큼 줄여줄 수가 있을 뿐만 아니라 팬의 고장 등으로 부터 기인되는 IGBT 구동부의 고장을 근원적으로 방지할 수가 있게 되된다.

특히, 본 고안의 소형부스터는 고가의 인버터를 사용하지 않을 뿐만 아니라 단상모터를 사용하지 않고 삼상모터를 적용하므로서 소비전력을 기존에 비해 약 50% 이상 절감시킬 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안은 모터 구동용 소형 부스터를 삼상모터의 몸체상에 일체로 형성하되, 상기 소형 부스터는 전원부와 원칩 마이컴으로 단순하게 구성하므로서, 별도의 압력제어컨트롤러가 불필요하므로 제품의 가격이 매우저렴하다.

또한, 본 고안의 전체 구성이 매우 간단해져 제품의 성능에 대한 신뢰도를 한층 더 향상시킬 수 있으며, 삼상모터에 구비된 팬을 이용하여 소형부스터의 마이컴이 부착된 방열판을 냉각시킬 수 있도록 한 자동급수장치의 모터일체형 소형부스터를 제공하는 효과를 기대할 수가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 입력교류전원의 주파수에 따라 구동속도가 가변되는 삼상모터(20)와, 상기 삼상모터(20)의 동력으로 구동하여 물을 펌핑하는 펌프(21)를 포함하여 구성된 자동급수장치에 있어서,

   상기 삼상모터(20)의 구동속도를 제어하기 위한 소형부스터(22)를 상기 삼상모터(20)의 몸체상에 일체로 형성하고,

   상기 소형부스터(22)는 입력된 상용교류 전원을 직류화하는 전원부(23)와, 펌프(21)의 출력측 수압이 목적하는 압력으로 유지되도록 삼상모터(20)를 구동시키기 위한 PWM 제어신호를 발생하여 IGBT 구동부로 공급하는 마이컴(24)으로 구성한 것을 특징으로 하는 자동급수장치의 모터일체형 소형부스터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 마이컴(24)은 펌프(21)의 출력측 수압이 일정하게 유지되도록 하는 PID 제어기능을 가지며, 삼상모터(20)에 구비되어 있는 냉각팬에 의해 효율적으로 냉각되는 것을 특징으로 하는 자동급수장치의 모터일체형 소형부스터.