KR20120111405A - 인공 호흡기의 블로워 구동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인공 호흡기의 블로워 구동 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 인공 호흡기 블로워 구동 장치는, 블로워의 회전에 따란 유속을 검출하는 유속 검출부와, 상기 유속 검출부의 유속 신호와 상기 블로워 구동 제어부의 블로워 구동 신호를 토대로 상기 전원 공급부의 전원을 제어하여 블로워의 회전 속도를 제어하는 피드백 제어부를 더 포함하여 블로워의 회전 속도를 유량 변동에 대응하여 신속하게 제어할 수 있고, 유량의 변동에 대한 회전 속도의 응답성을 향상시킬 수 있으며, 제품의 대한 구조가 간단하므로 제조 공정 및 제조 원가를 절감할 수 있고, 또한, 내구성 및 제품의 대한 신뢰성을 더욱 향상할 수 있게 된다.

Description

인공 호흡기의 블로워 구동 장치{APPARATUS FOR DRIVING BLOWER OF MEDICAL VENTILATOR}

본 발명은 인공 호흡기의 블로워 구동 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피드백 전류 제어를 통해 블로워를 구동함에 따라 회전수 조절에 대한 응답성을 향상하고 회전속도 제어에 대한 안정성을 더욱 향상할 수 있도록 한 장치에 관한 것이다.

일반적으로 블로워(BLOWER)는 회전 축을 중심으로 팬을 회전시켜 공기를 불어넣는 송풍기를 의미하며, 현재 대형 송풍기부터 헤어드라이기, 소형 열풍기까지 그 크기와 활용 용도가 매우 다양하며, 자동차부품, 전장부품, 가전제품 뿐만 아니라 의료용까지 폭넓은 분야에서 사용되고 있다.

이러한 블로워는 팬을 회전시켜야 하기 때문에 모터를 가지게 되는데, 기존 일반적으로 알고 있는 DC모터나 스텝 모터의 경우는, 도 1에 도시된 바와 같이, 브러쉬(Brush)를 가지기 때문에 고속으로 장시간 사용할 경우, 열이 많이 발생하고 모터의 사용 수명시간이 브러쉬의 수명과 비슷하며, 모터의 수명이 다하는 경우에 블로워 혹은 모터를 교체하는 경우가 많기 때문에 그 비용 또한 만만치 않다. 이를 보완하기 위해 나온 것이 BLDC 모터(Brushless DC Motor)를 사용하게 된다.

상기 BLDC는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 일반 DC모터나 스텝 모터와 다르게 홀센서가 장착되어 있으며, 홀센서를 통하여 회전하는 모터 자석의 위치를 판단하고, 회전 속도 및 회전각 등을 알아내어 회전수를 검출하고 회선속도를 제어할 수가 있다. 그러나 홀센서의 출력에 따라 각각의 터미널에 전류를 흘려줘야 하므로 반드시 구동용 드라이버가 필요하며, 이를 위한 제품들이 출시되어 있다.

도 4는 일반적인 3상 BLDC 모터의 내부 구성도이다. BLDC 모터는 영구자석으로 이루어진 회전자와 권선으로 이루어진 스테이터들로 이루어져 있으며, 전류가 흐르는 권선으로부터 자기장 관계에 의해 회전자를 회전시켜 전기적 에너지를 기계적인 에너지로 변환되게 된다. 각각의 전류의 흐름 방향은 도 5에 도시된 바와 같다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 3상 BLDC 모터는 1회전을 하기 위해 총 6단계로 이루어져 있으며, 홀센서의 신호에 따라 각각 다른 방향으로 전압을 인가해 주어야 한다. 이처럼 전류를 흘려주게 되면, 모터는 회전체(영구자석)가 순서대로 각 전자석에게 밀리고 당겨져 회전체가 회전하게 된다.

도 6은 앞서 설명한 3상 BLDC 모터를 구동하기 위한 회로 구성도이다. 트랜지스터를 통해 각각의 홀센서에 전압, 전류를 인가하게 되며, 홀센서에서 나오는 신호를 로직 회로에서 받아들여 회전수 검출 및 회전 속도를 체크할 수 있다. 또한 로직 회로로부터 PWM(Pulse Width Modulation)신호를 조절함으로 모터의 속도를 제어하게 된다.

그러나 유속이 빠른 장비에서는 빠른 속도 증감과 응답속도가 요구되는 인공 호흡 장치에서는 도 7에 도시된 바와 같이, 기계적 공차로 인한 응답지연 이라는 것이 발생하게 된다.

예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 저속에서 고속으로 바뀔 때는 문제가 없으나, 고속에서 저속으로 감속할 경우 기계적 관성에 의해 응답 지연이 발생하게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 블로워에 전원을 공급하는 전원 공급부와, 상기 전원 공급부의 전원 및 블로워를 구동하기 위한 제어 신호에 의해 스위칭하여 블로워의 구동을 단속하는 제어부와, 상기 블로워의 홀 센서로부터 공급되는 각 홀 센서의 출력 전류를 제공받아 상기 제어 신호를 보정하는 블러워 구동부를 포함하되, 상기 블로워의 회전 속도를 감지하여 감지된 회전 속도를 펄스폭 변조 신호로 변환하는 회전 속도 감지부와, 상기 회전 속도 감지부의 펄스폭 변조 신호와 상기 블로워 구동부의 구동 신호를 토대로 상기 전원 공급부의 블로워 전원을 보정하여 블로워의 회전 속도를 제어하는 피드백 제어부를 더 포함하는 인공 호흡기의 블로워 구동 장치를 제공하여, 블로워의 회전 속도의 제어가 신속하게 이루어지므로 유량 변동에 따라 안정적인 유량 제어가 가능하며 유량 변화에 대한 블로워의 회전 속도를 신속하게 응답되므로 응답성을 향상할 수 있으며, 제품에 대한 제조 공정 및 제조 원가를 절감할 수 있게 된다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 관점에 따른 인공 호흡기의 불로워 구동 장치는,

베터리로부터 공급되는 전원을 블로워에 전원으로 변환하여 공급하는 전원 공급부와, 상기 전원 공급부의 전원 및 블로워를 구동하기 위한 제어 신호에 의해 스위칭하여 블로워를 구동하기 위한 구동 신호를 출력하는 블로워 구동부와, 상기 블로워의 홀 센서로부터 공급되는 각 홀 센서의 출력 전류를 제공받아 블로워의 구동을 단속하는 블러워 구동 제어부를 포함하되, 상기 블로워의 회전에 따란 유속을 검출하는 유속 검출부와, 상기 유속 검출부의 유속 신호와 상기 블로워 구동 제어부의 블로워 구동 신호를 토대로 상기 전원 공급부의 블로워 전원을 보정하여 블로워의 회전 속도를 제어하는 피드백 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 피드백 제어부는,

상기 유속 신호에 대한 이론적 비례 관계식을 토대로 전원 공급부의 전원이 제어되는 것이 바람직하다 할 것이다.

그리고, 상기 장치는,

상기 유속 검출부의 유속 신호와 상기 블로워 구동 제어부의 불로워 구동 신호를 토대로 상기 유속 신호를 펄스폭 변조 신호로 변조하여 상기 피드백 제어부로 공급하는 펄스폭변조부를 더 포함하는 것이 바람직하다 할 것이다.

바람직하게 상기 펄스폭변조부는, 상기 유속 검출부의 유속 신호와 블로워 구동 신호를 토대로 블로워의 고장 여부를 판정하고,

상기 불로워의 고장 판정 시 상기 블로워의 구동을 정지하기 위한 불로워 정지 신호를 생성하여 상기 블로워 구동 제어부로 제공하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 장치는, 상기 펄스폭 변조부와 피드백 제어부가 일체로 형성되는 것이 바람직하다 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 인공 호흡기의 불로워 구동 장치는, 블로워의 회전 속도를 유량 변동에 대응하여 신속하게 제어할 수 있고, 유량의 변동에 대한 회전 속도의 응답성을 향상시킬 수 있으며, 제품의 대한 구조가 간단하므로 제조 공정 및 제조 원가를 절감할 수 있고, 또한, 내구성 및 제품의 대한 신뢰성을 더욱 향상할 수 있는 잇점을 가진다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1 내지 도 7은 일반적인 인공 호흡기의 블로워 구성을 보인 도들이다.
도 8은 본 발명에 따른 인공 호흡기의 블로워 구동 장치의 구성을 보인 도이다.
도 9는 도 8에 도시된 각부의 출력 파형을 보인 도들이다.
도 10은 본 발명에 의한 블로워의 회전 속도를 보인 파형도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 인공 호흡기의 블로워 구동 장치의 구성을 보인 도면이고, 도 9는 도 8에 도시된 블로워 구동 장치의 출력 신호를 보인 파형도으로서, 이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인공 호흡기의 블로워 구동 장치는, 유속에 따라 블로워의 회전 속도를 신속하게 제어하도록 구비되고, 이러한 장치는, 전원 공급부(11), 불로워 구동부(13), 불로워(15), 블로워 구동 제어부(17), 유속 검출부(31), 펄스폭변조부(33), 및 피드백 제어부(35)를 포함한다.

여기서, 상기 전원 공급부(11)는 베터리로부터 공급되는 전원을 블로워(15)에 필요한 전원으로 변환하여 출력하도록 구비된다.

또한, 상기 블로워 구동부(13)는 상기 전원 공급부(11)의 전원 및 상기 블로워 구동 제어부(17)에서 제공되는 구동 신호를 제공받아 스위칭하여 상기 전원을 블로워(15)로 공급하도록 구비된다.

이때 상기 블로워 구동 제어부(17)은, 상기 블로워(15)의 홀 센서로부터 공급되는 전류를 검출하여 상기 구동 신호의 출력을 제어하여 블로워(15)의 구동을 단속하도록 구비된다.

즉, 상기 블로워(15)의 홀 센서로부터 공급되는 전류에 이상이 발생하면 블로워 구동 제어부(17)는 구동 신호의 출력을 정지하고 그로 인해 블로워(15)의 구동은 정지된다.

한편, 상기 유속 검출부(31)는 블로워의 회전에 의해 배출되는 혼합 가스의 유속을 감지하도록 구비되고, 상기 유속 검출부(31)의 유속 신호는 펄스폭변조부(33)으로 제공된다.

상기 펄스폭 변조부(33)는 상기 유속 신호와 상기 블로워 구동 제어부(17)로부터 공급되는 구동 신호를 토대로 상기 유속 신호를 펄스폭 변조 신호로 변환하여 변환된 펄스폭변조 신호를 상기 피드백제어부(35)로 제공하도록 구비된다.

또한, 상기 펄스폭 변조부(33)는 상기 유속 신호에 따라 블로워의 고장 여부를 판정하고, 판정 경과 블로워의 고장이 발생한 경우 블로워 구동을 정지하기 위한 구동 정지 신호를 발생하여 상기 블로워 구동 제어부(17)로 제공하도록 구비된다.

이어 상기 피드백 제어부(35)는 상기 펄스폭변조부(33)로부터 공급된 펄스폭변조 신호를 토대로 상기 전원 공급부의 전원을 가변하여 블로워(15)의 회전 속도를 조절하도록 구비된다.

본 발명의 실시 예에서, 전원 공급부(11) 및 피드백 제어부(35)는 별개로 구비되는 것으로 설명하고 있으나, 일체형으로 구비될 수 있고, 상기 유속 검출부(31) 및 펄스폭변조부(33) 역시 별개로 구비되는 것으로 설명하고 있으나 일체로 구비될 수도 있다.

이러한 구성에 의하면, 우선, 전원 공급부(11)의 전원은 다수의 트랜지스터로 구비된 블로워 구동부(13)로 제공되고, 상기 블로워 구동부(13)는 블로워 구동 제어부(17)로부터 공급되는 구동 신호에 따라 스위칭하여 상기 전원공급부(11)의 전원이 블로워(15)에 공급된다.

본 발명의 실시 예에서는 3상 BLDC 모터인 경우를 일례로 설명하고 있으나, 그 이상 또는 그 이하의 페이지를 가지는 BLDC 모터의 적용할 수 있음은 당업자에 의해 자명하다 할 것이다.

또한, 상기 블로워(15)는 상기 전원 공급부(11)의 전원에 따라 회전한다.

이 후 유속 검출부(31)는 상기 블로워(15)의 회전에 따라 브랜딩 탱크로부터 배출되는 혼합 가스의 유속을 검출하고, 상기 유속 신호는 펄스폭변조부(33)로 제공된다.

상기 펄스폭변조부(33)는 상기 유속 신호를 펄스폭변조신호로 변환하고 변환된 펄스폭변조신호를 피드백제어부(35)로 제공한다.

이때 상기 펄스폭변조부(33)는 상기 유속 검출부(31)의 유속 신호 및 블로워 구동 제어부(17)의 구동 신호를 토대로 블로워(15)의 고장 여부를 판정하고, 판정 결과 블로워(15)의 고장인 경우 블로워(15)의 회전을 정지하기 위한 구동 정지 신호를 생성하여 상기 블로워 구동 제어부(17)로 제공한다.

상기 블로워 구동 제어부(17)는 상기 구동 정지 신호에 의해 상기 구동 신호의 출력을 정지함에 따라 블로워(15)의 구동은 정지된다.

한편, 상기 피드백 제어부(37)는 상기 펄스폭변조부(33)의 펄스폭변조신호를 토대로 상기 전원 공급부(11)의 전원을 제어하여 블로워(15)의 회전 속도를 유속 신호에 따라 제어한다.

상기의 블로워 구동 장치에 대한 각부의 출력 파형을 토대로 본원 발명에구체적의한 블로워 응답 과정을 도 9를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 인공 호흡기에서 환자의 흡기 및 배기 시 목표 압력이 도 9의 a)에 도시되고, 이러한 목표 압력에 따라 실제 흡기 및 배기 압력 변화는 도 9의 b)에 도시된 바와 같다.

그리고, 이러한 실제 흡기 및 배기 압력 변화를 토대로 유속 검출부(31)의 유속이 도 9의 c)에 도시된 바와 같이 검출되면 이러한 유속 변환에 따른 블러워(15)의 회전 속도는 도 9의 d)에 도시된 바와 같다.

즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 유속이 증가될 때 블로워에 흐르는 전류를 증가하도록 전원을 조절하고, 유속이 감소될 때 블로워에 흐르는 전류 제어를 통해 전원을 감소하게 된다. 고속에서 저속으로 유속이 감소되는 경우 블로워의 회전 속도에 대한 응답성은 기존의 응답성 보다 향상된다.

따라서, 전류 피드백 제어를 통해 블로워를 구동하는 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 블로워(15)는 가속 시 고성능 터보로서 구동하고, 감속 시 회전 속도 및 기계적 공차에 의한 지연이 방지되며, 유속의 변화에 대한 응답성을 향상할 수 있게 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

블로워의 회전 속도를 유량 변동에 대응하여 신속하게 제어할 수 있고, 유량의 변동에 대한 회전 속도의 응답성을 향상시킬 수 있으며, 제품의 대한 구조가 간단하므로 제조 공정 및 제조 원가를 절감할 수 있고, 또한, 내구성 및 제품의 대한 신뢰성을 더욱 향상할 수 있는 인공 호흡기의 블로워 구동 장치대한 효율면에 대해, 운용의 정확성 및 신뢰도 측면, 더 나아가 성능 효율 면에 매우 큰 진보를 가져올 수 있으며, 적용되는 인공 호흡기의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.

Claims (5)

1. 베터리로부터 공급되는 전원을 블로워에 전원으로 변환하여 공급하는 전원 공급부와, 상기 전원 공급부의 전원 및 블로워를 구동하기 위한 제어 신호에 의해 스위칭하여 블로워를 구동하기 위한 구동 신호를 출력하는 블로워 구동부와, 상기 블로워의 홀 센서로부터 공급되는 각 홀 센서의 출력 전류를 제공받아 블로워의 구동을 단속하는 블러워 구동 제어부를 포함하되,
   상기 블로워의 회전에 따란 유속을 검출하는 유속 검출부와,
   상기 유속 검출부의 유속 신호와 상기 블로워 구동 제어부의 블로워 구동 신호를 토대로 상기 전원 공급부의 전원을 제어하여 블로워의 회전 속도를 제어하는 피드백 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 호흡기의 블로워 구동 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 피드백 제어부는,
   상기 유속 신호에 대한 이론적 비례 관계식을 토대로 전원 공급부의 전원이 제어되는 것을 특징으로 하는 인공 호흡기의 블로워 구동 장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 장치는,
   상기 유속 검출부의 유속 신호와 상기 블로워 구동 제어부의 불로워 구동 신호를 토대로 상기 유속 신호를 펄스폭 변조 신호로 변조하여 상기 피드백 제어부로 공급하는 펄스폭변조부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 호흡기의 블로워 구동 장치.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 펄스폭변조부는,
   상기 유속 검출부의 유속 신호와 블로워 구동 신호를 토대로 상기 블로워의 고장 여부를 판정하고,
   상기 불로워의 고장 판정 시 상기 블로워의 구동을 정지하기 위한 구동 정지 신호를 생성하여 상기 블로워 구동 제어부로 제공하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 인공 호흡기의 블로워 구동 장치.
5. 청구항 3에 있어서, 상기 장치는,
   상기 펄스폭 변조부와 피드백 제어부가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 인공 호흡기의 블로워 구동 장치.
   
   

Images