KR20150102628A

KR20150102628A - Bldc모터를 장착한 펌프시스템 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20150102628A
Application number: KR1020140024711A
Authority: KR
Inventors: 이지영
Original assignee: 이지영
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2015-09-07

Abstract

본 발명은 BLDC모터를 장착한 펌프시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 기존의 인덕션 모터의 회전수 제어에서는 이뤄낼 수 없었던 저/고속의 펌프제어 및 저소음, 고정도, 고효율 펌프의 회전수 제어를 실현함과 동시에 BLDC모터의 제어방식과 펌프 사용처의 수요유량, 펌프 토출부의 토출유량 및 토출압력 등 펌프시스템의 작동환경과 연동하여 제어하는 방법을 제공함으로써, BLDC모터를 펌프시스템에 적용하고 설정압력 및 수요유량에 따른 회전수 제어가 가능하도록 한다.

Description

BLDC모터를 장착한 펌프시스템 및 그 제어방법{PUMP SYSTEM USING BRUSHLESS DC MOTOR, AND METHOD THEREOF}

본 발명은 BLDC모터를 장착한 펌프시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나 이상의 펌프에 BLDC모터를 장착하여 펌프의 회전 속도를 제어함으로써 유량제어 및 압력제어가 가능하도록 하고, 저/고속의 펌프제어가 용이하며, 저소음, 고정도, 고효율의 제어를 실현할 수 있는 펌프시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 펌프는 모터의 회전으로 생성되는 원심력에 의해 유체를 이송하며, 모터의 회전수를 제어하거나 작동하는 펌프의 수량을 증감함으로써 유체의 압력이 일정 범위에 도달할 수 있도록 하는 압력제어방식을 통해 동작하고, 압력을 제어함으로서 유체의 유량을 제어하는 방식이 사용된다.

기존의 압력제어방식에 대한 기본적 일 예가 도 1에 도시되어있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 압력제어방식은 설정압력과 측정압력이 일치하는 것을 목표로 하며, 급수배관의 압력을 측정하는 단계(S11), 설정압력과 측정압력을 비교하는 단계(S12) 및 인버터의 출력 주파수와 출력 전압 증감으로 모터 회전수를 증감하는 단계(S13)로 구성되며, 이 과정이 일정 주기로 계속 반복되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 기존의 압력제어방식은 유체 압력의 제어만을 목표로 하기 때문에 일정유량만을 이송해야하는 경우에는 정확한 대응이 불가능하다는 단점이 있었다.

그리고 최근에는 여러 대의 펌프를 연결하여 구축된 부스터펌프와 그를 효율적으로 제어할 수 있는 제어시스템이 아파트 단지나 빌딩, 주택건물 등에 광범위하게 사용되고 있으며, 이는 토출부분에서 유체의 압력을 측정하여 측정값이 설정된 압력범위와 맞지 않는 경우 작동하는 펌프의 대수 혹은 펌프의 회전수를 증감하는 방식으로 제어하는데, 대수제어방식은 회전수 제어방식에 비해 효율이 낮고 잦은 유지보수가 필요하기 때문에 최근에는 모터의 회전수 제어방식을 사용하며, 회전수 제어방식은 펌프의 회전수와 토출유량, 회전수와 유체압력의 비례관계를 사용한 것으로, 이를 위한 방식으로 인덕션 모터에 인버터를 장착하여 회전수를 제어하는 방식 보편적으로 사용되고 있다. 이에 대해서는 대한민국 특허 제10-0311391호, 대한민국 특허 제10-0300305호에 개시되어 있다.

그러나 기존의 인버터 제어란, 주 모터로 인덕션 모터를 이용하여 인버터 출력전압과 주파수를 바꿈으로서 모터의 가감속의 제어를 하는 방식으로, 대수제어 방식의 단점은 보완하였으나 전류를 공급해주는 인버터의 출력전압 제한에 의해 일정 속도 이상에서는 출력을 낼 수 없어 고속운전 영역이 좁아지고, 낮은 주파수대에서는 출력이 약하여 저속으로 연속운전이 어려우며, 펄스상태의 전원출력파형을 만드는 스위칭 주파수로 인해 모터에 전자소음이 발생한다는 단점이 있었다.

한편, BLDC(Brushless Direct Current)모터는 영구자석으로 된 회전자와 권선으로 되어있는 스테이너 폴들로 이루어져 있으며, 영구 자석 회전자와 전류가 인가된 권선으로부터 생성되는 자기장 사이의 상호작용에 의해 전기에너지는 회전자를 회전시킴으로써 기계적인 에너지를 얻는 직류모터의 일종으로서, 인덕션 모터보다 효율이 월등히 높으며, 기계적 정류구조를 전자화(무접점화)함에 따라 전기적, 기계적 노이즈가 작고, 고속 회전이 용이하며, 소음과 유지비를 절감할 수 있어 최근 다양한 분야에 사용되고 있다.

하지만 인버터가 출력하는 주파수와 압력을 일방적으로 수신하여 회전하는 인덕션 모터와는 달리 BLDC모터는 회전자의 위치를 검출하여 실제 회전수를 파악하거나 모터 내부에 흐르는 전류량을 측정하여 필요에 따라 모터에 흘려보내는 전류량을 조절하여 그 회전수를 제어하는 방식으로, 이에 일예가 대한민국공개특허공보 제10-2000-0066086호(2000.11.15), 대한민국공개특허공보 제10-2011-0029407호(2011.03.23) 등에 개시되어있다. 그러나 BLDC모터를 장착한 펌프시스템을 제어하기 위해서는 BLDC모터의 회전제어방식을 펌프의 수요유량 및 설정압력 등의 작동환경과 연동하여야 하는바, 기존 인덕션 모터의 회전수 제어방식으로는 BLDC모터를 펌프시스템에 적용하여 사용함은 어렵다는 문제점이 있다.

대한민국등록특허공보 제10-0311391호(2001.09.25) 대한민국등록특허공보 제10-0300305호(2001.06.15) 대한민국공개특허공보 제10-2000-0066086호(2000.11.15) 대한민국공개특허공보 제10-2011-0029407호(2011.03.23)

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 인버터의 추가설치 없이 회전수 제어가 가능한 BLDC모터를 사용하여 펌프시스템을 구축함으로써 기존의 인버터를 통한 제어방식의 단점 및 한계를 극복할 수 있는 BLDC모터를 장착한 펌프시스템 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 BLDC모터를 펌프시스템에 적용하고, 펌프 및 모터의 성능, 수요유량 및 설정압력 등의 작동환경과 연동하여 주기적으로 펌프의 지령회전수를 결정하고, 그에 대한 전류를 방류함으로써 실제 운전상태와 지령회전수 혹은 지령 지령전류와 같은 지령 값이 일치하도록 제어하는 BLDC모터를 장착한 펌프시스템 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.

본 발병의 또 다른 목적은 유체의 일정 압력만을 유지하는 기존 펌프의 압력제어방식에서 벗어나 적합한 유체의 압력으로 수요유량에 따라 BLDC모터의 회전수를 제어할 수 있는 유량제어방식의 펌프시스템 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 저수조와 연결된 흡입배관, 사용처로 유체를 공급하는 토출배관, 상기 흡입배관과 상기 토출배관 사이에 설치된, BLDC모터를 장착한 한 대 이상의 펌프, 상기 토출배관 내 압력을 측정하는 압력센서, 상기 토출배관에 장착되어 토출유량을 측정하는 펌프토출 유량계, 각 사용자측에 설치된 유량계의 신호를 받아 데이터를 전송하는 통신부, 상기 펌프에 인가할 직류전원을 제공하는 전원부, 사용처의 수요유량 및 설정압력 등의 작동환경과 연동하고 상기 펌프의 실제 운전상태을 고려한 지령회전수를 산출하여 상기 BLDC모터를 장착한 펌프에 상기 지령회전수에 대한 지령전류량만큼을 방류하도록 명령하는 제어부, 상기 펌프에 장착된 BLDC모터의 실제회전수 혹은 전류상태 등의 운전상태를 검출하고, 검출된 값을 제어부로 전송하는 회전센서부, 상기 제어부가 상기 지령전류량 만큼의 전류가 흐르도록 조절하는 전류조절부, 펌프시스템의 구동상태 및 설정상태를 표시할 상태표시부 및 사용자가 원하는 유량 및 압력 등의 사용환경을 입력하는 입력부를 포함하는 BLDC모터를 장착한 펌프시스템 및 그 제어방법에 의해 달성된다.

여기서, 상기 전원부는 AC전원방식과 DC전원방식을 모두 포함하거나, 두 방법 중 하나를 사용하여 이를 상기 펌프에 장착된 BLDC모터의 구동이 가능한 직류전원으로 인가하는 역할을 하며, BLDC모터를 장착한 펌프의 제어방법에 있어서, 상기 제어부는 전원부의 전원을 인가받는 단계, 사용처의 유체사용상황을 파악하는 단계, 상기 유체사용상황의 파는을 통해 유체의 사용이 발생한 사용처의 수를 파악하는 단계, 상기 유체사용파악을 통해 사용처의 수요유량을 산출하는 단계, 상기 수요유량에 대한 상기 펌프의 지령회전수를 판단하는 단계, 상기 지령회전수에 대한 지령전류량을 판단하여 전류조절부에 상기 지령전류량을 방류하도록 명령하는 단계, 전류조절부가 펌프에 장착된 BLDC모터에 상기 지령전류량을 방류하는 단계, 상기 수요유량과 상기 펌프의 토출유량을 비교하는 단계, 상기 펌프에 장착된 BLDC모터의 실제 운전상태를 파악하는 단계, 상기 지령회전수 혹은 지령전류와 같은 지령 값과 상기 실제 운전상태를 비교하는 단계 및 상기 지령전류량을 조절하는 단계를 포함하여 사용처의 상기 수요유량에 따라 상기 펌프의 회전수 제어를 진행하고, 상기 펌프의 실제 운전상태와 상기 지령 값을 비교하여 상기 펌프에 장착된 BLDC모터에 방류하는 전류량을 조절함으로써 제어한다.

나아가, 본 발명의 제어방법은, 사용자가 설정한 설정압력과 압력센서가 측정한 측정압력을 비교하는 단계를 포함하여, 상기 압력센서의 상기 측정압력이 상기 설정압력보다 클 경우에는 상기 지령전류량을 조절하는 단계로 돌아가 전류방류량의 감소로 상기 펌프의 회전수가 감소하도록 하며, 상기 측정압력이 상기 설정압력보다 작거나 같을 경우에는 상기 수요유량과 상기 펌프의 토출유량을 비교하는 단계로 돌아가 상기 수요유량에 대한 상기 펌프의 회전수 제어를 진행하는 바, 상기 설정압력의 범위를 유지하도록 한다.

또한, 제어해야 하는 상기 펌프의 수량이 한 대 이상일 경우, 작동할 펌프의 수량을 산출하는 단계를 포함시켜 수요유량에 대해 작동할 펌프를 선정하며, 각 펌프가 토출해야하는 유량을 산출하여 지정한다. 작동할 상기 펌프의 선정은, 한 대의 펌프가 최대 회전수로 구동될 때의 토출유량을 최대 토출유량으로 정하여, 산출된 상기 수요유량이 상기 펌프 중 한 대의 최대 토출유량보다 작을 경우에는 그 한 대의 펌프에 상기 수요유량을 모두 토출시키도록 하고, 상기 수요유량이 펌프 한 대의 최대 토출유량보다 클 경우 작동할 펌프 수량(n)을 수요유량< 상기 펌프의 최대 토출유량 ㅧ n 을 만족시키는 경우의 최소 정수 값으로 결정하며, 각 펌프가 토출할 유량은 상기 수요유량 / n으로 산출하여 설정하도록 한다.

상기 제어부의 제어단계 중, 상기 수요유량에 대한 상기 펌프의 지령회전수를 판단하는 단계에서는, 상기 펌프의 회전수에 대한 유량성능을 파악할 수 있는'회전수-유량'의 성능사항을 사전에 저장하여, 상황에 맞는 적합회전수(지령회전수)의 지정이 가능하도록 하며, 상기 지령회전수에 대한 지령전류량을 판단하여 전류조절부에 상기 지령전류량을 방류하도록 명령하는 단계에서는, 상기 펌프에 장착된 BLDC모터의 입력전류에 따른 회전수 변화를 파악할 수 있는 '회전수-입력전류'의 성능사항을 기존에 저장하여, 상황에 맞는 상기 지령회전수에 대한 지령전류량을 산출하여 펌프에 상기 지령전류량을 방류하여 회전수를 제어한다.

상기 제어부의 상기 유체의 사용이 발생한 사용처의 수를 파악하는 단계에서 유체의 사용처 수가 0인 경우에는, 상기 설정압력과 상기 측정압력을 비교하는 단계 및 전류방류를 중지하는 단계, 지령전류량을 증가하는 단계를 포함하도록 하고, 상기 설정압력과 상기 측정압력을 비교하는 단계에서, 비교 값이 같다는 결과가 나오면 전류방류를 중지하는 단계, 그렇지 않으면 지령전류량을 증가하는 단계를 진행함으로써 상기 토출배관의 압력을 항상 일정 범위로 유지하여 갑작스런 유체의 수요에도 상기 토출배관 내 압력을 통한 급수가 진행되도록 한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 인덕션 모터를 사용한 인버터제어방식과는 다르게 BLDC모터의 자체신호를 이용하므로 저가의 위치제어 속도제어가 가능하여 인버터의 추가설치 없이도 펌프의 회전수 제어를 이행할 수 있으므로 기기의 소형화가 가능하다.

또한, BLDC모터를 사용함으로써 펌프의 저속/고속운전이 용이하고, 적은 노이즈, 높은 신뢰성, 저소음, 고정도, 고효율의 펌프운전이 가능하다.

나아가, 본 발명은 사용자의 수요유량에 따라 펌프가 구동되도록 하는 펌프시스템으로, 수요유량만큼의 정확한 유체이송이 가능하다.

도 1은 종래기술의 일실시예에 따른 인버터 펌프시스템의 회전수 제어를 통한 압력제어방식을 간단하게 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 BLDC모터를 장착한 펌프시스템의 구성도.
도 3은 본 발명의 제어부에 대한 입출력 관계를 나타낸 구성도.
도 4은 BLDC펌프를 장착한 시스템의 제어방법에 대한 제어부의 제어순서를 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 BLDC모터를 장착한 펌프시스템의 제어방법을 나타낸 순서도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 일 실시예를 설명함에 있어, 그리고 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 BLDC모터를 장착한 펌프시스템의 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 BLDC모터를 장착한 펌프시스템에 있어서, 이는 이송할 유체를 이송함에 역학적인 역할을 하는 부분과 제어(전기)적 역할을 하는 부분으로 구성된다. 역학적인 역할을 하는 부분으로는 저수조(W1)와 연결된 흡입배관(10), 사용처(V1)로 유체를 공급하는 토출배관(20) 및 흡입배관(10)과 토출배관(20) 사이에 설치된 BLDC모터를 장착한 한 대 이상의 펌프(60)를 가리키며, 제어(전기)적 역할을 하는 부분은 토출배관(20) 내 압력을 측정하는 압력센서(30), 토출배관(20)에 장착되어 토출유량을 측정하는 펌프토출 유량계(40), 각 사용처(V1)에 설치된 유량계(L1)의 신호를 받아 제어부(70)로 전송하는 통신부(50), BLDC모터를 장착한 펌프(60)에 인가할 직류전원을 제공하는 전원부(100), 사용처(V1)의 수요유량 및 설정압력 등의 작동환경과 연동하고 실제 펌프(60)의 운전 상태를 고려한 지령회전수를 산출하여 BLDC모터를 장착한 펌프(60)에 지령회전수에 대한 지령전류량만큼을 방류하도록 명령하는 제어부(70), 펌프(60)에 장착된 BLDC모터의 회전수 혹은 전류상태 등의 운전상태를 검출하고, 검출된 값을 제어부(70)로 전송하는 회전센서부(300), 제어부(70)가 지령한 양의 전류가 흐르도록 조절하는 전류조절부(200), BLDC모터를 장착한 펌프(60)의 구동상태 및 사용처(V1)의 설정상태를 표시할 상태표시부(80) 및 사용처(V1)가 원하는 유량 및 압력 등의 사용환경을 입력하는 입력부(90)를 포함한다.

이때, 흡입배관(10)과 토출배관(20)은 수요처의 최대 수요유량 및 압력에 견딜 수 있는 사양으로 그 구경 및 두께를 결정하며, 배관의 재질은 스테인리스 스틸, 플라스틱 등 어느 재질에 한정되지 않으나 압력이 가해질 유체의 종류 및 그 성질 등을 고려해 적합한 재질을 사용한다.

펌프(60)는 BLDC모터를 장착한 것을 특징으로 토출배관(20)과 흡입배관(10) 사이에 장착되며, 병렬 혹은 직렬로 연결되는 펌프(60)의 수량은 한 대 이상으로, 사용처(V1)의 유체사용패턴과 수요를 기초로 연결할 펌프(60)의 사양, 수량 및 연결방법을 선정한다.

압력센서(30)는 펌프(60)의 최대압력을 고려하여 그 규격을 선정하며, 토출배관(20)에 장착되어 배관 내의 압력을 측정할 수 있도록 하며 그 측정값을 제어부(70)로 전송할 수 있도록 한다.

전원부(100)는 BLDC모터(61)를 구동시킬 전류의 초기 직류전원을 제어부(70)로 인가하며, 이는 AC전원방식과 DC전원방식을 모두 포함하거나, 두 방법 중 하나를 포함한다.

유량계(40)는 펌프(60) 토출부에 설치되며, 순간유량 및 적산유량을 측정하고 그 측정값을 제어부(70)로 전송한다.

통신부(50)는 아날로그 혹은 디지털 방식을 통해 사용처(V1)의 유량계(L1) 신호를 받아오는 역할을 하며 신호 값을 제어부(70)로 전송한다.

제어부(70)는 각 구성기기의 상태를 입력받고, 내부 마이크로칩을 통해 원하는 제어방법이 입력되어 그에 따른 제어신호를 출력하는 방식으로 제어가 진행되도록 한다.

회전센서부(300)는 BLDC모터(61) 내부에 장착된 홀센서, 전류측정기 등의 운전 상태를 감지하는 센서를 가리키며, 회전자의 회전속도, 모터 내 전류상태 등의 모터 운전 상태를 검출하여 그 검출된 값을 제어부(70)에 전송한다.

전류조절부(200)는 전원부(100)에서 공급하는 전기에너지를 받아 제어부(70)에서 명령받은 전류량만큼의 전류를 BLDC모터(61)에 방출하여 회전시킨다.

상태표시부(80)는 입력부(90)에 의해 입력된 환경설정 및 제어부(70)의 지령상태를 한 눈에 파악할 수 있도록 압력센서(30)와 유량계(40)의 측정값, 펌프(60)의 구동상태 및 제어부(70)의 지령상태 등의 정보가 주기적으로 갱신되어 표시되는 것을 특징으로 한다.

입력부(90)는 스위치 혹은 터치스크린 등의 방식으로 설치되며, 입력부(90)를 통해 사용처(V1)가 원하는 유체의 압력 및 유량 등의 기본환경을 입력할 수 있고, 이는 제어부(70)의 결정에 중요한 구성요소로 사용된다.

도 3은 본 발명의 제어부(70)에 대한 입출력 관계를 나타낸 구성도이다.

도 3에 도시된 봐와 같이, 본 발명은 BLDC모터(61)를 장착한 펌프(60)를 제어함에 있어서, 제어부(70)는 압력센서(30)와 사용측 유량계(L1) 또는 펌프(60)토출측 유량계(40)의 측정값, 입력부(90)의 설정사항을 고려한 제어과정을 거쳐 알맞은 전류량을 선정하여 BLDC모터(61)의 회전수 혹은 내부전류와 같은 실제 운전상태 값을 입력받아 전원부(100)에서 인가받은 전류량을 BLDC모터(61)에 이송하도록 전류조절부(200)에 명령신호를 출력하며 상태표시부(80)에 일부 입/출력사항 및 판단사항이 출력되어 표시될 수 있도록 한다.

이와 같이 제어부(70)는 타 구성기기의 입력으로 출력 내용을 결정하며, 출력된 사항은 입력부(90)의 입력 값에 영향을 주어 출력사항을 재조정하는 방법으로 이러한 입/출력이 반복됨으로써 알맞은 제어가 진행되도록 한다.

도 4는 BLDC모터를 장착한 펌프시스템의 제어방법에 대한 제어부(70)의 제어순서를 나타낸 순서도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 제어부(70)는 전원부(100)의 전원을 인가받은 단계(S20), 사용처(V1)의 유체사용상황을 파악하는 단계(S21), 유체의 사용이 발생한 사용처(V1)의 수를 파악하는 단계(S22), 사용처(V1)의 수요유량을 산출하는 단계(S23), 펌프(60)의 지령회전수를 판단하는 단계(S25), BLDC모터(61)에 흘려보낼 전류량을 산출하는 단계(S26), 전류조절부(200)에 지령전류량을 명령하는 단계(S27), 수요유량과 토출유량을 비교하는 단계(S28), BLDC모터(61)의 실제 운전상태를 파악하는 단계(S29), 지령회전수 혹은 지령전류와 실제 운전상태를 비교하는 단계(S30), 지령전류량을 조절하는 단계 및 설정압력과 측정압력을 비교하는 단계(S31)를 포함하며, 지령회전수와 실제회전수를 비교하는 단계(S30)에서 지령회전수와 실제회전수가 일치하지 않거나 설정압력과 측정압력을 비교하는 단계(S31)에서 측정압력이 범위 안에 존재하지 않으면 지령전류량을 조절하는 단계(S31)로 향하여 제어를 진행하고, 유체의 사용이 발생한 사용처(V1)의 수를 파악하는 단계(S22)에서 유체의 사용처(V1) 수가 0인 경우에는 설정압력과 측정압력을 비교하는 단계(S33) 및 전류방류를 중지하는 단계(S35), 지령전류량을 증가하는 단계(S34)를 포함하도록 하고, 설정압력과 측정압력을 비교하는 단계(S33)에서 비교 값이 같다는 결과가 나오면 전류방류를 중지하는 단계(S35)로, 그렇지 않으면 지령전류량을 증가하는 단계(S34)를 진행함으로써 배관의 압력을 항상 일정 범위로 유지하여 갑작스런 유체의 수요에도 배관 내 압력을 통한 급수가 진행될 수 있도록 한다.

나아가, 제어해야 하는 펌프(60) 수량이 한 대 이상일 경우, 작동할 펌프(60)의 수량을 산출하는 단계(S24)를 포함시켜 작동할 펌프(60)의 수량 및 각 펌프(60)의 토출유량을 정하여 진행하도록 한다.

이러한 제어부(70)의 제어단계를 통해 사용처(V1)의 수요유량을 측정하여 펌프(60)의 회전수를 제어함과 동시에 일정압력이 초과되면 회전수를 감소시켜 일정압력 내에서 수요유량만큼의 유체를 공급하는 제어를 진행할 수 있다. 이 제어방법에 대한 실시예가 도 5에 도시되어있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 BLDC모터를 장착한 펌프시스템의 제어방법을 나타낸 순서도이다.

도 5는 도 4에서 나타낸 제어부의 각 제어단계에 대한 개략적 제어방법을 도시하였으며, 그 내용은 아래와 같다.

전원부(100)의 전원을 인가받은 단계(S20)는 각종 전원방식을 통해 인가받은 전류전원을 BLDC모터(61)에 보낼 직류전원으로 인가(S200)하는 것을 가리키며, 사용처(V1)의 유체사용상황을 파악하는 단계(S21)는 사용처(V1)의 유량계(L1)신호를 입력받아 파악하는 것(S210)을 가리키며, 사용처(V1)의 사용유량에 대해가는 아날로그 혹은 디지털 방식 등 각종 방식을 통해 데이터통신을 진행하는 방식으로 진행된다.

유체의 사용이 발생한 사용처(V1)의 수를 파악하는 단계(S22)는 상기 유체사용상황을 파악하는 단계(S21)에서 사용처(V1)의 모든 유량계(L1)가 0을 가리키면(S220) 유체사용이 발생한 사용처(V1)가 없다는 것으로 파악되며, 만약 유체사용이 발생한 사용처(V1)가 존재하지 않으면, 설정압력과 측정압력을 비교하는 단계(S33) 및 전류방류를 중지하는 단계(S33), 지령전류량을 증가하는 단계(S34)를 포함하도록 하고, 설정압력과 측정압력을 비교하는 단계(S33)에서, 설정압력 범위 안에 측정압력이 존재하면 BLDC모터(61)에 전류방류를 중지(S35)하고, 그렇지 않으면 지령 전류량을 증가(S34)하여 설정압력범위 안에 측정압력이 존재할 때까지 반복함으로써 배관의 압력을 항상 일정 범위로 유지하여 갑작스런 유체의 수요에도 배관 내 압력을 통한 급수가 진행될 수 있도록 한다.

사용처(V1)의 수요유량을 산출하는 단계(S23)는 사용처(V1)의 유체사용상황을 파악하는 단계(S21)에서 받은 각 사용처(V1)의 유량 값을 통해 해당 시각에 각 사용처(V1)의 유체사용량을 합하여 펌프(60)가 이송해야하는 총 유량(수요유량)을 산출(S230)하는 것을 가리킨다.

작동할 펌프(60)의 수량을 산출하는 단계(S24)는 설치된 펌프(60)가 한 대 이상일 경우에 해당되며, 펌프(60)가 한 대일 경우 펌프(60)가 토출할 유량과 수요유량이 일치하여 진행된다. 이 단계에서는 수요유량에 대해 작동할 펌프(60)를 선정하며, 각 펌프(60)가 토출해야하는 유량을 산출하여 지정한다. 작동할 펌프(60)를 선정하는 방법으로는, 한 대의 펌프(60)가 최대 회전수로 구동될 때의 토출유량을 최대 토출유량으로 정하여, 산출된 수요유량이 펌프(60) 한 대의 최대 토출유량보다 작을 경우(S241)에는 한 대의 펌프(60)에 수요유량을 모두 토출시키도록 하고(S242), 수요유량이 펌프(60) 한 대의 최대 토출유량보다 클 경우 작동할 펌프(60) 수량(n)을 수요유량< 펌프(60) 최대 토출유량 ㅧ n 을 만족시키는 경우의 최소 정수 값으로 결정(S243)하며, 각 펌프(60)가 토출할 유량은 수요유량 / n으로 산출(S244)한다.

펌프(60)의 지령회전수를 판단하는 단계(S25)에서는 각 펌프(60)의 토출유량에 따른 지령회전수를 정하는데, 이는 펌프(60)의 성능에 따라 달라질 수 있기 때문에, 사용된 펌프(60)의 유량에 대한 회전수성능을 파악할 수 있는'유량-회전수'의 성능사항이 저장되어 있어야하며, 수요유량에 대한 펌프(60)의 적합회전수(지령회전수)를 정하는데(S250) 사용된다.

BLDC모터(61)에 흘려보낼 전류량을 산출하는 단계(S26)는 상기 펌프(60)의 지령회전수를 판단하는 단계(S25)에서 지령회전수를 산출한 후에 지령회전수로 펌프(60)를 구동하기 위해 펌프(60)에 장착한 BLDC모터(61)에 전류를 방류하는데, 방류해야하는 전류량을 결정하기 위해서 사용된 BLDC 모터(61)의 입력 전류에 따른 회전수를 파악할 수 있도록 BLDC모터(61)의'회전수-전류'의 성능사항이 사전에 저장되어 있어야하며, 지령회전수에 대한 지령전류량을 산출한다(S260).

전류조절부(200)에 지령전류량을 명령하는 단계(S27)에서는 상기 BLDC모터(61)에 흘려보낼 지령전류량을 산출하는 단계(S26)에서 정한 지령전류량을 전류조절부(200)에서 명령하여, 전류조절부(200)는 제어부(70)의 명령에 따른 전류량을 방류(S260)한다..

수요유량과 토출유량을 비교하는 단계(S28)는 상기 펌프(60) 토출부 유량계(40)의 측정으로 측정 및 적산된 토출유량이 사용처(V1)의 수요유량과 일치하는지 여부(S280)를 확인하는 과정으로, 수요유량과 토출유량이 일치하면 사용처(V1)의 유체사용상황을 파악하는 단계(S21)로 회기하고, 일치하지 않으면 실제운전상태를 파악하는 단계(S29)를 진행한다.

실제 운전상태를 파악하는 단계(S29)에서는 BLDC모터(61) 내부의 홀센서 혹은 각종 전류파악방법을 모터의 실제회전수 혹은 실제 전류량을 회전센서부(300)가 측정(S290)하고, 그 신호를 통해 측정 내용을 파악한다.

지령회전수 혹은 지령전류와 실제 운전상태를 비교하는 단계(S30)에서는 상기 실제운전상태를 파악하는 단계(S29)에서 받아낸 회전센서부(300)의 신호와 지령회전수 혹은 지령전류량이 일치하는지(S302) 일치하지 않는지(S301)에 대해 비교 값을 가지고 다음단계를 진행한다.

지령전류량을 조절하는 단계(S31)에서는 각종 상황에 따라 전류조절부(200)가 방류하는 전류량을 증가(S311)/감소(S313) 혹은 유지(S312)시키도록 하며, 실제 운전상태가 지령회전수 혹은 지령전류보다 작을 경우(S301)에는 전류조절부(200)가 방류하는 전류량을 증가시켜 BLDC모터(61)의 회전수를 증가(S311)시키고, 실제 운전상태가가 지령회전수 혹은 지령전류와 같을 때(S302)는 전류조절부(200)가 방류하는 전류량을 유지(S312)하도록 하며, 실제 운전상태가 지령회전수 혹은 지령전류보다 클 경우에는 전류조절부(200)가 방류하는 전류량을 감소하도록 하여 회전수를 감소(S313)시킨다.

지령전류량을 조절하는 단계(S31)에서 전류 방류량을 증가(S311)/감소(S313) 혹은 유지(S312)시킨 후에는, 설정압력과 측정압력을 비교하는 단계(S32)를 진행하는데, 설정압력과 측정압력을 비교하는 단계(S22)는 압력센서(30)가 측정한 압력과 입력부(90)에서 입력되었던 설정압력을 비교하여 측정압력이 설정압력보다 클 경우에는(S320) 지령전류량을 조절하는 단계(S31)로 돌아가 전류방류량의 감소로 회전수가 감소(S313)하도록 하고, 측정압력이 설정압력보다 작거나 같을 경우에는 수요유량과 토출유량을 비교하는 단계(S28)로 회귀해 수요유량과 토출유량이 같을 때(S280)까지 실제 운전상태와 지령 값(지령회전수 혹은 지령전류)이 일치(S302)하도록 제어하는 과정을 반복한다.

10: 흡입배관 20: 토출배관
30: 압력센서 40: 유량계
50: 통신부
60: 펌프 61: BLDC모터
70: 제어부 80: 상태표시부
90: 입력부 100: 전원부
200: 전류조절부 300: 회전센서부

Claims

저수조와 연결된 흡입배관;
사용처로 유체를 공급하는 토출배관;
상기 흡입배관과 상기 토출배관 사이에 설치된, BLDC모터를 장착한 한 대 이상의 펌프;
상기 토출배관 내 압력을 측정하는 압력센서;
상기 토출배관에 장착되어 토출유량을 측정하는 펌프토출 유량계;
각 사용자측에 설치된 유량계의 신호를 받아 데이터를 전송하는 통신부;
상기 펌프에 인가할 직류전원을 제공하는 전원부;
사용처의 수요유량 및 설정압력 등의 작동환경과 연동하고 상기 펌프의 실제 운전상태을 고려한 지령회전수를 산출하여 상기 BLDC모터를 장착한 펌프에 상기 지령회전수에 대한 지령전류량만큼을 방류하도록 명령하는 제어부;
상기 펌프에 장착된 BLDC모터의 실제회전수 혹은 전류상태 등의 운전상태를 검출하고, 검출된 값을 제어부로 전송하는 회전센서부;
상기 제어부가 상기 지령전류량 만큼의 전류가 흐르도록 조절하는 전류조절부;
펌프시스템의 구동상태 및 설정상태를 표시할 상태표시부 및
사용자가 원하는 유량 및 압력 등의 사용환경을 입력하는 입력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC모터를 장착한 펌프시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 전원부는 AC전원방식과 DC전원방식을 모두 포함하거나, 두 방법 중 하나를 사용하여 이를 상기 펌프에 장착된 BLDC모터의 구동이 가능한 직류전원으로 인가하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 BLDC모터를 장착한 펌프시스템.
BLDC모터를 장착한 펌프의 제어방법에 있어서,
전원부의 전원을 인가받는 단계;
사용처의 유체사용상황을 파악하는 단계;
상기 유체사용상황의 파는을 통해 유체의 사용이 발생한 사용처의 수를 파악하는 단계;
상기 유체사용파악을 통해 사용처의 수요유량을 산출하는 단계;
상기 수요유량에 대한 상기 펌프의 지령회전수를 판단하는 단계;
상기 지령회전수에 대한 지령전류량을 판단하여 전류조절부에 상기 지령전류량을 방류하도록 명령하는 단계;
전류조절부가 펌프에 장착된 BLDC모터에 상기 지령전류량을 방류하는 단계;
상기 수요유량과 상기 펌프의 토출유량을 비교하는 단계;
상기 펌프에 장착된 BLDC모터의 실제 운전상태를 파악하는 단계;
상기 지령회전수 혹은 지령전류와 같은 지령 값과 상기 실제 운전상태를 비교하는 단계 및
상기 지령전류량을 조절하는 단계를 포함하여 사용처의 상기 수요유량에 따라 상기 펌프의 회전수 제어를 진행하고, 상기 펌프의 실제 운전상태와 상기 지령 값을 비교하여 상기 펌프에 장착된 BLDC모터에 방류하는 전류량을 조절함으로써 상기 BLDC모터를 장착한 펌프를 제어하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터를 장착한 펌프의 제어방법.
제 3항에 있어서,
사용자가 설정한 설정압력과 압력센서가 측정한 측정압력을 비교하는 단계를 포함하고,
상기 압력센서의 상기 측정압력이 상기 설정압력보다 클 경우에는 상기 지령전류량을 조절하는 단계로 돌아가 전류방류량의 감소로 상기 펌프의 회전수가 감소하도록 하며,
상기 측정압력이 상기 설정압력보다 작거나 같을 경우에는 상기 수요유량과 상기 펌프의 토출유량을 비교하는 단계로 돌아가 상기 수요유량에 대한 상기 펌프의 회전수 제어를 진행하는 바, 상기 설정압력의 범위를 유지시키는 것을 특징으로 하는 BLDC모터를 장착한 펌프시스템의 제어방법.
청구항 3에 있어서,
제어해야 하는 상기 펌프의 수량이 한 대 이상일 경우,
작동할 펌프의 수량을 산출하는 단계를 포함시켜 수요유량에 대해 작동할 펌프를 선정하며, 각 펌프가 토출해야하는 유량을 산출하여 지정한다. 작동할 상기 펌프의 선정은, 한 대의 펌프가 최대 회전수로 구동될 때의 토출유량을 최대 토출유량으로 정하여, 산출된 상기 수요유량이 상기 펌프 중 한 대의 최대 토출유량보다 작을 경우에는 그 한 대의 펌프에 상기 수요유량을 모두 토출시키도록 하고, 상기 수요유량이 펌프 한 대의 최대 토출유량보다 클 경우 작동할 펌프 수량(n)을 수요유량< 상기 펌프의 최대 토출유량 ㅧ n 을 만족시키는 경우의 최소 정수 값으로 결정하며, 각 펌프가 토출할 유량은 상기 수요유량 / n으로 산출하는 것을 특징으로 하는 BLDC모터를 장착한 펌프시스템의 제어방법.
청구항 3에 있어서,
상기 수요유량에 대한 상기 펌프의 지령회전수를 판단하는 단계에서는, 상기 펌프의 회전수에 대한 유량성능을 파악할 수 있는'회전수-유량'의 성능사항을 사전에 저장하여, 상황에 맞는 적합회전수(지령회전수)의 지정이 가능하도록 하며,
상기 지령회전수에 대한 지령전류량을 판단하여 전류조절부에 상기 지령전류량을 방류하도록 명령하는 단계에서는, 상기 펌프에 장착된 BLDC모터의 입력전류에 따른 회전수 변화를 파악할 수 있는 '회전수-입력전류'의 성능사항을 기존에 저장하여, 상황에 맞는 상기 지령회전수에 대한 지령전류량을 산출하여 펌프에 상기 지령전류량을 방류하여 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는 BLDC모터를 장착한 펌프의 제어방법.
청구항 3에 있어서,
상기 유체의 사용이 발생한 사용처의 수를 파악하는 단계에서 유체의 사용처 수가 0인 경우에는,
상기 설정압력과 상기 측정압력을 비교하는 단계 및 전류방류를 중지하는 단계 및 지령전류량을 증가하는 단계를 포함하도록 하고,
상기 설정압력과 상기 측정압력을 비교하는 단계에서, 비교 값이 같다는 결과가 나오면 전류방류를 중지하는 단계, 그렇지 않으면 지령전류량을 증가하는 단계를 진행함으로써 상기 토출배관의 압력을 항상 일정 범위로 유지하여 갑작스런 유체의 수요에도 상기 토출배관 내 압력을 통한 급수가 진행되는 것을 특징으로 하는 BLDC모터를 장착한 펌프시스템의 제어방법.