KR101192283B1 - 일정 풍량 제어를 위한 모터의 교정 - Google Patents

일정 풍량 제어를 위한 모터의 교정 Download PDF

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Abstract

환기시스템에서의 실질적으로 일정한 풍량을 송풍하도록 하는 모터 교정 장치가 제공된다. 본 발명의 일실시예에 따른 교정장치에는 모니터링된 풍량이 목표치에 도달할 때까지 모터에 공급되는 전류를 조절기 위하여 구성되는 조절모듈; 조절 이전과 이후의 전류값 간의 차이를 결정하기 위하여 구성되는 결정모듈; 상기 결정된 차이를, 사전결정된 회전속도 범위들 중 하나에 상응하는 조절값들 중 하나로서 모터 또는 환기시스템의 메모리에 저장하도록 구성되는 통신모듈을 포함한다.

Description

일정 풍량 제어를 위한 모터의 교정 {Calibration of motor for constant airflow control}
본 발명은 풍량 제어에 관한 것으로, 더 상세하게는 전기모터의 풍량을 실질적으로 일정하게 제어하는 것에 관한 것이다.
일반적인 환기시스템에는 바람을 일으키는 팬(fan)과, 바람을 팬으로부터 실내나 공간으로 가이드하여 공기조화(에어컨디셔닝)를 하는 환기 덕트(duct)가 포함된다. 전기모터에 팬이 결합되어서 이 팬을 회전시킨다. 특정 환기시스템에는 또한 모터의 회전속도를 조절하여서 모터의 동작을 제어하는 컨트롤러 내지는 제어회로가 포함된다. 이 컨트롤러에 의해서 전기모터에 공급되는 전기량이 변화되어서 모터의 회전속도를 조절할 수 있다. 특정 환기시스템에서는, 컨트롤러에서 모터의 동작이 제어되어 덕트의 풍량을 조절할 수 있다. 여기서 "풍량(airflow rate)"이란 용어는 주어진 시간 동안에 덕트를 흐르는 공기의 체적을 나타낸다.
본 발명은 전기모터의 풍량을 실질적으로 일정하게 제어하는 환기시스템의 모터 교정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 전기모터의 풍량을 실질적으로 일정하게 제어하는 환기시스템의 모터 교정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일측면에 따르면 환기시스템이 제공된다. 이 시스템은, 팬을 구동하도록 구성된 모터; 모터의 회전속도를 감지하도록 구성된 모터속도 감지기; 및 메모리에 저장된 다수의 조절값으로 구성된다. 여기서, 조절값들은 사전결정된 다수의 모터회전속도 범위들 중 하나에 상응한다. 여기서, 상기 환기시스템은, 사전결정된 모터 동작시의 회전속도 범위들 중 하나를 결정하도록 구성되고, 회전속도범위들 중에서 결정된 한 범위에 상응하는 조절값들 중 하나에 의해 모터에 공급되는 전류를 조절하도록 구성된다.
이 시스템에서, 해당 회전속도범위에서의 조절값들은 본 환기시스템의 실질적으로 일정한 풍량 송풍(substantially constant airflow operation)을 수행하기 위하여 구성될 수 있다. 환기시스템은 펄스폭변조(PWM)로 전류를 조절하도록 구성될 수 있다. 다수의 사전결정된 회전속도 범위들은 제1 범위와 제2 범위를 포함하는데, 제1 범위는 제2 범위보다 낮은 값일 수 있다. 다수의 조절값들은 상기 제1 범위에 상응하는 제1 조절값과 상기 제2범위에 상응하는 제2 조절값으로 이루어질 수 있고, 여기서 제2 조절값의 절대값이 제1 조절값의 절대값보다 더 클 수 있다.
이 시스템은 모터에 공급되는 전류를 감지하기 위한 전류감지기를 추가로 포함할 수 있다. 이 시스템은 교정장치(calibration device)를 추가로 포함할 수 있는데, 이 교정장치는, 환기시스템의 모니터링된 풍량이 목표치에 도달할 때까지 모터에 공급되는 전류를 조절하는 역할, 조절 이전과 이후의 전류값 사이의 차이를 결정하는 역할, 그리고 이 결정된 차이를, 사전에 결정된 다수의 모터 회전속도 범위들 중 하나에 상응하는 조절값들 중 하나로서 메모리에 저장하는 역할을 한다.
이 시스템은 교정장치를 통하여 사용자가 전류를 조절할 수 있도록 구성되는 사용자인터페이스를 추가로 포함할 수 있다. 이 시스템은 풍량의 변화를 모니터하지 않고도 실질적으로 일정한 풍량 송풍을 수행하도록 구성할 수 있다. 이 시스템은 환기시스템의 덕트 내의 정압(static pressure)을 모니터하지 않고도 실질적으로 일정한 풍량 송풍을 수행하도록 구성할 수 있다.
이 시스템은 모터의 컨트롤러에 연결되는 풍량센서를 포함하지 않을 수 있다. 이 시스템은 모터의 컨트롤러에 연결되는 정압센서를 포함하지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 환기시스템을 교정하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 앞에서 설명한 환기시스템을 제공하는 과정; 모터를 구동하여 환기시스템의 덕트를 지나는 풍량을 발생하는 단계; 정압센서를 이용하여 덕트 내의 정압을 모니터하는 단계; 상기 정압이 사전결정된 다수의 정압범위들 중 하나(one)에 있는지 결정하는 단계; 풍량센서를 이용하여 덕트를 지나는 풍량을 모니터하는 단계; 모니터된 풍량이 목표값에 도달할 때까지 모터에 공급되는 전류를 조정하는 단계; 전류를 조절하기 이전과 이후의 전류값들 사이의 차이를 결정하는 단계; 상기 차이를, 사전결정된 회전속도 범위들에 상응하고 결정된 정압범위들에도 상응하는 조절값들 중 하나(one)로서 메모리에 저장하는 단계로 구성된다.
이 방법은 또한, 덕트의 정압이 사전결정된 다수의 정압 범위들 중의 다른 범위(another)에 있도록 정압을 변경시키기 위하여 덕트의 적어도 하나의 개방부를 조절하는 단계; 풍량을 모니터하는 과정을 반복하고, 전류를 조절하며, 차이를 결정하고, 변경된 정압에 대한 차이를 저장하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 환기시스템을 동작시키는 방법이 제공된다. 이 방법은, 앞의 환기시스템을 제공하는 단계와 모터를 구동하는 단계를 포함하는데, 모터를 구동하는 단계는, 모터에 공급되는 전류를 감지하는 단계, 모터속도 감지기를 이용하여 모터 회전속도를 감지하는 단계, 감지된 회전속도가 회전속도 범위들 중의 하나에 있는지 결정하는 단계, 결정된 회전속도 범위에 상응하는 조절값들 중 하나를 검색하는 단계, 및 검색된 조절값을 이용하여 전류를 변화시키는 단계가 포함된다.
이 방법에서, 전류의 변경에 의해서 환기시스템의 실질적으로 일정한 풍량이 될 수 있다. 이 방법은 또한 모터가 실질적으로 일정한 풍량 송풍을 하도록 구동하기 전에 교정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 교정 후에는, 모터 구동시에 풍량 정보는 필요 없을 수 있다. 교정 후에는, 모터의 구동시에 정압 정보는 필요 없을 수 있다.
본 방법에서, 교정단계는, 상기 모터를 구동하여 덕트를 지나는 풍량을 발생하는 단계; 덕트 내의 정압을 모니터하는 단계; 상기 정압이 사전결정된 다수의 정압범위들 중 하나(one)에 있는지 결정하는 단계; 덕트를 지나는 풍량을 모니터하는 단계; 모니터된 풍량이 목표값에 도달할 때까지 모터에 공급되는 전류를 조절하는 단계; 전류를 조절하기 이전과 이후의 전류값들 사이의 차이를 결정하는 단계; 상기 차이를, 사전결정된 회전속도 범위들에 상응하고 결정된 정압범위들에도 상응하는 조절값들 중 하나(one)로서 메모리에 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
교정단계는 또한 모니터에 공급되는 전류를 변화시키는 것을 결정하는 단계; 전류를 변화시키는 중에 모터의 회전속도를 연속적으로 또는 간헐적으로 모니터링하는 단계; 모터의 다수의 회전속도들 각각에 상응하는 적어도 하나의 대표 전류값을 결정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이 방법에서, 모터를 구동하는 단계는, 환기시스템을 동작시키기 위하여 원하는 풍량을 수신하는 단계(여기서, 원하는 풍량은 목표치와는 다른 것임); 변경된 조절값을 얻기 위하여 결정된 상호관계의 적어도 부분적인 부분을 이용하여, 검색된 조절값을 변경하는 단계; 및 변경된 조절값을 이용하여 전류를 변화시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 전류를 변화시키는 과정은 펄스폭 변조 신호를 이용하여 모터의 턴온 주기를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 모터 제어회로가 제공된다. 이 모터 제어회로는 모터에 공급되는 전류를 감지하는 전류감지기, 모터의 회전속도를 감지하는 모터속도감지기, 메모리에 저장된 다수의 조절값들로 구성된다. 여기서, 각 조절값은 사전결정된 다수의 모터 회전속도 범위에 상응한다. 상기 회로는 모터가 구동되는 회전속도 범위 중 하나를 결정하도록, 그리고 회전속도 범위들 중 결정된 하나에 상응하는 조절값들 중 하나에 의해서 모터에 공급되는 전류를 조절하도록 구성된다.
상기 회로에서, 해당 회전속도 범위에 상응하는 조절값들은 환기시스템의 실질적으로 일정한 풍량 송풍을 이루기 위하여 구성될 수 있다. 상기 회로는 펄스폭변조에 의해서 전류를 조절하도록 구성할 수 있다. 상기 회로는, 풍량의 입력없이 실질적으로 일정한 풍량 송풍을 위해 모터를 제어하도록 구성할 수 있다. 상기 회로는 정압의 입력 없이 실질적으로 일정한 풍량 송풍을 위해 모터를 제어하도록 구성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 환기시스템의 모터를 교정하는 교정장치가 제공된다. 이 교정장치는, 모니터링된 풍량이 목표치에 도달할 때까지 모터에 공급되는 전류를 조절하기 위하여 구성되는 조절모듈; 조절 이전과 이후의 전류값간의 차이를 결정하기 위하여 구성되는 결정모듈; 상기 결정된 차이를, 사전결정된 다수의 모터 회전속도 범위들 중 하나에 상응하는 조절값들 중 하나로서 모터 또는 그 제어회로의 메모리에 저장하도록 구성되는 통신모듈을 포함한다.
상기 교정장치는 또한, 환기시스템의 덕트에 흐르는 풍량을 모니터하기 위하여 구성되는 풍량센서를 추가로 포함할 수 있다. 상기 교정장치는 또한, 상기 풍량센서로부터 모니터된 풍량을 수신하도록 추가로 구성될 수 있다. 상기 교정장치는 또한, 상기 덕트 내의 정압을 감지하기 위하여 구성되는 정압감지센서를 추가로 포함할 수 있다. 여기서, 상기 각 회전속도 범위는 사전결정된 다수의 정압 범위들 중 하나에 상응한다. 상기 교정장치는 또한, 상기 정압센서로부터 감지된 정압을 수신하도록, 그리고 감지된 정압이 사전에 결정된 정압범위들 중 하나임을 결정하도록 추가로 구성될 수 있다.
상기 교정장치는 또한, 사용자가 전류를 조절할 수 있도록 구성되는 사용자인터페이스를 추가로 포함할 수 있다. 사용자인터페이스는 사용자로 하여금 최대풍량 및 최대 모터속도 중 하나 또는 모두를 입력하도록 구성될 수 있다. 상기 교정장치는 또한, 최대 풍량보다 작은 풍량을 발생시키는 데 모터가 사용되도록 하는 교정데이터를 발생하도록 추가로 구성될 수 있다. 상기 사용자인터페이스는 사전결정된 다수의 회전속도 범위들 중 하나에 각각 상응하는 다수의 이퀄라이제이션 바(equalization bar)를 포함하되, 각 이퀄라이제이션 바는 상기 사전결정된 각 회전속도 범위에 대한 전류를 조절가능하도록 구성할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 환기시스템의 모터를 교정하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 덕트, 모터, 및 이 모터에 의해 구동되는 팬을 포함하는 환기시스템을 제공하는 단계; 앞의 교정장치를 제공하는 단계; 상기 모터를 구동하여 덕트를 지나는 풍량을 발생하는 단계; 정압센서를 이용하여 덕트 내의 정압을 모니터하는 단계; 상기 정압이 사전결정된 다수의 정압 범위들 중 하나(one)에 있는지 결정하는 단계; 풍량센서를 이용하여 덕트를 지나는 풍량을 모니터하는 단계; 교정장치를 이용하여, 모니터된 풍량이 목표값에 도달할 때까지 모터에 공급되는 전류를 조정하고, 전류를 조절하기 이전과 이후의 전류값들 사이의 차이를 결정하는 단계; 상기 차이를, 사전결정된 회전속도 범위들에 상응하고 결정된 정압범위들에도 상응하는 조절값들 중 하나(one)로서 메모리에 저장하는 단계를 포함한다.
이 방법은 또한, 풍량을 모니터하기 전에 덕트에 풍량센서를 설치하는 단계; 모터의 교정이 완료된 후에 덕트로부터 풍량센서를 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이 방법은 또한, 정압을 모니터하기 전에 덕트에 정압센서를 설치하는 단계; 모터의 교정이 완료된 후에 덕트로부터 정압센서를 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
이 방법은 또한, 덕트의 정압이 사전결정된 다수의 정압 범위들 중의 다른 범위(another)에 있도록 정압을 변화시키기 위하여 덕트의 적어도 하나의 개방부를 조절하는 단계; 덕트를 지나는 풍량을 모니터하는 단계; 모니터된 풍량이 목표값에 도달할 때까지 모터에 공급되는 전류를 조절하고, 전류를 조절하기 이전과 이후의 전류값들 사이의 차이를 결정하는 단계; 상기 차이를, 사전결정된 다른 회전속도 범위들에 상응하고, 다른 정압 범위에도 상응하는 조절값들 중의 다른 것으로서 메모리에 저장하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 다수의 정압 범위들 중 첫번째 것은 정압범위들 중 가장 높은 범위일 수 있으며, 다수의 정압 범위들 중 두번째 것은 정압범위들 중 두번째로 높은 범위일 수 있다. 또한, 목표 풍량은 모터에 의해 발생 가능한 최대 풍량일 수 있다.
이 방법은 또한, 다른 목표값에 대한 조절값들 중 다른 세트(set)를 결정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 여기서 조절값들의 다른 세트를 결정하는 단계는, 정압센서를 이용하여 덕트 내의 정압을 모니터하는 단계; 상기 정압이 사전결정된 다수의 정압 범위들 중 하나에 있는지 결정하는 단계; 풍량센서를 이용하여 덕트를 지나는 풍량을 모니터하는 단계; 교정장치를 이용하여, 모니터된 풍량이 다른 목표값에 도달할 때까지 모터에 공급되는 전류를 조절하고, 전류를 조절하기 이전과 이후의 전류값들 사이의 차이를 결정하는 단계; 상기 차이를, 사전에 결정된 회전속도 범위들에 상응하고 상기 결정된 정압범위에도 상응하는 조절값들의 다른 세트 중 하나로서 메모리에 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
이 방법은 또한, 모터의 전류와 회전속도간의 상관관계를 결정하는 단계가 추가로 포함될 수 있다. 여기서 상관관계를 결정하는 단계는, 모터에 공급되는 전류를 변화시키는 단계; 전류를 변화시키는 중에 모터의 회전속도를 연속적으로 또는 간헐적으로 모니터링하는 단계; 모터의 다수의 회전속도들 중의 하나에 대한 적어도 하나의 대표 전류값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 또한, 환기시스템에서의 상기 결정된 상관관계를 저장하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 개방부를 조절하는 단계는, 덕트의 적어도 하나의 개방부에 제공된 셔터를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예의 환기시스템은 비교적 효율적이고 정밀한, 실질적으로 일정한 풍량을 송풍할 수 있다. 이 환기시스템은 또한 비교적 작은 용량의 프로세서를 이용하여 실질적으로 일정한 풍량을 송풍할 수 있다. 또한 이 환기시스템은 그 동작시에 풍량 센서 또는 정압센서가 필요하지 않을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 환기시스템의 블록도이다.
도 2는 환기시스템에서의 정압과 풍량 간의 관계를 나타내는 그래프로서, 수직 실선은 일정한 풍량 동작을, 점선은 일정한 토크 동작을, 실선 곡선은 일정한 풍량 동작을 위한 정압 대 모터 속도를 나타낸다.
도 3은 이상적인 일정 풍량 동작(CA2) 및 토크 보상을 하기 전의 풍량 동작(A1-A3)시의 정압과 풍량 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 이상적인 일정 풍량 동작(CA2) 및 토크 보상을 하기 전의, 풍량 동작(A1-A3)시의 환기시스템 모터에 가해지는 정압과 토크 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 일정 풍량 동작시의 환기시스템 모터의 정압과 모터 회전속도 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6A는 본 발명의 일실시예에 따른 컨트롤러를 포함하는 환기시스템의 블록도이다.
도 6B는 도 6A의 컨트롤러의 블록도이다.
도 7A-7C는 본 발명의 일실시예에 따른 환기시스템의 모터 토크를 조절하기 위한 펄스폭변조(PWM) 방식을 나타내는 타이밍도이다.
도 8은 도 6B의 컨트롤러의 사용자인터페이스를 나타낸다.
도 9A는 도 6A의 환기시스템에서의 토크보상량을 결정하는 방법을 나타내는 블록도이다.
도 9B는 도 9A의 환기시스템에서의 토크 보상량을 결정하는 방법의 일실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 10은 환기시스템에서의 일정 풍량을 송풍하는 방법의 일실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른, 일정 풍량을 송풍하는 방법에 의해 일어나는 정압 및 풍량 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
특정 실시예에 대한 이하의 상세한 설명에 의해서 본 발명의 특정 실시예에 대해서 다양하게 설명하고 있다. 그러나 본 발명은 청구범위에 의해서 정의 및 확정되는 한은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 이하의 설명에서는 도면에 참조 부호를 매겨놓았는데, 동일한 참조 부호는 동일한 또는 기능적으로 유사한 구성요소를 나타낸다.
본 명세서에서 사용된 기술용어들은 제한적이거나 한정적인 의미로 해석되어서는 안된다. 그 이유는 본 발명의 특정한 실시예의 상세한 설명과 결합하여 사용되고 있기 때문이다. 또한, 본 발명의 실시예들에는 여러 개의 신규 사항이 포함될 수 있는 것으로서, 이들 신규사항들 중의 하나만이 전적으로 본 발명의 바람직한 속성을 나타내거나 또는 본 발명을 실현하는데 필수인 것이 아니다. 본 발명을 실현하기 위해서 다양한 프로세서, 메모리, 컴퓨터 기록매체, 프로그램들이 사용될 수 있는 것이다.
모터 제어 시스템을 갖는 환기시스템
도 1을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 환기시스템을 이하에서 설명한다. 환기시스템(100)은 모터(110), 이 모터(110)에 연결된 팬(120), 팬(120)에 의해 발생하는 공기 흐름을 안내하는 환기 덕트(130)를 포함한다. 환기 덕트(130) 내의 공기 압력은 환기 덕트(130) 내의 특정 위치 L에서의 압력으로 나타낼 수 있다. 유체역학에 있어서, 이러한 공기 압력을 "정압(static pressure)"이라고 지칭한다. 환기 덕트(130) 내의 정압은 다양한 원인에 의해서 변화될 수 있다. 예를 들어서, 환기 덕트(130) 내에 또는 환기 덕트(130)의 개방부(135) 앞에 물체가 있을 때에는 정압이 변한다. 환기 덕트(130) 내벽에 또는, 이 덕트(130) 내에 설치된 필터(140)에 쌓인 먼지에 의해서 환기 덕트(130) 내의 정압이 증가할 수 있다. 이러한 정압의 변화에 의해서 풍량 제어가 어려워진다. 구체적으로, 환기 덕트(130) 내에서의 정압의 변화에 의해서 모터(110) 동작이 영향을 받는다. 또한, 정압은 다양한 요인(덕트 구조, 모터 출력, 팬사이즈 및 구조 등을 포함함. 단 이들에 한정되지는 않음)에 의해서 덕트마다 달라질 수 있다.
도면에 나타낸 실시예에서, 모터(110)의 동작을 제어하기 위해서 모터 제어시스템(150)을 제공할 수 있다. 모터 제어시스템(150)은 환기 덕트(130)의 풍량을 조절할 수 있다. 더 구체적으로 말하자면, 모터 제어시스템(150)은 환기 덕트(130) 내에서 거의 일정한 풍량을 발생할 수 있도록 모터(120)의 동작을 제어하는 구조로 만들 수 있다.
일정 풍량 동작의 개요
도 2를 참조하여 정압과 풍량과의 관계에 대해서 설명한다. 도 2는 환기 덕트 내의 정압의 변화에 대한 풍량의 변화(체적/시간)를 나타낸 것이다. 수직 실선 CA1-CA3은 이상적인(ideal) 일정 송풍 동작을 나타낸다. 점선 사선 CT1-CT3은 일정한 모터 토크에서의 동작을 나타낸다. 실선 곡선 R1-R5는 일정한 모터 속도에서의 동작을 나타낸다.
이상적인 일정 풍량 송풍 동작에서는, 풍량(풍량 단위의 예로서 CFM(분당 입방피트; cubic feet per minute)이 있음)이 정압의 큰 변화에도 불구하고 일정하게 유지된다. 그러나 실제로, 정압의 변화에 따라서 실질적으로 일정하게 유지된다. 일부 실시예에 있어서, 모터 제어시스템(150)은 풍량이 일정 풍량 송풍 동작선인 CA1-CA3와 같게 변화하도록 모터의 동작을 제어하기 위한 것이다. 이러한 실시예에서는, 풍량은 정압 변화 범위의 적어도 일부분 또는 전체에 걸쳐서 실질적으로 일정하게 유지된다.
본 명세서에서, "실질적으로 일정한 풍량"은 풍량이 정압 변화의 범위 내에 있도록 송풍이 이루어진다는 의미이다. 다양한 실시예에 따르면, 실질적으로 일정한 풍량은, 풍량 제어가 없을 때의 풍량이 변하는 전체 범위의 약 2, 4, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 또는 30퍼센트(%)의 목표 풍량으로부터의 범위 내에서 유지될 수 있다. 다른 실시예에서는, 실질적으로 일정한 풍량은 0 CFM과, 주어진 환기시스템에서 모터가 발생할 수 있는 최대 풍량 사이의 풍량 범위의 약 1, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 또는 29 퍼센트(%)의 목표 풍량으로부터의 범위 내에서 유지될 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 일정한 토크의 모터 동작을 나타내는 사선 CT1-CT3 사선은 음의 경사도를 갖는다. 즉, 정압의 증가에 따라 풍량은 감소한다. 따라서 일정 풍량 동작을 하기 위해서는, 모터에 제공되는 토크가 소정 양만큼 변해야 한다. 기존의 일부 환기시스템에서는 덕트의 개방부나 내부에 공기압 센서를 설치하여 공기압을 모니터링하고 있다. 이 공기압 센서는 해당 위치에서의 정압의 변화를 모니터링하여 전기 피드백신호로써 컨트롤러에 제공한다. 컨트롤러는 모터에 제공되는 토크 크기를 제어하여 모터로 하여금 정압이 일정 범위에서 유지되도록 한다.
도 3이 나타내는 것은 세 가지 방식의 환기시스템에서의 정압 대 풍량 관계를 나타낸다. 제1 환기시스템은 A1, 제2 환기시스템은 A2, 제3 환기시스템은 A3으로 나타낸다. 환기시스템들은 정압의 변화에 대해서 각각의 동작 특성을 갖는다. 도시한 예시에서, 제1 환기시스템은 일정 토크에서 동작하고, 제 2 및 제 3 환기시스템은 일정 토크 동작을 제공하지 않는다. 제 2 및 제 3 환기시스템의 풍량은 특정 요인들(가령, 덕트 구조, 모터 출력, 팬 사이즈 및 구조 등)에 따라서 변화될 수 있다. 도 3에서 직선 "CA2"는 1600 CFM에서의 일정 풍량 동작을 나타낸다.
실시예들에서, 실질적으로 일정한 풍량을 송풍하기 위해서 모터의 토크를 제어 내지는 변화시킨다. 도 4를 참조하여, 모터 토크의 제어에 대해서 더 설명한다. 보다 구체적으로, 도 4가 나타내는 것은 주어진 정압에서 실질적으로 일정한 풍량을 수행하기 위하여 변화되어야 할 토크의 양이다. 도 4에서, 실선 CA2는 일정 풍량 동작을 나타낸다. 주어진 정압에서, 일정 풍량 동작 CA2로부터의 수평 거리는 실질적으로 일정한 풍량 송풍을 수행하기 위하여 변화되어야 할 토크의 양을 나타낸다. 제1 환기시스템의 동작은 수직선 "A1"에 의해 표시되고 있다. 실질적으로 일정한 풍량을 송풍하기 위하여, 증가시켜야 할 토크의 양은 정압의 크기에 따라 다르다. 예를 들어, 제1 환기시스템이 제1 정압 P1을 갖고 있다면, 일정 풍량선 CA2 상의 제1 목표점 C1에 이르도록, 토크를 제1 토크 보상량 ΔT1 만큼 증가시켜야 한다(화살표 M1으로 나타내었음). 만일 제1 환기시스템이 제2 정압 P2를 갖는다면, 화살표 M2로 나타낸 것과 같이, 제2 목표점 C2에 이르도록, 토크를 제2 토크 보상량 ΔT2 만큼 증가시켜야 한다. 마찬가지로, 제1 환기시스템이 제3 ~ 제12 정압 P3 ~ P12를 갖고 있다면, 화살표 M3 ~ M12로 나타낸 것과 같이,일정 풍량선 CA2 상의 목표점 C3 ~ C12 중 하나에 이르도록, 토크를 제3 ~ 12 토크 보상량 중 하나인 ΔT3 ~ ΔT12 만큼 증가시켜야 한다. 토크 보상량 ΔT1 ~ ΔT12는 정압에 의존하여 변한다. 도 4에서 정압이 클수록 토크 보상량 ΔTn(n은 1부터 12까지의 자연수)도 커진다. 본 명세서에서 용어 "보상량(compensation amount)"은 다른 용어 "조절값(adjustment value)"로도 사용하였다.
제2 환기시스템의 동작은 A1 선과 CA2 선 사이에 있는 곡선 "A2"로 표시된다. 마찬가지로, 제2 환기시스템의 토크 보상량은 정압에 따라 변한다. 제3 환기시스템의 동작은 CA2 선의 우측에 있는 곡선 "A3"으로 표시된다. 마찬가지로, 제3 환기시스템의 토크 보상량도 정압에 따라 변하지만, 이 보상량은 (-)이다. 즉, 일정한 풍량을 송풍하기 위해서는 토크가 감소 되어야 한다. 제1 환기시스템과 유사하게, 제2, 제3 환기시스템에서도 정압이 클수록 토크 보상량의 절대값도 커진다.
일정 풍량 송풍을 위한 환기시스템
도 1의 환기시스템에서, 모터 제어시스템(150)은 덕트 내의 풍량을 제어하기 위하여 모터의 회전속도를 모니터하고 이를 이용할 수 있다. 또한 모터 제어 시스템은 송풍의 제어를 위하여 모터에 공급되는 전류를 모니터하고 이를 이용할 수 있다. 특정 실시예에서, 모터 제어시스템(150)은 덕트 내에서의 실질적으로 일정한 풍량을 위하여 모터에 전력이 공급되는 시간(즉, 턴온 시간)을 결정하기 위하여 회전 속도값과 전류값을 처리할 수 있다. 이들 실시예에서는 모터 제어시스템(150)은 모터 동작의 외적 정보(정압, 풍량)가 아닌 내적 정보(모터 회전속도, 모터 공급 전류)를 이용하여 풍량을 제어한다.
일실시예에서, 모터 제어시스템(150)은 정압의 변화를 모니터하기 위한 공기압(정압) 센서(감지기)가 없어도 된다. 또한 모터 제어시스템(150)에는 모니터링된 정압의 입력에 근거한 피드백 제어를 필요로 하지 않을 수 있다. 아울러, 모터 제어시스템(150)은 풍량의 변화를 모니터하는 풍량 센서나, 모니터링된 풍량의 입력에 근거한 피드백 제어를 필요로 하지 않을 수 있다. 일부 실시예에서는 모터 제어시스템(150)이 모터에 내장 설치되며, 일부 실시예에서는 모터 제어시스템(150)이 모터 하우징의 외부에 설치된다.
실질적으로 일정한 풍량을 송풍하는 환기시스템에서, 모터의 회전속도(RPM)는 덕트의 정압이 증가함에 따라 증가된다. 도 5를 참조하면, 모터의 회전속도는, 이 회전속도가 특정 범위 내에 있을 때에는(도 2의 곡선 R1 - R5 참조) 실질적으로 일정한(가령 1600 CFM으로) 풍량을 송풍하고 있는 덕트의 정압에 거의 직선으로 비례한다. 따라서 환기시스템은 정압 대신에 모터의 회전속도를 감지하고, 이를 일정한 풍량을 송풍하는데 이용할 수 있다.
또한 모터에 공급되는 전류의 양이 증가함에 따라, 모터에 가해지는 토크의 양이 증가한다. 따라서 환기시스템은 토크량 대신에 모터에 공급되는 전류량을 감지하고, 이를 일정한 풍량 동작에 이용할 수 있다.
특정 실시예에서는, 환기시스템은 다양한 정압 범위에 할당된 선택된 토크 변화량 값을 가질 수 있다. 즉, 정압의 다양한 범위에 대해서 토크 변화가 미리 선택하거나 미리 결정된다. 본 명세서에서 이러한 선택된 토크 변화량을 "토크 보상량(torque compensation amounts)"으로 부른다. 예를 들면, 환기시스템이 N개의 정압 범위를 가지고 있고, 이들 N개의 정압 범위에 N개의 서로 다른 토크 보상량이 각각 할당된다. 동작 특성은 다양한 요인들(가령, 팬과 모터의 유형과 구조, 덕트의 구조 등)에 의해 나타날 수 있다.
실시예들에 있어서, 환기시스템은, 모터의 회전속도가 일정한 풍량 동작시에 정압에 거의 비례하기 때문에 정압이 아니라 모터의 회전속도를 감지하게 된다. 또한 실시예들에 있어서, 환기시스템은 토크 값에 대해서, 모터에 공급되는 전류를 감지하게 된다. 실시예들에 있어서, 환기시스템은, 토크의 양이 실질적으로 일정한 풍량 송풍을 위한 목표 토크 값이 아니라면, 모터에 가해지는 토크를 변화시키기 위해서 소정의 정압(회전속도)에 할당된 토크 보상량을 이용하여 전류 값을 조절할 수 있다. 모터에 가해지는 토크는 실질적으로 일정한 풍량 송풍을 위해서 반복적으로 조절될 수 있다.
도 6A를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 환기시스템(600)은 모터(610), 전원(612), 팬(620), 모터 제어시스템(650)으로 구성된다. 환기시스템(600)은 또한 내부에 팬이 설치되는 덕트(미도시)를 포함한다. 모터(610)로는, 예를 들어 전자 정류자형 모터, 브러시리스 DC모터(BLDC), 또는 전자제어형 DC 모터 등을 사용할 수 있다. 당업자라면 환기시스템(600)에 적용할 수 있는 모터의 적합한 유형에 대해서 알 수 있을 것이다. 전원(612)으로는 DC 전원이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 전원(612)으로 상용 전원장치의 AC 전력으로부터 변환된 DC 전력이 사용될 수 있다. 전원(612)에는 배터리나 지자체 전력계통이 포함될 수 있다. 특정 실시예에서, 전원으로는 하나 이상의 태양광 패널이나 풍력발전 전력이 포함될 수 있다. 팬(620)으로는, 예컨대 블로워형 팬과 축류(axial) 팬이 사용될 수 있다. 당업자라면 환기시스템(600)에 적용할 수 있는 팬의 적합한 유형에 대해서 알 수 있을 것이다.
모터 제어시스템(650)에는 컨트롤러(660), 전류감지기(670), 모터속도감지기(680), 전원스위치(690)가 포함된다. 컨트롤러(660)는 전원스위치(690)에 전류 IM을 공급한다. 전원스위치(690)는 전원(612)에 전기적으로 연결되어 있다. 전류감지기(670)는 전원스위치(690)에 전기적으로 연결되어 컨트롤러(660)에 전류 피드백 신호 SI를 제공한다. 모터속도감지기(680)는 모터(610)에 전기적으로 연결되어 컨트롤러(660)에 속도 피드백신호 SM을 제공한다.
전류감지기(670)의 역할은 전원스위치(690)를 통해 모터에 공급되는 부하 전류를 감지하는 것이다. 부하 전류는 모터의 코일에 흐르는 전류일 수 있다. 전류감지기(670)는 시간에 따라 변하는 전류의 크기를 감지할 수 있다. 가령, 전류의 크기는, 소정 시간 동안(가령 3 ms 또는 5 ms)의 평균값일 수 있다. 전류감지기로는 예를 들어 전류변압기나 션트(shunt)저항을 사용할 수 있다. 그러나 이들에 한정되는 것은 아니다. 당업자라면 환기시스템(600)에 적용할 수 있는 전류감지기의 적합한 유형에 대해서 알 수 있을 것이다.
모터속도감지기(680)의 역할은 환기시스템(600)이 동작 중에 모터(610)의 회전속도(RPM 또는 이와 동등한 단위)를 감지하는 것이다. 모터속도 감지기로서는 예를 들어 홀효과 센서, 광학센서, 역기전력(EMF) 감지회로를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 당업자라면 환기시스템(600)에 적용할 수 있는 모터속도 감지기의 적합한 유형에 대해서 알 수 있을 것이다.
도 6B에 따르면, 일실시예에 따른 컨트롤러(660)에는 프로세서(661)와 송수신기(663)가 포함된다. 본 실시예에 따른 이퀄라이저 유닛(664)에는 이퀄라이저(665)와 사용자인터페이스(667)가 포함된다. 특정 실시예에서, 송수신기(663)가 생략되어, 프로세서(661)가 직접 이퀄라이저(665)에 연결될 수 있다. 프로세서(661)는 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)일 수 있다. 이 마이크로컨트롤러는 프로세서 코어, 한 개 이상의 메모리소자(휘발성 및/또는 비휘발성 메모리), 프로그램가능한 입/출력 주변장치 등을 포함할 수 있다. 당업자라면 환기시스템(600)에 적용할 수 있는 MCU의 적합한 유형에 대해서 알 수 있을 것이다.
프로세서(661)는 전류감지기(670)로부터 전류 피드백신호 SI를 수신하고, 모터속도감지기(680)로부터 속도 피드백신호 SM을 수신하도록 구성된다. 프로세서(661)는 또한 송수신기(663)를 통해 이퀄라이저(665)로부터 제어신호 CS를 수신하도록 구성된다. 프로세서(661)는 또한 일정 풍량 명령신호 CAF RATE를 수신하도록 구성된다. 프로세서(661)는 전원스위치(690)에 전류 IM을 공급하도록 구성된다.
도 7A-7C를 참조하면, 전원스위치(690)(도 6A, 6B 참조)에 공급되는 전류 IM에는 일련의 시간축 펄스가 포함된다. 도시한 실시예에서, 펄스는 상승단(rising edge)과 하강단(falling edge)을 갖는 구형 내지는 직사각형 파형을 갖는다. 상승단에서 전류 IM은 낮은 전위에서 높은 전위로 반복적으로 천이하며, 그 바로 다음번 하강단에서는 높은 전위에서 낮은 전위로 천이한다. 상승단과 그 바로 다음의 하강단 사이의 기간을 주기(싸이클)라고 부를 수 있다. 한 주기에서, 전류 IM이 높은 전위에 있는 동안의 기간을 듀티 싸이클이라고 부른다. 높은 전위에 전류 IM이 있는 기간(즉, 듀티 싸이클) 동안에, 전류는 전원(612)으로부터 전원스위치(690)를 통해 모터(610)로 전력을 공급하여, 모터(610)에 토크가 공급되게 한다(도 6A, 6B 참조).
도시된 실시예에서, 프로세서(661)는 펄스폭변조(PWM)로 전류 IM을 생성할 수 있다. 프로세서(661)는 전류 IM을 제공하여 이 전류 IM의 펄스들이 첫번째(디폴트로) 듀티 싸이클 D1을 갖도록 할 수 있다. 여기서, D1 동안에는 환기시스템이 일정 풍량 송풍을 하고 있을때 모터(610)의 회전속도를 거의 일정하게 유지하게 된다. 그러나 모터로 인가되는 토크를 줄여야 할 경우에는, 도 7B에 나타낸 것과 같이 프로세서(661)는 펄스의 듀티 싸이클을 두번째 듀티 싸이클 D2 (D1 > D2)로 감소시킨다. 모터로 인가되는 토크를 증가시켜야 할 경우에는, 도 7C에 나타낸 것과 같이 프로세서(661)는 펄스의 듀티 싸이클을 세번째 듀티 싸이클 D3 (D3 > D1)으로 증가시킨다. 다른 실시예에서, 프로세서(661)는, 기타 다른 적절한 변조방식(가령, 펄스진폭 변조)으로 전류를 조절할 수 있다.
실시예들에 따르면, 프로세서(661)는 전류 IM의 펄스의 듀티 싸이클을, 덕트의 정압에 할당된 토크 보상량을 바탕으로 조절한다. 덕트의 정압은 모터속도감지기(680)에서 출력되는 속도 피드백신호 SM에 기초해 결정할 수 있다. 프로세서(661)의 동작을 도 10을 참조하여 아래에서 상세히 설명한다.
실시예에서, 프로세서(661) 일정 풍량 명령신호 CAF RATE에 따라 일정 풍량의 크기를 조절한다. 일정 풍량 명령신호 CAF RATE는 사용자인터페이스(667) 또는 기타, 일정 풍량 명령신호 CAF RATE의 입력 전용인 다른 사용자인터페이스(미도시)를 통해서 설정할 수 있다. 일정 풍량 명령신호 CAF RATE는 모터가 작동할 수 있는 최대 풍량의 0% 내지 100% 사이의 범위에서의 값을 표시할 수 있다. 예를 들어, 최대 풍량이 1000 CFM으로 설정되어 있을 경우 일정 풍량 명령신호 CAF RATE가 50%로 표시된다면, 프로세서(661)는 모터(610)에 공급되는 토크가 약 500 CFM이 되게 동작하도록 전류 IM을 제공하게 된다. 상기 일정 풍량 명령신호는 전압의 형태(가령, 0-10V) 또는 펄스폭변조(PWM)용 값의 형태를 가질 수 있다.
송수신기(663)는 프로세서(661)와 이퀄라이저(665) 사이에 통신채널을 형성한다. 통신채널은 유선이거나 무선채널일 수 있다. 일실시예에서, 송수신기(663)에는 유선통신채널용으로서 RS 485 모듈이 포함될 수 있다. 당업자라면 프로세서(661)와 이퀄라이저(665) 사이에 통신채널을 제공할 수 있는 통신채널의 적합한 유형에 대해서 알 수 있을 것이다. 이퀄라이저(665)가 프로세서(660)에 결합되어 있는 특정 실시예에서는, 송수신기는 생략될 수 있다.
이퀄라이저(665)는 프로세서(661)에 토크 보상량을 제공하는 역할을 한다. 이퀄라이저(665)는 덕트 내의 다른 범위의 정압에 다른 토크 보상량을 제공할 수 있다. 토크 보상량은 프로세서(661)에 있는 한 개 이상의 메모리소자에 저장될 수 있다.
이퀄라이저(665)는, 도 4에서와 같이, N개의 정압 범위와, 이들 N개의 정압 범위에 각각 상응하는 N개의 다른 토크 보상량을 갖고 있다. 일부 실시예에서, 이 N은 2 내지 1,000 사이의 임의의 숫자가 될 수 있다(가령, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 17, 17, 18, 19, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 또는 1000). 다른 실시예에서, N은 1000보다 클 수도 있다. 이 범위수가 많을수록 이퀄라이저(665)의 가제어성은 커진다.
일부 실시예에서, 이퀄라이저(665)는 프로세서(661)와 분리되어 있는 유닛일 수 있다. 이러한 실시예에서는, 이퀄라이저(665)를 범용컴퓨터(데스크톱, 랩톱 등의 PC를 포함하지만, 이들에 한정되지는 않음)에 설치되는 소프트웨어 형태로 구현할 수 있다. 이퀄라이저(665)는 통신채널을 통해서 프로세서(661)와 통신할 수 있도록 하는 통신모듈을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서 이퀄라이저(665)는 프로세서(661) 내에 내장될 수도 있다.
사용자인터페이스(667)는 사용자로 하여금 컨트롤러(660)에 접근하도록 하기 위한 것이다. 사용자인터페이스(667)는 모터의 하우징에 또는 범용컴퓨터(데스크톱, 랩톱 등의 PC를 포함하지만, 이들에 한정되지는 않음)에서와 같이 별도의 장치로서 구현할 수 있다. 컴퓨터에는 모니터, 키보드, 마우스, 본체가 포함될 수 있고, 소정의 적절한 운영체제(마이크로소프트 윈도우즈®, 리눅스® 등)에 의해 구동될 수 있다. 다른 실시예에서, 사용자인터페이스(667)는 표시장치와 입력 패드를 갖는 독립형 사용자인터페이스일 수 있다. 이 독립형 사용자인터페이스에는 터치스크린 표시장치가 포함될 수 있다. 사용자인터페이스(667)는 이퀄라이저(665)에 내장될 수도 있다.
도 8을 참조하여, 도 6B의 사용자인터페이스(667)의 일실시예에 대해서 설명한다. 도 8에서는 도 6B의 이퀄라이저(665)에 접근할 수 있는 표시장치인 스크린(800)(모니터나 터치스크린 등)이 보인다. 스크린(800)에는 최대속도 입력영역(810), 최대 풍량 입력영역(820), 이퀄라이제이션 바(830), 교정 버튼(850)이 포함된다.
최대속도 입력영역(810)은 사용자로 하여금 모터(610)에 제공할 수 있는 최대속도를 입력하도록 한다. 최대속도는 컨트롤러(660)에 의해 제어되는 모터(610)의 최대용량에 의해 제한될 수 있다. 최대풍량 입력영역(820)은 사용자로 하여금 환기시스템에 의해서 송풍되는 원하는 최대 풍량을 입력하도록 한다.
이퀄라이제이션 바(830)는 사용자로 하여금 도 6B의 이퀄라이저(665)에 의해 할당된 다수의 정압 범위에 대한 토크 보상량을 각각 수동으로 조절할 수 있도록 한다. 도시된 실시예에서, 이퀄라이저(665)에는 제1 ~ 제12 스크롤바(830a~830l)가 포함되어 12가지 정압 범위에 대한 토크 보상량들을 조절할 수 있다. 각 스크롤바(830a ~ 830l)에는 업 버튼(840a), 다운 버튼(840b), 스크롤 버튼(845)이 있다. 사용자는 이들 버튼 840a, 840b, 845를 사용하여 정압 범위들에 대한 각 토크 보상량을 높히거나 낮출 수 있다.
도시된 실시예에서, 각 이퀄라이제이션 바(830a - 830l)의 스크롤 버튼(845)이 중앙점에 위치하게 되면, 도 6B의 프로세서(661)에 제공되는 토크 보상량은 출력되지 않는다. 스크롤 버튼(845)이 중앙점보다 아래에 위치하면, (-)의 토크 보상량이 도 6B의 프로세서(661)에 제공되어 모터(610)에 가해지는 토크가 감소된다. 스크롤 버튼(845)이 중앙점보다 높게 위치하면, (+)의 토크 보상량이 도 6B의 프로세서(661)에 제공되어 모터(610)에 가해지는 토크가 증가된다. 사용자는 사용자인터페이스(667)를 통해서 모터(610)의 동작에 대해 다소의 정밀 제어를 위해서 필요에 따라 이퀄라이제이션 바(830)의 개수를 바꿀 수 있다.
다른 실시예에서, 사용자인터페이스(667)에는 상기 이퀄라이제이션 바 대신에 숫자나 퍼센트치를 입력하도록 하는 입력영역이 포함될 수 있다. 당업자라면 이퀄라이저(665)에 상기 도 8에 관련된 설명과 같은 기능을 부여할 수 있는 다양한 방식에 대해서 잘 알 것이다
교정 버튼(850)을 통해서, 환기시스템의 풍량 설정에 따라, 도 6B의 컨트롤러(660)로부터 모터에 가해지는 토크의 양을 교정(calibration)할 수 있다. 사용자가 교정 버튼(850)을 선택하면, 이퀄라이저(665)는 제어신호를 프로세서(661)에 전송하여 모터(610)의 회전속도가 0 rpm에서부터 최대속도입력영역(810)에서 제공되는 최대속도까지 점차적으로 증가되도록 한다. 회전속도가 증가하는 동안에 프로세서(661)는 모터(610)에 가해지는 토크를 나타내는 전류 피드백신호 SI를 수신한다. 이퀄라이저(665)는 전류 피드백신호 SI와 속도 피드백신호 SM을 수신하고, 모터(610)의 전류값과 회전속도 간의 관계를 나타내는 데이터를 포함하는 데이터베이스나 참조표를 생성한다. 이퀄라이저(665)는 이 데이터베이스를 프로세서(661)에 제공하고, 프로세서(661)는 동작중에 메모리소자에 저장할 수 있다.
데이터베이스는 최대 풍량과 다른 풍량을 발생시키기 위한 토크량을 제공한다. 환기시스템의 동작 중에, 사용자는 일정 풍량 명령신호 CAF RATE을 이용하여 풍량을 선택할 수 있다. 사용자는 최대 풍량과 같거나 이보다 적은 풍량을 선택할 수 있다(가령, 약 10%, 약 20%, 약 30%, 약 40%, 약 50%, 약 60%, 약 70%, 약 80%, 약 90%, 약 100%). 예를 들어, 사용자는 최대 풍량의 50%를 선택할 수 있다. 그러나 선택된 풍량을 발생시키기 위하여 모터(610)에 제공되어야 할 토크량은 최대풍량을 발생시키기 위한 토크량의 50%가 아닐 수도 있다.
이러한 경우에, 데이터베이스는 프로세서로 하여금 선택된 풍량에 대한 토크량을 교정하도록 한다. 모터의 회전속도는 모터에 의해 발생하는 풍량에 대략 비례한다. 모터에 인가되는 전류는 모터에 가해지는 토크량에 대략 비례한다. 따라서 모터 전류대 회전속도의 관계는 토크량 대 풍량의 관계가 된다. 데이터베이스는 전류 대 회전속도의 관계를 제공한다. 그래서 특정 풍량을 발생시키기 위한 전류를 이 데이터베이스를 이용하여 최대 풍량으로부터 계산할 수 있다.
컨트롤러의 초기 설정
도 9A, 9B를 참조하여, 도 6A, 6B의 실시예의 컨트롤러(660)를 설정하는 방법에 대해서 설명한다. 이 방법은 도 6A의 환기시스템(600)에 대한 토크 보상량을 수동 또는 자동으로 결정하기 위한 것이다. 이 방법은 환기시스템(600)에 컨트롤러(660)나 모터(610)를 최초 설치할 때에 이용될 수 있다.
도 9A에서, 도시된 환기시스템(600)에는 모터(610), 이 모터(610)에 연결된 팬(620), 이 팬(620)에 의해 발생한 공기 흐름을 안내하는 환기 덕트(130)가 포함된다. 환기 덕트(130)에는 개방부(135)와, 이 개방부(135)에 설치된 필터(140)가 있다. 환기 덕트(130)에는 또한 환기 덕트(130)를 흐르는 풍량을 제어하기 위한 셔터 또는 댐퍼(970)가 포함될 수 있다. 환기시스템(600)의 이상의 구성요소는 도 1, 6A, 6B, 7A - 7C, 8에 관련하여 설명한 것과 같을 수 있다.
환기 덕트(130) 내부 또는 적절한 위치에 적어도 일시적으로 설치되는 정압센서(950)와 풍량센서(960)는 본 방법에서의 환기 덕트(130) 내의 정압과 풍량을 감지하기 위한 것이다. 이들 센서 950과 960은 본 방법을 완료한 후에 제거할 수 있다. 정압센서(950)에는 환기 덕트(130) 내부에 위치하는 프로브를 포함하는데, 환기 덕트(130) 내부의 일 지점에서 정압을 측정하도록 구성된다. 풍량센서(960)는 환기 덕트(130) 내부에 설치될 수 있는데, 환기 덕트(130)를 흐르는 공기의 양 또는 풍량을 측정하도록 구성된다. 상기 정압센서(950)와 풍량센서(960)의 위치와 구성은 그 설계안 및 덕트 구조에 따라서 폭넓게 변경될 수 있다.
도 9B에서, 사용자, 기술자, 또는 설치자는 셔터(970)를 닫되 최소한으로 열어 놓아서, 정압이 N개의 범위 중의 N번째 정압 범위에서 가장 높은 정압범위(제1범위)에 있도록 한다(단계 901). 최대 모터 속도를 제공하기 위하여 모터(610)에 최대 토크를 가한다(단계 902). 사용자는 선택된 목표 풍량(가령, 1200 CFM)을 나타내는지 풍량센서(960)를 모니터링할 수 있다(단계 903). 풍량센서(960)가 선택된 풍량을 벗어난 값을 나타낸다면, 사용자는, 사용자인터페이스(667) 상의 제1 정압범위에 대응하는 제1 스크롤바(830a)의 버튼 840a, 840b, 845를 이용하여 토크 보상량을 바꿀 수 있다(단계 904). 상기 단계 903과 904를 반복함으로써 풍량센서(960)가 선택된 풍량을 나타낼 때까지 사용자는 토크 보상량을 조절한다.
그 다음에, 단계 905에서는, N번째 범위 중의 상기 제1 범위에 현재의 정압이 있는지를 체크한다. 이 경우 현재 정압이 제1 범위에 있다면 설정 프로세스가 종료되고, 아니라면 사용자는 셔터(970)를 좀 더 열고서, 정압이 N개의 범위 중의 두번째로 높은 정압범위(N번째 정압 범위의 바로 아래 범위)에 있도록 한다(단계 906). 그러고 나서 사용자는 선택된 목표 풍량(가령, 1200 CFM)을 나타내는지 풍량센서(960)를 모니터한다(단계 903). 풍량센서(960)가 선택된 풍량을 벗어난 값을 나타낸다면, 사용자는, 사용자인터페이스(667) 상의 제2 정압범위에 대응하는 제2 스크롤 바(830b)의 버튼 840a, 840b, 845를 이용하여 토크 보상량을 설정하거나 변경한다(단계 904). 상기 단계 903과 904를 반복함으로써 풍량센서(960)가 선택된 풍량을 나타낼 때까지 사용자는 토크 보상량을 조절한다. 사용자는 N개의 정압범위의 나머지에 대해서 상기 단계들을 반복할 수 있다.
도시된 실시예에서, 설정 프로세스는 선택된 목표 풍량에 대해서만 수행한다. 선택된 목표 풍량은 모터(610)에 의해 제공되는 최대 풍량일 수 있다. 최대 풍량이란 덕트 내의 팬을 회전시키는 모터가 그 용량의 최대로 동작할 때에 발생되는 풍량을 의미한다.
모터(610)의 동작 중에, 최대 풍량보다 작은 풍량에서의 동작은 CAF RATE 명령에 의해서 수행될 수 있다. 이러한 경우에, 모터(610)에 인가되는 전류는, 도 8의 교정 버튼(850)에 관련하여 설명한 데이터베이스나 참조표에 저장된 데이터를 기초로 교정될 수 있다. 다른 실시예에서, 설정 프로세스는 두 가지 이상의 풍량에 대한 데이터를 얻도록 반복될 수 있고, 해당 풍량에서의 동작을 제공하기 위하여 동작 중에 이 데이터를 사용할 수 있다.
최대 풍량에 대한 N개의 정압범위에 대한 모든 토크 보상량을 결정한 후에, 이퀄라이저(665)는 프로세서(661)에 토크 보상량을 제공한다. 프로세서(661)는 이 토크 보상량을 그 메모리에 저장한다. 그리고 이퀄라이저(665)와 사용자인터페이스(667)는 컨트롤러(660)로부터 제거해도 된다. 다른 실시예에서, 이퀄라이저(665)와 사용자인터페이스(667)는 필요에 따라서 컨트롤러(660)에 그대로 둘 수도 있다.
일부 실시예에서, 토크 보상량을 결정하는 상기 방법은 자동화될 수 있다. 이러한 실시예에서는, 상기 정압센서(950)와 풍량센서(960)는 모터 제어시스템(650)에 전기적으로 연결되어 피드백신호를 모터 제어시스템(650)에 제공할 수 있다. 모터 제어시스템(650)은 셔터(970)의 동작을 제어할 수 있다. 다른 실시예에서, 셔터(970)는 수동으로 제어될 수 있다. 모터 제어시스템(650)의 이퀄라이저(665)는 정압센서(950)와 풍량센서(960)로부터 피드백신호를 수신하여, 풍량을 조절하는 동안에 이 피드백신호에 근거하여 N개의 정압 범위에 대한 토크 보상량을 조절하여, 셔터(970)의 개방을 제어할 수 있다. 당업자라면 위에서 서술한 수동 프로세스에 따라 이퀄라이저(665)가 적절한 자동화 프로세스에 의해서 토크 보상량을 결정하도록 할 수 있을 것이다.
환기시스템의 동작
도 6A, 6B, 및 10을 참조하여 도 6A와 6B의 환기시스템의 동작 프로세스의 일실시예에 대해서 설명하기로 한다. 환기시스템(600)의 동작시에, 모터 제어시스템(650)은 아래와 같은 단계를 수행한다.
단계 1001에서, 사용자는 예를 들어 도 6B에 나타낸 것과 같은 CAF RATE 명령을 이용하여 원하는 목표 풍량을 선택한다. 그러면 컨트롤러는 단계 1002에서, 원하는 목표 풍량에 해당하는 모터 속도-전류 데이터를 검색한다. 이 데이터는 도 8의 교정 버튼(850)에 관련하여 설명한 것과 같이 데이터베이스나 참조표에 저장되어 있던 것이다.
다음에, 모터(610)가 기동되어 동작한다(단계 1003). 모터(610)가 기동될 때, 전류감지기(670)와 모터속도감지기(680)는 모터(610)에 인가되는 전류 IM과, 모터 회전속도 SP를 각각 감지한다(단계 1010). 프로세서(661)는 모터(610)의 속도가 선택된 최소 속도보다 작은지 체크한다(단계 1020). 모터의 속도가 선택된 최소 속도보다 작다면, 프로세서(661)는 전류 IM을 증가시켜서 모터(610)에 가해지는 토크량을 증가시킨다. 펄스폭변조 방식을 사용하는 도시된 실시예에서, 토크량은 전류 IM의 펄스폭(또는 듀티 싸이클)을 조절함으로써 변화된다. 따라서 단계 1060에서는 전류 IM의 펄스폭이 증가된다.
단계 1020에서 모터(610)의 속도가 선택된 최소 속도보다 작지 않으면, 프로세서(661)는 모터(610) 속도의 어느 속도범위(SPi)가 N개의 속도범위 내에 있는지 결정한다(단계 1030). 그리고 프로세서(661)는 전류 IM이 이 속도범위에 할당된 목표 전류치가 있는지 체크하고(단계 1040), 전류 IM이 이 속도범위에 할당된 목표 전류치가 있다면 단계 1010으로 프로세스가 돌아간다.
단계 1040에서 전류 IM이 이 속도범위에 할당된 목표 전류치가 없다면, 프로세서(661)는 전류 IM을 변화시켜서 모터(610)에 인가되는 토크량을 조절한다. 프로세서(661)는 단계 1030에서 결정된 속도범위에 할당된 토크 보상량에 의해 토크를 변화시키기 위하여 전류 IM을 변화시킬 수 있다. 토크 보상량은 도 9에 관련하여 설명한 설정 프로세스에서 결정되었던 것이다. 그리고 나서, 프로세스가 단계 1010으로 돌아간다.
도 11을 참조하여 도 6A와 6B의 환기시스템(600)의 동작 특성에 대해 설명한다. 도 11에서, 이상적인 일정 풍량(1600 CFM)은 수직 직선 A로 표시하였고, 환기시스템(600)에 의해 발생된, 제어된 풍량은 지그재그선 B로 표시하였다.
환기시스템(600)의 동작시에, 전류 IM(모터에 가해지는 토크를 나타냄)이 특정 속도범위(덕트 내의 정압을 나타냄)에 할당된 목표 전류로부터 어긋나면, 전류 IM은 특정 범위에 할당된 양만큼 변화된다. 그러나 이로써 전류 IM이 목표 전류치에 도달하는 것은 아닐 수 있다. 따라서 환기시스템(600)은 전류감지기(670)와 모터속도감지기(680)로부터의 피드백 신호들에 기초하여 전류 IM을 조절하고, 전류 IM이 소정의 허용범위 내에 있도록 한다. 이러한 동작에 의해서 도 11의 지그재그선 B가 얻어진 것이다.
이상의 상세한 설명에서는 본 발명의 기본적인 신규사항에 대해서 다양한 실시예를 통해 보여주고 설명하고 지적하였지만, 본 실시예의 형태와 세부사항은, 본 발명의 의도에서 벗어나지 않는 범위에서 당업자에 의해 다양하게 생략, 대체, 변경될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 환기시스템, 110: 모터,
120: 팬, 130: 환기 덕트,
135: 개방부, 140: 필터,
150: 모터 제어시스템, 600: 환기시스템,
610: 모터, 612: 전원,
620: 팬, 650: 모터 제어시스템,
660: 컨트롤러, 670: 전류감지기,
680: 모터속도감지기, 690: 전원스위치,
661: 프로세서, 663: 송수신기,
664: 이퀄라이저 유닛, 665: 이퀄라이저,
667: 사용자인터페이스, 800: 스크린,
810: 최대속도 입력영역, 820: 최대풍량 입력영역,
830: 이퀄라이제이션바, 850: 교정버튼,
830: 스크롤바, 840a: 업버튼,
840b: 다운버튼, 845: 스크롤버튼,
950: 정압센서, 960: 풍량센서,
970: 셔터,

Claims (20)

  1. 환기시스템에 있어서,
    풍량이 정압 변화의 범위내에 있도록 모니터링된 풍량이 목표치에 도달할 때까지 모터에 공급되는 전류를 조절하는 조절모듈;
    상기 조절모듈에 의해 조절 이전과 이후의 전류값간의 차이를 결정하는 결정모듈; 및
    상기 결정모듈에서 결정된 차이를 이용하여 사전에 결정된 다수의 모터 회전속도 범위들 중 하나에 대응하는 조절값을 검색하고, 상기 검색된 조절값에 상기 결정된 차이를 반영하여 변경한 조절값이 모터 또는 환기시스템의 메모리에 저장되도록 하는 통신모듈을 포함하는 환기시스템의 모터 교정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 환기시스템의 덕트에 흐르는 풍량을 모니터하기 위하여 구성되는 풍량센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환기시스템의 모터 교정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 교정장치는 상기 풍량센서로부터 모니터된 풍량을 수신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 환기시스템의 모터 교정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 덕트 내의 정압을 감지하기 위하여 구성되는 정압감지센서가 추가로 포함되며, 상기 각 회전속도 범위는 사전결정된 다수의 정압 범위들 중 하나에 상응하는 것을 특징으로 하는 환기시스템의 모터 교정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 교정장치는 상기 정압센서로부터 감지된 정압을 수신하도록 구성되며, 감지된 정압이 사전에 결정된 정압범위들 중 하나임을 결정하도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 환기시스템의 모터 교정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 사용자가 전류를 조절할 수 있도록 구성되는 사용자인터페이스를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 환기시스템의 모터 교정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 사용자인터페이스는 사용자로 하여금 최대풍량 및 최대 모터속도 중 하나 또는 모두를 입력하도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 환기시스템의 모터 교정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 교정장치는 최대 풍량보다 작은 풍량을 발생시키는 데 모터가 사용되도록 하는 교정데이터를 발생하도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 환기시스템의 모터 교정 장치.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 사용자인터페이스는 사전결정된 다수의 회전속도 범위들 중 하나에 각각 상응하는 다수의 이퀄라이제이션 바를 포함하되, 각 이퀄라이제이션 바는 상기 사전결정된 각 회전속도 범위에 대한 전류를 조절가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 환기시스템의 모터 교정 장치.
  10. 덕트, 모터, 및 이 모터에 의해 구동되는 팬을 포함하는 환기시스템을 제공하는 단계;
    청구항 1의 교정장치를 제공하는 단계;
    상기 모터를 구동하여 덕트를 지나는 풍량을 발생하는 단계;
    정압센서를 이용하여 덕트 내의 정압을 모니터하는 단계;
    상기 모니터된 정압이 사전결정된 다수의 정압범위들 중 하나에 있는지 결정하는 단계;
    풍량센서를 이용하여 덕트를 지나는 풍량을 모니터하는 단계;
    교정장치를 이용하여, 상기 모니터된 풍량이 목표값에 도달할 때까지 모터에 공급되는 전류를 조절하되, 상기 교정장치는 전류를 조절하기 이전과 이후의 전류값들 사이의 차이를 결정하는 단계; 및
    상기 교정장치에서 결정된 차이를 이용하여 사전에 결정된 회전속도 범위들 중 하나에 대응하는 조절값을 검색하고, 상기 검색된 조절값에 상기 결정된 차이를 반영하여 변경한 조절값을 메모리에 저장하는 단계를 포함하는 환기시스템의 모터 교정 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    풍량을 모니터하기 전에 덕트에 풍량센서를 설치하는 단계;
    모터의 교정이 완료된 후에 덕트로부터 풍량센서를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환기시스템의 모터 교정 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    정압을 모니터하기 전에 덕트에 정압센서를 설치하는 단계;
    모터의 교정이 완료된 후에 덕트로부터 정압센서를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환기시스템의 모터 교정 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    덕트의 정압이 사전결정된 다수의 정압 범위들 중의 다른 범위(another)에 있도록 정압을 변화시키기 위하여 덕트의 적어도 하나의 개방부를 조절하는 단계;
    덕트를 지나는 풍량을 모니터하는 단계;
    모니터된 풍량이 목표값에 도달할 때까지 모터에 공급되는 전류를 조절하고, 전류를 조절하기 이전과 이후의 전류값들 사이의 차이를 결정하는 단계;
    상기 차이를, 사전결정된 다른 회전속도 범위들에 상응하고, 다른 정압범위에도 상응하는 조절값들 중의 다른 것으로서 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환기시스템의 모터 교정 방법.
  14. 제 10 항에 있어서, 다수의 정압범위들 중 첫번째 것은 정압범위들 중 가장 높은 범위이며, 다수의 정압범위들 중 두번째 것은 정압범위들 중 두번째로 높은 범위인 것을 특징으로 하는 환기시스템의 모터 교정 방법.
  15. 제 10 항에 있어서, 목표 풍량은 모터에 의해 발생 가능한 최대 풍량인 것을 특징으로 하는 환기시스템의 모터 교정 방법.
  16. 제 10 항에 있어서, 다른 목표값에 대한 조절값들 중 다른 세트를 결정하는 단계를 더 포함하되, 여기서 조절값들의 다른 세트를 결정하는 단계는,
    정압센서를 이용하여 덕트 내의 정압을 모니터하는 단계;
    상기 정압이 사전결정된 다수의 정압범위들 중 하나에 있는지 결정하는 단계;
    풍량센서를 이용하여 덕트를 지나는 풍량을 모니터하는 단계;
    교정장치를 이용하여, 모니터된 풍량이 다른(the other) 목표값에 도달할 때까지 모터에 공급되는 전류를 조절하고, 전류를 조절하기 이전과 이후의 전류값들 사이의 차이를 결정하는 단계; 및
    상기 차이를, 사전에 결정된 회전속도 범위들에 상응하고 상기 결정된 정압범위에도 상응하는 조절값들의 다른 세트 중 하나로서 메모리에 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환기시스템의 모터 교정 방법.
  17. 제 10 항에 있어서, 모터의 전류와 회전속도간의 상관관계를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환기시스템의 모터 교정 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 상관관계를 결정하는 단계는,
    모터에 공급되는 전류를 변화시키는 단계;
    전류를 변화시키는 중에 모터의 회전속도를 연속적으로 또는 간헐적으로 모니터링하는 단계; 및
    모터의 다수의 회전속도들 중의 하나에 대한 적어도 하나의 대표 전류값을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환기시스템의 모터 교정 방법.
  19. 제 17 항에 있어서, 환기시스템에서의 상기 결정된 상관관계를 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환기시스템의 모터 교정 방법.
  20. 제 10 항에 있어서, 적어도 하나의 개방부를 조절하는 단계는, 덕트의 적어도 하나의 개방부에 제공된 셔터를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환기시스템의 모터 교정 방법.
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