KR20080057261A - 가압 기체 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 가습 및 가압된 기체를 도관을 통하여 객체로 공급하기 위한 기체 공급 장치, 시스템 및 방법을 제공한다. 상기 기체 공급 장치의 구성요소의 구조에 따라, 상기 장치는 사용자의 요구를 수용하도록 수평위치에서 수직 위치로 편리하게 배향될 수 있다. 상기 기체 공급 장치는, 모터의 사운드를 감쇄시키기 위하여, 헬름홀쯔 공명기를 포함할 수 있다. 상기 도관은 동심 튜브들을 포함함으로써 그가 상기 가습기와 단일 구멍에서 편리하게 연결될 수 있도록 한다. 본 발명은, 단일의 홀 센서를 이용하여 기체 공급 장치의 송풍모터를 작동시키기 위한 방법을 포함한다.
기체, 공급, 가습, 공기, 환자, 방향, 단일 구멍, 공명, 소음, 사운드, 감쇄, 모터, 임펠러

Description

가압 기체 공급 장치{Apparatus for Deilvery of Pressurised Gas}
본 발명은, 호흡할 수 있는 기체를 공급하기 위한 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 일정 또는 가변 유량, 압력 및 습도로 기체를 공급하기 위한 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 호흡장애의 치료를 위한 마스크에 호흡할 수 있는 기체를 공급하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
공기를 포함하는 호흡할 수 있는 기체를 호흡장애, 특히 수면호흡장애의 치료를 위하여 환자에게 공급하기 위하여 가용한 다수의 장치가 있다. 예컨대, 폐색성 수면 무호흡증을 포함하는 수면무호흡증의 치료에 있어서, 공기가 종종 연속적인 양의 기압으로(continuous positive air pressure, CPAP) 공급되는데, 여기에서 효과적인 호흡을 위하여 환자의 기도를 개방상태로 유지하기 위하여, 공기는 대기보다 높은 압력으로 마스크를 통하여 수면 중인 환자의 기도로 연속적으로 공급된다.
가압된 공기로부터의 연속적 치료 이익을 얻기 위하여, 상기 공기 및 기타 기체가, 원하는 호흡 패턴에 적합한 압력 및 유량으로 공급되는 것은 중요하다. 기체의 공급은, 치료 도중에 "바람이 불어 들어온다(blow into the wind)"는 느낌을 야기해서는 안 된다. 이 기술분야에서, 종종 쾌적함을 위하여 가습된 기체를 사용하는 기체 공급 장치를 포함하는 시스템은, 팬, 공기 도관, 얼굴 마스크 및 마스크 조립체의 다양한 조합을 포함한다는 것이 알려져 있다. 기체-공급 장치는, 원하는 유량 및 압력으로 기체를 공기 도관을 통하여 얼굴 마스크로 공급하기 위하여, 회로 및 컴퓨터 소프트웨어에 의해 제어될 수 있다.
종래의 기체-공급 시스템, 방법 및 장치는 일반적으로, 제한된 숫자의 바람직한 특징을 가진다. 예컨대, 기체는 오직 하나 또는 제한된 숫자의 유량으로 공급된다. 유사하게, 기체는 단지 가압된 공기로만 공급되는데, 가습되지 않은 가압된 공기는 치료를 위하여 기체를 이용하는 환자의 호흡 경로를 건조시킴으로써, 잠재적 불쾌감을 야기할 수 있다. 기체 공급 장치는 크고 조작하기에 복잡할 수 있다. 이 기술분야에서, 장치 내의 팬은 소음을 야기하고, 상기 장치를 이용하는 환자의 수면에 방해가 될 수도 있다는 것이 알려져 있다. 유량이 모터 속도의 변화에 의해 제어되는 종래기술에 따른 장치가 알려져 있다. 이러한 장치는, 압력 변화가 상기 모터의 동력에 의해 영향을 받을 수 있어서, 유량을 상기 속도에 의해 제어한다는 것의 효능에 한계가 있다.
필요한 것은, 상대적으로 조작하거나 작동하기에 용이하고, 조용한 장치를 포함하며, 원하는 유량과 압력으로 적절한 가습도를 가진 기체를 공급하기 위한 기체-공급 시스템과 방법이다. 또한, 기체-공급 시스템은 제조하고 운반하기에 상대적으로 용이해야 한다. 기체-공급 시스템은, 날숨과 들숨의 변화를 수용하기 위하여, 압력 레벨들 사이에서 신속하게 전환될 수 있어야 한다.
여기에서의 기체-공급 시스템의 언급은, CPAT, VPAP(Variable Positive Air Pressure), BiPIP(Bi-Level Positive Air Pressure)이나 APAP(Automatic Positive Air Pressure)를 위한 시스템과 장치를 포함하는데, 이들 모두는 장치나 시스템에 의해 공급되는 기체의 유량 및 압력을 나타낸다. 예컨대, BiPAP는, 환자가 날숨하는 동안에 적절한 경우에 더 낮은 유량으로 전환시켜, 환자는 "공기에 의한 힘"을 들이마실 필요가 없게 함으로써, 더 편안한 호흡을 하게 된다. 더욱이, 본원에서 구성요소를 나타내기 위하여 사용되는 약어(acronym)는 표1에서 그 의미가 제공되어 있다. 본원에서, "포함하는(comprising)"의 의미는 "포함하는(including)"의 의미와 같으며, 상기 양 용어는 비-한정적(not limiting) 의미로 사용된다.
본 발명의 과제는 가압된 기체에 대한 단순한 가습 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 과제는, 상대적으로 이용하기에 용이한 기체 공급 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 과제는, 가습된 기체를 도관을 통하여 객체로 공급하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 분리형 물 저장소를 포함하는 가습기 조립체를 포함하다. 본 발명에 따라, 상기 물 위를 통과하는 기체의 습도 레벨이 상기 장치의 사용자에 의해 선택될 수 있다. 본 발명에서는, 습도 레벨을 설정함에 있어서의 변수의 제어는 상기 저장소 내에 있는 물의 온도를 제어하는 것에 의해 유리한 방식으로 이루어진다. 상기 기체-공급 장치 내에 있는 상기 물 저장소는 본 발명에 따르면, 세정이나 교환을 위해 용이하게 분리될 수 있다.
본 발명은, 상기 기체 공급 장치로부터 가압 기체를 공급하기 위한 상기 도관이 상기 장치와 결합하는 위치에 근접한 위치에서, 기체 압력을 감지하기 위한 압력감지 수단을 포함할 수 있다. 이러한 구성은 유리한 방식으로, 상기 도관을 통하여 공급되는 기체의 압력이, 마스크 타입 및 도관 길이의 변수를 고려하여, 상기 감지된 압력을 포함하는 변수의 함수로서 산출되도록 한다.
본 발명의 또 다른 과제는, 환자 호흡 패턴을 수용하면서 환자의 기도에 기체를 효과적으로 공급할 수 있도록 하기 위하여, 기체 압력 및 유량을 신속하게 변화시킬 수 있는 능력을 가진 기체 공급 장치 및 시스템을 제공하는 것이다. 상기 시스템 요소는, 상기 환자가 치료를 받는 동안에, 환자 마스크에서의 압력 변동을 감소시키는 것을 돕는다. 본 발명은 마이크로 컨트롤러 상에서 구동되는 컴퓨터 소프트웨어에 의해 제어되는 기체-공급 시스템을 제공한다. 본 발명에 따르면, 상기 측정된 압력, 유량, 온도 및 습도센서의 출력은 아날로그/디지털 변환기(ADCc)에 의한 후속 신호처리를 위하여 편리하게 디지털 값으로 변환된다. 본 발명은, 마이크로 컨트롤러가, 컴퓨터 소프트웨어에 따라 팬의 모터 스피드를 조절함으로써, 상기 도관 및 얼굴 마스크 내에서의 원하는 순간의 기체 압력을 설정하도록 한다. 본 발명은, 모터 스피드 제어 방법을 제공하는데, 여기에서 단일 로터 위치 센서로부터의 신호는 현재 속도, 위치 및 3-상(phase) 와인딩(winding) 구동 신호를 결정하기 위하여 디지털방식으로 처리된다. 본 발명은, 기체-공급 장치로 하여금 미리 설정된 기체-압력 설정값의 변화에 대하여 신속하게 반응하게 하기 위하여, 상기 모터는 충분히 작은 관성을 가진다.
상기 가습 시스템은 공급되는 기체의 가습을 위한 물 저장소를 포함하는데, 상기 물 저장소는 상기 장치 뚜껑이 폐쇄 위치에 있는 때에 상기 도관과 결합하여 밀봉된다. 본 발명은 추가적으로, 상기 장치 뚜껑이 폐쇄 위치에 있는 때에 가열 플레이트와 맞닿는 물 저장소를 제공한다. 본 발명은, 기체-공급 시스템과 일체로된 물 그릇(vessel)을 추가적으로 제공한다. 본 발명은, 상기 물 저장소에 대한 공기 유입 및 유출 포트를 연결하는 포트를 제공하는데, 이것은 유리한 방식으로 상기 물 저장소의 리필(refilling)을 단순화시킨다. 바람직하게는 블로우 몰딩가공될 수 있는 폴리머 재질로 이루어지는 상기 물 저장소의 단순한 구성은, 상기 물 저장소의 제조비용을 유리한 방식으로 낮춘다. 가장 유리한 것은, 상기 물 저장소는 용이하게 세정이나 교체될 수 있다는 것이다.
본 발명은 상기 송풍기로부터 발생하는 사운드를 효과적으로 방음하기 위하여 상기 송풍기 주위에 강성의 고립 챔버를 제공한다. 이것은 바람직하게는 금속재질로, 더욱 바람직하게는 아연 다이캐스팅으로 이루어지고, 상기 고립 챔버의 벽들은 그 두께가 1.6mm 보다 일반적으로 큰 것이 바람직하다. 상기 고립 챔버 내의 통합부재는, 1개 이상의 충전 챔버인데, 이것은 상기 공기 경로를 따라 사운드 공급을 효과적으로 감소시킨다. 더욱이, 상기 고립 챔버 전체는 유리한 방식으로 헬름홀쯔 공명기(Helmholtz resonator)로서 기능하여, 그 주파수는 유입 및/또는 유출 경로에 선호되는 크기를 제공하는 것에 의해 변화된다. 상기 유입 및/또는 유출 경로는 대략 그 단면이 원형이고, 과도한 유동의 방해를 초래하지 않고 상기 고립 챔버의 공명 주파수를 최소화시키는 충분한 길이를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라, 기체 공급 장치의 구성요소의 구조를 변경함으로써, 상기 기체 공급 장치가 대체적인 탑재 방향으로, 수평방향이나 수직 방향 등 어떤 적절한 방향으로도 배치되는 것을 가능하게 한다. 본 발명은 가장 유리한 방식으로, 상기 장치의 벽 탑재를 가능하게 하는, 기체-공급 장치의 수직 배치를 포함하는 실시예를 제공한다.
본 발명은, 가장 유리하게는, 제거할 수 있는 투명 케이싱 내에 수용되는 공기필터를 포함하는 기체 공급 장치를 제공하는데, 상기 필터의 더러운 측면은 상기 투명 케이싱을 통하여 보인다.
본 발명은 추가적으로, 그래픽 유저 인터페이스(GUI)를 제공하는데, 이는 상기 장치의 설정, 셋업 및 환자 이력 피드백을 용이하게 한다. 본 발명에 따르면, 상기 GUI는 경고음 클록 기능을 포함할 수 있다.
본 발명은, 환자에 특징적인 설정을 제공하여, 수면 스터디 데이터는 분리형 SD 카드 매체에 저장될 수 있다. 이 특징은, 환자가 단지 상기 SD 카드만을 옮기면 되기 때문에, 본 발명의 범위 내의 셋업과 본 발명의 범위 밖의 연구실에서의 상기 후속의 데이터 분석에 대하여 유연성을 제공한다.
일 측면에서, 본 발명은, 가압된 기체를 공급하기 위한 송풍기, 상기 기체를 가습하기 위한 물 저장소, 히터, 상기 송풍기 및 물 저장소를 수용하기 위한 케이싱, 상기 물 저장소에 있는 단일 포트와 맞닿는 기체 유입구 및 기체 유출구, 및 기체를 상기 유출구로부터 객체로 안내하기 위한 도관을 포함하는 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 장치를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 가압된 기체를 공급하며 사운드 하우징 내에 배치되는 송풍기, 상기 송풍기와 물 저장소를 수용하기 위한 케이싱, 상기 물 저장소 내의 물을 가열하기 위한 히터, 기체 유입구 및 기체 유출구, 분리형 투명 케이싱 내에 수용된 기체 필터, 및 기체를 상기 유출구로부터 객체로 안내하기 위한 도관을 포함하는 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 장치를 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 가압된 기체를 공급하기 위한 송풍기, 상기 송풍기를 수용하기 위한 케이싱, 히터, 기체 유입구 및 기체 유출구; 기체를 상기 유출구로부터 객체로 안내하기 위한 도관; 및 적어도 하나의 충만 챔버 및 상기 송풍기에 근접한 1개 이상의 공명 수단을 포함하는 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 장치를 제공한다. 이 측면에 있어서, 상기 장치는, 물 저장소와, 상기 물 저장소 내의 물을 가열하기 위한 히터를 더 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 가압된 기체를 공급하기 위한 송풍기, 상기 기체를 가습하기 위한 물 저장소, 히터, 상기 송풍기와 물 저장소를 수용하기 위한 케이싱, 기체 유입구 및 기체 유출구, 및 기체를 상기 유출구로부터 객체로 안내하기 위한 도관을 포함하는 장치로서, 상기 장치는 상기 물 저장소로부터 유체를 누설하지 않고, 거의 수평상태로부터 거의 수직상태에까지 어떤 적절한 각도에서도 작동할 수 있도록 배치될 수 있는, 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 장치를 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 가압된 기체를 공급하기 위한 유출구를 가지는 송풍기로서, 모터 챔버, 2개의 유출 공기 도관 및 밸브 챔버로 이루어지고, 기체의 압력이나 유량을 신속하게 변화시키는 수단을 포함하는 송풍기, 상기 송풍기 및 물 저장소를 수용하기 위한 케이싱, 기체 유입구 및 기체 유출구, 제거할 수 있는 투명한 케이싱 내에 수용된 기체필터, 및 기체를 상기 유출구로부터 객체로 안내하기 위한 도관을 포함하는 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 장치를 제공한다.
전술한 각 측면에 있어서, 상기 도관은 기체 유입 및 유출을 위한 동심의 도관으로 이루어 질수 있다. 상기 내부 도관은 유입 기체를 공급하는 것이 바람직하다.
상기 기체 압력이나 유량을 변화시키기 위한 수단은, 1개 이상의 임펠러인 것이 바람직하다. 상기 장치는, 사용자가 상기 장치로부터의 시간을 결정하기 위한 시간 신호 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 신호수단은 시간 클록인 것이 바람직하다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 임펠러의 회전 위치를 결정하는 단계, 임펠러의 속도를 결정하는 단계, 및 상기 임펠러의 스피드를 제어하기 위하여 와인딩 여자의 타이밍을 조절하는 단계를 포함하는 기체 공급 장치의 송풍기의 모터를 제어하기 위한 방법을 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 대기 기체를 임펠러로 가압하는 단계, 상기 대기 기체를 가습하는 단계, 및 상기 가습된 기체를 상기 객체의 기도로 안내하는 단계를 포함하는 방법으로서, 상기 가압하는 단계는, 단일의 센서 수단으로 상기 임펠러의 위치를 감지하는 것을 포함하는 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 방법을 제공한다. 상기 단일의 센서수단은, 홀 이펙트(Hall effect) 센서인 것이 바람직하다.
도1은 가압된 기체 공급 시스템의 다이어그램을 나타낸다.
도2는 기체 공급 장치를 위한 모터 제어기의 다이어그램을 나타낸다.
도3은 모터 전류 감지 회로를 나타낸다.
도4는 모터 제어기의 블록도를 나타낸다.
도5는 모터 제어기 PWM의 작동을 나타낸다.
도6은 기체 공급 장치의 가습기 구성요소들을 나타낸다.
도7은 그 작동을 제어하기 위한 키패드를 가지는 기체 공급 장치의 전자적인 서브시스템의 기능적인 구성 블록을 나타낸다.
도8은 기체 공급 장치의 사시도이다.
도9는 그 일부의 단면과 함께 나타낸 송풍기의 측면도이다.
도10은 그 일부의 단면과 함께 나타낸 송풍기의 측면도이다.
도11은 기체필터의 사시도이다.
도12a는 물 저장소가 기체 공급 장치 밖에 위치된 상태의 기체 공급 장치의 평면 사시도이다.
도12b는 물 저장소가 기체 공급 장치 안에 작동할 수 있도록 위치된 상태의 기체 공급 장치의 평면 사시도이다.
도13은 기체 공급 장치의 길이방향 단면으로 나타낸 측면도이다.
도14는 기체 공급 장치를 위한 사운드 하우징 내의 송풍기의 평면도이다.
본 발명은, 첨부된 도면들을 참조하면 가장 쉽게 이해될 수 있다. 상기 도면들은 본 발명의 실시예를 나타내기 위한 것이고, 특허청구범위에서 정하여진 본 발명의 범위는 예시되지 않은 다른 실시예들을 포함한다는 것이 이해될 것이다. 가압된 기체-공급 시스템의 대표적인 구성요소들의 다이어그램이 도 1에 도시되어 있다. 본 발명에서, 기체는 모터나 송풍기(blower) 조립체에 의해 착탈가능한 필터 시스템을 통하여 기체-공급 장치 내부로 끌어 들여지는데, 상기 조립체는 상기 시스템의 더 조용한 작동을 제공하기 위하여, 소음-감쇄(dampening) 하우징 내에 싸여진다. 기체 경로에 연속하여(in series) 배치된 유동-감지 장치는, 기체 유동을 감지하기 위하여 사용될 수 있다. 본 발명의 범위 내의 다른 측면들은, 이하의 설명에 포함되어 있다.
외부 케이싱
이하의 구성요소는 도 8 내지 도 14를 참조하면 더욱 명확하게 이해될 것이다. 기체-공급 장치의 상기 외부 케이싱은, 상부 케이스(1), 하부 케이스(2), 제1 측면 패널(3), 상기 제1 측면 패널의 반대쪽의 제2 측면 패널(미도시) 및 뚜껑(4)을 포함한다. 상기 상부 및 하부 케이싱은 적절한 결합수단에 의해, 서로 결합될 수 있다. 바람직하게, 상기 결합수단은 나사못(screw)이다. 상기 상부 및 하부 케이싱의 결합은, 제1 및 제2 측면 패널이 상대적인 누설방지(leakproof)의 폐쇄구조를 형성하도록 한다. 결합된 상태에서, 상기 외부 케이싱은, 상기 케이싱의 방향에 무관하게, 상기 기체-공급 장치의 상면 상에 쏟아지는 물의 진입에 대하여 상대적으로 저항한다. 상기 뚜껑은, 뚜껑 결합 수단에 의해 상기 상부 케이싱에 결합된다. 상기 뚜껑 결합수단은, 바람직하게는 피봇 포인트에서의 스냅 끼워 맞춤(snap-fit) 수단이다. 상기 피봇 포인트 수단은, 힌지나 힌지 핀과 같은 적합한 피봇 수단 중 어느 것이어도 좋다. 이를 대신하여, 상기 피봇 수단은 순간적인 회동 포인트가 상기 케이싱에 대하여 고정되지 않는 구조인 것이 가장 바람직하다. 이러한 구조의 예는, 4절 링크(four-bar linkage) 구조를 포함하나, 이에 한정되지는 않는다. 폐쇄 상태로 결합된 때에, 상기 뚜껑은 뚜껑 잠금 구조(5)에 의해 잠금 상태로 된다. 상기 뚜겅 잠금 구조는 랫치인 것이 바람직하다. 상기 랫치는 스프링에 의해 구동되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 뚜껑도 스프링에 의해 구동되어, 상기 뚜껑 랫치가 결합해제된 때에 뚜껑이 개방된다. 스프링에 의해 구동되는 경우에, 상기 스프링에 의해 구동되는 뚜껑은, 상기 뚜껑의 부드러운 개방을 유도하고, 상기 댐퍼가 없다면 발생할 수 있는 "갑작스러운(jerky)" 스프링 작동을 피하기 위하여, 회전 댐퍼를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 피봇 포인트는, 상기 케이싱의 상면이나, 상기 케이싱의 후면에 위치될 수 있다.
본 발명에서는 사용자 인터페이스(UI)가 상기 상부 케이스 상에 위치되어 있다. 상기 UI는, 투명 렌즈(6), 상기 상부 케이스 및 상기 렌즈 사이의 밀봉수단 및 가요성 키패드(7)로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 밀봉수단은 개스킷인 것이 바람직하다. 상기 키패드는 1개 이상의 버튼을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 렌즈는, 적절한 결합수단으로 상기 상부 케이스와 결합된다. 상기 결합수단은 상기 렌즈의 각 측부 상에 위치된 스냅-끼워 맞춤인 것이 바람직하다. 이를 대신하여, 상기 렌즈 결합 수단은, 접착성 테이프일 수도 있다. 상기 렌즈는 가장 유리한 방식으로, 상기 기체 공급 장치의 사용자로 하여금, 상기 외부 케이스를 통하여, 정보를 상기 사용자에게 공급하는 디스플레이를 볼 수 있도록 한다. 상기 렌즈의 추가적인 장점은, 상기 렌즈가 상기 가요성 버튼 키패드와 고정된 상태에서 맞닿는다는 것이다. 상기 렌즈의 맞닿음의 추가적인 장점은 밀봉인데, 이것은 상기 스크린이나 버튼 구멍을 통하여 물이 상기 상부 케이스 내로 진입하는 것을 방지한다. 상기 가요성 버튼 키패드는, 상기 기체-공급 장치의 사용자로 하여금 편리하게 상기 기체-공급 장치에 지시를 내리도록 하기 위하여, 실리콘으로 이루어지는 것이 바람직하다.
공기 필터
본 발명에서, 공기 필터는, 도 11에 도시된 바와 같이, 정면 케이스(8), 후면 케이스(9) 및 1개 이상의 주 필터(10)를 포함한다. 상기 케이싱 재질은 투명한 것이 바람직하다. 상기 공기 필터는, 2차 필터(11)를 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명에서, 상기 정면 케이스는 상기 후면 케이스와 결합되어, 상기 1개 이상의 주 필터와 상기 바람직한 2차 필터를 수용하는 채널을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 결합수단은 스냅-끼워 맞춤인 것이 바람직하다. 상기 기체-공급 장치의 작동에 있어서, 상기 채널을 형성하는 상기 정면 케이스와 기저 케이스의 결합은, 상기 기체-공급 장치에 의해 공급되는 장치가 상기 필터 매체(media)를 통과하도록 한다. 상기 필터 매체는, 주 매체 및 2차 매체를 포함한다. 상기 필터 정면 케이스는 복수의 구멍을 포함하여, 기체가 상기 주 필터 내로 흘러들어가고, 상기 주 필터 매체의 표면과 접촉하도록 하여 필터링이 달성된다. 상기 구명의 단면적은 상기 주 필터로의 유동에 방해가 되는 것을 피하기 위하여 400㎟ 보다 큰 것이 바람직하다. 상기 필터 후면 케이스는, 상기 상부 케이스의 커넥터 부착물(attachment)을 수용하는 구멍(aperture)을 포함하고, 상기 커넥터 부착물은 결합된 때에 양호한 밀봉을 제공한다. 상기 커넥터 부착물은 수 튜브(male tube)인 것이 바람직하다. 상기 필터는 상기 뚜껑 아래에서 상기 상부 케이싱과 맞닿는다. 상기 필터 케이싱의 작동은, 상기 필터의 제거 및 교환을 허용하는 것이 가장 바람직하다. 상기 필터의 교환은, 본 발명에 따라 구성된 상기 기체-공급 장치의 사용을 위한 흡입된 공기의 지속적인 여과를 보장할 것이다.
상기 주 필터 매체는, 상기 기체로부터 큰 먼지 입자를 제거하는 것을 가능하게 하는 한편, 상기 2차 필터 매체는 더 작은 입자를 제거하기 위한 것이다. 본 발명에서, 2차 필터 매체는 레인지(range)를 가진다. 매체의 예는, 꽃가루, 박테리아, 연기 및 스모그 공기 오염 및 바이러스를 제거하기에 적합한 매체를 포함한다. 상기 필터 매체의 레인지는 상기 예에 한정되지 않는다는 것이 이해될 것이다.
송풍기/모터
본 발명에서, 상기 송풍기는 여기에서 예로서 설명되는 구성과는 상이한 구성요소로 이루어질 수 있다. 다른 구성도 특허청구된 본 발명의 범위 내에 속한다는 것이 이해될 것이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에서, 상기 송풍기는 상면 케이싱(12), 바닥 케이싱(13) 및 분리 격막판(14)을 포함하여 이루어진다. 이들 구성요소는, 나사못이나 다른 결합수단을 사용하여 결합되어, 기밀 밀봉하고 송풍기 챔버, 모터 챔버, 2개의 유출 공기유로 및 밸브 챔버를 형성한다. 상기 송풍기 챔버는 임펠러(impeller,16)를 수용하는데, 상기 임펠러는, 그 각 단부(17)에 베어링을 가지는 축 상에 탑재된다. 1개의 베어링은 상기 상면 케이싱 내에 억지끼워 맞춤(press-fit)되고, 다른 1개의 베어링은 상기 바닥 케이싱 내에 위치되어, 상기 케이싱 내에서 축방향으로 이동가능하도록 하는 것이 바람직하다. 나선형 스프링이 유효(effective) 축방향 예비-하중을 상기 양 베어링 상에 편리하게 유지하는 것이 바람직하다. 상기 베어링은 저소음 그리이스로 윤활되는 것이 바람직하다. 상기 임펠러(16)는 그 상면 상에 일련의 핀을 가져, 상기 임펠러가 회전함에 따라 공기를 이동시킨다. 본 발명에서, 상기 각 핀 사이에서, 상기 임펠러의 상면 및 바닥면 사이에는 작은 갭이 위치된다. 조합하여 보면, 상기 구성은 상기 임펠러에 의해 생성된 대부분의 공기 유동이, 상기 송풍기 챔버를 벗어나 (상기 상면 케이스와 상기 격막판에 의해 형성된) 상기 상면 유출 공기 유로 내로 유동하도록 하고, 상기 공기 유로 내에서 더 높은 압력을 만든다. 또한, 상기 작은 구멍은, 일부의 공기로 하여금 (상기 바닥 케이스와 상기 격막 판에 의해 형성된) 상기 바닥 유출 공기 유로 내로 유동하도록 하고, 상기 공기 유로 내에서 감소된 압력을 만든다. 그 후, 상기 밸브 챔버 내에서, 밸브 멤버(18)가 상기 상면 유출 공기 유로 및 바닥 유출 공기유로의 각각으로부터 배출되는 공기의 양을 조절한다. 상기 밸브(18)는, 상기 임펠러의 속도를 변화시키기 위하여 필요한 모터 없이도, 매우 신속하게 전체적인 배출 공기의 압력을 가장 효과적으로 변화시킬 수 있다. 상기 모터 챔버는, 모터기구 및 전자기구를 포함하는데, 이들은 상기 바닥 케이싱(13) 및 상기 격막판(14)에 의해 위치가 확실히 고정된다.
본 발명의 제 2 실시예에 있어서, 도 10에 도시된 바와 같이, 송풍기는 상면 케이스(20)와, 바닥 케이스(21)를 포함하는데, 이들은 적절한 결합수단에 의해 서로 결합하여 기밀 밀봉을 형성한다. 상기 결합수단은 나사못을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 결합된 케이스는 송풍기 챔버, 모터 챔버 및 유출 경로를 형성한다. 상기 송풍기 챔버 내에는 임펠러(24)가 위치되는데, 상기 임펠러는 상기 송풍기 챔버의 양 단에 탑재된 2개의 베어링 세트(23)와 상기 챔버의 중심 축의 중간에 탑재된 자석(25)을 가진다. 상기 상면 베어링 세트(23)는 상기 상면 케이스 내에 프레스되고, 상기 바닥 베어링은 임펠러 스프링(22)에 의해 반경 방향 및 수직방향으로 상기 바닥 케이스 내에서 유지된다. 상기 임펠러와 축(24)은 유리 충전 폴리머에 의해 1개의 부재로 몰딩되는 것이 바람직하다. 이를 대신하여, 이들은 금속 축 상의 폴리머로서 과몰딩될(over-moulded) 수도 있다.
상기 상면 하우징은, 상기 송풍기 챔버 위쪽에 위치된 기체 유입구를 포함하는데, 이것은 기체가 상기 송풍기 챔버 내로 들어오는 것을 가능하게 한다. 상기 임펠러는, 상기 임펠러가 회전함에 따라 공기를 상기 배출구로 이동시키도록 디자인된, 일련의 핀을 그 상면 상에 가진다. 이 공기의 이동은, 상기 배출구에서의 압력의 상승을 야기하는데, 이것은 상기 임펠러의 회전속도에 의해 조절될 수 있다. 상기 임펠러의 바닥면은 상기 바닥 케이싱 상에서 벽에 근접하게 위치되는데, 이것 은 유리하게 상기 모터 챔버를 형성한다. 상기 모터 챔버 내에서, 모터 와인딩(27) 및 전기기구(28)가 스냅-끼워 맞춤이나 다른 적절한 수단에 의해 확실히 고정되고, 상기 임펠러의 회전을 유발하는 파워를 제공한다.
상기 모터는 자기적 미회전(magnetic cogging)을 가지지 않는 환상(toroidal) 코어를 이용하는 것이 바람직하다. 3개의 상 와인딩(phase winding)이 별 형상(star configuration)으로 사용되어, 사인곡선형으로 동조된 출력(SPWM)이 제공되어, 토션 여자(torsional excitation)가 최소화된다. 로터(rotor)는, 전체적으로 정밀 몰딩 플라스틱으로 이루어지는 것이 바람직한데, 이것은 내부 금속 축 및 동역학적 밸런싱에 대한 필요를 가장 유리한 방식으로 제거한다. 본 발명에서, 전자적 정류는, 상기 로터 자석에 인접하게 탑재된 단일 홀 효과 센서(single Hall Effect sensor)에 의해 조정된다(phased).
사운드 하우징
본 발명의 일실시예에서, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 사운드 하우징은 상부 하우징(56), 하부 하우징(57), 밀봉 개스킷(58), 2개의 분리 벽(59), 유입 파이프(60), 유출파이프(61), 가요성 송풍기 부착물(62) 및 여기에서 설명된 송풍기를 포함하여 이루어진다. 상기 상부 및 하부 하우징은, 고밀도의 재질로 몰딩되거나 주조되어, 내부로부터 상기 케이싱 외부로의 사운드 공급을 감소시켜, 상기 사운드를 내부에 유지한다. 상기 고밀도의 재질은 아연 또는 미네럴 충전 플라스틱인 것이 바람직하다. 상기 상부 및 하부 하우징은, 기밀하게 밀봉하기 위하여 밀봉 개스킷을 그 원주 주위로 누르면서, 결합수단에 의해 서로 결합되어 상기 2개의 분 리벽, 상기 유입 튜브 및 유출 튜브를 위치시킨다. 상기 결합수단은 나사못인 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 상기 하우징의 결합은, 3개의 챔버, 송풍기 챔버, 주 사운드 챔버 및 2차 사운드 챔버를 형성한다. 상기 송풍기 챔버 내에는 송풍기가 위치되고, 상기 송풍기는, 2개의 스프링, 즉 상부 스프링(64) 및 바닥 스프링(65) 상에 탑재되고, 이것은 상기 송풍기가 낮은 공명 주파수를 가지는 것을 보장한다. 상기 스프링은, 상기 송풍기로부터 상기 사운드 하우징으로의 진동의 공급을 감소시킨다. 소음 차단 효과를 증가시키기 위하여, 가요성 패드(66)가 상기 상면 스프링 위와 상기 바닥 스프링 아래에 위치되는 것이 바람직하다. 송풍기 유출구에서, 가요성 튜브가 상기 유출구를 상기 유출 파이프(61)에 고정시킨다. 상기 가요성 튜브는 주름잡힌 측부를 가지는 것이 바람직하다. 이 실시예에서, 상기 가요성 튜브는 상기 밀봉 개스킷(58)의 일부분을 형성한다. 상기 가요성 튜브는 TPE 재질로 몰딩되는 것이 바람직하다. 이를 대신하여, 상기 가요성 튜브는 분리된 부재일 수 있다. 상기 분리벽(59)은 상기 챔버를 분리시키고 1개의 챔버로부터 그 옆의 챔버로의 사운드의 공급을 감소시킨다. 상기 분리벽은 튜브를 포함하고, 상기 튜브는 그 옆의 챔버 내로 뻗어 있는 것이 바람직하다. 상기 튜브의 기능은 상기 챔버들 사이의 공기 유동을 모두 운반하는 것이다. 상기 튜브는 그 단부가, 상기 공기 유동을 방해하지 않을 정도로 충분한 만큼, 상기 그 옆의 챔버의 마주보는 벽으로부터 짧은 거리를 가지도록 위치되는 것이 바람직하다. 상기 마주보는 벽은, 상기 튜브 내로의 사운드의 전달을 막고 이에 따라 상기 챔버들 사이의 사운드 전달을 막기 위하여, 방음폼(sound deadening foam)이나 기타 적절한 재질로 덮이는 것이 바람직 하다.
가습기
본 발명은 기체 공급 장치 내에 포함되어, 상기 장치를 작동함에 있어 협력하기 위하여 기체 공급 및 가습 기능을 가능하게 하는 가습기를 포함한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 가습기는 물 저장소(30), 기체 도관 커넥터(33), 공기 밀봉(28), 내부 세라믹 히터를 가진 1세트의 가열 플레이트(31), 물-저장소 열 전도기(32)를 포함한다. 작동하는 동안, 상기 가습기는 상기 뚜껑(4) 아래에 감춰져있다.
상기 물 저장소(30)는 블로우 몰딩(blow-moulded)된 열가소성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 물 저장소 표면은, 곧게 뻗고 평평한 부분을 포함하는데, 이 부분은 상기 상부 케이스(1) 상에서 표면이나 레일(36)을 수용하는 것에 대응된다. 작동되는 동안에, 상기 레일은 상기 물 저장소가 상기 장치 내에서 정확하게 위치되어 확실하게 위치고정되는 것을 보장한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 물 저장소는 상기 교정 상태를 제외하고는 상기 장치 내로 삽입될 수 없다. 정위치 상태에서, 상기 물-저장소 열 전도기(32)는 편향수단(38)의 작동에 의하여 상기 상부 가열 플레이트(31)와 맞닿는데, 상기 편향수단은 상기 가열 플레이트를 상기 열 저장소 쪽으로 편향시켜, 상기 히터와 물 사이의 충분한 열공급을 보장한다. 상기 편향수단(38)은 가열 플레이트 스프링인 것이 바람직하다. 본 발명은 식품 포장 분야에서 흔히 발견되는 타입으로 만들어진 금속 뚜껑을 포함하는 것이 가장 바람직하다. 본 발명은, 상기 물 저장소로부터 뻗어 있는 핸들(38)을 포함한 다. 이러한 실시예에서, 상기 핸들은 1개 이상의 통합된 힌지(39)를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 통합된 힌지는 평평하게 몰딩되어, 상기 뚜껑(4)이 개방 위치로 떨어진 때에, 편리한 손가락의 접근을 위하여 자동적으로 튀어 올라오는 것이 바람직하다. 또한, 상기 핸들(38)은, 상기 장치로부터 가정용 수도꼭지까지 상기 물 저장소를 운반하는데 편리하다.
작동되는 동안, 상기 물 저장소(30)는 물로 채워져, 상기 장치 내에 재위치되어, 상기 뚜껑(4)이 폐쇄 위치로 결합되는 것을 허용한다. 상기 기체 도관 커넥터(33)는, 상기 뚜껑(4) 내로 포개어져, 1개의 부재로서 운동하고 회동한다. 일단 상기 뚜껑(4)이 결합하면, 상기 기체 도관 커넥터의 외부 표면은 또한 상기 물 저장소 개구(29)에 있는 물 저장소 공기 밀봉부(28)와 맞닿도록 동시에 위치된다. 작동하는 동안, 상기 뚜껑(4)의 결합 해제는 또한, 상기 기체 도관 커넥터(33)이 상기 물 저장소로부터 동시에 떨어지게 하여, 상기 물 저장소(30)의 신속하고 용이한 접근 및 제거를 가능하게 한다.
상기 기체 도관 커넥터(33)는 가요성 기체 도관(40)에 부착되어, 기체 유입구(35)에 가압된 기체를 공급하며, 상기 뚜껑(4)이 개방 또는 폐쇄 위치에 있는 동안에 공기 밀봉을 상기 가요성 기체 도관의 양단에 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명의 가장 유리한 측면은, 기체-공급 장치로의 기체 유입 및 기체 배출 모두에 있어서 단일 개구(29)라는 점이다. 본 발명에서, 기체 도관 커넥터(33)는 인접한 기체 유입 도관(35) 및 기체 유출 도관(34)을 포함한다. 상기 기체 유동 도관들은 동심 튜브인 것이 바람직하다. 상기 기체 유입 도관(35)은 상기 기체 유출 도관(34)의 내에 위치되는 것이 바람직하다. 작동하는 동안, 가압된 건조 기체는 상기 기체 유입 도관(34)으로부터 상기 물 저장소(30)로 이동하여, 따뜻한 물 표면(42)과 접촉하며, 상기 기체는 상기 기체 유출 도관(34)를 통하여 유동하기 전에 가습된다.
본 발명은 하룻밤의 수면 내내 환자가 호흡하는데 충분한 기체를 가습할 수 있는 충분한 물을 저장하는데 충분한 크기의 컴팩트한 물 저장소를 포함한다. 상기 물 저장소는 그 표면이 상기 히터의 가열면과 맞닿도록 구성되는 것이 바람직한데, 상기 가열면은 일반적으로 약 45°의 예각으로 배치되어 있다. 상기 가열판과 맞닿는 상기 표면과 거의 평행한 상기 개구(29)의 표면 상에서의 위치는, 상기 장치 및 그 가습기의 작동을 저해하지 않고서, 배치될 상기 기체 공급장치가, 가령 침대 협탁 위와 같은 수평 방향으로 놓이는 것이나, 벽 위와 같은 수직 방향이나, 어떠한 편리한 중간 방향으로도 놓이는 것을 가능하게 한다. 상기 수평이나 수직 방향을 벗어난 상기 장치를 20°만큼 각도 변화시킴으로써 상기 물 저장소(30)로부터 어떠한 물의 누설도 야기하지 않는 것이 가장 바람직하다.
도 6은 본 발명에 따라 이루어진 가습기의 작동을 나타내는 다이어그램이다. 상기 가열 플레이트의 온도는 기체 가습도를 세팅함에 있어서 유일한 변수이다. 가열 부재의 듀티 싸이클(duty cycle)이 상기 가열 플레이트 온도를 제어하기 위하여 사용된다. 광접합 제로 크로싱(photo-coupled zero crossing) 트라이액(triac) 구동기가, 마이크로 콘트롤러의 제어하에서 상기 트라이액을 온 및 오프 시키는데 사용된다. 상기 광접합은, 상기 트라이액 구동기로부터 출력(메인스(mains)에서의 공 급)) 및 상기 마이크로-프로세서 제어 신호를 차단하는 것을 포함한다. 제로크로싱 전환은, 상기 트라이액에 의해 형성되는 EMI를 감소시킨다.
본 발명은, 사용자가 선택한 가습 레벨을 얻도록 상기 히터 플레이트 온도를 제어하는 상기 마이크로 컨트롤러 상에서 구동되는 컴퓨터 프로그램을 포함한다. 일 실시예에서, 상기 기체-공급 장치는, 대기 온도 센서 및 복수의 사용자가 요청한 가습도 레벨을 포함한다. 본 발명에서, 공기의 온도 및 히터 플레이트의 입력, 및 공기 유량은, 상기 히터 플레이트 온도를 설정하기 위하여 상기 컴퓨터 프로그램에 의해 사용될 수 있다. 상기 기체-공급 장치는, 상기 가습도의 보다 정교한 제어를 제공하기 위하여 대기에 대한 가습도 센서를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 가습기는, 바람직하게는 트라이액에 의해 스위칭되는 메인스에 의해 파워가 공급되는 히터, 상기 히터 플레이트에 부착된 서모스탯(thermostat) 및 상기 가열 플레이트에 부착되어 상기 소프트웨어에 온도 피드백을 제공하기 위한 서미스터(thermistor)로 이루어져 있다. 상기 대기 온도 센서는 상기 사용자가 선택한 가습도에 대한 물 온도를 결정하는 것을 돕고, 상기 가습도 센서는 상기 케이스의 말단부에 근접하게 배치되거나, 상기 케이스의 내부에 상기 열원으로부터 차폐될(shielded) 수도 있다.
상기 기체-공급 장치는 상기 히터 플레이트 서모스탯을 위한 수동 리셋 버튼을 포함하는데, 이것은 유저에 의해 접근가능할 필요는 없으며, 오작동의 경우에 과열 보호기능을 제공한다.
모터 제어
상기 송풍기의 모터의 제어는, 상기 송풍기로 하여금 기체 압력 및 유량의 신속한 변화를 야기하는 것을 가능하게 한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 기체-공급 장치는 모터 및 기체-공급 장치를 위한 모터 제어기를 포함하는데, 상기 모터 및 모터 제어기는 다음의 주된 서브시스템으로 이루어져 있다:
ㆍ 로터 위치 감지를 위한 단일 홀 이펙트 센서를 포함하는 브러쉬리스(brushless) DC 모터
ㆍ 디지털 모터 제어기
ㆍ 모터 구동기 및 과전류 감지 전자소자 및
ㆍ 홀 이펙트 센서 신호 조정 및 아날로그/디지털 컨버터(analogue-to-digital converer,ADC)
브러쉬리스 DC 모터
이 기술분야에서 알려져 있는 브러쉬리스 DC 모터는, 원하는 로터 위치 정보를 제공하기 위하여 3개의 홀 이펙트 센서를 필요로 한다. 본 발명은 오직 단일의 홀 이펙트 위치 센서만을 필요로 하는 제어방법을 채택하고 있다.
상기 기체-공급 장치는 3개의 와인딩을 포함하는 모터를 포함하는데, 상기 와인딩은 스타형(star topology)로 형성되어 있다. 본 발명에 따르면, 상기 와인딩은, 모터 회전을 개시하고 유지하기 위하여, 미리 설정된 사인형의 시퀀스에 따른 전원이 공급된다. 이 시퀀스의 듀티싸이클은, 상기 모터가 얼마나 많은 전력을 소비하는지를 결정하고, 이것은 상기 모터 스피드를 통제한다.
모터 구동 전자소자(electronics)
상기 모터 구동 서브시스템은, 상기 모터 와인딩에 전력을 공급하고, 상기 모터 전류를 감지하기 위하여 필요한 전자소자를 포함한다. 상기 모터 구동기는, 3개의 하프-브리지(half-bridge) 드라이버의 형상으로 배치된 6개의 MOSFET을 포함한다. 이들 FET는 상기 모터 와인딩에 전력을 공급한다. 상기 모터 구동기는 또한, 상기 모터 제어기로부터의 LVCMOS 신호를 적절한 MOSFET 구동 신호로 변환시키기 위하여 필요한 레벨 번역기(translator)를 가진다.
도 3에 도시된 바와 같은 모터-전류 감지-회로는, 상기 모터 제어기에 과전류 상태의 신호를 보내기 위하여 사용된다. 이것은 상기 제어기로 하여금 과전류 장애가 발생한 경우에 상기 모터의 전원을 차단하도록 한다. 본 발명에 따르면, 고정 레벨 과전류 스레쉬홀드(fixed-level over-current threshold) 감지기에 의해 실행된다. 본 발명은, 전류 피드백 서브시스템을 위한 2개의 파트를 포함한다. 첫번째 파트는, 상기 전류 감지 저항에 걸친 전압을 증폭하고 필터링 하기 위한, 단순한 로패스(low-pass) 필터 증폭기이다. 두 번째 파트는, 과전류 장애를 감지하기 위한 히스테리시스를 가진 단순한 비교기(comparator)이다. 상기 비교기의 출력은 상기 모터 제어기로 직접적으로 전해진다.
모터 위치 피드백
본 발명에 따르면, 상기 모터는 단일의 홀 이펙트 센서를 가지는데, 이것은 상기 로터의 위치를 감지하기 위하여 사용된다. 그 신호는 ADC에 의해 디지털 값으로 변환된다.
모터 제어기
본 발명에 따르면, 모터 제어기는 상기 기체-공급 장치의 모터를 회전시킨다. 예컨대, CPAP, APAP, BiPAP, VPAP와 같은 그 적용예에 따라, 상기 제어기는 상기 모터가 적절한 주파수로 회전하도록 한다. 상기 제어기는 로터 위치 피드백을 수용하고, 3개의 사인형의 PWM 구동 신호를 생성하기 위하여, 단일의 홀 이펙트 센서를 사용한다.
상기 모터 제어기는 하기의 입력 및 출력을 포함한다:
ㆍ ON/OFF: 마이크로 프로세서 인터페이스를 경유하여 모터를 ON이나 OFF 시키기 위한 입력.
ㆍ 모터 게인: 상기 마이크로 프로세서를 경유하여 모터 스피드를 설정하기 위한 입력.
ㆍ 페이즈(phase): 상기 홀 이펙트 위치센서와 모터 와인딩(1)으로의 페이즈 0의 구동(phase 0 drive) 사이에서 상대적인 페이즈를 설정하기 위한 입력.
ㆍ 과-전류: 이 입력은 과전류 상태가 발생하였다는 것을 공급하고, 상기 모터 제어기로 하여금 상기 모터를 차단시키도록 한다.
ㆍ SPI 인터페이스: 양방향성의 SPI 인터레이스는 주기적으로 상기 홀 이펙트 위치 ADC의 샘플을 추출하고, 상기 데이터를 상기 제어기로 공급한다.
ㆍ 페이즈 0: 모터 와인딩(1) 구동 전자소자에 대한 high 및 low 신호.
ㆍ 페이지 120: 모터 와인딩(2) 구동 전자소자에 대한 high 및 low 신호. 이 신호는 상기 페이즈 0에 대하여 120°의 위상만큼 벗어나 있다.
ㆍ 페이즈 240: 모터 와인딩(3) 구동 전자소자에 대한 high 및 low 신호. 이 신호는 상기 페이즈 120에 대하여 120°의 위상만큼 벗어나 있다.
도 4에 도시된 모터 제어기 블록도가, 본 발명의 실시예의 설명으로서 여기에서 설명될 것이다.
ADC 구동기
상기 ADC 구동기는, 매 2040 클록 싸이클마다(5.1㎲) 상기 홀 이펙트 센서 ADC로부터 샘플을 추출하는 SPI 인터페이스이다. 상기 구동기는, 미가공의(raw) 로터 위치를 12비트 숫자로 출력하고, 각 새로운 샘플마다 샘플 동작 신호(enable signal)를 생성한다. 이것은 하기의 서브시스템으로 하여금 상기 새로운 데이터를 처리하도록 촉발한다. 회전할 때에, 상기 홀 이펙트 센서의 출력은 그래프로 나타내면 사인곡선이다. 도 4의 ADC 구동기 블록의 위의 그래프가, 1 로터 회전에 대하여 얻어진, 디지털화된 미가공의 홀 이펙트 센서 신호를 나타낸다. 'y'축은 ADC 값(0 ~ 1023)을 나타낸다. 최소값은 항상 0 보다 크고, 최대값은 1023보다 작다는 것을 주목하라.
레벨 이동(level shift)
로터 위치는 처리되어, 주기, 최대값 및 최소값이 도출된다. 이 서브시스템은 상기 위치 센서 미가공 데이터 샘플의 피크(peak)와 피크사이의 진폭(ADC의 최대값 - ADC의 최소값)을 산출한다. 이 값은 모터의 매 8 주기마다 재산출된다. 상기 전류 미가공 데이터 샘플은, 그로부터 상기 ADC의 최소값을 뺌으로써, 레벨이동되고, 조정된 신호로서 표준화(normalization) 서브시스템으로 출력된다. 도 4는 레벨이동된 파형을 나타낸다.
표준화(normalization)
이 서브시스템은, 상기 피크와 피크 사이의 진폭과 전류신호 조정된 샘플을 처리하여, 상기 신호를 표준화하여, 그 위치가 0에서 1023 사이의 범위에 있도록 한다. 상기 표준화된 신호는 10 비트 분해도(resolution)로 쪼개져(clipped), 주기 서브시스템으로 제공되고, 여기에서 상기 신호는 로터 주기를 결정하기 위하여 처리된다. 상기 모터는 12 샘플 디지털 사인 곡선 발진기(oscillator)에 의해 정류되는데, 이것은 이 서브시스템에 의해 생성된 것이다. 동조 상승(sync rising) 입력은, 상기 로터가 0 크로스 위치에 있다는 신호를 전달하고, 상기 사인 곡선 발진기를 0의 위치로 리셋한다. 이에 따라, 상기 사인 곡선 발진기는 상기 0 크로스 포인트에 그 페이즈가 고정된다. 본 발명에 따라, 매 12 주기 시스템 클록 후에, 상기 전류 사인 곡선 발진기 값은 증분된다(incremented). 모터 스피드가 미리 설정된 레벨을 넘어서면, 상기 전류 사인 곡선 발진기 값은 상기 게인 입력값으로 곱해지고, 그후 10 비트로 쪼개진다. 상기 게인 입력은, 모터 스피드 제어를 포함하는 상기 마이크로 프로세서 인터페이스에 의해 제어되는 10 비트 값이다. 본 발명에 따르면, 상기 모터 속도가 상기 미리 설정된 레벨보다 작으면, 신뢰할 수 있는 모터 시동을 보장하기 위하여 상기 시스템 게인은 고정된 값으로 설정된다.
주기 감지
주기 감지 서브시스템은, 로터 회전에 대한 시스템 클록의 표현으로 상기 로터 주기를 산출한다. low에서 high로의 가장 중요한 상기 표준화된 신호 입력의 비트(mbs) 이동(transition)은, 제로 크로스 포인트를 나타낸다. 이들 이동 사이에서 의 시스템 클록의 숫자는, 주기로서 주어진다. 필터링의 레벨을 제공하기 위하여, 상기 주기값은 현재 및 과거의 주기 산출값의 평균이다. 페이즈 입력은, 사용자가 (상기 마이크로 프로세서 인터페이스를 통하여) 선택할 수 있는 페이즈 이동이, 상기 시스템 내에 부가되는 것을 가능하게 한다. 이것은 모터 작동을 최적화하고, 와인딩(1)에 대한 위치 감지를 고려하기 위하여 사용된다. 이것은 8 비트 값으로서, 128값은 180°의 페이즈 이동을 나타낸다. 페이즈 0 지연 출력(delay output)은, 필요한 페이즈 이동을 얻기 위하여 지연시켜야 할 ADC 샘플의 숫자를 포함하고 있다. 페이즈 120 지연 출력은, 120° 페이즈 이동을 얻기 위하여 기다려야 할 ADC 샘플의 숫자를 포함하고 있다.
3개의 페이즈의 생성(three phase generation)
상기 구동신호는 0°, 120°, 240° 구동신호를 생성하기 위하여, 3 지연 라인을 통하여 공급된다. 0° 지연 라인은, 상기 0 크로싱 포인트를 상기 로터 위치와 동조시키기 위하여 사용된다. 상기 120°및 240°지연 라인은, 상기 주기의 3분의 1을 사용하여 동적으로 조절되어. 각 라인이 얼마나 지연되어야 하는지를 도출한다.
대칭형 PWM 생성
그후, 3개의 사인 곡선은 펄스폭 변조(pulse width modulation)된다. 상기 펄스는 중심점을 중심으로 하여, 대칭형으로 정렬된다. 본 발명에 따르면, 이것은, 표준형의 톱니형 기준보다는 삼각형의 기준 파형을 이용하여 행하여진다. 도 5는 상기 PWM 기능의 작동을 나타낸다. 각 입력 샘플은 램프 함수(ramp function)에 해 변조되고, 2진법의 출력을 생성하는데, 이 출력의 논리 1 펄스 폭은 상기 10 비트 입력 샘플의 크기에 비례한다. 이에 따라, 상기 표준화 서브시스템에서의 게인 설정은, 상기 PWM의 출력의 듀티싸이클을 조절하는 효과를 가진다. 상기 펄스 폭이 더 크면 클수록, 더 큰 출력이 상기 모터에 공급되고, 이에 따라 상기 모터는 더 빠르게 회전한다.
모터 H 구동
각 PWM 신호는 2개의 상보적인 구동신호로 변환되는데, 1개는 N 채널 FET를 위한 것이고, 다른 것은 P 채널 FET를 위한 것이다. N으로부터 P FET로 전환될 때에(그리고 그 반대의 때에), 상기 N 및 P 채널 모두가 동시에 켜져 상기 9V 레일을 쇼트시키는 것을 방지하기 위하여, 작은 값은 부동시간(deadtime)이 삽입된다. 이것은, 상기 FET 에서의 전력손실과 노이즈 생성을 감소시킨다.
전자적인 서브시스템
본 발명은, 도7에 도시된 바와 같은 2개의 인쇄회로기판을 포함한다.
CPU 블록은 다음을 책임진다:
ㆍ APAP 알고리즘
ㆍ 가습기 제어
ㆍ 데이터 로깅(logging)
ㆍ 시각적인 디스플레이
ㆍ 오디오 톤
ㆍ 고 레벨 데이터 통신
ㆍ 컴퓨터메모리로 이루어진 메모리 블록
LCD 블록은, 바람직하게는 백색 LED를 가진 LCD 디스플레이를 포함한다. 이것은 사용자에게 시각적인 피드백을 제공하기 위하여 사용된다. RTC는 실시간 클록 칩(clock chip)을 이용한다. 이것은 데이터 보유(data retection)를 위하여 백업 출력을 가질 것이다. 시간을 유지하는 것에 더하여, 상기 클록은 또한 상기 기체 공급 장치에 관한 상태 정보를 유지하는데 사용되어, 전원이 차단되는 경우에도 그 작동은 회복될 수 있다. EEPROM은 그 유닛을 위한 측정 데이터를 저장한다. 상기 장치들 모두는, 상기 CPU 블록과 통신한다.
디벅(Debug)/RS232 블록은, 진단 및 제어 목적을 위하여 이더넷이나 RS232 트랜스시버를 위하여 필요한 인터페이스 커넥터/로직을 포함한다.
키보드 블록은 상기 유닛을 제어하기 위한 LED 후면발광 버튼을 포함하고 있다. 상기 버튼은 일렬로 배치되어 있다. 1개의 버튼은 on/off 스위치 및 모드 선택 버튼 모두로서 기능할 수 있다. 다른 버튼들은, 옵션 선택 버튼이다.
FPGA 블록은 하기의 기능을 포함하고 있다:
ㆍ 모터 제어
ㆍ 센서 신호(유동, 압력, 대기온도, 플레이트 온도 및 습도)를 위한 CPU 인터페이스
ㆍ SD 카드를 위한 CPU 인터페이스
ㆍ 이더넷 제어기를 위한 CPU 인터페이스
ㆍ 버저 블록을 위한 CPU 인터페이스 및 제어기
상기 버저 블록은 버튼 누름에 대한 청각적 피드백과 경고음을 제공하기 위하여 사용된다.
센서 ADC는 유동, 압력 및 플레이트 온도 센서 신호에 대한 디지털변환과 유사한 것(analogue-to-digital conversion)을 포함하고 있다. 압력 센서는 생성된 공기유동의 압력을 계측한다. 상기 공기유동율을 측정하기 위하여, 미분 압력 기법(differential pressure technique)이 사용된다. 이것은 가습기 제어기를 위한 플레이트 온도 피드백을 포함한다. 전원 공급기는 DC 입력을 받아들여, 4개의 전압을 생성한다. 가열기 블록은 스위칭 기구 및 가습기 히터 플레이트의 제어를 위한 절연(isolation)을 포함한다. 상기 SD 카드 블록은 SD 카드 홀더 및 상기 FPGA를 SD 카드에 인터페이스하기 위하여 필요한 로직으로 이루어진다. 상기 RS232나 이더넷 블록은 직렬이나 LAN 모두에의 접속을 위한 커넥터를 포함하고 있다.
본 발명에서, 상기 FPGA는 상기 모터의 작동을 제어한다. 상기 CPU 인터페이스는 마이크로프로세서로 하여금 상기 FPGA를 제어하는 것을 가능하게 한다. 디코더는 상기 인터페이스에 대한 칩 선택을 수행하는 독립(standalone) 블록이다. 센서 ADC 인터페이스는, 직렬에서 병렬로의 변환을 수행한다. 상기 인터페이스는 채널을 읽고, 상기 CPU 인터페이스를 통하여 접근가능한 레지스터에 그 결과를 저장한다. 온도 인터페이스는 온도 센서에 대하여 직렬에서 병렬로의 변환을 수행한다. 상기 온도는 상기 CPU 인터페이스를 통하여 접근가능한 레지스터에 저장된다. 습도 인터페이스는 상기 기체 공급 장치의 주 PCB로부터의 습도 신호에 대한 주기 측정을 수행한다. 그 결과는 상기 CPU 인터페이스를 통하여 접근가능하다. 상기 버저 제어기는 버저, 바람직하게는 피에조(piezo) 버저를 구동하기 위한 구형파(square wave) 신호를 생성한다. 그 주파수 및 듀티싸이클은 상기 CPU 인터페이스를 통하여 프로그램가능하다.
상기 카드 제어기는, 상기 카드를 상기 기체 공급 장치에 접근시키기 위한 읽기 및 쓰기 버퍼링을 포함한다. 이것은 상기 프로세서로부터의 처리를 경감시키기 위하여 고안된 것이다.
소프트웨어/펌웨어의 설명
본 발명은 우선권이 있는(preemptive) 멀티태스킹 시스템인 펌웨어를 포함한다.
상기 기체 공급 장치 펌웨어의 주된 파트는 다음을 포함한다:
ㆍ 커널(kernel)
ㆍ 폴트 작업
ㆍ 자동 CPAP 알고리즘
ㆍ 가습기 작업
ㆍ SD 카드 작업
ㆍ 명령 작업
ㆍ 통신 작업
ㆍ 디스플레이 작업
ㆍ 감시(watchdog) 작업
ㆍ FPGA 내려받기 기능
ㆍ 펌웨어 업그레이드 기능
ㆍ 실시간 클록 기능
ㆍ EEPROM 기능
상기 커널은 기초(underlying) OS인데, 이것은 상기 작업들 사이의 스와핑을 돕고, 인터럽트 조작 및 QSPI 접근과 같은 순위가 낮은 작업을 취급한다. 상기 폴트 작업은 우선순위가 가장 높은 작업이다. 이것은 상기 모터에서 폴트 상태가 발생하는지를 모니터하고, 이 경우, 전원을 차단하기 위한 적절한 조치를 취하고, 폴트를 보고한다. 상기 가습기 작업은 상기 가습기 히터를 제어하기 위하여 기능한다. 이것은, 현재의 대기 온도 및 습도에 기초하여, 소정의 정도의 가습도를 얻기 위하여 얼마나 많은 전력이 상기 히터로 공급되어야 하는지를 제어한다. 상기 SD 카드 작업은, 알고리즘, 폴트 및 가습기 작업에 의해 생성된 데이터를 상기 SD 카드에 기록한다(log). 상기 명령 작업은, 본 발명이 직렬 포트나 10/100 이더넷 포트를 통하여 제어될 수 있도록 하는 기초 모니터 프로그램이다. 상기 통신 작업은 직렬 포트 및 10/100 이더넷 포트 모드를 제어할 것이다. 상기 디스플레이 작업은 상기 LCD 및 버저를 제어한다. 이것은 또한, 상기 유닛에 대한 경고음/클록 기능을 제공한다. 나머지 4 부분은 유틸리티 기능의 세트를 포함하는데, 이들은 상기 기체 공급 장치의 다양한 부분으로의 접근을 제공한다. 이들은 FPGA 내려받기, 실시간 클록 인터페이싱, EEPROM 접근 및 FLASH/펌웨어 재프로그래밍을 포함한다.
표 1. 본 명세서에서 사용된 약어
CPU 중앙 처리 유닛
E2PROM 전기적으로 지울수 있는 프로그램가능한 읽기 전용(read only) 메모리
EMI 전자기적 인터페이스
FET 필드 효과 트랜지스터
FPGA 필드 프로그램가능한 게이트 어레이
LCD 액정 디스플레이
LED 발광다이오드
LVCMOS 저전압 보충 필드효과 트랜지스터
MOSFET 산화금속 반도체 필드효과 트랜지스터
PWM 펄스 폭 변조
RTC 실시간 클록
SPI 직렬 주변(peripheral) 인터페이스

Claims (21)

  1. 가압된 기체를 공급하기 위한 송풍기;
    상기 기체를 가습하기 위한 물 저장소;
    히터;
    상기 송풍기 및 물 저장소를 수용하기 위한 케이싱;
    상기 물 저장소에 있는 단일 포트와 맞닿는 기체 유입구 및 기체 유출구; 및
    기체를 상기 유출구로부터 객체로 안내하기 위한 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 장치.
  2. 가압된 기체를 공급하며, 사운드 하우징 내에 배치되는 송풍기;
    상기 송풍기와 물 저장소를 수용하기 위한 케이싱;
    상기 물 저장소 내의 물을 가열하기 위한 히터;
    기체 유입구 및 기체 유출구;
    분리형 투명한 케이싱 내에 수용된 기체 필터; 및
    기체를 상기 유출구로부터 객체로 안내하기 위한 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 장치.
  3. 가압된 기체를 공급하기 위한 송풍기;
    상기 송풍기를 수용하기 위한 케이싱;
    기체 유입구 및 기체 유출구;
    기체를 상기 유출구로부터 객체로 안내하기 위한 도관; 및
    1개 이상의 충만 챔버(plenum chamber) 및 상기 송풍기에 근접한 1개 이상의 공명 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    물 저장소와, 상기 물 저장소 내의 물을 가열하기 위한 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도관은 기체 유입 및 유출을 위한 동심의 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기체 유입 도관은 내부 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 물 저장소로부터 유체를 누설하지 않고, 거의 수평상태로 부터 거의 수직상태에까지 어떤 적절한 각도에서도 작동할 수 있도록 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 장치.
  8. 가압된 기체를 공급하기 위한 송풍기;
    상기 기체를 가습하기 위한 물 저장소;
    히터;
    상기 송풍기와 물 저장소를 수용하기 위한 케이싱;
    기체 유입구 및 기체 유출구; 및
    기체를 상기 유출구로부터 객체로 안내하기 위한 도관을 포함하는 장치로서,
    상기 장치는 상기 물 저장소로부터 유체를 누설하지 않고, 거의 수평상태로부터 거의 수직상태에까지 어떤 적절한 각도에서도 작동할 수 있도록 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 장치.
  9. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항, 제 7 항 및 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기체 유입구 및 기체 유출구는 상기 물 저장소에 있는 단일 개구와 맞닿는 것을 특징으로 하는 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 장치.
  10. 제 8 항 및 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도관은 기체 유입 및 기체 유출을 위한 동심의 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 기체 유입 튜브는 내부 도관을 포함하는 것을 특징으로하는 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 장치.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 물 저장소로부터 유체를 누설하지 않고, 거의 수평상태로부터 거의 수직상태에까지 어떤 적절한 각도에서도 작동할 수 있도록 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    분리형 투명 케이싱 내에 수용된 기체필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물 저장소와 기밀하게 맞닿기 위한 뚜껑을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 장치.
  15. 가압된 기체를 공급하기 위한 유출구를 가지는 송풍기로서, 모터 챔버, 2개 의 유출 공기 도관 및 밸브 챔버로 이루어지고, 기체의 압력이나 유량을 신속하게 변화시키는 수단을 포함하는 송풍기;
    상기 송풍기 및 물 저장소를 수용하기 위한 케이싱;
    기체 유입구 및 기체 유출구;
    분리형 투명 케이싱 내에 수용된 기체필터; 및
    기체를 상기 유출구로부터 객체로 안내하기 위한 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 기체 압력이나 유량을 변화시키기 위한 수단은, 적어도 하나의 임펠러인 것을 특징으로 하는 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    시간 신호 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 장치.
  18. 임펠러의 회전 위치를 결정하는 단계;
    임펠러의 속도를 결정하는 단계; 및
    상기 임펠러의 속도를 제어하기 위하여 와인딩 여자의 타이밍을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 공급 장치의 송풍기의 모터를 제어하기 위 한 방법.
  19. 대기 기체를 임펠러로 가압하는 단계;
    상기 대기 기체를 가습하는 단계; 및
    상기 가습된 기체를 상기 객체의 기도로 안내하는 단계를 포함하는 방법으로서,
    상기 가압하는 단계는, 단일 센서 수단으로 상기 임펠러의 위치를 감지하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 단일 센서 수단은, 홀 이펙트 센서인 것을 특징으로 하는 호흡할 수 있는 기체를 객체에 공급하기 위한 방법.
  21. 도면들을 참조하여 여기에서 설명된 바와 같은 기체 공급 장치나 시스템.
KR1020087008279A 2005-10-21 2006-10-16 가압 기체 공급 장치 KR101340812B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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