KR0156199B1 - 세탁기의 포량감지방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세탁기의 포량감지 방법에 관한 것으로, 특히 서로 다른 두가지 토오크(Torque)로 구동하는 가변속 모타(Motor)를 채용하여 얻어지는 가속도로 감지성능 저해요인인 전압전압 변동, 기구적 마찰력, 편차 등을 제거하여 포량감지 성능을 향상시키도록 한 세탁기의 포량감지 방법에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명의 세탁기의 포량감지방법은 일정한 듀우티 증가비를 갖는 제1PWM 신호에 의해 일정시간(t1) 모터를 구동시켜 그때의 제1가속도를 산출하는 제1단계와, 상기 제1PWM 신호와 동일한 듀우티 증가비를 갖는 제2PWM 신호에 희해 일정시간(t2) 모터를 구동시켜 그때의 제2가속도를 산출하는 제2단계와, 상기 제1가속도와 제2가속도의 차값을 구하는 제3단계와, 상기 제1, 제2가속도 차값과 n개의 기준값을 비교하여 포량을 판단하는 제4단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
Description
제1도는 일반적인 직접구동 세탁기의 구조도.
제2도는 일반적인 직접구동 세탁기에 대한 제어회로부의 구성도.
제3도는 종래의 포량감지 방법에 대한 플로우 챠트.
제4도는 종래의 포량감지시 PWM Duty 및 모타 RPM 그래프.
제5도는 종래의 포량감지 방법에 대한 포량과 가속기울기의 그래프.
제6도는 본 발명의 포량감지 방법에 대한 플로우 챠트.
제7도는 본 발명의 포량감지시 PWM Duty 및 모타 RPM 그래프.
제8도는 본 발명의 포량감지 방법에 대한 포량과 가속기울기의 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 외조 2 : 세탁조
3 : 세탁날개 4 : 고정자
5 : 회전자 6 : 샤프트
7 : 가변속 모타 8 : 제어회로부
11 : 컨버터부 12 : 인버터부
13 : BLDC 모타 14 : 과전류 센서
15 : 마이컴 제어부 16 : 보호회로부
17 : 구동회로부 18 : 검출회로부
19 : 변조 및 버퍼회로부
본 발명은 세탁기의 포량감지 방법에 관한 것으로, 특히 서로 다른 두가지 토오크(Torque)로 구동하는 가변속 모타(Motor)를 채용하여 얻어지는 가속도로 감지성능 저해요인인 전원전압 변동, 기구적 마찰력, 편차 등을 제거하여 포량감지 성능을 향상시키도록 한 세탁기의 포량감지 방법에 관한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 일반적인 직접구동 세탁기의 포량감지 방법을 설명하면 다음과 같다.
제1도는 일반적인 직접구동 세탁기의 구조도이고, 제2도는 일반적인 직접구동 세탁기에 대한 제어회로부의 구성도이고, 제3도는 종래의 포량감지 방법에 대한 플로우 챠트이고, 제4도는 종래의 포량감지시 PWM Duty 및 모타 RPM 그래프이고, 제5도는 종래의 포량감지 방법에 대한 포량과 가속기울기의 그래프이고, 제6도는 본 발명의 포량감지 방법에 대한 플로우 챠트이다.
일반적인 직접구동(Direct Drive) 세탁기의 구조도는 제1도에 도시한 바와 같이 물을 가두는 외조(1)와, 외조(1) 내부에 회전자(5)의 동력을 받아 회전운동을 하는 세탁조(2)와, 세탁조(2)의 수직한 내면에 설치된 세탁날개(3)와, 외조(1)에 부착되어 가변속 모타(7)의 일부분을 구성하는 고정자(4)와, 세탁조(2)에 회전력을 전달하는 회전자(5), 회전자(5)의 동력을 세탁조(2)에 전달하는 샤프트(6)와, 회전자(5), 고정자(4), 샤프트(6)로 형성된 가변속 모타(7)와, 가변속 모타(7)의 회전속도, 회전토오크 등을 감지하여 최적의 세탁조건을 설정하는 제어회로부(8) 등을 포함하여 이루어진다.
상기 제어회로부(8)는 제2도에 도시한 바와 같이 2개의 콘덴서와 브리지 다이오드와 2개의 저항소자로 구성되어 교류전원이 정류되면서 직류전원으로 변화시켜 주는 컨버터부(11)와, 복수개의 트랜지스터와 복수개의 다이오드가 각각 병렬로 구성되어, 상기 직류전원을 교류전원으로 변화시켜 주고, BLDC 모타(13)에 구동전원을 공급하여 단속시켜 주는 인버터부(12)와, 상기 구동전원을 받아 회전운동을 하는 BLDC 모타(13)와, 상기 BLDC 모타(13)의 과부하 상태를 검출하는 과전류 센서(14)와, 운전중인 세탁기내의 포량을 감지하여 최적의 세탁상태를 조절하는 마이컴 제어부(15)와, 상기 과전류 센서(14)에서 검출된 과부하 전류로부터 기기를 보호해 주는 보호 회로부(16)와, 상기 인버터부(12)의 트랜지스터가 스위칭 동작을 하도록 구동시켜 주는 구동회로부(17)와, 상기 BLDC 모타(13)의 현재 회전속도를 검출하는 검출회로부(18), 상기 마이컴 제어부(15)의 PWM 펄스신호, 트랜지스터 구동신호와, 보호회로부(16) 신호 등을 변조하는 버퍼(Buffer) 역할을 하는 변조 및 버퍼회로부(19)를 포함하여 이루어진다.
상기와 같이 구성된 일반적인 직접구동 세탁기에 대한 제어회로부의 동작은 제2도에 도시한 바와 같이 검출회로부(18)에서 BLDC모타(13)의 현재 회전속도를 검출하여 그 현재속도 검출신호를 마이컴 제어부(15)에 전달하고, 그 현재속도 검출신호에 따라 마이컴 제어부(15)는 구동신호와 설정된 듀우티 비(Duty Ratio)로 선정된 PWM 파형을 변조 버퍼회로부(19)로 출력한다.
변조 버퍼회로부(19)에서 알맞게 조절된 신호를 구동회로부(17)에 보내고, 구동회로부(17)는 인버터부(12)의 트랜지스터가 스위칭 동작을 하도록 구동시켜 주는 신호를 인버터부(12)에 출력한다.
그리고, 인버터부(12)는 컨버터부(11)에서 변환된 전원을 구동회로부(17)의 신호에 따라 BLDC 모타(13)에 구동전원을 발생시켜 BLDC 모타(13)을 회전시키고, 회전중인 BLDC 모타(13)의 현재 회전속도를 검출회로부(18)에서 검출하여 마이컴 제어부(15)로 전달하는 루우프(Loop)로 진행된다.
한편, BLDC 모타(13)에 부하가 걸리면 과전류 센서(4)에서 검출된 과부하 신호가 보호회로부(16)로 출력되어 보호회로부(16)로부터 보호신호가 발생되고 그 보호신호에 의해서 BLDC 모타(13)에 과부하가 해소되도록 마이컴 제어부(5)가 듀우티 비를 설정한 PWM 파형과 구동신호를 동시에 출력하여 정상운전을 가능케 한다.
상기와 같이 일반적인 직접구동 세탁기에 대한 종래의 포량감지 방법은 제3도를 중심으로 설명하는데, 먼저 포량감지 모드가 발생하면(01) 마이컴 제어부(5)는 구동신호를 BLDC 모타의 현재속도 검출신호에 따라 출력하고, 동시에 듀우티(Duty)가 설정된 PWM 신호로 BLDC모타를 구동하면서(02) 제4도 (a)와 같이 일정시간(t=t1)이 될 때까지(03) 약간의 기울기(D1/t1)를 갖도록 계속 증가하여(04) 모타를 가속시킨다.
이때 듀우티는 PWM 파형의 온 시간을 온 시간과 오프 시간을 더하여 나눈값을 말하는데, 듀우티가 낮으면 전압이 낮게 인가되어 속도는 느려지고, 듀우티가 높으면 전압이 높게 인가되어 속도는 빨라진다.
세탁물이 충분히 가속되게 설정된 시간(t=t1)이 되면(03) BLDC 모타를 정지시켜 이때의 속도를 측정하고(05) 가속도를 산출한다(06).
한편 일반적으로 가변속 모타를 구동하여 가속시키고, 이에 따라 세탁조와 그 속의 세탁물도 함께, 가속되는데 제4도 (b)에 나타낸 바와 같이 그때까지의 가속도는 포량에 반비례하므로 가속도(α)의 크기로 포량의 판정을 가능케 한다.
산출된 이 가속도(α)를 포량판정 기준가속도 즉, 실험적으로 측정된 높은 가속도 αL, 조금 높은 가속도 αM, 낮은 가속도 αH와 차례로 비교하여 산출된 가속도(α)가 측정된 높은 가속도αL보다 크면(07), 소수위를 설정하고(010), 축정된 높은 가속도 αL보다 작을 경우, 산출된 가속도(α)가 측정된 조금 높은 가속도 αM보다 크면(08), 저수위를 설정하고(011), 측정된 조금 높은 가속도 αM보다 작을 경우, 산출된 가속도(α)가 측정된 낮은 가속도 αH보다 크면(09) 중수위를 설정하고(012), 측정된 낮은 가속도 αH보다 작을 경우, 고수위를 설정한다(013).
다음 상기 설정된 수위에 맞추어 급수하여(014) 완료한다.
이상과 같이 상술한 일반적인 직접구동 세탁기에 대한 종래의 포량감지 방법은 포량 감지 모드가 발생하여 마이컴 제어부에서 프로그래밍된 흐름동작을 제어하고, 포량감지를 시작하는데, 일반적으로 포량감지시 가변속 모타를 구동하여 가속시키고, 이에 따라 세탁조와 그 속의 세탁물도 함께 가속되고, 일정한 시간(t1) 뒤, 모타를 정지시키고, 그때의 속도(Rp)를 측정하면 그때까지의 가속도를 구할수 있다.
이 가속도는 포량에 따라 반비례하므로 가속도의 크기로 포량판정이 가능하나, 제4도와 제5도에 나타낸 바와 같이 포량이 일정하더라도 전원전압의 변동으로 토오크 차이가 발생하고, 그 때문에 가속도가 영향을 받으며, 기구적 마찰력도 시료별, 온도별 차이가 발생하여 가속도에 영향을 미치게 된다.
이러한 포량감지 성능저하 요인인 전원전압 변동, 기구적 마찰력 등이 물, 세제, 에너지 낭비를 초래하며 포손상 등의 문제점을 야기하여 세탁기의 성능을 제어시키는 요인이 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 서로 다른 두가지 토오크(Torque)로 구동하는 가변속 모타(Moter)를 채용하여 얻어지는 가속도로 감지성능 저해요인인 전압전압 변동, 기구적 마찰력, 편차 등을 제거하여 포량감지 성능을 향상시키도록 하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 세탁기의 포량감지방법은 일정한 듀우티 증가비를 갖는 제1PWM 신호에 의해 일정시간(t1) 모터를 구동시켜 그때의 제1가속도를 산출하는 제1단계와, 상기 제1PWM 신호와 동일한 듀우티 증가비를 갖는 제2PWM 신호에 의해 일정시간(t2) 모터를 구동시켜 그때의 제2가속도를 산출하는 제2단계와, 상기 제1가속도와 제2가속도의 차값을 구하는 제3단계와, 상기 제1, 제2가속도 차값과 n개의 기준값을 비교하여 포량을 판단하는 제4단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 일반적인 직접구동 세탁기에 대한 본 발명의 포량감지 방법을 설명하면 다음과 같다.
제6도는 본 발명의 포량감지 방법에 대한 플로우 챠트이고, 제7도는 본 발명의 포량감지시 PWM 듀우티 및 모타 RPM 그래프이고, 제8도는 본 발명의 포량감지 방법에 대한 포량과 가속기울기의 그래프이다.
본 발명의 포량감지 방법은 제6도를 중심으로 설명하는데 먼저, 포량감지 모드가 발생하면(S01) 마이컴 제어부(5)는 구동신호를 BLDC 모타의 현재속도 검출신호에 따라 출력하고 동시에 1차 PWM 듀우티인 D1+RPM(t)×C로 제어된 1차 토오크(T1)로 BLDC 모타를 구동하면서(S02) 제7도와 같이 PWM 파형의 듀우티를 1차 기울기로 모타의 BLDC 속도를 계속 증가하여(S03) 1차 가속(R1)시키고, 세탁물이 충분히 가속되게 설정된 시간 (t=t1)이 되면(S04), BLDC 모타를 정지시켜 그때의 속도로 1차 가속도를 구한다(S05).
1차 가속후 다시 연속적으로 토오크를 달리하여 즉, 2차 PWM 듀우티인 D2+RPM(t)×C로 제어된 2차 토오크(T2)로 BLDC 모타를 구동하면서(S06), PWM 파형의 듀우티를 2차 기울기(D2/t2)로 BLDC 모타의 속도를 계속 증가하여(S07) 2차 가속시키고, 세탁물이 충분히 가속되게 설정된 시간(t=t2)이 되면(S08) BLDC 모타를 정지시켜 그때의 속도(R2)와 1차 가속시의 속도(R1)로 2차 가속도를 산출한다(S09).
이때 상기와 같이 제1토오크(T1)와 제2토오크(T2)로 나누어져 회전하고, 포량이 일정(관성(I) 일정)할 때, 제7도(a)와 같이 기준 전압전압 VDC가 △VDC만큼 더해져 1차 전원전압 VDC(VDC+△VDC)로 되어 구동하는 모타의 토오크는 기준 전원전압 VDC에서 발생된 1차 토오크 T1와 2차 토오크 T2가 △VDC만큼의 토오크 △TV와 함께 합쳐져 토오크 T1+△TV와 토오크 T2=△TV로 되어 각각의 가속도 α1, α2에 대응시키면,
이다.
그리고, 기준 전원전압 VDC가 △VDC만큼 빼져 2차 전원전압VDC(VDC-△VDC)로 되어 구동하는 모타의 토오크는 T1-△TV와 T2-△TV로 되어 각각의 α1' α2'에 대응시키면,
이다.
두 식에서 알 수 있듯이 △T(T1-T2)가 일정하기에 포량(관성 I)은 가속도 △α0(α1-α2) 또는 α1'-α2'에 반비례하고, α1'-α2'은 α1-α2와 동일한 값을 가지기 때문에, 제 8도와 같이 이 가속도(△α0)는 전원전압의 변동이나 마찰력에 관계없이 포량감지에만 관련되어 있다.
상기 1차 가속도(α1)와 2차 가속도(α2)는 모두 전원전압 변동이나 기구적 마찰력에 영향을 받으므로 포량판정은 이 영향을 제거하기 위해 가속도의 차로써(S10) 즉, 종래와 같은 방식으로 α2-α1를 제8도와 같이 실험적으로 측정된 포량판정 기준 가속도△αL(S11), △αM(S12), △αH(S13)와 차례로 비교하여 포량판정과 수위를 설정하고 설정된 소수위(S14), 저수위(S15), 중수위(S16), 고수위(S17)를 급수하므로(S18) 종료된다.
이상에서 상술한 본 발명의 직접구동(Direct Drive) 세탁기의 포량감지방법을 세탁기의 포량감지시 발생하는 전원전압 변동 및 기구적 마찰력에 의해 포량감지 성능저하를 제거할 수 있고, 이에 따라 물, 세제, 에너지의 낭비를 없애고, 포손상 세정도 등의 최적화된 세탁기 성능을 발휘할 수 있다.
Claims (4)
- 일정한 듀우티 증가비를 갖는 제1PWM 신호에 의해 일정시간(t1) 모터를 구동시켜 그때의 제1가속도를 산출하는 제1단계와, 상기 제1PWM 신호와 동일한 듀우티 증가비를 갖는 제2PWM 신호에 의해 일정시간(t2) 모터를 구동시켜 그때의 제2가속도를 산출하는 제2단계와, 상기 제1가속도와 제2가속도의 차값을 구하는 제3단계와, 상기 제1, 제2가속도 차값과 n개의 기준값을 비교하여 포량을 판단하는 제4단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 세탁기의 포량감지방법.
- 제1항에 있어서, 제4단계에서 판단된 포량에 비례하도록 수위를 설정하여 급수하는 제5단계를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 세탁기의 포량감지방법.
- 제1항에 있어서, 제1PWM 신호와 제2PWM 신호는 듀우티 증가비는 서로 동일하지만 초기값은 서로 다르게 함을 특징으로 하는 세탁기의 포량감지방법.
- 제3항에 있어서, 제1PWM 신호 초기값 보다 제2PWM 신호의 초기값을 더 크게 함을 특징으로 하는 세탁기의 포량감지방법.
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