KR100413466B1 - 전자동 세탁기의 급제동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 설정 속도까지 듀티율을 변화시켜 역상 제동을 진행하다 발전 제동으로 전환시켜 역상 제동시 세레이션간에 발생하는 마모 현상을 최소화하는 전자동 세탁기의 급제동 방법에 관한 것으로, 세탁기의 구동원인 모터의 로터에 고정되며 제 1 세레이션을 갖는 구동구와, 세탁기의 고정부에 결합되며 내부에 솔레노이드 코일을 갖는 요크-U와, 상기 구동구와 요크-U 사이에서 상하 운동하며 내부에 제 2 세레이션을 갖는 커플링을 구비한 전자동 세탁기에 있어서, 역상 제동을 이용하여 듀티율을 단계적으로 감소시켜 설정 속도까지 모터의 회전 속도를 감속시키는 단계와, 상기 설정 속도에 이르면 발전 제동 방식을 이용하여 모터를 정지시키는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

전자동 세탁기의 급제동 방법{Method for Urgent Braking Automation Type Washing Machine}

본 발명은 세탁기에 관한 것으로, 특히 듀티율을 변화시켜 설정 속도까지 역상 제동을 진행하다 발전 제동으로 전환시킴으로써 역상 제동시 세레이션간에 발생하는 마모 현상을 최소화하는 전자동 세탁기의 급제동 방법에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 전자동 세탁기의 급제동 방법을 설명하면 다음과 같다.

일반적으로, 세탁기는 세제의 유화작용 및 세탁 날개의 회전에 따른 수류의 마찰작용 및 펄세이터축이 세탁물에 가하는 충격작용 등을 이용하여 의복, 침구 등에 부착된 각종 오염물질을 제거하는 제품으로서, 센서에 의해 세탁물의 양과 종류를 감지하여 세탁방법을 자동으로 설정하고 또한 세탁수의 수위를 세탁물의 양과 종류에 따라 적절한 수위까지 급수한 후 마이컴의 제어를 받아 세탁을 수행하게 된다.

또한, 종래의 전자동 세탁기의 구동 방식은 구동 모터의 회전 동력을 동력 전달용 벨트 및 풀리 등을 개재하여 펄세이터축으로 전달하여 펄세이터를 회전시키거나 세탁조축으로 전달하여 세탁조를 회전시키는 방식과, BLDC 모터의 속도 제어에 의해 세탁조를 세탁 및 탈수시 각기 다른 속도로 회전시키는 방식이 있다.

상기 BLDC 모터의 속도 제어를 이용한 방법은 동력전달 경로를 달리 제어하여, 세탁시에는 펄세이터를 저속 회전시켜 세탁을 행하고, 탈수시에는 펄세이터 및 세탁조를 동시에 고속 회전시켜 탈수를 행하는 식으로 진행한다.

이와 같이 BLDC 모터를 이용하면서도 동력전달 경로를 달리하여 제어하는 세탁기용 클러치 장치의 일례에 대해 도 1a 및 도 1b를 참조하여 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.

이 때, 도 1a는 일반적인 세탁기의 세탁시 클러칭 시스템을 나타낸 종단면도이며, 도 1b는 탈수시 클러칭 시스템을 나타낸 종단면도이다.

세탁기 본체의 내부에 설치되는 저수조(미도시) 하면에는 베어링 하우징(30)이 고정되며, 상기 베어링 하우징(30)에는 세탁조축(70)을 지지하는 베어링(32)이 설치된다.

이와 같은, 베어링 하우징(30)을 관통하여서는 펄세이터축(60)과 세탁조축(70)이 동심(同心)을 이루도록 설치된다.

그리고, 상기 베어링 하우징(30)의 하부에는 세탁기를 구동하는 BLDC 모터(7)를 구성하는 스테이터(40) 및 로터(50)가 설치된다.

이 때, 상기 스테이터(40)에는 그 외주를 둘러서 스테이터 코일(42)이 권선되고, 상기 로터(50)는 펄세이터축(60)과 결합되어 상기 스테이터(40)와의 전자기적 상호작용에 의해 회전하게 된다.

한편, 상기한 로터(50)에는 상기 스테이터 코일(42)과 소정 간격을 두고 위치되는 마그네트(53)가 로터요크(52)에 설치된다. 상기 로터요크(52)는 자속의 경로를 형성하기 위해 금속재질로 형성된다.

그리고, 상기 로터요크(52)의 중앙에는 구동구(58)와 인서트 몰딩에 의해 일체로 구성되는 로터부쉬(56)가 설치된다. 상기 로터부쉬(56)는 상기 로터요크(52)와 펄세이터축(60) 사이의 절연을 수행하는 역할을 하게 된다.

상기 로터부쉬(56)와 인서트 몰딩에 의해 일체로 형성된 구동구(58)의 상단 외주면에는 커플링(80)과 치합되어 로터(50)의 동력을 전달하기 위한 제 1 세레이션(580)이 형성된다.

이 때, 상기 제 1 세레이션(580)은 상기 구동구(58)의 상단 끝까지 형성되지 않아, 상기 구동구(58)의 상단 끝 부분에는 세레이션이 형성되지 않은 부분이 존재한다. 이 구간을 편의상 무치(無齒)구간이라 한다.

그리고, 상기 구동구(58)의 내부면에는 상기 펄세이터축(60)의 외주면에 형성된 세레이션(620)과의 치합을 통해 로터(50)의 동력을 세레이션에 전달하는 세레이션(590)이 형성된다. 이와 같은 구동구(58)의 중앙을 관통하여서는 펄세이터축(60)의 하단이 삽입되어 지지됨으로써 상기 세레이션(590, 620)간의 치합을 통해 동력이 전달된다.

또한, 펄세이터축(60)은 세탁조축(70)의 중심을 관통하여 세탁조(미도시)의 내부로 돌출되고, 그 선단에 세탁날개가 구비된다. 그리고, 상기 세탁조축(70)의 내부에는 펄세이터축(60)이 동심을 이루도록 관통 설치된다.

이러한 세탁조축(70)은 세탁조와 연결되어 세탁조를 회전시키게 된다.

한편, 상기 세탁조축(70)의 하단은 상기 구동구(58)의 상단과 인접하도록 위치되는 데, 상기 세탁조축(70)의 하단에는 제 2 세레이션(720)이 형성된다.

다음으로 상기 세탁조축(70)의 제 2 세레이션(720)과 상기 구동구(58)의 제 1 세레이션(580)을 따라 이동되면서 상기 로터(50)의 구동력을 상기 세탁조축(70)으로 선택적으로 전달하도록 커플링(80)이 설치된다.

상기 커플링(80)은 전체적으로 원통형상을 이루며, 상기 베어링(32)에 대해 스프링(800)으로 탄지되어 상기 구동구(58)의 제 1 세레이션(580)과 세탁조축(70)의 제 2 세레이션(720)이 동시에 맞물리는 방향으로 지지된다.

상기 커플링(80)은 전체적으로 원통형상으로 구성되어, 그 내부에 세탁조축(70)이 관통된다.

이와 같은 커플링(80)의 외관은 가동요크가 구성한다. 상기 가동 요크는 원통형으로, 그 하단부 주위를 둘러 체결용 플랜지(82)가 형성되어 있고, 상기 체결용 플랜지(82)에는 다수개의 요철부가 형성되어 있다.

상기 요철부는 솔레노이드(90)의 제 2 요크-U(94)에 형성되어 있는 요철부(95)에 체결된다.

그리고, 상기 커플링(80)의 가동 요크 내부에는 연결체가 구비된다. 상기 연결체의 내주면에는 구동구의 제 1 세레이션(580) 및 세탁조축(70)의 제 2 세레이션(720)과 치합되는 세레이션(86)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 커플링(80)의 연결체 상단에는 상기 스프링(800)의 하단이 지지되는 지지 홈(890)이 형성된다.

한편, 상기 베어링 하우징(30)의 하면에는 상기 커플링(80)을 구동하는 구동수단인 솔레노이드(90)가 설치된다.

상기 솔레노이드(90)에 전원이 인가되면 상기 커플링(80)이 스프링(800)의 탄성력을 극복하면서 상부로 이동되어 커플링(80)과 구동구(58) 상호간의 치합 상태가 해제된다.

또한, 상기 솔레노이드(90)의 상단과 하단에는 제 1 및 제 2 요크-U(92, 94)가 구비된다. 상기 제 2 요크-U(94) 하면에는 상기 커플링(80)의 체결용 플랜지(82)에 형성된 요철부(도시는 생략함)와 체결되는 요철부(95)가 형성된다.

그리고, 세탁조축(70)의 하단부 내측에는 펄세이터축(60)의 회전시 상기 펄세이터축 하단부를 지지하는 볼베어링(20)이 설치된다.

한편, 상기 커플링(80) 구동을 위한 구동수단인 솔레노이드(90)는 대략 원통 형상을 띠는 보빈과, 상기 보빈 외면에 권선되는 코일과, 상기 코일이 노출되지 않도록 코일 외측을 감싸는 난연(難燃) 재질의 몰드(mold)와, 상기 코일이 접속되는 단자로 구성된다.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 종래 기술 장치에 있어서의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 세탁기의 구동을 위한 회전력은 상기 스테이터(40)와 로터(50)의 전자기적 상호 작용에 의해 발생된다.

상기 로터(50)가 회전하면 이와 동시에 상기 구동구(58)의 제 1 세레이션(580)에 치합된 펄세이터축(60)이 회전하게 되어 상기 펄세이터축(60) 상단에 결합된 세탁날개(도시는 생략함)가 회전하면서 수류를 일으키게 된다.

이 때, 상기 펄세이터축(60)만이 회전되도록 하기 위해서는 상기 솔레노이드(90)에 전원을 인가하여 상기 커플링(80)이 상부로 이동되도록 한다.

즉, 솔레노이드(90)의 흡입력에 의해 커플링(80)이 스프링의 탄성력을 극복하고 상부로 이동하여 상기 제 2 요크-U(94)의 요철부(95)에 상기 커플링(80)의 요철부가 형합된 상태를 유지하게 되는 데, 이때에는 커플링(80)의 연결체 내주면의 세레이션(860)과 구동구(58) 외주면의 제 1 세레이션(580)과의 치합이 해제되므로 로터(50)의 회전력이 커플링(80)에는 전달되지 않는다.

따라서, 이 때에는 펄세이터축(60)만이 회전할 뿐 커플링(80)과 맞물려 있는 세탁조축(70)은 회전하지 않게 된다(도 1a 참조).

한편, 탈수시에는 펄세이터축(60)과 세탁조축(80)을 동시에 고속으로 회전시켜야 하며, 이를 위해서는 상기 솔레노이드(90)에 인가된 전원을 오프시켜 커플링(80)이 스프링(800)의 탄성력에 의해 하방으로 이동하도록 함으로써, 상기 커플링(80)의 연결체의 세레이션(도시는 생략함)이 세탁조축(70)의 제 2 세레이션(720)과 구동구(58)의 제 1 세레이션(580) 양측에 모두 물리게 한다. (도 1b 참조)

이와 같이 된 상태에서는, 상기 로터(50)의 동력이 구동구(58)를 통해 펄세이터축(60)으로 전달될 뿐만 아니라 상기 구동구(58)에 맞물린 커플링(80)을 거쳐 세탁조축(70)에도 전달됨으로써, 세탁날개와 세탁조가 동시에 고속 회전하여 세탁물의 탈수가 수행된다.

일반적으로 탈수시는 세탁시보다 고속으로, 펄세이터와 세탁조가 일체로 회전하게 된다.

탈수시 일련의 탈수 동작을 걸쳐 물을 원심 분리하여 서서히 세탁기를 정지시키는 것이 정석이라 하겠지만, 사용자는 탈수 동작을 진행하다 세탁기의 도어를 오픈할 수도 있고, 또한 일시정지 버튼을 누를 수도 있다.

이러한 급정지 상황에서 세탁기는 급제동이 요구되는 데, 일반적으로는 역상 제동 방식이 사용되고 있다. 역상 제동 방식으로는 듀티율을 변화시켜 감속하는 방법과, 전류와 전압의 위상차를 달리하여 감속하는 방법이 있다.

특히, 급제동시에는 역상 제동 방식 중에 진상각 역상 제동 방식을 사용하여 전류와 전압의 위상차를 달리하는 방법으로 세탁기의 모터를 감속한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 전자동 세탁기의 급제동 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

탈수시 세탁기는 펄세이터와 세탁조 일체의 회전모드로 일정시간 고속 회전하여 의류에 함유된 물을 원심 분리한 후, 세탁기를 정지시키기 위해 제동을 걸 필요가 있다.

종래의 전자동 세탁기의 급제동 방법은 통상 제동력이 큰 역상 제동을 이용하여 모터를 정지시키는 것이었으며, 역상 제동 중에서도 전류와 전압의 위상을 달리하여 모터 속도를 제어하는 진상각(Leader Angle) 제어 역상 제동 방식이 일반적이었다.

하지만, 진상각 제어 역상 제동 방식을 이용하게 되면, 구동구의 세레이션과 커플링의 세레이션이 접촉하는 부위에 마찰로 인한 소음 및 마모가 발생하게 되는 문제점이 발생한다.

즉, 도 2와 같이, 구동구의 제 1 세레이션(580)이 모터에 의해 회전하게 되면, 커플링의 제 2 세레이션(720)에 단단하게 밀착된 상태가 된다. 이어, 도 3과같이, 이 상태에서 진상각 제어 역상 제동을 걸어 모터 속도가 점점 하강하게 되면 세탁조의 회전 관성이 역상 제동에 의한 제동력보다 작아져 구동구의 제 1 세레이션(580)이 커플링의 제 2 세레이션(720)과 분리되게 되고, 다시 도 2처럼 밀착되는 현상이 반복되는 경우가 있다.

이와 같이, 구동구의 제 1 세레이션(580)과 커플링의 제 2 세레이션(720) 간에는 어느 정도의 유격이 항상 있기 때문에 진상각 제어 역상 제동으로 급제동을 하게 되면 분리/밀착이 반복되어 소음과 마모가 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 듀티율을 변화시켜 설정 속도까지 역상 제동을 진행하다 발전 제동으로 전환시켜 역상 제동시 세레이션간에 발생하는 마모 현상을 최소화하는 전자동 세탁기의 급제동 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.

도 1a는 일반적인 세탁기의 세탁시 클러칭 시스템을 나타낸 종단면도

도 1b는 일반적인 세탁기의 탈수시 클러칭 시스템을 나타낸 종단면도

도 2는 일반적인 세탁조 회전시 세레이션의 회전하는 방향을 나타낸 개략도

도 3은 일반적인 역상 제동시 세레이션의 회전하는 방향을 나타낸 개략도

도 4는 본 발명의 급제동 방법을 나타낸 플로우 차트

도 5는 본 발명의 급제동 방법을 사용한 경우 모터 속도의 변화를 나타낸 그래프

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

7 : BLDC 모터 40 : 스테이터

50 : 로터 58 : 구동구

80 : 커플링 90 : 솔레노이드

92, 94 : 요크-U 580 : 제 1 세레이션

720 : 세레이션

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자동 세탁기의 급제동 방법은 세탁기의 구동원인 모터의 로터에 고정되며 제 1 세레이션을 갖는 구동구와, 세탁기의 고정부에 결합되며 내부에 솔레노이드 코일을 갖는 요크-U와, 상기 구동구와 요크-U 사이에서 상하 운동하며 내부에 제 2 세레이션을 갖는 커플링을 구비한 전자동 세탁기에 있어서, 역상 제동 방식을 이용하여 듀티율을 단계적으로 감소시켜 설정 속도까지 모터의 회전 속도를 감속시키는 단계와, 상기 설정 속도에 이르면 발전 제동 방식을 이용하여 감속시켜 모터를 정지시키는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 전자동 세탁기의 급제동 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 세레이션의 결합/해제에 의해 펄세이터축과 세탁조축을 클러칭/디클러칭하는 전자동 세탁기의 급제동 방법에 대한 것으로, 특히 세탁, 헹굼, 탈수 행정에서 도어 오픈이나 일시 정지 등 세탁조를 아주 신속히 정지시켜야 하는 급제동 상황시의 제동 알고리즘에 대한 것으로, 제동시 세레이션부의 소음 및 마모를 방지하기 위한 것이다.

인버터 제어 세탁기 중에서 기계적 브레이크 밴드가 없이 전기적 제동을 하는 전자동 세탁기의 경우, 통상적으로 역상 제동과 발전 제동이라는 제동 방법을 혼용하여 쓰고 있는 바, 역상 제동은 모터가 회전하고 있는 방향과 반대 방향으로 회전력을 발생하도록 모터를 구동하여 정지시키는 것이며, 발전 제동은 모터 구동용 스위칭 소자(트랜지스터, IGBT 등)의 하단상의 스위칭 소자를 모두 턴온(turn-on) 시켜 모터에 인가된 전류가 스테이터 코일 등에 흐르면서 코일이 발전기의 역할을 함으로써 열로 소모되어 모터를 제동하는 방식이다.

도 4는 본 발명의 전자동 세탁기의 급제동 방법을 나타낸 플로우 차트이다.

도 4와 같이, 탈수 행정처럼 펄세이터와 세탁조가 일체로 회전 중(401S)에 도어가 오픈되거나 혹은 일시 정지 버튼을 누르는 경우(402S) 등 세탁조를 급정지시켜야 하는 상황이 발생하면, 먼저 듀티율(Duty rate)을 풀 듀티(Full Duty)의 60%를 가하여 세탁조 속도를 1차로 떨어뜨린다(403S).

모터 속도를 감지하여 일정 속도에 도달하면(650rpm, R1)(404S) 듀티율을 풀듀티의 50%로 가하여(405S) 2차로 세탁조 속도를 설정 속도(600rpm, R2)까지 떨어뜨린다(406S).

여기서, R2는 역상 제동시의 제동력이 모터의 회전 관성력보다 커져서 구동구의 제 1 세레이션이 커플링의 제 2 세레이션에서 분리되는 임계 속도이다. 즉, 제동력이 회전 관성력보다 작은 속도까지는 제동력이 큰 듀티 역상 제동 방식을 사용하고, 그 이하 속도에서는 발전 제동을 사용함으로써 세레이션이 분리/밀착을 반복하는 것을 방지함으로써 소음 및 마모를 방지할 수 있는 것이다.

상기 설정 속도(R2)에 이르게 되면, 이후에는 발전 제동을 이용(407S)하여 세탁조 정지시까지 제동을 완료한다.

도 5는 본 발명의 전자동 세탁기의 급제동시 모터 속도 변화를 나타낸 그래프이다.

도 5와 같이, 펄세이터와 세탁조가 일체로 회전 중에 상기 세탁조는 일정한 속도 710rpm을 유지하고 있다.

이어, 급제동이 시작하면, 처음에는 듀티율을 달리한 역상 제동으로 속도를 제어하고, 설정 속도(R2)에 이르게 되면 발전 제동으로 전환하게 된다. 이 때, 역상 제동은 2단계로 진행하며, 방식은 다음과 같다.

풀 듀티의 60%를 취하여 일정 속도 R1까지 감속하는 1단계와, 풀 듀티의 50%의 취하여 설정 속도 R2까지 감속하는 2단계로 나뉜다.

본 발명의 전자동 세탁기의 급제동 방법은 일반적으로 펄세이터축과 세탁조가 일체가 되어 회전하고 있는 중에 도어가 오픈하거나, 일시 정지 버튼이 눌러지는 등의 급정지가 요구될 때 이용할 수 있는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 전자동 세탁기의 급제동 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

제동력이 회전 관성력보다 작은 속도까지는 제동력이 큰 듀티 역상 제동 방식을 사용하고, 그 이하 속도에서는 발전 제동을 사용함으로써 세레이션간 분리/밀착을 현상을 방지함으로써 세레이션 사이에 분리/밀착이 일어남으로 인해 발생되는 소음 및 마모를 방지할 수 있다.

Claims (3)

1. 세탁기의 구동원인 모터의 로터에 고정되며 제 1 세레이션을 갖는 구동구와, 세탁기의 고정부에 결합되며 내부에 솔레노이드 코일을 갖는 요크-U와, 상기 구동구와 요크-U 사이에서 상하 운동하며 내부에 제 2 세레이션을 갖는 커플링을 구비한 전자동 세탁기에 있어서,

   역상 제동 방식을 이용하여 듀티율을 단계적으로 감소시켜 설정 속도까지 모터의 회전 속도를 감속시키는 단계와,

   상기 설정 속도에 이르면 발전 제동 방식을 이용하여 감속시켜 모터를 정지시키는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 전자동 세탁기의 급제동 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 설정 속도는 제동력이 모터의 회전 관성력보다 커져 상기 구동구의 제 1 세레이션이 상기 커플링의 제 2 세레이션에서 분리되는 임계속도임을 특징으로 하는 전자동 세탁기의 급제동 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 설정 속도까지 모터의 회전 속도를 감속시키는 단계는

   풀 듀티의 60%를 가하여 모터의 속도를 1차 속도로 감속시키고, 이어 풀 듀티의 50%를 가하여 상기 설정 속도로 감속시킴을 특징으로 하는 전자동 세탁기의 급제동 방법.