KR100550542B1 - 세탁기의 포량 감지 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 1회의 포량 감지 프로세스에서 가속시 및 감속시의 두 단계 부하 측정치를 이용하여 포량의 감지함에 따라 마찰력으로 인한 포량 감지 오차를 줄이고 정확도 및 신뢰도가 높은 세탁기의 포량 감지 방법에 관한 것으로서, 모터의 알피엠이 소정 알피엠에 이르도록 상기 모터를 가속하는 가속 단계와; 상기 가속 단계로 의해 모터의 알피엠이 소정 알피엠에 이르면 정속으로 유지시키는 정속 유지 단계와; 상기 정속 유지 단계 이후에 모터를 오프시키는 감속 단계와; 상기 가속 단계의 포량과 상기 감속 단계의 포량을 계산하는 개별 포량 계산 단계와; 상기 개별 포량 계산 단계에서 계산된 가속 단계의 포량과 감속 단계의 포량 차의 절대값을 계산하여, 그 절대값과 설정 오차값을 비교하는 비교단계와; 상기 비교단계의 결과 상기 절대값이 설정 오차값 이내이면 상기 가속 단계에서 감지된 포량과 감속 단계에서 감지된 포량 중 더 큰 포량을 선택하여 포량을 판정하는 판정단계를 포함하여 구성된 특징이 있다.
세탁기, 세탁조, 저수조, 모터, 피세탁물, 포량, 관성 모멘트

Description

세탁기의 포량 감지 방법{Clothes amount sensing method of washing machine}
도 1은 일반적인 세탁기 일예의 내부 구성도,
도 2는 종래 기술에 따른 세탁기의 포량 감지 방법이 도시된 순서도,
도 3은 종래 기술에 따른 세탁기의 포량 감지를 위한 모터의 구동이 도시된 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 세탁기의 포량 감지 방법 일실시예가 도시된 순서도,
도 5는 본 발명에 따른 세탁기의 포량 감지를 위한 모터의 구동이 도시된 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
본 발명은 세탁기의 포량 감지 방법에 관한 것으로서, 특히 가속시 및 감속시의 세탁 부하 측정치를 함께 고려하여 포량을 감지하는 세탁기의 포량 감지 방법이다.
일반적으로 세탁기는 세제와 물의 작용을 이용하여 피세탁물에 묻어 있는 오염 물질을 제거하는 기기로서, 최근에는 피세탁물의 포량을 감지하여 세탁수위, 세탁시간, 세제량, 헹굼 및 세탁 수류 등을 결정하고 세탁, 헹굼, 탈수, 건조 등을 수행하는 추세이다.
도 1은 일반적인 세탁기 일예의 내부 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 케이싱(2)과, 상기 케이싱(2) 내부에 장착되어 세탁수(w)가 담겨지는 저수조(10)와, 상기 저수조(10)의 내부에 회전 가능하게 위치되어 피세탁물(m)이 수용되는 세탁조(20)와, 상기 세탁조(20)를 지지함과 아울러 회전 구동시키는 모터(30)를 포함하여 구성된다.
상기 케이싱(2)은 일면에 피세탁물 출입홀(2a)이 형성되고, 피세탁물 출입홀(2a)을 개폐하기 위한 도어(4)가 장착된다.
상기 도어(4)는 케이싱(2)에 회동 가능하게 연결된 도어 프레임(5)과, 상기 도어 프레임(5)에 장착된 도어 글래스(6)로 구성된다.
상기 세탁조(20)은 피세탁물(m)이 출입될 수 있는 피세탁물 출입홀(21)이 형성되고, 세탁수(w)가 유출입될 수 있도록 수공(22)이 형성된다.
상기 모터(30)는 회전축(32)이 상기 저수조(10)를 관통하면서 저수조(10)에 베어링(34)으로 지지되고 그 선단이 상기 세탁조(20)에 연결되고, 모터(30)의 알피엠 또는 회전 각도를 측정하는 홀 센서를 구비한다.
또한, 상기 세탁기는 외부에서 급수되는 세탁수를 상기 저수조(10) 내로 공급하는 급수장치를 더 포함하는 바, 상기 급수장치는 외부 호스(41)에 연결되어 외 부 호스(41)를 통해 공급되는 깨끗한 물을 단속하는 급수 밸브(42)와, 세탁기 내부로 급수된 물을 미리 저장된 세제와 혼합한 후 배출하도록 세제 저장 공간과 급수 통로와 배출구가 형성된 세제통(43)을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 세탁기는 상기 저수조(10) 내부의 세탁수(w)를 외부로 배수하는 배수장치를 더 포함하는 바, 상기 배수장치는 저수조(10)의 세탁수(w)가 안내되는 배수 호스(45,bellows tube)와, 배수되는 세탁수를 펌핑(또는 단속)하는 배수펌프(46,또는 배수밸브)로 구성된다.
한편, 상기 세탁기는 사용자의 조작 또는 감지된 포량에 따라 상기 모터(30)와 급수밸브(42)와 배수펌프(46)를 제어하는 제어부(49)를 더 포함한다.
상기와 같이 구성된 종래 기술의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 세탁조(20)의 내부로 피세탁물(m)을 투입한 후 상기 도어(4)를 닫고, 세탁기를 작동시키면, 상기 제어부(49)는 투입된 피세탁물(w)의 포량을 감지하여 감지된 포량에 따라 세탁수위, 세탁시간, 세제량, 헹굼 및 세탁 수류 등을 설정한다.
상기 제어부(49)는 감지된 포량에 따라 상기 급수밸브(42)를 설정된 시간 동안 제어하여 세탁기 내부의 소정 수위까지 세탁수를 급수하고, 급수된 세탁수는 저수조(10) 내로 급수되어 저수조(10) 내에 담겨지게 된다.
그런 다음, 상기 제어부(49)는 모터(30)를 설정된 시간동안 설정된 회전수로 구동하여 상기 세탁조(20)을 회전시키고, 상기 세탁조(20) 내부에 수용된 세탁물(m)은 세탁수(w)의 작용에 의해 묻은 때가 떨어지게 된다.
상기와 같은 세탁 행정이 종료된 후 상기 저수조(10) 내의 오염된 세탁수는 상기 배수장치를 통해 세탁기의 외부로 배수된다.
한편, 상기 세탁기는 세탁물(m)에 남은 거품을 헹궈내기 위한 헹굼 행정이 수차례 이루어지는 바, 세탁 행정과 같이 감지된 포량에 따라 상기 급수밸브(42)와 모터(30)를 제어한다.
그리고, 거품을 포함하는 오염된 물은 상기 배수장치(12)를 통해 상기 세탁기의 외부로 배수된다.
상기와 같은 수 차례의 헹굼 행정 이후에 상기 세탁기는 세탁물(m)의 물기를 원심 탈수시키기 위해 상기 모터(30)를 고속으로 제어하는 탈수 행정이 이루어진다.
도 2는 종래 기술에 따른 세탁기의 포량 감지 방법이 도시된 순서도이고, 도 3은 종래 기술에 따른 세탁기의 포량 감지를 위한 모터의 구동이 도시된 그래프이다.
종래 기술에 따른 세탁기의 포량 감지 방법은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 모터(30)를 기동하여 기설정된 기준 회전수(rpm′)에 도달할 때까지 가속시킨다.(S1,S2) 모터(30)의 회전수가 기준 회전수(rpm′)에 도달되면, 일정시간(Ts) 동안 정속을 유지시키고, 기동 시부터 정속 유지 시까지의 펄스폭 변조(PWM) 듀티(duty)값을 측정한다.(S3,S4)
그리고, 정속 유지 이후에 상기 모터(30)를 오프시키고, 모터(30)의 여력 회전에 따른 회전 각도를 측정한다.(S5,S6)
그런 다음, 측정된 펄스폭 변조(PWM) 듀티(duty)값에 비례 상수를 곱한 수치와 회전 각도에 비례 상수를 곱한 수치를 더하여 최종적으로 포량 판정값을 산출한다.(S7)
그러나, 종래 기술에 따른 세탁기의 포량 감지 방법은 세탁조(10) 회전시 발생되는 마찰 토크인 베어링(34)의 마찰과, 도어 글래스(6)와 피세탁물(m) 사이의 마찰로 인해 포량 감지의 정확도가 낮은 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 1회의 포량 감지 프로세스에서 가속시 및 감속시의 두 단계 부하 측정치를 이용하여 포량을 감지함에 따라 마찰력으로 인한 포량 감지 오차를 줄이고 정확도 및 신뢰도가 높은 세탁기의 포량 감지 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 세탁기의 포량 감지 방법은 모터의 알피엠이 소정 알피엠에 이르도록 상기 모터를 가속하는 가속 단계와; 상기 가속 단계로 의해 모터의 알피엠이 소정 알피엠에 이르면 정속으로 유지시키는 정속 유지 단계와; 상기 정속 유지 단계 이후에 모터를 오프시키는 감속 단계와; 상기 가속 단계의 포량과 상기 감속 단계의 포량을 각각 계산하는 개별 포량 계산 단계와; 상기 개별 포량 계산 단계에서 계산된 가속 단계의 포량과 감속 단계의 포량 차의 절대값을 계산하여, 그 절대값과 설정 오차값을 비교하는 비교단계와; 상기 비교단계의 결과 상기 절대값이 설정 오차값 이내이면 상기 가속 단계에서 감지된 포량과 감속 단계에서 감지된 포량 중 더 큰 포량을 선택하여 포량을 판정하는 판정단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 세탁기의 포량 감지 방법의 일실시예가 도시된 순서도이고, 도 5는 본 발명에 따른 세탁기의 포량 감지를 위한 모터의 구동이 도시된 그래프이다.
이하, 세탁기를 이루는 구성은 도 1의 일반적인 세탁기와 동일하므로, 동일 부호를 사용하고 그 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 세탁기의 포량 감지 방법은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 모터(30)를 기동하여 가속시키고, 제 1 소정 알피엠(
Figure 112003029167877-pat00080
, 예를 들면 50rpm)에 이르게 되면 상기 모터(30)를 제 1 소정 알피엠(
Figure 112003029167877-pat00001
)을 유지시킨다.(S101,S102)
상기와 같은 모터(30)의 기동 및 가속과 제 1 소정 알피엠(
Figure 112003029167877-pat00002
)에서의 유지는 후술하는 가속 단계(stage 1)의 포량 감지시 정지 마찰력이 포량 감지에 미치는 영향을 배제시키기 위함으로서, 상기 제 1 소정 알피엠(
Figure 112003029167877-pat00003
)은 피세탁물(m)을 세탁조(10)의 내면에 붙게 할 정도의 낮은 회전수가 설정됨이 바람직하다.
한편, 상기 모터(30)의 기동 및 가속과 제 1 소정 알피엠(
Figure 112003029167877-pat00004
)에서의 유지 이후에 피세탁물(m)의 포량을 판정하기 위한 모터(30)의 구동이 행해지는 바, 상기 모터(30)를 제 1 설정 시간(
Figure 112003029167877-pat00005
) 동안 제 1 소정 알피엠(
Figure 112003029167877-pat00006
)으로 유지시킨 이후에 상기 모터(30)를 제 2 소정 알피엠(
Figure 112003029167877-pat00007
, 예를 들면 130rpm)에 이를 때까지 가속(stage 1)시킨다.(S103,S104)
이후, 상기 모터(30)의 알피엠(rpm)이 제 2 소정 알피엠(
Figure 112003029167877-pat00008
)에 이르게 되면, 상기 모터(30)를 제 2 소정 알피엠(
Figure 112003029167877-pat00009
)으로 정속 유지(stage 2)시킨다.(S105)
그리고, 상기 모터(30)를 제 2 설정 시간(
Figure 112003029167877-pat00010
) 동안 제 2 소정 알피엠(
Figure 112003029167877-pat00011
)으로 유지시킨 이후에 모터(30)를 오프시키면, 모터(30)는 여력 회전으로 감속(stage 3)된다.(S106,S107)
이후, 상기 모터(30)의 회전수가 상기 제 1 소정 알피엠(
Figure 112003029167877-pat00012
)에 이르면 다시 상기 모터(30)를 정속으로 유지시킨다.(S108)
한편, 상기 세탁기의 포량 감지 방법은 상기 모터(30)의 가속 단계(stage 1)에서의 포량(
Figure 112003029167877-pat00013
)과 상기 모터(30)의 감속 단계(stage 3)에서의 포량(
Figure 112003029167877-pat00014
) 을 하기의 식 1과 2를 이용하여 계산한다.(S109)
여기서, 상기 가속 단계(stage 1)의 포량(
Figure 112003029167877-pat00015
) 은 가속 단계의 피세탁물 관성 모멘트(
Figure 112003029167877-pat00016
)로부터 산출되고, 상기 감속 단계(stage 3)의 포량(
Figure 112003029167877-pat00017
)은 감속 단 계의 피세탁물 관성 모멘트(
Figure 112003029167877-pat00018
)로부터 산출되며, 가속 단계의 피세탁물 관성 모멘트(
Figure 112003029167877-pat00019
)와, 감속 단계의 피세탁물 관성 모멘트(
Figure 112003029167877-pat00020
)는 가속, 정속 유지, 감속의 각 단계별 운동 방정식으로부터 구해진다.
즉, 가속 단계(stage 1)에서는 (
Figure 112003029167877-pat00021
+
Figure 112003029167877-pat00022
)
Figure 112003029167877-pat00023
=
Figure 112003029167877-pat00024
-
Figure 112003029167877-pat00025
의 방정식이 성립되고, 정속 유지 단계(stage 2)에서는 0=
Figure 112003029167877-pat00026
-
Figure 112003029167877-pat00027
의 방정식이 성립되며, 감속 단계(stage 3)에서는(
Figure 112003029167877-pat00028
+
Figure 112003029167877-pat00029
)
Figure 112003029167877-pat00030
=
Figure 112003029167877-pat00031
의 방정식이 성립된다.
여기서, 상기
Figure 112003029167877-pat00032
는 세탁조 등의 회전체 관성 모멘트이고,
Figure 112003029167877-pat00033
은 가속 단계에서의 피세탁물의 관성 모멘트이며,
Figure 112003029167877-pat00034
은 감속 단계에서의 피세탁물의 관성 모멘트이고, 상기
Figure 112003029167877-pat00035
은 가속 단계에서의 각가속도이며,
Figure 112003029167877-pat00036
은 감속 단계에서의 각가속도이고, 상기
Figure 112003029167877-pat00037
는 가속 단계에서의 모터 토오크이며, 상기
Figure 112003029167877-pat00038
는 마찰 토오크이며,
Figure 112003029167877-pat00039
는 정속 유지 단계에서의 모터 토오크이다.
상기와 같은 각 단계별 운동 방정식을 정리하면, 가속 단계(stage 1)에서의 피세탁물 관성 모멘트(
Figure 112003029167877-pat00040
)는 식 1과 같고, 감속 단계(stage 3)에서의 피세탁물 관성 모멘트(
Figure 112003029167877-pat00041
)는 식 2와 같다.
[식 1]
Figure 112003029167877-pat00042
[식 2]
Figure 112003029167877-pat00043
통상적으로 포량 감지는 세탁이나 탈수에 비하여 상대적으로 저속 범위에서 모터가 구동되므로, 상기 모터 토오크(
Figure 112003029167877-pat00044
,
Figure 112003029167877-pat00045
)는 펄스폭 변조(PWM) 듀티(duty)값에 정량적으로 비례하는 바, 가속 단계에서의 모터 토오크는
Figure 112003029167877-pat00046
이고, 마찰 토오크는
Figure 112003029167877-pat00047
이며, k는 모터 토오크와 펄스폭 변조(PWM) 듀티(duty)값 사이의 비례 상수로서 실험에 의해 결정된다.
즉, 상기 가속 단계(stage 1)에서의 피세탁물 관성 모멘트(
Figure 112003029167877-pat00048
)와 감속 단계(stage 3)에서의 피세탁물 관성 모멘트(
Figure 112003029167877-pat00049
)는 식 1과 식 2에 도시된 바와 같이, 가속 단계(stage 1) 및 감속 단계(stage 3)의 시작 및 종료 시점의 각속도(
Figure 112003029167877-pat00050
,
Figure 112003029167877-pat00051
,
Figure 112003029167877-pat00052
,
Figure 112003029167877-pat00053
)와, 가속 단계(stage 1)의 펄스폭 변조(PWM) 듀티(duty)값(
Figure 112003029167877-pat00054
)과, 정속 유지 단계(stage 2)의 펄스폭 변조(PWM) 듀티(duty)값(
Figure 112003029167877-pat00055
)과, 가속 시간(
Figure 112003029167877-pat00056
) 및 감속 시간(
Figure 112003029167877-pat00057
)과, 회전체의 관성 모멘트(
Figure 112003029167877-pat00058
)를 측정하면 그 계산이 가능해진다.
한편, 상기와 같이 가속 단계(stage 1)에서의 피세탁물 관성 모멘트(
Figure 112003029167877-pat00059
)와, 감속 단계(stage 3)에서의 피세탁물 관성 모멘트(
Figure 112003029167877-pat00060
)를 각각 계산하면, 그 각각의 포량(
Figure 112003029167877-pat00061
,
Figure 112003029167877-pat00062
) 을 산출한다.
그런 다음, 산출된 가속 단계(stage 1) 포량(
Figure 112003029167877-pat00063
)과 감속 단계(stage 3) 포량(
Figure 112003029167877-pat00064
) 차의 절대값을 계산하여, 그 절대값과 설정 오차값(
Figure 112003029167877-pat00065
) 을 비교한다.(S110)
비교 결과, 가속 단계(stage 1)의 포량(
Figure 112003029167877-pat00066
)과 감속 단계(stage 3)의 포량(
Figure 112003029167877-pat00067
) 차의 절대값이 설정 오차값(
Figure 112003029167877-pat00068
) 이내이면 상기 가속 단계(stage 1)에서 감지된 포량(
Figure 112003029167877-pat00069
)과 감속 단계(stage 3)에서 감지된 포량(
Figure 112003029167877-pat00070
) 중 더 큰 포량을 선택하여 최종적으로 포량(
Figure 112003029167877-pat00071
)을 판정한다.(S111)
이후, 세탁기는 상기와 같이 판정된 포량을 기준으로 세탁수위, 세탁시간, 세제량, 헹굼 및 세탁 수류 등을 결정하여 세탁, 헹굼, 탈수 등을 실시한다.
한편, 상기 세탁기의 포량 감지 방법은 포량 차의 절대값과 설정 오차값(
Figure 112003029167877-pat00072
)의 비교 결과, 포량 차의 절대값이 설정 오차값(
Figure 112003029167877-pat00073
)보다 크게 되면, 가속 단계(stage 1)와, 정속 유지 단계(stage 2)와, 감속 단계(stage 3)와, 개별 포량 계산 단계를 1회 이상 반복하면서, 포량 차의 절대값이 설정 오차값(
Figure 112003029167877-pat00074
) 이내가 될 때 포량을 판정한다.
또한, 상기 세탁기는 가속 단계와, 정속 유지 단계와, 감속 단계와, 개별 포량 계산 단계의 반복이 설정 횟수(예를 들면, 3회) 이상 진행되면 포량 감지의 에러로 판단하여 세탁기 운전을 정지함과 아울러 외부로 포량 감지의 불능을 디스플레이 또는 알리는 것이 가능하고, 포량 감지에 의한 제어 없이 표준 코스로 세탁기 를 제어하는 것도 가능함은 물론이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 포량 감지 방법은 가속시의 피세탁물 포량과 감속시의 피세탁물 포량을 계산 한 후 그 차의 절대값을 계산하여, 절대값와 설정 오차값을 비교하고, 비교 결과 절대값이 설정 오차값 이내이면 가속 단계의 포량과 감속 단계의 포량 중 더 큰 포량을 선택하여 판정하므로, 1회의 포량 감지 프로세스에서 가속시 및 감속시의 두 단계 부하 측정치를 이용하여 포량을 감지하므로, 마찰력으로 인한 포량 감지 오차를 줄이고 정확도 및 신뢰도가 높은 이점이 있다.
또한, 상기 가속시의 포량은 가속시의 피세탁물 관성 모멘트이고, 상기 감속시의 포량은 감속시의 피세탁물 관성 모멘트이므로, 각속도와, 펄스폭 변조 듀티값과, 가속 시간 및 감속 시간과, 회전체의 관성 모멘트의 측정에 의해 가속시 및 감속시의 포량을 정확하고 신속하게 계산할 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 세탁기의 포량 감지 방법은 상기 비교단계의 결과 절대값이 설정 오차값 보다 크게 되면, 가속 단계와, 정속 유지 단계와, 감속 단계와, 개별 포량 계산 단계를 반복하므로, 오차 범위 이내의 포량을 정확하게 감지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 세탁기의 포량 감지 방법은 상기 모터를 기동하여 가속 단계의 소정 알피엠보다 낮은 소정 알피엠까지 가속시킨 후 설정 시간 동안 유지시키는 초 기 단계를 더 포함하므로, 초기 기동시의 정지 마찰력에 의한 포량 판정의 오차를 배제시킬 수 있어 보다 정확한 포량을 감지할 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

  1. 모터의 알피엠이 소정 알피엠에 이르도록 상기 모터를 가속하는 가속 단계와;
    상기 가속 단계에 의해 모터의 알피엠이 소정 알피엠에 이르면 정속으로 유지시키는 정속 유지 단계와;
    상기 정속 유지 단계 이후에 모터를 오프시키는 감속 단계와;
    상기 가속 단계의 포량과 상기 감속 단계의 포량을 각각 계산하는 개별 포량 계산 단계와;
    상기 개별 포량 계산 단계에서 계산된 가속 단계의 포량과 감속 단계의 포량 차의 절대값을 계산하여, 그 절대값과 설정 오차값을 비교하는 비교단계와;
    상기 비교단계의 결과 상기 절대값이 설정 오차값 이내이면 상기 가속 단계에서 감지된 포량과 감속 단계에서 감지된 포량 중 더 큰 포량을 선택하여 포량을 판정하는 판정단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 세탁기의 포량 감지 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가속 단계의 포량은 상기 가속 단계의 피세탁물 관성 모멘트로부터 산출되고,
    상기 감속 단계의 포량은 상기 감속 단계의 피세탁물 관성 모멘트로부터 산 출되는 것을 특징으로 하는 세탁기의 포량 감지 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 세탁기의 포량 감지 방법은 상기 비교단계의 결과 절대값이 설정 오차값보다 크게 되면, 가속 단계와, 정속 유지 단계와, 감속 단계와, 개별 포량 계산 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 세탁기의 포량 감지 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세탁기의 포량 감지 방법은 상기 모터를 기동하여 상기 가속 단계의 소정 알피엠보다 낮은 소정 알피엠까지 가속시킨 후 정속으로 유지시키는 초기 단계를 더 포함하고, 상기 가속 단계는 상기 초기 단계 이후에 실시되는 것을 특징으로 하는 세탁기의 포량 감지 방법.
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