KR100565709B1 - 세탁기의 언발란스 감지 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세탁운전 제어중 특히 탈수행정 시 강한 원심력에 의해 발생되는 세탁물의 언발란스 량을 정확히 감지하여 그 감지정도에 따라 탈수운전을 제어하는 세탁기의 언발란스 감지 장치가 개시된다.

개시된 세탁기의 언발란스 감지 장치는, 탱크의 상부 일측 외벽에 세워져 결합된 수장함; 고유의 인덕턴스 값을 가지고 수장함의 저면 대략 중앙에 내장/결합되는 자계매체; 세탁조의 편심 회전에 따라 자계매체의 일측 단부면을 자유 운동하면서 고유의 인덕턴스 값을 변화시키는 롤링체; 자계매체의 인덕턴스의 변화값에 설정된 커패시턴스 값을 부가하여 발진 주파수를 발생하며 그 발생된 발진 주파수를 가지고 언발란스 량을 판단하도록 마이크로 프로세서에 제공하는 파형정형수단을 포함한다.

이에 따라 세탁조의 회전에 의한 세탁물의 치우침 정도를 롤링체가 자계매체를 이동하면서 신속/정확하게 감지함으로써, 언발란스의 에러확률 및 탈수에 소요되는 시간이 단축되고, 또한 불필요한 기계적인 요소들이 배제되는 이점이 있다.

Description

세탁기의 언발란스 감지방법 및 장치{Unbalance sensing method for washing machine and apparatus}

본 발명은 포량(布量) 및 세탁물의 치우침에 의해 세탁운전 제어를 수행하는 세탁기에서 세탁물의 언발란스 감지 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 세탁운전 제어중에서도 특히 탈수운전 시에 세탁물의 치우침으로 인한 세탁조의 언발란스 량(量)을 LC 공진 주파수의 변화 값으로 감지하여 탈수운전을 최적화 시키고 언발란스 감지의 정확성을 양립하도록 하는 세탁기의 언발란스 감지 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 세탁기의 자동화가 진보되어, 세탁과정 수행 초기에 세탁조에 투입된 의류 등의 포량을 감지해서 그 포량에 따른 최적한 물 흐름, 세제 및 공정시간으로 제어되도록 되어오고 있다.

이와 같은 세탁기는 세탁조에 투입된 의류 등의 포량을 감지하여 포량이 판정되면 그 포량에 따라 물 흐름과 세제 및 전체 세탁시간을 설정하고 전체 세탁시간 동안 펄세이터의 반전 회전을 통해 물을 와류시켜서 세탁물과의 마찰로 세탁물에 묻은 때를 분리하는 세탁행정, 세탁행정 후 혼탁한 물을 배출시키고 급수밸브를 통해 세탁조에 새로운 물을 공급하여 설정된 회수동안 헹구기를 진행하는 헹굼행정, 헹굼행정 후 세탁조 내의 물을 배출하고 유도전동기를 고속으로 회전시켜 세탁물의 물기를 원심 분리 식으로 제거하는 탈수행정의 수순으로 세탁운전을 수행한다.

이와 같은 세탁기의 운전제어 방법중에서 특히, 탈수운전 방법에 있어서, 탈수조, 즉 세탁조의 회전은 통상적으로 회전 상승 직후부터 약 1700회전/분의 고속운전에 달하도록 설정되어 있기 때문에, 세탁조 내의 세탁물에 갑자기 커다란 원심력이 작용하여 세탁물이 세탁조 내에서 한쪽으로 몰리며, 그 결과, 커다란 진동이나 소음이 발생하는 일이 많다. 그리고 이러한 진동은 세탁조의 상단 개구부에 설치되는 스너버 바와 같은 균형장치로도 모두 흡수할 수 없는 것이다.

또한, 단순히 유도전동기의 통전시간 길이를 제어하여 세탁조의 회전을 단속(斷續)시키는 것도 생각할 수 있지만, 관성에 의한 회전력은 세탁물의 양 등에 의해 다르므로, 그 결과 유도전동기를 정지시켰을 때, 일시적으로 회전수는 하강하지만, 그 후의 운전에 의해 점차 회전수가 상승해 버려, 상기 결함을 해소하는 회전수 제어는 할 수 없었다.

그런데, 최근에는 탈수운전 시에 세탁물의 치우침에 따라 발생되는 세탁조의 언발란스를 감지하여 치유하는 방법이 안출되고 있다.

이와 같은 언발란스 감지방법은, 기구적인 언발란스 스위치를 이용하는 것이다.

주지하다시피, 상기 기구적인 언발란스 스위치를 이용한 방법에 있어서는 세탁조의 회전반경 정도에 따른 스위치와의 접촉/피접촉 작용으로 언발란스를 감지하는 방법으로서, 예컨대 세탁기의 케이스 상부에 전기적으로 단락 또는 개방되는 전압단속부재를 결합하고 그 전압단속부재에 세탁조와 일정 거리를 두고 언발란스 감지봉을 결합하여 상기 세탁조의 회전반경에 따라 접촉 및 피접촉되도록 하며, 그리고 상기 전압단속부재와 언발란스 감지봉 사이에는 완충스프링을 개재시켜 세탁조의 회전반경 정도에 따른 언발란스 감지봉과의 탄력적인 접촉 또는 피접촉에 의해 전압단속부재가 전기적으로 단락 또는 개방되어 세탁조의 언발란스를 감지하는 방법이다.

그러나, 상기와 같은 언발란스 스위치를 이용한 세탁조의 언발란스 감지방법은, 기구적인 접점 및 스프링을 사용하기 때문에 접점의 경년변화 및 접점부식 등의 고장요인이 발생되고 또한 기구적인 접점에 따른 접점간격 조정의 필요성과 열화에 따른 스프링의 복원력 감소 및 복잡성 때문에 정확한 언발란스 감지가 불가능하여 널리 이용되지 못하고 있는 형편이다. 뿐만 아니라 세탁물의 치우침 정도의 감지가 불가능하고 단지 언발란스 또는 발란스 여부만을 판정하여 표시 및 세탁기의 탈수행정을 정지시키는 역할만을 하게 된다.

그리고, 상기 언발란스 스위치에 따른 접점의 불량과 스프링의 복원력 저하 및 복잡성을 회피하는 하나의 방법으로서, 세탁조의 상부 테두리와 탱크의 상부에 발란스 링과 영구자석 및 홀센서를 갖는 언발란스 감지 장치를 장착하여 세탁운전 시에 세탁물의 치우침에 따른 홀(Hall)효과를 이용하여 언발란스를 감지하는 세탁기가 제공되어 오고 있다.

이와 같은 일반적인 세탁기에서의 세탁물의 치우침에 의해 발생되는 세탁조의 언발란스를 감지하는 장치로서는 도 1 및 도 2와 같은 장치가 있다.

도 1 내지 도 4에 제시된 장치를 종래 세탁기의 언발란스 감지 장치의 예로서, 설명한다.

상기 세탁기의 언발란스 감지 장치는, 상부가 개구되고 밑바닥이 폐쇄된 상태로 케이스(102) 내에 설치되는 탱크(100)와, 케이스(102)의 상부 및 탱크(100)의 하부에 결합된 댐퍼(108)에 개재되어 탱크(100)의 충격을 완충시켜 주는 스너버 바(107)와, 탱크(100)의 내부에 설치되고 그 탱크(100)와 동축관계로 수용되어 탈수 및 세탁을 행하는 원추형의 구멍 뚫린 세탁겸 탈수조(이하, '세탁조' 라고 호칭한다)(101)와, 탱크(100)의 바깥 하부에 설치되어 교번적으로 반전 회전하는 유도전동기(103)와, 유도전동기(103)의 샤프트에 벨트(105)로 결합되어 회전력을 전달/감속시키는 클러치(104)와, 세탁조(101)의 안쪽 바닥에 회전 가능케 설치되며, 클러치(104)에 개재되어 세탁조(101)의 물을 와류시키는 펄세이터(106)와, 탱크(100)의 상부에 설치된 급수라인에 개재되어 세탁조(101)에 물을 공급하는 급수밸브(109)와, 탱크(100)의 바닥에 설치되어 세탁조(101)의 혼탁한 물을 세탁기의 외부로 배출하는 배수밸브(110)와, 세탁조(101)의 상부 테두리 및 이와 대향되는 탱크(100)의 상부 내면에 설치되어 세탁조(101)의 회전시에 발란스 및 언발란스를 감지하는 언발란스 감지장치(112)와, 세탁조(101)에 투입된 의류 등의 포량과 언발란스 감지장치(112)에서 감지한 발란스 또는 언발란스에 따라 밸브구동부(113)를 통해 급수/배수밸브(109),(110)의 개폐를 제어하고 모터구동부(114)를 통해 유도전동기(103)의 구동 여부를 제어하는 마이크로 프로세서(111)로 구성된다.

상기에서 언발란스 감지장치(112)는 도 2 및 도 4에서와 같이, 세탁조(101)의 상부 테두리 내에 설치되어 세탁조의 회전 시에 치우침을 방지하기 위해 액체가 채워진 발란스 링(112a)과, 발란스 링(112a)의 상면 둘레를 따라 설치되어 자계를 발생하는 제1 영구자석(112b)과, 탱크(100)의 상부 내면에 제1 영구자석(112b)과 소정의 간격을 두고 상호 등각격으로 대향 설치되어 자계를 발생하는 다수의 제2 영구자석(112c)들과, 제2 영구자석들의 하부면에 각각 부착되어 제1, 제2 영구자석에서 발생되는 수직방향의 자계와 이 자계와 직각을 이루는 전류와의 홀효과에 의해 전기적 에너지를 발생하는 다수의 홀센서(112d)와, 다수의 홀센서(112d)에서 발생되는 전기적 신호를 충분한 레벨로 증폭하는 증폭부(112e)와, 상기 증폭된 신호를 디지털화하고 논리화하여 마이크로 프로세서(111)에 제공하는 논리회로부(112f)로 구성된다.

이와 같이 이루어진 종래의 기술에 따른 세탁기의 세탁물 불균형 방지를 위한 언발란스 감지 장치를 도1 내지 도 4를 통해 더욱 구체화하기로 한다.

먼저, 조작패널을 통해 세탁행정을 설정한 후에 운전을 개시하면 마이크로 프로세서(111)는 밸브구동부(113) 및 모터구동부(114)를 통해 급수밸브(109), 배수밸브(110) 및 유도전동기(103)를 제어하여 예정된 수순으로 세탁행정과 헹굼행정 및 탈수행정을 수행한다.

이때, 마이크로 프로세서(111)는 세탁조(101)의 치우침을 감지하는 언발란스 감지장치(112)의 동작 상태에 따라 발생되는 입력신호를 공급받아 소정상태의 제어신호를 출력하게 된다.

여기서, 마이크로 프로세서(111)는 이후에 상세히 설명될 언발란스 감지장치(112)의 제1 영구자석(112b)과 제2 영구자석(112C)이 상호 대향지게 수평을 이루고 있는 상태를 발란스 상태로 인식하고, 제1 영구자석(112b)과 제2 영구자석(112c)이 수평을 이루지 못하는 경우를 언발란스로 인식한다는 조건을 갖는다. 또한 상기 발란스 상태는 세탁기의 설치 시에 설치자에 의해 조절되어 있는 것으로 가정한다.

이와 같은 조건하에서, 초기의 세탁행정 시에 마이크로 프로세서(111)는 밸브구동부(113)를 통해 전자식제어밸브와 같은 급수밸브(109)를 열어 세탁조(101) 내에 물을 공급한다.

이후, 마이크로 프로세서(101)는 모터구동부(114)를 통해 유도전동기(103)를 교번적으로 통전시킨다. 이것에 수반해서 펄세이터(106)도 교대로 정, 역회전을 한다.

펄세이터(106)의 교번적인 정, 역회전에 따라 세탁조(101) 내의 물이 와류 되고, 이것에 의해 세탁물과 마찰을 일으켜 세탁행정이 수행된다.

이후 세탁행정이 완료되면 소정 회수동안 세탁조(101)내에 물의 공급과 배수를 거쳐 헹구기 행정을 하고 완료한다.

이와 같이 세탁과 헹구기를 수행하고 난 후 마이크로 프로세서(111)는 탈수행정을 위해 유도전동기(103)를 정해진 속도로 회전시키고 유도전동기(103)의 회전에 따른 세탁물의 언발란스 량을 도 2 및 도 4와 같은 언발란스 감지장치(112)를 통해 감지한다.

즉 언발란스 감지장치(112)는, 세탁조(101)의 상부 테두리 내에 설치된 발란스 링(112a), 그 발란스 링의 둘레를 따라 설치된 제1 영구자석(112b), 제1 영구자석과 대향하게 탱크(100)에 설치된 4개의 제2 영구자석(112c)들, 제2 영구자석(112c)들에 각각 부착된 홀센서(112d)를 포함하며, 상기 4개의 제2 영구자석들은 90도 간격으로 설치되어 있다.

계속해서, 이와 같이 언발란스 감지장치(200)가 배치/장착된 상태에서 탈수를 수행하기 위해 유도전동기(103)를 통전시키면 세탁조(101) 내의 세탁물의 치우침 정도에 따라 세탁조(101)와 탱크(100)와의 발란스 또는 언발란스가 발생하게 된다.

세탁물이 세탁조(101)의 벽에 균등하게 배치된 발란스 상태이면, 그 세탁조(101)는 동축을 중심으로 동일반경을 갖고 회전하게 된다.

세탁조(101)가 동일반경을 갖고 회전하면 도 3에서와 같이, 발란스 링(112a)의 제1 영구자석(112b)과 탱크(100)의 상부 내면에 부착된 제2 영구자석(112c)들 사이의 간격이 등간격으로 유지, 즉 제1영구자석(112b)에 대해 제2 영구자석(112c)들이 대향하게 수평을 유지하게 된다. 이에따라 각각의 홀센서(112d)에 미치는 자기력이 동일하게 되므로 각각의 홀센서(112d)들은 상기 자기력에 비례하는 전압을 발생하게 된다.

각각의 홀센서(112d)에서 출력되는 전압은 도 4에서와 같이 각각 해당 증폭부(112e)를 통해 충분한 크기로 증폭되어 논리회로부(112f)에 공급된다.

논리회로부(112f)는 입력된 각각의 전기적인 신호를 디지털화하고 이들을 논리곱하여 하이레벨의 신호를 마이크로 프로세서(111)에 공급한다.

마이크로 프로세서(111)는 논리회로부(112f)로부터 입력되는 하이레벨의 신호를 가지고 세탁조(101)의 발란스 상태를 판단하고 전체 탈수시간 동안 유도전동기(103)를 고속으로 회전시켜 탈수를 수행하게 된다.

한편, 상기에서 세탁물이 세탁조(101)의 한쪽 벽에 치우친 언발란스 상태가 발생되면, 그 세탁조(101)는 동일반경으로 회전하지 않고 세탁물이 몰린쪽으로 기울어져 회전을 하게 된다.

세탁조(101)가 세탁물의 치우침에 의해 한쪽 방향으로 기울져 회전하게 되면 도 2 및 도 3에서와 같이, 발란스 링(112a)의 제1 영구자석(112b)과 탱크(100)의 상부 내면에 부착된 제2 영구자석(112c)들 사이의 간격이 상대적으로 멀어진다. 즉 다시 말해서, 제1 영구자석(112b)과 제2 영구자석(112c)들과의 수평이 상대적으로 어긋나게 되고, 그 부분에 위치하는 어느 하나 이상의 홀센서(112d)에 미치는 자기력 또한 감소되므로 그 결과, 상기 해당 홀센서(112d)에서는 그에 비례하는 전압이 출력된다.

상기 전압은 전술한 신호처리과정을 거친 후에 논리회로부(112f)에서 논리곱되어 로우레벨의 신호로서 마이크로 프로세서(111)에 공급된다.

마이크로 프로세서(111)는 입력된 로우레벨의 신호를 가지고 세탁조(101)의 언발란스 상태를 판단한 다음 모터구동부(114)를 통해 유도전동기(103)의 회전을 중지시키고 아울러 또한, 도면에 도시하지 않은 언발라스 표시용 발광소자를 발광시켜 세탁기의 언발란스 상태를 사용자에게 경보하여 주게 된다.

전술한 종래 기술에 따른 세탁기의 세탁물 불균형 방지를 위한 세탁기의 언발란스 감지 장치는, 세탁기의 운전제어 중에서 특히 탈수운전 시에 세탁조 및 탱크에 각각 취부된 영구자석과 홀센서로 세탁기의 언발란스를 감지하여 세탁물이 세탁조의 일측 벽에 치우쳐 회전하는 것을 방지해 주게됨을 알 수 있다.

그러나, 상기한 종래 세탁기의 언발란스 감지 장치에 따르면, 다수의 홀센서와 영구자석들이 수분 접촉 빈도가 높은 탱크 및 세탁조의 상부에 노출되어 배치되어 있는 관계로 정확한 언발란스 감지의 어려움과 감지 에러 율이 많이 발생되어 그 결과 언발란스 상태에서도 탈수운전을 진행하게 됨으로써, 탈수진행 시간의 손실 및 전력의 손실을 초래하게 되는 문제점을 내재하고 있다.

또한, 발란스 링의 둘레를 따라 영구자석을 설치하고 이와 대향하는 탱크에 또다른 영구자석 및 홀센서를 구비하여야 하는 구조적인 복잡성 때문에 생산성 저하는 물론 제품의 단가가 상승하게 되는 문제점을 내재하고 있다.

또한, 발란스 링이 세탁조의 상부에 설치되어 있으므로 세탁물의 투입구가 실제 세탁조의 크기에 비해 작아 세탁물을 넣고 꺼내기가 불편하다는 문제점을 내재하고 있다.

따라서, 감지소자들의 수분 접촉 빈도에 따른 언발란스 감지의 에러율 상승과 그것에 의해 발생되는 소음을 방지하고, 또한 탈수진행 시간의 손실과 복잡한 구조를 회피하면서도 종래의 것과 동등 이상의 효과를 얻을 수 있는 세탁기가 바람직하다.

따라서, 본 발명은 전술한 종래의 기술들에서, 언발란스 스위치 또는 홀센서와 영구자석의 채용에 따른 접점 불량, 스프링의 복원력 저하 및 수분 접촉 빈도에 의한 언발란스의 에러율 상승과 구조의 난이성을 배제한 것으로, 본 발명의 한 견지로서, 세탁운전 중에 세탁기의 언발란스를 발진 주파수의 변화 값으로 오류 없이 정확히 감지하여 그것의 정도에 따라 세탁물이 한쪽으로 치우쳐 운전되는 것을 방지하도록 하는 세탁기의 언발란스 감지 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 견지로서, 세탁운전 제어 중에서도 특히 탈수운전 시에 세탁기의 언발란스를 감지하여 심한 진동이나 소음의 발생을 방지하도록 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또다른 견지로서, 언발란스 감지 장치의 설치에 의한 세탁물 투입구의 협소 상태와 무관하게 설치가 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 세탁기의 언발란스 감지 방법은, (1) 탈수공정 시에 세탁조를 소정시간 동안 정해진 속도로 회전시키는 과정; (2) 상기 세탁조의 편심 회전에 따라 발란스 영역과 비발란스 영역이 구분된 자계매체를 중심으로 롤링체가 접촉/이동을 하면서 자계매체의 인덕턴스 값을 변화시키는 과정; (3) 상기 변화된 인덕턴스의 값과 정해진 커패시턴스 값을 가지고 발진 주파수를 지속적으로 변화시켜 생성하는 과정; 및 (4) 상기 변화된 발진 주파수 값과 미리 정해진 적어도 하나 이상의 언발란스 감지 기준값을 가지고 언발란스 량을 판단하여 상기 세탁조의 가속 회전 및 정지여부를 결정하는 과정을 포함한다.

바람직하게, 상기 자계매체의 중심부에 가까운 쪽을 발란스 영역으로 하고 중심에서 멀어질수록 비발란스 영역으로 설정하여 상기 비발란스 영역으로 롤링체가 이동할수록 상기 인덕턴스의 값이 점진적으로 감소하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 정해진 커패시턴스 값은 고정된 값인 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 상기 언발란스 량이 많은 경우와 상기 언발란스 량이 중간인 경우 및 상기 언발란스 량이 적은 경우의 조건을 상기 언발란스량의 감지기준값으로 정하는 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 상기에서 정해진 3가지의 감지 기준값과 상기 검출된 언발란스 량과의 관계를 통해 탈수를 진행함에 있어서, (1) 상기 감지한 언발란스 량이 상기 제1 감지 기준값에 포함되면 소정회수동안 포풀림을 행하여 언발란스 량을 줄이면서 탈수를 수행하는 제1 탈수공정; (2) 상기 감지한 언발란스 량이 상기 제2 감지 기준값에 포함되면 일정시간 동안 상기 세탁조의 회전을 중지시키는 과정을 소정회수 반복하여 언발란스 량을 줄이면서 탈수를 수행하는 제2 탈수공정; 및 (3) 상기 언발란스 량이 제3 감지기준값에 포함되면 상기 포풀림행정 및 상기 세탁조의 회전 중지 없이 고속으로 회전시켜 탈수를 수행하는 제3 탈수공정을 포함한다.

선택적으로, 상기 언발란스의 정도에 따라 제1 내지 제3 탈수공정 중 어느 하나로 탈수 운전하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적들은, 탱크의 대략 상부의 일측 외벽에 세워져 결합된 수장함; 고유의 인덕턴스 값을 가지고 상기 수장함의 저면 대략 중앙에 내장/결합되는 자계매체; 세탁조의 편심 회전에 따라 상기 자계매체의 일측 단부면을 자유 운동하면서 상기 고유의 인덕턴스 값을 변화시키는 롤링체; 상기 자계매체의 인덕턴스 변화값에 설정된 커패시턴스 값을 부가하여 고유의 주파수를 발생하며 상기 발생된 주파수를 전압 파형으로 안정화하여 언발란스 량을 판단하도록 마이크로 프로세서에 제공하는 파형정형수단을 포함하여 된 본 발명의 다른 측면에 따른 세탁기의 언발란스 감지 장치에 의하여 달성된다.

바람직하기로, 상기 자계매체는, 코아와, 상기 코아에 소정의 권선비로 감겨져 자계를 발생하는 코일을 포함한다.

선택적으로, 상기 자계매체의 일측 단부를 그 중앙에서 바깥방향으로 완만한 경사를 가지게 라운딩하여 상기 롤링체가 자유 운동하도록 내곡면을 형성하는 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 상기 내곡면의 중앙을 발란스 영역으로 하고 상기 중앙에서 벗어나는 부분을 비발란스 영역으로 구분하는 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 상기 내곡면은 그 중심으로부터 점진적으로 면적이 증가되어 방사방향으로 배치되며 그 면적의 증가방향으로 상기 롤링체가 이동 시에 상기 고유의 인덕턴스 값을 서로 다르게 하여 발생하는 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 상기 파형정형수단은

(1) 입력 전압을 반전하고 정형화하는 반전소자; 및 (2) 상기 반전소자의 입, 출력단에 각각의 저항과 직렬 접속되어 상기 반전소자의 출력전압을 상기 반전소자의 입력에 궤환시키는 제1, 제2 콘덴서로 이루어지며; 상기 제1 콘덴서와 상기 제2 콘덴서 사이에 상기 코일을 접속하여 상기 롤링체의 자유 이동에 의해 상기 파형정형수단이 LC 발진회로로 동작함을 특징으로 한다.

이와 같이하면, 세탁운전 제어중에서 특히 탈수 운전 시에 세탁조의 회전에 따른 세탁물의 치우침 정도를 수장함에 내장된 언발란스 감지장치가 롤링체의 이동에 의해 변화되는 자계매체의 주파수 변화값을 가지고 정확히 감지하여 줌으로써, 마이크로 프로세서가 언발란스 정도에 따라 세탁조의 회전 가속 또는 회전 정지여부를 결정하게 됨을 알 수 있다.

그 결과, 세탁조의 편심 회전에 따른 세탁물의 언발란스 정도를 신속/정확하게 감지하여 줌으로써, 언발란스의 에러확률 및 탈수에 소요되는 시간이 단축되고, 또한 불필요한 기계적인 요소들이 배제되는 이점이 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 가장 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하고자 한다.

이 바람직한 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 세탁기의 언발란스 감지 방법 및 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

또한, 본 발명의 기술은 관성에 의한 회전력을 가지고 세탁 또는 탈수운전을 수행하는 여러 가지의 제품에 적용할 수 있다.

그래서, 설명에 사용되는 도 5 및 도 7은 특정한 제품의 언발란스 감지 방법 및 장치가 아니고 관성에 의한 회전력을 가지고 세탁 또는 탈수운전을 하는 여러 가지의 제품에 착안한 도면이다.

또한, 설명에 사용되는 각 도면에 있어서, 같은 구성성분에 관해서는 동일한 번호를 부여하여 표시하고 그 중복되는 설명을 생략하는 것도 있다.

또한, 이하의 설명에서는 언발란스 감지 방법 및 장치로서, 세탁기에 적용한 예를 고려한다.

도 5는 본 발명에 따른 세탁기의 언발란스 감지 장치의 설명에 제공되는 실시 예를 나타내는 구성도이고, 도 6은 도 5의 세탁기의 탱크에 설치되어 있는 언발란스 감지 장치를 보다 상세하게 보인 단면도로서, 도 6a는 세탁물의 치우침이 없는 발란스 상태를 보인 단면도이고, 도 6b는 세탁물의 치우침에 의해서 언발란스가 발생했을 때의 단면도이다.

본 실시 예에 따른 언발란스 감지장치(200)는 도 5에서와 같이 탱크(100)의 상부 한쪽 외벽에 설치되어 유도전동기(103)의 회전에 따른 세탁물의 치우침 정도를 감지하도록 되어 있다.

탱크(100)의 상부 일측 외벽에 설치된 언발란스 감지장치(200)는 도 6a 및 도 7에서와 같이, 탱크(100)의 대략 상부의 일측 외벽에 세워져 결합되어 있는 수장함(200a)과, 고유의 인덕턴스 값을 가지고 수장함(200a)의 저면에 결합되어 있는 자계매체(201)와, 세탁조(101)의 편심회전 정도에 따라 자계매체(201)의 일측 단부면을 자유 운동하면서 상기 고유의 인덕턴스 값을 변화시키는 자성재질의 롤링체(200b)와, 롤링체(200b)의 자유운동에 의한 자계매체(201)의 인덕턴스 변화값에 설정된 커패시턴스 값을 부가하여 고유의 주파수를 발생하며 상기 발생된 주파수를 전압 파형으로 안정화하여 출력하는 파형정형부(202)로 구성되며, 상기 안정화되어 입력되는 주파수에 대한 전압파형을 가지고 세탁기의 언발란스 량을 판단하는 마이크로 프로세서(203)를 포함하여 구성한다.

상기에서 자계매체(201)는 일측 단부가 그 중앙에서 바깥방향으로 완만한 경사를 가지고 라운딩되어 롤링체(200b)가 자유 운동하도록 내곡면(201b)이 형성된 코아(201a)와, 코아(201a)에 소정의 권선비로 감겨져 자계를 발생하는 코일(201c)로 구성된다.

그리고 또한, 상기에서 파형정형부(202)는 도 7에서와 같이, 입력 전압을 반전하고 정형화하여 마이크로 프로세서(203)에 공급하는 반전소자(202a)와, 반전소자(202a)의 입, 출력단에 각각의 저항(R2), (R1)과 직렬 접속되어 반전소자(202a)의 출력전압을 그 반전소자(202a)의 입력으로 정궤환시키는 제1, 제2 콘덴서(C1),(C2)로 구성되며, 제1 콘덴서(C1)와 제2 콘덴서(C2) 사이에 코일(201c)의 양측 단자(a),(b)를 접속시켜 롤링체(200b)가 코아(201a)의 내곡면(201b)을 자유 이동 시에 파형정형부(202)가 LC 발진회로로 동작하도록 구성한다.

이와 같이 이루어진 본 발명에 따른 세탁기의 언발란스 감지 장치는, 세탁운전 제어 중에서 특히 탈수운전 시에 탈수시간의 손실과 센싱 에러율 없이 세탁물의 치우침에 의한 정확한 언발란스 량 감지에 대하여 다음과 같은 동작을 한다.

이하에, 도 5 내지 도 7을 참조하여 더욱 구체적으로 설명한다.

먼저, 도면에 도시하지 않은 조작패널을 통해 세탁행정을 설정한 후에 운전을 개시하면 마이크로 프로세서(203)는 밸브구동부(113) 및 모터구동부(114)를 통해 급수밸브(109), 배수밸브(110) 및 유도전동기(103)를 제어하여 예정된 수순으로 세탁행정을 수행하고 이후 세탁행정이 완료되면 소정 회수동안 세탁조(101) 내에 물의 공급과 배수를 거쳐 헹굼행정을 완료한다.

이와 같이 세탁과 헹구기를 수행하고 난 후 마이크로 프로세서(202)는 탈수행정을 진행하기 위해 유도전동기(103)를 정해진 속도로 회전시키고 유도전동기(103)의 회전에 따른 세탁물의 언발란스 량을 이후에 설명될 언발란스 감지장치(200)를 통해 감지한다.

즉 언발란스 감지장치(200)는, 도 6a에서와 같이, 고유의 인덕턴스를 가지고 수장함(200a)의 저면에 결합되는 코아(201a)와 코일(201c)로 이루어진 자계매체(201), 코아(201a)의 내곡면(201b)을 따라 자유롭게 구르면서 코일(201c)의 인덕턴스 값을 변화시키는 볼형상의 롤링체(200b)를 포함하며, 롤링체(200b)는 코아(201a)와 같은 자성재질로 이루어짐을 특징으로 한다.

계속해서, 이와 같이 언발란스 감지장치(200)가 배치된 상태에서 탈수를 수행하기 위해 유도전동기(103)를 통전시키면 세탁조(101) 내의 세탁물의 치우침 정도에 따라 탱크(100)의 발란스 또는 언발란스가 발생하게 된다.

상기에서 세탁물이 세탁조(101)의 벽에 균등하게 배치되면 세탁조(101)도 동심축을 중심으로 동일한 회전반경을 갖고 회전을 하고 이것에 수반하여 탱크(100)는 발란스 상태를 이루게 된다.

탱크(100)가 발란스 상태이면 언발란스 감지장치(200)의 롤링체(200b)는 도 6a에서와 같이 자계매체(201)의 코아(201a)에 형성된 내곡면(201b)을 따라 자유 이동하지 않고 그의 중앙에 위치하게 된다.

자성재질인 롤링체(200b)가 코아(201a)의 내곡면(201b) 중심부에 위치하면 자계매체(201)의 코일(201c)도 고유의 인덕턴스 값을 갖게 된다.이와 같은 코일(201c)의 고유의 인덕턴스 값은 이후에 설명될 파형정형부(202)의 제1, 제2 콘덴서(C1),(C2)의 커패시턴스(C) 값에 곱해져 소정의 발진 주파수로 생성 되고 그 발진 주파수는 파형정형부(202)를 통해 파형 정형화되어 마이크로 프로세서(203)에 공급된다.

즉 다시 말해서, 자계매체(201)의 코일(201c) 양 단자(a),(b)를 파형정형부(202)의 제1, 제2 콘덴서(C1),(C2) 사이에 접속함으로써, 그 결과 자계매체(201)의 코일(201c)과 파형정형부(202)의 제1, 제2 콘덴서(C1),(C2)에 의해 파형정형부(202)가 하나의 LC발진회로로 동작을 하여 발진주파수를 발생하게 된다.

통상적으로, LC 발진회로의 발진주파수(f)는 다음 식에 의해 산출된다.

가 된다.

그런데, 여기서 주목할 것은, 코일(201c)의 인덕턴스(H) 값이 그 코일(201c)의 권선수와 코아(201a)의 크기 및 롤링체(200b)의 위치에 의해서 지정되는 것이다.

예컨대, 세탁물이 세탁조(101)의 측벽에 균등하게 배치된 발란스 상태에서는 도 6a와 같이 언발란스 감지장치(200)의 롤링체(200b)가 코아(201a)의 내곡면(201b) 중심부에 위치하게 되는데, 이때, 발란스 상태에서의 코일(201c)의 인덕턴스(H)의 값을 10mH라 하고, 또한 코일(201c)에 대해 도 7의 파형정형부(202)의 제1, 제2 콘덴서(C1),(C2)의 직렬 커패시턴스(C) 값(고정된 값)을 0.02μF 이라 하면 발진주파수는 다음 조건에 의해 구해진다.

로 구해진다.

상기에서 구해진 발진 주파수(f)는 파형정형부(202)의 반전소자(202a)를 통해 반전되고 전압파형으로 안정화되어 출력된다.

세탁물의 균등 배치에 의해 발란스가 지속적으로 이루어지면 상기의 LC 발진회로로부터 지속적으로 동일한 발진 주파수가 발생되어 마이크로 프로세서(203)에 제공된다.

마이크로 프로세서(203)는 지속적으로 입력되는 동일한 발진 주파수에 대한 전압 파형을 가지고 탱크(100)의 발란스 상태를 인식하여 정해진 탈수시간 동안 모터구동부(114)를 통해 유도전동기(103)를 가속 회전시켜 세탁조(101) 내의 세탁물을 탈수진행하게 된다.

한편, 세탁물이 세탁조(101)의 한쪽 벽에 치우친 언발란스 상태이면 그 탱크(100)는 세탁물이 몰린 쪽으로 기울어지게 된다.

탱크(100)가 세탁물의 치우침에 의해 한쪽 방향으로 기울게되면 도 6b와 같이, 자성재질의 롤링체(200b)가 그 기울기 정도에 따라 자계매체(201)의 코아(201a) 일측 단부에 형성된 내곡면(201b)의 중심으로부터 바깥방향으로 자유 이동하게 된다.

즉 다시 말해서, 도 6b에서와 같이 탱크(100)의 언발란스 상태가 발생하여 자성재질의 롤링체(200b)가 코아(201a)의 내곡면(201b) 일측으로 치우치게 되면 코일(201c)의 인덕턴스(H) 값은 감소하게 된다.

여기서 코일(201c)의 인덕턴스(H) 값은 코아(201a)의 크기에 비례하므로 자성재질인 롤링체(200b)가 코아(201a)의 내곡면(201b) 한쪽으로 치우치면 그에 비례하여 인덕턴스(H) 값 또한 감소하게 된다.

이때, 감소된 인덕턴스(H) 값을 8mH 라하면 도 7의 LC 발진회로의 발진주파수는 다음 조건에 의해 구해진다.

가 된다.

상기 언발란스 상태의 발진 주파수(f)는 반전소자(202a)를 통해 반전되고 전압파형으로 안정화되어 마이크로 프로세서(203)에 공급되는데, 이때 롤링체(200b)가 내곡면(201b)의 중심영역을 제외한 다른 영역으로 이동하여 위치하게 되면 상기의 발진 주파수 또한 변화되어 반전소자(202a)를 통해 마이크로 프로세서(203)에 공급된다.

마이크로 프로세서(203)는 파형정형부(202)의 반전소자(202a)에서 변화되어 입력되는 발진 주파수에 대한 전압 파형과 자체에 미리 설정된 적어도 한 가지 이상의 언발란스 감지 기준값, 즉 제1 내지 제3 감지 기준값과의 비교로 언발란스 량을 판단하게 된다.

상기 판단한 결과 언발란스 량이 많으면, 예컨대 도 6b와 같이, 롤링체(200b)가 코아(201a)의 내곡면(201b) 가장 바깥 영역에 위치하여 미리 정해진 제1 감지 기준값에 있으면, 마이크로 프로세서(203)는 급수밸브(109)를 통해 세탁조(101) 내에 물을 공급하여 일정시간 동안 포풀림 행정을 진행한다.

이와 같이 세탁조(101)에 물을 공급하여 포풀림 행정을 진행함으로써, 결과적으로 세탁물이 세탁조(101)의 벽에 균등하게 배치가 이루어져 언발란스 량이 줄어들게 된다.

언발란스 량이 줄어들면 모터구동부(114)를 통해 유도전동기(103)를 고속회전시켜 세탁물의 탈수를 진행한다.

그리고, 상기에서 판단한 결과 언발란스 량이 중간이면, 예컨대 롤링체(200b)가 코아(201a)의 내곡면(201b) 중심영역에서 약간 벗어난 영역에 위치하여 제2 감지 기준값에 있으면 마이크로 프로세서(203)는 모터구동부(114)를 통해 유도전동기(103)의 통전을 일정시간이 경과될 때까지 차단하는 소위 간헐탈수를 수행한다.

이때, 유도전동기(103)의 통전을 차단하더라도 세탁조(101)의 회전은 정지되지 않고 여력회전을 하게 된다.

이와 같이 유도전동기(103)의 통전을 일정시간 동안 차단하는 과정을 반복함으로써, 그 결과 세탁물이 세탁조(101)의 벽에 균등하게 배치가 이루어져 언발란스 량이 줄어들게 된다.

이후 언발란스 량이 줄어들어 롤링체(200b)가 코아(201a)의 내곡면(201b) 중심영역에 위치하면 이때부터 유도전동기(103)를 가속 회전시켜 세탁물의 탈수를 진행한다.

한편, 언발란스 량이 아주 적거나 또는 발란스 상태이면, 즉 앞에서 설명한 바와 같이, 롤링체(200b)가 내곡면(201b)의 중심영역에 위치하거나 또는 중심영역으로부터 약간 벗어나 제3 감지 기준값에 있으면, 전술한 간헐탈수의 진행 없이 바로 유도전동기(103)의 회전속도를 증가시켜 전체 탈수시간 동안 탈수를 진행하고 종료하게 된다.

한편, 비교 예로서, 종래의 기술, 즉 다시 말해서 세탁기의 운전제어 중에서 특히 탈수운전 시에 세탁조 및 탱크에 각각 취부된 영구자석과 홀센서로 세탁기의 언발란스를 감지하는 것과는 달리, 본 발명은 탱크의 상부에 결합된 수장함 내의 롤링체가 세탁물의 치우침 정도에 따라 자계매체의 내곡면을 이동하여 발진 주파수를 변화시키고 그 변화된 발진 주파수를 가지고 언발란스 량을 판단하여 탈수를 진행하게 됨을 알 수 있다.

이 결과에서, 본 발명에 의하면 세탁기의 언발란스량 감지의 세분화와 감지 율을 높이면서 종래의 것과 동등 이상의 에너지 절약을 가져올 뿐 아니라 언발란스의 정도에 따른 탈수소요 시간을 최소화시킬 수 있음을 알 수 있다.

이상에서와 같이, 본 실시 예에서는 세탁운전 제어중 특히 탈수운전에서 세탁물의 치우침에 의한 세탁기의 언발란스 량을 정확히 감지함으로써, 종래 기술에 따른 언발란스 감지에러, 탈수시간의 소요에 따른 에너지 증가가 발생되지 않는 것이다.

이 적용례에 의하면, 세탁물의 치우침 정도에 따라 롤링체 및 자계매체가 빠르게 응답하여 언발란스 량을 정확히 감지함으로써, 기존의 세탁기보다도 훨씬 세분화된 탈수를 수행할 수 있고, 제품의 신뢰성 향상은 물론 세탁물 대비 제품의 성능 안정화를 실현할 수가 있다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.

이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

상술한 설명으로부터 분명한 것은, 본 발명에 따른 세탁기의 언발란스 감지 방법 및 장치에 의하면, 세탁기의 언발란스를 롤링체 및 자계매체로 감지하여 탈수를 수행함으로써, 하기와 같은 효과가 도출된다는 것이다.

(1) 세탁운전 중에 세탁기의 언발란스를 발진 주파수의 변화 값으로 정확히 감지함으로써, 세탁조의 수분에 의한 오류 에러가 발생되지 않는다.

(2) 세탁운전 제어 중에서도 특히 탈수운전 시에 세탁기의 언발란스를 빠르고 정확하게 감지함으로써, 언발란스에 의한 심한 진동이나 소음의 발생을 사전에 예방할 수 있다.

(3) 언발란스의 정도를 더욱 세밀화 하여 감지함으로 인해 탈수시간의 단축과 이것에 수반하여 에너지의 소비량이 줄어드는 효과가 있다는 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 언발란스 감지장치를 구비한 세탁기의 구성을 개략적으로 보인도이고,

도 2는 도 1의 언발란스 감지장치를 확대하여 나타내는 사시도이고,

도 3은 도 2의 언발란스 감지 장치를 세탁기에 장착상태를 보인 평면도이고,

도 4는 도 2의 언발란스 감지장치를 전기적인 구성으로 나타낸 블록도이고,

도 5는 본 발명에 따른 세탁기의 언발란스 감지 장치의 설명에 제공되는 실시 예를 나타내는 구성도 이고,

도 6은 도 5의 세탁기의 탱크에 설치되어 있는 언발란스 감지장치를 보다 상세하게 보인 단면도로서,

도 6a는 세탁물의 치우침이 없는 발란스 상태를 보인 단면도이고,

도 6b는 세탁물의 치우침에 의해서 언발란스가 발생했을 때의 단면도이고,

도 7은 도 5의 언발란스 감지장치에서 코일의 인덕턴스값 변화에 따라 발생되는 주파수를 안정화 시키기 위한 파형정형부를 상세하게 도시한 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

103 : 유도전동기 109 : 급수밸브

110 : 배수밸브 114 : 모터구동부

200 : 언발란스 감지장치 200a : 수장함

200b : 롤링체 201 : 자계매체

201a : 코아 201b : 내곡면

201c : 코일 202 : 파형정형부

202a : 반전소자

Claims (11)

1. (1) 탈수운전 시에 세탁조를 소정시간 동안 정해진 속도로 회전시키는 과정;

   (2) 상기 세탁조의 편심 회전에 따라 발란스 영역과 비발란스 영역이 구분된 자계매체를 중심으로 롤링체가 접촉/이동하여 자계매체의 인덕턴스 값을 변화시키는 과정;

   (3) 상기 변화된 인덕턴스의 값과 미리 정해진 커패시턴스 값을 가지고 발진 주파수를 지속적으로 변화시켜 생성하는 과정; 및

   (4) 상기 변화된 발진 주파수 값과 미리 정해진 적어도 하나 이상의 언발란스 감지 기준값을 가지고 언발란스 량을 판단하여 상기 세탁조의 가속 회전 및 정지여부를 결정하는 과정을 포함한 것을 특징으로 하는 세탁기의 언발란스 감지 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 자계매체의 중심부에 가까운 쪽을 발란스 영역으로 하고 중심에서 멀어질수록 비발란스 영역으로 설정하여 상기 비발란스 영역으로 롤링체가 이동할수록 상기 인덕턴스의 값이 점진적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 세탁기의 언발란스 감지 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 언발란스 량이 많은 경우와 상기 언발란스 량이 중간인 경우 및 상기 언발란스 량이 적은 경우의 조건을 상기 언발란스 량의 감지 기준값으로 정하는 것을 특징으로 하는 세탁기의 언발란스 감지 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 정해진 3가지의 감지 기준값과 상기 검출된 언발란스 량과의 관계를 통해 탈수를 진행함에 있어서,

   (1) 상기 감지한 언발란스 량이 상기 제1 감지 기준값에 포함되면 소정회수동안 포풀림을 행하여 언발란스 량을 줄이면서 탈수를 수행하는 제1 탈수공정;

   (2) 상기 감지한 언발란스 량이 상기 제2 감지 기준값에 포함되면 일정시간 동안 상기 세탁조의 회전을 중지시키는 과정을 소정회수 반복하여 언발란스 량을 줄이면서 탈수를 수행하는 제2 탈수공정; 및

   (3) 상기 언발란스 량이 제3 감지기준값에 포함되면 상기 포풀림 행정 및 상기 세탁조의 회전중지 없이 탈수를 수행하는 제3 탈수공정을 포함한 것을 특징으로 하는 세탁기의 언발란스 감지 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 언발란스의 정도에 따라 제1 내지 제3 탈수공정 중 어느 하나로 탈수 운전을 하는 것을 특징으로 하는 세탁기의 언발란스 감지 방법.
6. 세탁조에 투입된 세탁물의 치우침을 감지하여 세탁운전을 제어하도록 하는 세탁기에 있어서,

   (1) 탱크의 대략 상부의 일측 외벽에 세워져 결합된 수장함;

   (2) 고유의 인덕턴스 값을 가지고 상기 수장함의 저면 대략 중앙에 내장/결합되는 자계매체;

   (3) 상기 세탁조의 편심 회전에 따라 상기 자계매체의 일측 단부면을 자유 운동하면서 상기 고유의 인덕턴스 값을 변화시키는 롤링체;

   (4) 상기 자계매체의 인덕턴스 변화값에 설정된 커패시턴스 값을 부가하여 고유의 주파수를 발생하며 상기 발생된 주파수를 전압 파형으로 안정화하여 언발란스 량을 판단하도록 마이크로 프로세서에 제공하는 파형정형수단을 포함한 것을 특징으로 한 세탁기의 언발란스 감지 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 자계매체는, 코아;

   상기 코아에 소정의 권선비로 감겨져 자계를 발생하는 코일로 구성된 것을 특징으로 한 세탁기의 언발란스 감지 장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 코아의 일측 단부를 그 중앙에서 바깥방향으로 완만한 경사를 가지게 라운딩하여 상기 롤링체가 자유 운동하도록 내곡면을 형성하는 것을 특징으로 한 세탁기의 언발란스 감지 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 내곡면의 중앙을 발란스 영역으로 하고 상기 중앙에서 벗어나는 부분을 비발란스 영역으로 구분하는 것을 특징으로 한 세탁기의 언발란스 감지 장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 내곡면은 그 중심으로부터 점진적으로 면적이 증가되어 방사방향으로 배치되며 그 면적의 증가방향으로 상기 롤링체가 이동 시에 상기 고유의 인덕턴스 값을 서로 다르게 하여 발생하는 것을 특징으로 한 세탁기의 언발란스 감지 장치.
11. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

    상기 파형정형수단은,

    (1) 입력 전압을 반전하고 정형화하는 반전소자; 및

    (2) 상기 반전소자의 입, 출력단에 각각의 저항과 직렬 접속되어 상기 반전소자의 출력전압을 상기 반전소자의 입력에 궤환시키는 제1, 제2 콘덴서로 이루어지며;

    상기 제1 콘덴서와 상기 제2 콘덴서 사이에 상기 코일을 접속하여 상기 롤링체의 자유 이동에 의해 상기 파형정형수단이 LC 발진회로로 동작함을 특징으로 한 세탁기의 언발란스 감지 장치.