KR100733648B1 - 드럼식 세탁기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 드럼식 세탁기는 세탁기가 수용되는 드럼과 드럼을 회전시키는 모터, 모터에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출수단, 검출된 전류에 기초하여 상기 모터를 벡터 제어함으로써 모터의 발생 토크가 최적이 되도록 제어하는 토크 제어수단(S5), 모터의 회전수가 고회전수 측에서 감소시킨 경우에 드럼 내부의 세탁물이 최상점에서 내주면으로부터 낙하하기 시작한다고 추정되는 제 1 회전수에서 저회전수 측에서 상승시킨 경우에 드럼 내부의 세탁물이 최상점에서 내주면에 달라붙기 시작한다고 추정되는 제 2 회전수 사이에 있다고 판단하면, 모터를 최대출력 토크에서 가속시키고(S8), 상기 가속기간에서의 벡터 제어의 q축전류값에 따라 세탁물량(布量)을 추정하는 세탁물량의 추정수단(S13)을 구비한다.

Description

드럼식 세탁기{DRUM WASHING MACHINE}

본 발명은 드럼을 회전시키는 모터의 출력 토크를 벡터 제어하는 드럼식 세탁기에 관한 것이다.

종래의 드럼식 세탁기에서는 드럼 내부의 세탁물의 중량, 즉 세탁물량의 판정을 실행하는 경우는 드럼의 회전수를 소정의 회전수까지 상승시키고, 이보다 더 높은 회전수까지 상승시키는데 필요한 시간의 길이에 기초하여 판정하도록 하고 있다. 그러나, 드럼의 회전수가 높은 영역이 되면, 풍손(windage loss)이 발생하거나, 또는 정지하고 있는 기구 측의 드럼의 개폐문과 세탁물 사이에 발생하는 마찰이 커짐으로써 세탁물량의 차에 비례한 검출결과를 얻기 어려워지고, 판정 정밀도가 저하하는 문제가 있었다.

또한, 일본 공개특허공보 평6-275호에는 세로형 세탁기에 있어서 모터의 출력 토크를 벡터 제어하는 것으로 상기 벡터 제어에서의 q축전류값에 기초하여 세탁물량의 판정을 실행하는 구성이 개시되어 있다.

즉, 벡터 제어에서의 q축전류는 모터의 출력 토크에 비례하므로 모터가 구동하는 부하의 상태를 q축전류값을 참조함으로써 적절하게 추정할 수 있다. 따라서, 세탁물량의 판정을 q축전류값에 기초하여 실행하면, 판정 정밀도를 향상시킬 수 있 게 된다.

그러나, 일본 공개특허공보 평6-275호에 개시된 기술은 세탁조 내의 바닥부에 배치된 교반날개를 회전시키는 세로형 세탁기에 적용한 것이므로 드럼식 세탁기에 그대로 적용하는 것은 불가능하다. 그리고, 세탁물량의 판정을 정확하게 실행하기 위해서는 세탁물이 드럼 내부에서 균등하고 균형있게 분포되어 있는 상태로 하는 것이 이상적이다. 그러나, 이 점에 대해서는 상기 공개특허공보에는 어떠한 개시도 없으며, 또한 예를 들어 개시가 있다고 해도 기본적인 구조가 다른 드럼식 세탁기에서의 균형조정방식과 필연적으로 다르기 때문에 역시 그대로 적용하는 것은 불가능하다.

본 발명은 상기와 같은 이유를 감안한 것이며, 그 목적은 세탁물량의 추정을 보다 높은 정밀도로 실행할 수 있는 드럼식 세탁기를 제공하는 것이다.

본 발명의 드럼식 세탁기는, 회전축이 대략 수평 방향으로 배치되고, 세탁물이 수용되는 드럼과,

상기 드럼을 회전시키는 모터와,

상기 모터에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출수단과,

상기 전류검출수단에 의해 검출된 전류에 기초하여 상기 모터를 벡터 제어함으로써 상기 모터의 발생 토크가 적어도 세탁운전과 탈수운전에 대해 최적이 되도록 제어하는 토크 제어수단을 구비하는 것에 있어서,

상기 모터의 회전수가, 고회전수 측에서 감소시킨 경우에 상기 드럼 내부의 세탁물이 최상점에서 내주면으로부터 낙하하기 시작한다고 추정되는 제 1 회전수에서, 저회전수 측에서 상승시킨 경우에 상기 드럼 내부의 세탁물이 최상점에서 내주면에 달라붙기 시작한다고 추정되는 제 2 회전수 사이에 있다고 판정되면, 상기 모터를 최대 출력 토크로 가속시키고, 상기 가속기간에서의 벡터 제어의 q축전류값에 따라 세탁물량을 추정하는 세탁물량의 추정수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

즉, 드럼식 세탁기에서 드럼을 비교적 저속으로 회전시키는 경우는 세탁물이 중력작용에 의해 드럼의 내주면에서 아래쪽으로 낙하하고, 위치가 크게 변화하기 쉽다. 따라서, 단순히 드럼을 비교적 저속으로 회전시키는 것만으로도 세탁물의 분포균형을 어느 정도 조정할 수가 있다. 그리고, 그와 같은 상태에서 드럼의 회전수를 상승시키면, 세탁물에 대해 점차 원심력이 작용하고, 세탁물은 드럼의 내주면에 달라붙는 경향을 나타내고, 또한 회전수를 상승시키면 세탁물은 드럼의 내주면에 달라붙은 채로 회전하게 된다.

반대로, 세탁물이 드럼의 내주면에 달라붙어 있는 상태에서 회전속도를 저하시켜 가면, 세탁물에 작용하고 있는 원심력이 점차 저하하고, 마침내는 세탁물이 드럼내의 최상점에서 낙하하게 된다.

상기의 과정에서 세탁물이 드럼 내부의 최상점에 위치한 경우에도 아래쪽으로 낙하하지 않고, 내주면에 달라붙기 시작한다고 추정되는 임계적인 회전수(제 2 회전수)와 드럼 내부에 달라붙어 있는 세탁물이 최상점에 위치한 경우에 아래쪽으로 낙하하기 시작한다고 추정되는 임계적인 회전수(제 1 회전수) 사이에서(일반적으로, 양자는 반드시 일치하지 않음) 드럼 내에서의 세탁물의 분포균형은 어느 정도 균일화된 상태라고 생각할 수 있다. 따라서, 그 시점에서 드럼을 급가속하여 회전수를 상승시키는 기간에 검출되는 q축전류값은 모터의 부하량, 즉 세탁물량을 보다 정확하게 반영한 값이 되고, 세탁물량의 추정을 보다 높은 정밀도로 실행할 수가 있다.

이 경우, 세탁물량의 추정수단을 모터의 회전수가 제 1 회전수와 제 2 회전수 사이에 있는 경우에 벡터 제어에서의 q축전류값의 변동을 검출하고, 그 변동 레벨이 소정값 이하가 되면 모터의 가속을 개시시키는 균형조정제어를 실행하도록 구성해도 좋다.

즉, 상기한 바와 같이 세탁물량을 높은 정밀도로 추정하기 위해서는 전제로서 드럼 내의 세탁물의 배치, 균형이 균일화되어 있을 필요가 있다. 그리고, 벡터 제어에서의 q축전류값에는 모터의 부하 토크의 변동이 직접적으로 나타나므로 q축전류의 변동을 작게 하도록 제어함으로써 배치, 균형의 조정을 보다 액티브하게 실행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예이며, 제어계의 전기적 구성을 나타내는 기능블럭도,

도 2는 드럼식 세탁기의 종단 측면도,

도 3은 제어 내용을 나타내는 플로우차트,

도 4는 도 3의 "단계 S4"에서의 q축전류의 변동폭을 검출하는 처리를 나타내는 플로우차트,

도 5는 도 3의 제어에 따른 모터의 회전속도변화의 일례를 나타내는 도면,

도 6A는 도 3의 플로우차트의 처리에 따른 경우에서의 모터의 회전수를 실측한 일례,

도 6B는 도 6A의 상태에 따라 검출되는 q축전류의 샘플링값,

도 6C는 도 6B의 q축전류값을 연산처리한 결과를 나타내는 도면,

도 7은 q축전류의 실효값과 세탁물량과의 관계를 나타내는 도면,

도 8은 본 발명의 제 2 실시예를 나타내는 도 3에 상당하는 도면,

도 9는 도 5에 상당하는 도면,

도 10은 본 발명의 제 3 실시예를 나타내는 도 1에 상당하는 도면,

도 11은 도 3에 상당하는 도면,

도 12는 수학식 1을 3차원적인 개념으로 나타낸 도면,

도 13(a)는 q축전류만을 기초하여 세탁물량을 추정하는 경우의 일례,

도 13(b)는 d축전류에 의해 온도 보정을 실행하여 세탁물량을 추정하는 경우의 일례를 나타내는 도면,

도 14는 모터의 온도를 변화시키고, 또한 드럼의 부하를 변화시켜 회전시킨 경우에 측정한 측정값을 도시한 도면, 및

도 15는 모터의 온도를 변화시킨 경우에, 도 14와 동일한 부하상태로 모터를 회전시켰을 경우에 검출되는 d축전류의 값을 나타내는 도면이다.

(제 1 실시예)

이하, 본 발명의 제 1 실시예에 대해 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한다. 우선, 드럼식 세탁기의 전체 구성을 나타내는 도 2에서, 외부상자(1)는 드럼식 세탁기의 외곽을 이루는 것으로 그 전면 중앙부에는 문(2)이 설치되고, 상부에는 다수의 스위치나 표시부(어떠한 것도 도시하지 않음)를 구비한 조작패널(3)이 설치되어 있다. 문(2)은 외부상자(1)의 전면 중앙부에 형성된 세탁물 출입구(4)를 개폐하는 것이다.

외부상자(1)의 내부에는 원통 형상을 이루는 수조(5)가 설치되어 있다. 상기 수조(5)는 그 축 방향이 전후 방향(도 2에서는 좌우 방향)이 되는 횡축 형상이며, 또한 앞이 올라가는 경사 형상으로 설치되고, 탄성지지장치(6)에 의해 탄성적으로 지지되어 있다. 원통 형상을 이루는 드럼(7)은 수조(5)의 내부에서 상기 수조(5)와 동축 형상으로 설치되어 있다. 상기 드럼(7)은 세탁 외, 탈수 및 건조에 함께 사용되는 조로서 기능하는 것으로 작은 구멍(8)이 몸통부의 거의 전역에 다수형성되고(도 3에 일부만 도시), 배플(baffle)(9)이 몸통부의 내주부에 복수 설치되어 있다(도 3에 1개만 도시).

수조(5) 및 드럼(7)은 각각 전면부에 세탁물 출입용인 개구부(10, 11)를 구비하고, 수조(5)의 개구부(10)는 상기 세탁물 출입구(4)에 벨로즈(12)에 의해 수밀하게 연결되고, 드럼(7)의 개구부(11)는 수조(5)의 개구부(10)를 향해 있다. 밸런스링(13)은 개구부(11)의 주위부분에 설치되어 있다.

드럼(7)을 회전구동하는 모터(14)는 아웃터로터형인 DC 브러쉬리스 모터이며, 수조(5)의 배면부에 설치되어 있다. 모터(14)의 스테이터(15)는 수조(5)의 배 면부 중앙에 장착된 축수하우징(16)의 외주부에 장착되어 있다. 로터(17)는 스테이터(15)를 바깥 측에서 덮도록 설치되고, 중심부에 장착된 회전축(18)은 상기 축수하우징(16)에 축수(19)를 통해 회전가능하게 지지되어 이어져 있다. 회전축(18)의 전단부는 축수하우징(16)으로부터 돌출되고, 드럼(7)의 배부의 중앙부에 연결되어 있다. 즉, 드럼(7)은 모터(14)의 로터(17)가 회전하면, 상기 로터(17)와 일체로 회전하는 구성으로 되어 있다.

수류부(水溜部)(20)는 수조(5)의 하면부에 설치되어 있으며, 세탁수 가열용인 히터(21)는 수류부(20)의 내부에 설치되어 있다. 그리고, 배수호스(23)는 배수밸브(22)를 통해 수류부(20)의 후부에 접속되어 있다.

온풍생성장치(24)는 수조(5)의 상부에 설치되고, 열교환기(25)는 수조(5)의 배부에 설치되어 있다. 온풍생성장치(24)는 케이스(26) 내에 설치된 온풍용 히터(27), 케이싱(28) 내에 설치된 팬(29), 팬(29)을 벨트전동기구(30)를 통해 회전구동하는 팬모터(31)로 구성되고, 케이스(26)와 케이싱(28)은 연통되어 있다. 덕트(32)는 케이스(26)의 전면부에 접속되고, 덕트(32)의 선단부는 수조(5) 내의 전면부에 돌출하여 드럼(7)의 개구부(12)를 향해 있다.

여기에서, 온풍이 온풍용 히터(27)와 팬(29)에 의해 생성되면, 상기 온풍은 덕트(32)를 통해 드럼(7) 내로 공급된다. 드럼(7) 내로 공급된 온풍은 드럼(7) 내의 세탁물을 가열하여 수분을 빼앗고, 열교환기(25) 측으로 배출된다.

열교환기(25)는 상부가 상기 케이싱(28) 내와 연통하고, 하부가 수조(5) 내부와 연통하고 있으며, 물이 상부에서 주입되어 아래로 흐름으로써 내부를 통한 공 기 중의 수증기를 냉각하여 응축시켜 제습하는 수냉식으로서 구성되어 있다. 상기 열교환기(25)를 통한 공기는 다시 온풍생성장치(24)로 돌아오고, 온풍화되어 순환한다.

도 1은 드럼식 세탁기의 제어계의 구성을 나타내는 기능 블럭도이다. 또한, 상기 구성은 예를 들면, 특허출원 2002-212788호에 기재되어 있는 것과 동일하므로 이하에서는 개략적으로 설명한다. 목표속도명령(ω ref)은 세탁기(11)의 운전 전반을 제어하는 제어용 마이크로 컴퓨터(세탁물량의 추정 수단)(54)로부터 출력되고, 감산기(33)는 상기 목표속도명령(ω ref)과 에스티메이터(Estimator)(34)에 의해 검출된 모터(14)의 회전속도(ω)와의 감산결과를 출력한다.

속도PI제어부(35)는 목표속도명령(ω ref)과 검출속도(ω)의 차이 분량에 기초하여 PI제어를 실행하고, q축전류명령값(I qref)와 d축전류명령값(I dref)을 생성한다. 감산기(36, 37)는 상기 명령값(I qref, I dref)과 αβ/dq변환부(38)로부터 출력되는 q축전류값(Iq), d축전류값(Id)의 감산결과를 전류PI제어부(39q, 39d)로 출력한다. q축전류값(Iq)은 마이크로 컴퓨터(54)에도 부여된다.

전류PI제어부(39q, 39d)는 q축전류명령값(I qref)과 d축전류명령값(I dref)의 차이 분량에 기초하여 PI제어를 실행하고, q축전압명령값(Vq) 및 d축전압명령값(Vd)을 생성하여 출력한다. dq/αβ변환부(40)는 에스티메이터(34)에 의해 검출된 모터(14)에서의 2차 자속의 회전위상각(로터위치각)(θ)에 기초하여 전압명령값(Vd, Vq)을 전압명령값(Vα, Vβ)으로 변환한다.

αβ/UVW변환부(41)는 전압명령값(Vα, Vβ)을 3상의 전압명령값(Vu, Vv, Vw)으로 변환하여 출력한다. 전환스위치(42u, 42v, 42w)는 전압명령값(Vu, Vv, Vw)과 초기 패턴 출력부(43)에 의해 출력되는 기동용 전압명령값(Vus, Vvs, Vws)을 전환하여 출력한다.

PWM형성부(44)는 전압명령값(Vus, Vvs, Vws)에 기초하여 16㎑의 반송파를 변조한 각 상 PWM신호(Vup(+,-), Vvp(+,-), Vwp(+,-))를 인버터회로(45)로 출력한다. 인버터회로(45)는 6개의 IGBT(46)를 3상 브릿지 접속하여 구성되고, 아래 아암측 U, V상의 IGBT(46)의 에미터는 각각 전류검출용의 션트저항(전류검출수단)(47)(u,v)을 통해 그라운드에 접속되어 있다. 또한, 양자의 공통접속점은 도시하지 않은 증폭ㆍ바이어스회로를 통해 A/D변환부(49)에 접속되어 있다. 또한, 인버터회로(45)에는 100V의 교류전원을 배전압전파정류한 약 280V의 직류전압이 인가된다. 증폭ㆍ바이어스회로는 션트저항(47)의 단자전압을 증폭하고, 상기 증폭신호의 출력범위가 양측에 모이도록 바이어스를 부여한다.

A/D변환부(49)는 증폭ㆍ바이어스회로의 출력신호를 A/D변환한 전류데이터(Iu, Iv)를 출력한다. UVW/αβ변환부(52)는 전류데이터(Iu, Iv)에서 W상의 전류데이터(Iw)를 추정하고, 3상의 전류데이터(Iu, Iv, Iw)를 직교좌표계의 2축전류데이터(Iα, Iβ)로 변환한다.

αβ/dq변환부(38)는 벡터 제어시에는 에스티메이터(34)보다 모터(14)의 로터위치각(θ)을 얻어 2축전류데이터(Iα, Iβ)를 d축전류값(Id), q축전류값(Iq)으로 변환하고, 예를 들면 128μ초마다 출력한다. 에스티메이터(34)는 d축전류값(Id), q축전류값(Iq)에 기초하여 로터(17)의 위치각(θ) 및 회전속도(ω)를 추정하 여 각 부로 출력한다.

또한, 이상의 구성에서 인버터회로(45)를 제외한 구성은 주로 DSP(Digital Signal Processor, 토크 제어수단)(53)의 소프트웨어로 실현되는 기능이다.

다음으로, 본 실시예의 작용에 대해 도 3 내지 도 9를 참조하여 설명한다. 도 3은 제어용 마이크로 컴퓨터(54)에 의해 실행되는 플로우차트이며, 드럼(7) 내에 투입된 세탁물의 중량(세탁물량)을 추정하는 처리를 나타낸다. 제어용 마이크로 컴퓨터(54)는 "단계 S1"에서 모터(14)의 회전속도 점증운전을 실행한다. 즉, 회전속도를 시간(Tk1) 동안에 상측 기준속도(제 2 회전수)(Na)까지 올리도록 (Na/Tk1)의 가속도로 점차 올려 간다. 상측 기준속도(Na)는 세탁물이 원심력의 작용에 의해 드럼(7) 내주면의 최상점에 달라붙기 시작하는 속도이며, 40 rpm 이상의 예를 들면, 75 rpm으로 설정되어 있다.

상기 회전속도 점증운전은 모터(14)를 벡터 제어함으로써 실행된다. 상기 회전제어는 αβ/dq변환부(38)에 의한 q축전류값의 출력이 128μ초 간격으로 이루어지므로 드럼(7)의 1회전(75~55 rpm, 1회전 0.8초~1.09초) 중에 128μ초마다 회전속도제어가 이루어진다. 이로 인해, 드럼(7)의 1회전 중에서의 회전변동이 적도록 제어된다.

즉, 드럼식 세탁기에서 드럼(7)을 비교적 저속으로 회전시키는 경우는 중력의 작용에 의해 세탁물이 드럼의 내주면에서 아래쪽으로 낙하하고, 위치가 크게 변화하기 쉽다. 따라서, 단순히 드럼(7)을 비교적 저속으로 회전시키는 것만으로도 세탁물의 분포균형을 어느 정도 조정할 수 있다. 또한, 상기 작용의 상세에 대해 서는 예를 들면 특허출원 2002-212788호에 기술되어 있다.

이어지는 "단계 S2"에서는 후술하는 점감플러그의 리세팅처리를 실행하고, 다음의 "단계 S3"에서는 q축전류(Iq)를 128μ초마다 판독한다. 다음의 "단계 S4"에서는 q축전류변동폭(H)의 검출처리를 실행한다.

도 4는 변동폭(H)의 검출처리 내용을 나타내는 플로우차트이다. 또한, 도 6A는 도 3의 플로우차트의 처리에 따른 경우에서의 모터(14)의 회전수의 일례를 나타낸 것이며, 도 6B는 이 경우 검출되는 q축전류의 샘플링값, 도 6C는 도 6B의 q축전류값을 후술하는 도 4의 플로우차트에 따라 연산처리한 변동폭(H)을 나타낸다.

여기에서, "단계 S4"에서의 q축전류변동폭(H)의 검출처리에 대해 도 4를 참조하여 설명한다. 우선, 도 6B와 같이 검출된 q축전류값을 디지털 연산에 의해 로우패스 필터링으로 하여 고주파성분을 컷트하고, 또한 소정 희석률로 검출수를 솎아낸다.(단계 S21). 다음으로, 하이패스 필터링에 의해 변동분을 추출하면(단계 S22), 그 결과를 2제곱 연산하고(단계 S23), 또한 로우패스 필터링에 의해 2제곱 연산결과의 고주파성분을 제거한다(단계 S24). 그렇게 하면, 도 6C에 도시한 바와 같은 데이터를 얻을 수 있으므로 이를 q축전류의 변동폭(H)으로 한다.

다시, 도 3을 참조한다. "단계 S5"에서는 변동폭(H)이 미리 정해진 기준값(Hk)보다 작은지의 여부를 판단한다. 즉, q축전류의 변동폭(H)은 모터(14)의 부하 토크 변동을 반영하고 있다. 따라서, 변동폭(H)이 크다는 것은 드럼(7)의 회전변동이 크고, 드럼(7) 내에서의 세탁물 분포의 불균형상태가 크다는 것을 나타내고 있다.

"단계 S5"에서 변동폭(H)이 기준값(Hk) 이상이면(「아니오」), "단계 S6", "단계 S7"로 이행한다. 그리고, 점감플러그가 세팅되어 있지 않고(단계 S6, 「아니오」), 회전속도가 상측 기준속도(Na)에 도달하지 않으면(단계 S7, 「아니오」), "단계 S1"으로 돌아가 회전속도의 점증을 계속한다.

이상과 같이, "단계 S1~단계 S7"의 루프를 회전하고 있는 동안에 있어서 회전속도가 상측 기준속도(Na)에 도달하기 이전에 변동폭(H)이 기준값(Hk)을 밑돌면(단계 S5, 「예」), 제어용 마이크로 컴퓨터(54)는 모터(14)를 최대 토크로 가속시킨다(단계 S8). 그리고, 상기 가속기간에도 q축전류(Iq)를 128μ초마다 판독한다(단계 S9).

다음으로, "단계 S10"에서 가속에 의해 모터(14)의 회전속도가 Nd(예를 들면, 300 rpm)에 도달하기 까지는 (「아니오」) "단계 S8", "단계 S9"의 처리를 반복하고, 회전속도가 Nd에 도달하면, (「예」) 모터(14)의 가속을 정지시킨다(단계 S11). 그런 후, 제어용 마이크로 컴퓨터(54)는 가속기간에 샘플링한 q축전류값(Iq)에 대해 실효값(2제곱 평균값의 평방근)을 연산하면(단계 S12), 그 연산결과에 따라 세탁 양의 판정을 실행한다(단계 S13).

한편, "단계 S1~단계 S7"의 루프를 회전하고 있는 동안에 회전속도가 상측 기준속도(Na)에 도달하기 이전에 변동폭(H)이 기준값(Hk)을 밑돌지 않은 경우(단계 S7, 「예」), 제어용 마이크로 컴퓨터(54)는 점감플러그를 내부 메모리의 플러그 격납영역에 세팅한다(단계 S14). 그리고, 모터(14)의 회전속도 점감운전을 실행한다(단계 S15). 즉, 도 5에 도시한 바와 같이 시간(Tk2) 동안에 하측 기준속도(제 1 회전수)(Nb)까지 내려가도록 (Na-Nb/Tk2)의 감속도로 회전속도를 점차 내려간다.

하측 기준속도(Nb)는 드럼(7) 내주면의 최상점에서 세탁물이 낙하하기 시작한다고 추정되는 회전속도이며, 예를 들면, 55 rpm으로 설정되어 있다.

즉, 드럼(7)의 회전속도가 점감하고, 하측 기준속도(Nb)에 도달하려고 하는 근방에서는 드럼 내에서의 세탁물의 분포균형이 어느 정도 균일화된 상태라고 추정된다. 그리고, 상기의 회전속도 점감운전의 실행 중에도(단계 S16, 「아니오」) 점증운전의 경우와 동일하게 "단계 S3~단계 S5"의 처리를 실행하고, 상기 실행 중에 변동폭(H)이 기준값(Hk)을 밑돌면(단계 S5, 「예」), 동일하게 "단계 S8" 이후의 처리를 실행한다.

또한, "단계 S5"에서 「아니오」라고 판단한 경우는 점감플러그가 세팅되어 있으므로 이어지는 "단계 S6"에서는 「예」라고 판단하게 되고, "단계 S15"로 이행한다.

또한, 회전속도 점감운전이 계속되고, "단계 S5"에서 「예」라고 판단되기 전에 회전속도가 하측 기준속도(Nb)에 도달하면(단계 S16, 「예」), 제어용 마이크로 컴퓨터(54)는 모터(14)의 회전을 일단 정지시킨다(단계 S17). 그런 후, "단계 S1"으로 이행하여 균형조정운전을 다시 실행한다.

여기에서, 도 7은 세로축에 q축전류의 실효값을 취하고, 그 값에 기초하여 판정되는 세탁물 중량을 가로축으로 취하여 나타낸다. 예를 들면, q축전류값이 3.352인 경우, 세탁물 중량은 약 3kg으로 판정된다.

상기와 같이, 본 실시예에 의하면, 제어용 마이크로 컴퓨터(54)는 세탁기의 드럼(7)을 회전시키는 모터(14)를 인버터회로(45)에 의해 벡터 제어방식으로 구동하고, 모터(14)의 회전수가 하측 기준속도(Nb)와 상측 기준속도(Na) 사이에 있는 경우에 벡터 제어에서의 q축전류값의 변동을 검출하고, 그 변동레벨이 소정값 이하가 되면 모터(14)를 최대 토크로 가속시키고, 상기 가속기간에서의 벡터 제어의 q축전류값에 따라 세탁물량을 추정하도록 했다.

즉, 모터(14)의 회전수가 하측 기준속도(Nb)와 상측 기준속도(Na) 사이에 있는 경우, 드럼(7) 내에서의 세탁물의 분포균형은 어느 정도 균일화된 상태라고 추정된다. 그리고, 벡터 제어에서의 q축전류값에는 모터(14)의 부하 토크의 변동이 직접적으로 나타나므로 q축전류의 변동을 작게 하도록 제어함으로써 배치, 균형의 조정이 보다 액티브하게 이루어진다.

그리고, 배치, 균형의 조정이 양호하게 실행되고 있다고 추정되는 상태에서 드럼(7)을 급가속하여 회전수를 상승시키고 있는 기간에 검출되는 q축전류값은 모터(14)의 부하량, 즉 세탁물량을 보다 정확하게 반영한 값이 되므로 세탁물량의 추정을 보다 높은 정밀도로 실행할 수 있다.

또한, 제어용 마이크로 컴퓨터(54)는 q전류값에 기초한 균형조정제어를 최초로 드럼(7)의 회전수를 0 상태로부터 상승시켜 상측 기준속도(Na)에 도달하기 사이에 실행하므로 균형조정이 순조롭게 실행된 경우는 세탁물량의 추정을 비교적 짧은 시간에 실행하는 것이 가능해진다. 또한, 제어용 마이크로 컴퓨터(54)는 균형조정제어를 q축전류의 실효값에 기초하여 실행하므로 교류적으로 변화하는 q축전류에 기초하여 세탁물량의 추정을 보다 정확하게 실행할 수 있다.

(제 2 실시예)

도 8 및 도 9는 본 발명의 제 2 실시예이며, 제 1 실시예와 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고, 설명을 생략한다. 이하, 서로 다른 부분에 대해서만 설명한다. 제 2 실시예의 구성은 기본적으로 제 1 실시예와 동일하며, 제어용 마이크로 컴퓨터(54)에 의한 소프트웨어적인 처리내용이 달라진다.

즉, 제 2 실시예에서는 드럼(7)의 회전속도를 일단 상측 기준속도(Na)까지 상승시킨 후(단계 S21), 하측 기준속도(Nb)를 향해 회전속도를 점감시키도록(최대기간(Tk)) 하고 있다(단계 S22). 그런 후, 제 2 실시예와 동일하게 "단계 S3~단계 S5", "단계 S8~단계 S13"을 실행한다. 또한, "단계 S5"에서 「아니오」라고 판단한 경우는 "단계 S16", "단계 S17"을 실행하고, "단계 S16"에서 「아니오」라고 판단하면 "단계 S22"로 이행한다. 그리고, "단계 S17"의 실행 후는 "단계 S21"로 이행한다.

상기와 같이, 제 2 실시예에 의하면 제어용 마이크로 컴퓨터(54)는 드럼(7)의 회전수를 일단 상승시킨 후에 하강시키고, 하측 기준속도(Nb)에 이르기 사이에 균형조정제어를 실행하고, q축전류의 변동이 기준값(Hk)보다도 작아지면, 모터(14)를 최대 토크로 가속시키도록 했다.

즉, 배치, 균형의 조정작용을 향상시키기에는 드럼(7)의 회전속도가 드럼(7) 내면에서 세탁물에 작용하는 원심력과 중력이 근접하는 회전속도범위를 통과하는 시간을 보다 길게하는 것이 필요하다. 그리고, 제 1 실시예에서의 최초의 처리와 같이 드럼(7)의 회전수를 0에서 상측 기준속도(Na)까지 상승시키는 경우는, 상기 회전속도범위는 상측 기준속도(Na)의 오직 극 근방이 된다.

이에 대해, 제 2 실시예와 같이 회전수를 점감시키는 경우, 상기 회전속도범위는 대략 상측 기준속도(Na)와 하측 기준속도(Nb) 사이에 걸치도록 된다. 따라서, 상술한 균형조정작용이 발휘되는 시간을 보다 길게 할 수 있고, 균형조정효과를 한층 더 향상시킬 수 있다.

(제 3 실시예)

도 10 내지 도 15는 본 발명의 제 3 실시예를 도시한 것이며, 제 1 실시예와 다른 부분에 대해서만 설명한다. 제 3 실시예에서는 세탁물량을 추정하는데 벡터 제어의 d축전류도 사용한다.

우선, 상기 원리에 대해 도 14 및 도 15를 참조하여 설명한다. 도 14는 모터(14)의 온도(주로, 코일의 온도)를 변화시키고, 드럼(7)을 「무부하」의 상태, 「2.2kg」, 「5.3kg」의 의사부하를 부여한 상태에서 각각 회전시킨 경우에 측정한 판정값을 도시한 것이다. 또한, 각 상태에 대해 측정점이 2군으로 나누어져 있지만, 저온 측의 측정군은 실온이 14℃인 경우, 고온 측의 측정군은 실온이 26℃인 경우이다.

상기 도 14에서 모터(14)의 온도가 상승하면, 동일한 부하에 대해 판정값이 상승하는 경향을 나타내는 것을 알 수 있다. 이는 온도가 변화함으로써 모터(14)의 코일 저항값이 변화하는 것에 기초한다. 즉, 세탁기를 운전함으로써 모터(14)의 코일에 통전이 실행되면 코일의 온도는 상승하지만, 온도가 변동하면 코일의 저항값도 변동한다. 그리고, 코일의 저항값이 변동하면 검출되는 q축전류에도 영향 을 미치기 때문이다.

또한, 도 15는 모터(14)의 온도를 변화시킨 경우에 도 14와 동일한 부하상태에서 모터(14)를 회전시킨 경우에 검출되는 d축전류의 값을 나타낸 것이다. d축전류는 모터(14)의 여자(勵磁)전류성분이므로 코일의 저항이 변화하면 이에 따라 전류값이 대개 선형으로 변화하는 경향을 나타내고 있다.

즉, 세탁물량은 모터(14)의 온도를 변화하는 경우에도 q축전류, d축전류의 g함수로서 나타낼 수 있다. 그래서, 발명자들은 우선, 세탁물량을 y, q축전류의 실효값을 x, d축전류의 실효값을 z로 한 경우에 y가 수학식 1의 함수로 나타난다고 가정했다(도 12 참조).

y = aㆍx² + bㆍx + cㆍz² + dㆍz + e

그리고, 기지(旣知)의 세탁물량(y)을 부여하여 q축전류(x) 및 d축전류(z)를 측정하고, (y, x, z)의 데이터열에서 다차원 최소 2제곱법을 이용하여 계수(a, b, c, d, e)를 구했다. 그 결과, 일례로서 하기와 같은 결과를 얻을 수 있었다.

a = -13.70780694

b = 112.5122816

c = -242.8221477

d = -0.5916270169

e = 7.546078222

또한, 상기의 결과에 기초하여 세탁물량을 추정하는 것은 제 1 실시예와 같이 q축전류만을 기초로 추정하는 세탁물량을 모터(14)의 코일 온도의 추정결과에 따라 보정하는 것과 같다.

도 10에 도시한 기능 블럭도에서는, 제어용 마이크로 컴퓨터(온도검출수단, 세탁물량 추정수단)(61)는 에스티메이터(34)에 의해 출력되는 d축전류값(Id)도 판독하도록 구성되어 있다.

그리고, 도 11에 나타내는 플로우차트에서는 제어용 마이크로 컴퓨터(54)는 "단계 S9"에서 q축전류를 판독하면, 이어서 d축전류도 판독한다(단계 S31). 그리고, "단계 S12"에서 q축전류의 실효값을 연산하면, 이어서 d축전류의 실효값도 연산한다(단계 S32). 그런 후, 수학식 1에 수학식 2의 계수(a, b, c, d, e)를 대입한 식으로 세탁물량을 판정한다(단계 S33).

도 13(a)는 제 1 실시예와 같이 q축전류만을 기초하여 세탁물량을 추정하는 경우의 일례이며, 도 13(b)는 제 3 실시예에서 d축전류에 의해 온도보정을 실행하여 세탁물량을 추정하는 경우의 일례를 나타낸다. 부하가 4kg, 5kg인 경우에 대해 (a)는 q축전류의 실효값을 연산하여 세로축으로 취하고, 도 13(b)는 수학식 1에 기초하는 y를 연산하여 세로축으로 취하고 있다.

부하가 4kg, 5kg인 경우, 표준편차(σ)는 (a)가 0.0167, 0.0165이며, (b)는 모두 0.004이다. 즉, 3σ는 (a)가 0.005인데 대해 (b)는 0.0012이므로 불규칙은 1/4 이하가 되고, 측정 정밀도가 매우 향상했다.

상기와 같이, 제 3 실시예에 의하면 제어용 마이크로 컴퓨터(61)는 벡터 제어에서의 d축전류의 값에 기초하여 모터(14)의 코일 온도를 추정하고, 상기 코일 온도에 기초하여 세탁물량의 추정결과를 보정하도록 했다. 따라서, 추정정밀도를 한층 더 향상시킬 수 있다. 그리고, d축전류는 모터(14)의 여자전류성분이므로 d축전류를 참조하면, 그 경우의 코일의 저항값을 양호하게 추정할 수 있게 된다. 따라서, 온도센서 등을 별도로 설치하지 않고도 코일의 온도에 기초한 보정을 실행할 수 있다.

본 발명은 상기의 내용과 도면에 기재한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 이하와 같은 변형 또는 확장이 가능하다.

제 1 실시예에서 "단계 S2~단계 S6", "단계 S14~단계 S17"을 삭제하여, "단계 S3"의 실행 후는 "단계 S7"의 판단을 실행하고, 「예」라고 판단하면 "단계 S8"로 이행하도록 해도 좋다. 즉, 드럼(7)의 회전수가 상한 기준값에 달한 것만으로 드럼(7) 내에서의 세탁물의 분포균형이 어느 정도 균일화된 상태라고 판단해도 좋다.

또한, 동일하게 제 2 실시예에서도 "단계 S22", "단계 S23"을 삭제하여 "단계 S22"의 실행 후는 "단계 S16"의 판단을 실행하고, 「예」라고 판단하면 "단계 S8"로 이행하도록 해도 좋다.

제 3 실시예에서, 온도검출수단은 반드시 d축전류에 기초하는 것에 한정하지 않고, 온도센서를 설치하여 코일의 온도를 직접 검출하고, 상기 온도에 기초하여 제 1 실시예의 방식으로 추정된 세탁물량을 보정하도록 해도 좋다.

본 발명에 의하면, 드럼 내에서의 세탁물의 분포균형을 어느 정도 균일화시킨 상태로 세탁물량을 높은 정밀도로 추정가능한 드럼식 세탁기를 제공할 수 있다.

Claims (7)

1. 회전축이 수평 방향 또는 수평보다 후방이 내려가는 경사방향으로 설치되고, 세탁물이 수용되는 드럼(7)과,

   상기 드럼(7)을 회전시키는 모터(14)와,

   상기 모터(14)에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출수단(47)과,

   상기 전류검출수단(47)에 의해 검출된 전류에 기초하여 상기 모터(14)를 벡터 제어함으로써 상기 모터(14)의 발생 토크가 적어도 세탁운전과 탈수운전의 각각에 대해 최적이 되도록 제어하는 토크 제어수단(53)을 구비하는 드럼식 세탁기에 있어서,

   상기 모터(14)의 회전수가, 고회전수 측에서 감소시키는 경우에 상기 드럼(7) 내부의 세탁물이 최상점에서 내주면으로부터 낙하하기 시작한다고 추정되는 제 1 회전수에서, 저회전수 측에서 상승시키는 경우에 상기 드럼(7) 내부의 세탁물이 최상점에서 내주면에 달라붙기 시작한다고 추정되는 제 2 회전수 사이에 있다고 판정되면, 상기 모터(14)를 최대 출력 토크에서 가속시키고, 상기 가속기간에서의 벡터 제어의 q축전류값에 따라 세탁물량을 추정하는 세탁물량의 추정수단(54, 61)을 구비하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
2. 제 1 항에 있어서,

   세탁물량의 추정수단(54, 61)은 모터(14)의 회전수가 제 1 회전수에서 제 2 회전수 사이에 있는 경우에 벡터 제어에서의 q축전류값의 변동을 검출하고, 그 변 동레벨이 소정값 이하가 되면 모터(14)의 가속을 개시시키는 균형조정제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
3. 제 2 항에 있어서,

   세탁물량의 추정수단(54, 61)은 균형조정제어를, 드럼(7)의 회전수를 일단 상승시킨 후에 하강시켜서 제 1 회전수에 이르기까지 그 사이에 실행하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
4. 제 2 항에 있어서,

   세탁물량의 추정수단(54, 61)은 균형조정제어를, 드럼(7)의 회전수를 0 상태에서 상승시켜서 제 2 회전수에 도달하기까지 그 사이에 실행하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   세탁물량의 추정수단(54, 61)은 균형조정제어를 q축전류의 실효값에 기초하여 실행하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   모터(14)의 코일 온도를 검출하는 온도검출수단(61)을 구비하고,

   세탁물량의 추정수단(61)은 상기 코일 온도에 기초하여 세탁물량의 추정결과를 보정하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
7. 제 6 항에 있어서,

   온도검출수단(61)은 벡터 제어에서의 d축전류의 값에 기초하여 모터(14)의 코일 온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 세탁기.

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