KR101215446B1

KR101215446B1 - 세탁기

Info

Publication number: KR101215446B1
Application number: KR1020050109317A
Authority: KR
Inventors: 김현배; 김남수; 이성모; 손승용
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-11-15
Filing date: 2005-11-15
Publication date: 2012-12-26
Also published as: KR20070051572A

Abstract

개시된 발명은 회전 드럼을 회전하기 위한 모터를 구동하기 위한 모터 구동회로를 구비한 세탁기에 있어서, 상기 모터 구동회로를 통해 q축 전류를 입력받아 모터 토크를 추정하기 위한 모터 토크 추정기; 상기 모터 토크 추정기에 의해 추정된 모터 토크를 입력으로 모터 회전운동 상태방정식에 기반하여 언밸런스에 의한 부하 토크를 추정하는 부하 토크 추정기; 상기 부하 토크 추정기에 의해 추정한 신호를 신호 처리하여 불평형 질량과 편심 거리를 추정하는 신호처리부를 포함한다.

본 발명은 추정된 모터 토크를 입력으로 모터 회전운동 상태방정식에 기반하는 부하 토크 추정기를 통하여 부하 토크를 추정한 후 이를 신호 처리하여 불평형 질량과 편심 거리를 추정하므로 보다 정확하게 불평형 질량과 편심 거리를 추정할 수 있어서 밸런스 판정의 신뢰도를 향상할 수 있다.

Description

세탁기{Washing Machine}

도 1은 기존의 세탁기의 모터 구동회로이다.

도 2는 기존의 밸런스 조정의 흐름도이다.

도 3은 기존의 밸런스 조정을 할 때의 각속도 곡선의 예이다.

도 4는 세탁기의 회전 운동에 따른 불평형 질량 모델이다.

도 5는 본 발명에 따른 세탁기 블록도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

100A : 밸런스 판정회로

110 : 부하토크 추정기

120 : 대역통과필터

130 : RMS 추정기

본 발명은 불평형 질량을 검출하기 위한 세탁기에 관한 것이다.

드럼 세탁기는 세탁물을 수용하는 회전 터브(rotation tub)를 회전하기 위한 세탁 모터를 구비한다.

드럼 세탁기는 물 사용량과 옷감 손상이 적은 장점이 있지만, 탈수시간이 상대적으로 긴 단점을 가지고 있다.

이를 고려하여 탈수 시간을 단축하기 위해서는 탈수 운전 시 탈수 속도로서,세탁 모터에 의해 회전하는 회전 터브를 고속 회전하는 동작이 요구된다.

고속 탈수 운전 시 세탁물의 엉킴 등으로 인한 불평형 질량에 의한 소음과 진동이 발생한다. 따라서 소음과 진동을 저감 및 억제하기 위해서는 세탁기의 불평형 질량을 추정한 후 적절한 범위 이내로 불평형 질량을 제한하면서 탈수 운전을 수행하는 것이 요구된다.

기존에 모터 구동 시 q축 전류의 변동폭을 이용하여 불평형 질량을 추정하고 이로부터 밸런스 상태를 판정하는 방법이 한국 공개특허 2005-27121호에 개시되어 있다. 이에 대하여 간략하게 설명한다. 도 1은 기존의 모터 구동회로로서, 회전 드럼을 구동하기 위하여 센서리스 벡터 제어 방식을 적용한 예이며, 이 모터 구동회로(40)는 전류 제어 회로(50), 모터 회전자의 회전 위치 추정회로(60), 전류 지령 결정 회로(70), 밸런스 판정회로(80)를 구비한다. 이들 구성요소들에 대하여 설명의 편의상 본 발명의 기술 특징에 관계되는 밸런스 판정회로(80)에 대한 동작을 중심으로 설명하기로 한다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 각 속도(ω)를 Na까지 올리고(S1), 회전 속도를 점차 감속하며(S2), 감속 운전 중에 밸런스 판정은 q축 전류의 변동의 크기에 의해 판정한다. 이에 따라 반복 실행하는 단계 S3에서 q축 전류의 값을 밸런스 판정회로(80)에서 판독 및 기억하고(S3), 감속 운전을 이행 후의 q축 전류의 값의 변동의 크기를 산출하여(S4), 밸런스의 판정을 실행한다(S5).

상기 q축 전류의 변동 크기에 의해 밸런스 판정을 실행할 수 있는 것은, 각속도가 Na에 도달한 시점에서 세탁물의 밸런스가 좋지 않은 경우의 q축 전류의 파형이 크게 변동하므로 이에 근거하여 q축 전류의 변동폭에 따라 불평형 질량을 추정하여 밸런스 판정할 수 있음을 기재하고 있다.

그런데, 기존에는 회전 드럼의 관성모멘트와 회전 드럼을 지지하는 댐퍼에 의한 비스코스 댐핑(viscous damping)에 의한 불평형 질량을 고려하지 않고 오로지 q축 전류의 변동폭에만 의존하여 불평형 질량을 추정하였기 때문에, 실제 불평형 질량을 정확하게 추정할 수 없어서 그에 따라 밸런스 판정의 신뢰도를 저하시키는 요인이 되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 기술을 감안하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 q축 전류의 변동폭 이외에 회전 드럼의 관성 모멘트와 비스코스 댐핑에 의한 영향을 고려하여 불평형 질량을 정확하게 추정하고 이로부터 밸런스 판정의 신뢰도를 향상할 수 있도록 한 세탁기를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 회전 드럼을 회전하기 위한 모터를 구동하기 위한 모터 구동회로를 구비한 세탁기에 있어서, 상기 모터 구동회로를 통해 q축 전류를 입력받아 모터 토크를 추정하기 위한 모터 토크 추정기; 상기 모터 토크 추정기에 의해 추정된 모터 토크를 입력으로 모터 회전운동 상태방정식에 기 반하여 언밸런스에 의한 부하 토크를 추정하는 부하 토크 추정기; 상기 부하 토크 추정기에 의해 추정한 신호를 신호 처리하여 불평형 질량과 편심 거리를 추정하는 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 모터 토크 추정기는 q축 전류에 측정 온도를 보상하기 위한 토오크 상수를 곱하는 제1연산기와 상기 제1연산기의 출력에서 상기 부하토크 추정기의 출력을 감산하는 감산기를 포함한다.

상기 부하 토크 추정기는 적분기, 제2연산기, 제3연산기를 구비하고, 상기 적분기는 제1연산자를 적용하여 적분하고, 상기 제2연산기는 적분기의 출력에 비스코스 댐핑 계수를 곱하여 상기 감산기에 제공하고, 상기 제3연산기는 감산기의 출력에 회전 드럼의 관성 모멘트와 불평형 질량과 편심 거리에 의해 결정되는 제2연산자를 곱하여 언밸런스에 의한 부하 토크를 출력한다.

상기 신호처리부는 추정한 신호에 포함된 고주파 노이즈 성분을 제거하여 모터 회전속도의 주파수 성분만 추출하는 대역통과필터, 대역통과 필터의 출력을 일정 레벨의 값으로 변환하기 위해 절대값 연산부 및 저역통과필터를 포함한다.

상기 신호처리부에 의해 신호 처리된 신호에 소정 상수를 곱하여 순수한 불평형 질량과 편심 거리를 추정한 값을 출력하는 제4연산기, 상기 제4연산기에 의해 출력하는 불평형 질량과 편심 거리에 따라 밸런스 상태를 판정하는 판정부를 더 포함한다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 세탁기를 설명하기 앞서, 세탁기의 회전 운동 시 불평형 질 량 모델을 도 4에 따라 설명한다.

표면부착형 영구자석 모터(SPMSM)를 벡터 제어에 의해 회전 속도를 제어하는 경우를 상정한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 불평형 질량 모델에 적용하는 모터 회전운동 상태방정식은 다음의 식(1)과 같다.

Jtθ'' + bpθ' = Te - megsinθ - (식1)

여기서,Jt는 (J+me²)이고, J는 드럼의 관성 모멘트, m은 불평형 질량, e는 편심거리, bp는 비스코스 댐핑(viscous damping), θ는 회전각, Te는 모터 토크, g는 중력가속도이다.

위 식(1)로 부터 불평형 질량과 편심거리를 추정하기 위해서, 본 발명에서는 도 5와 같은 밸런스 판정회로(100A)를 구비한다.

밸런스 판정회로는 q축 전류와 측정 온도를 보상하기 위한 토오크 상수의 곱으로 모터 토크를 추정하고, 추정된 모터 토크를 입력으로 모터 회전운동 상태방정식에 기반하는 부하 토크 추정기를 통하여 부하 토크를 추정한 후 이를 신호처리하여 불평형 질량과 편심 거리를 추정하며, 추정된 불평형 질량과 편심 거리에 따라 밸런스 상태를 판정한다.

밸런스 판정회로(100A)는 제1연산기(101), 감산기(102), 부하 토크 추정기(110), 대역통과필터(BPF), RMS 연산부(130), 판정부(150) 등을 포함한다.

부하 토크 추정기(110)는 언밸런스에 의한 부하 토크(megsinθ)를 추정하기 위한 것으로, 위 식(1)에 따른 모터 회전운동 상태방정식을 기반으로 연산기를 구성한다. 부하토크 추정기(110)는 적분기(111), 제2연산기(112), 제3연산기(113)을 구비한다.

적분기(111)는 회전 드럼의 관성 모멘트(J)와 불평형 질량(m), 편심 거리(e)에 의해 결정되는 연산자(1/Jt)를 적용하여 적분하고, 제2연산기(112)는 적분기(111)의 출력에 비스코스 댐핑(bp)을 곱하여 감산기(102)에 인가한다.

감산기(102)는 추정 모터 토크에서 제2연산기(112)의 출력을 감산하여 출력하고, 그 출력은 적분기(111) 및 제3연산기(113)에 각각 인가된다.

제3연산기(113)은 감산기(102)의 출력에 (1-Jt)를 곱하여 언밸런스에 의한 부하 토크(megsinθ)를 대역 통과 필터(BPF)에 인가한다.

추정된 부하 토크는 모터 회전속도의 주파수 성분과 그 이외의 추정 오차 주파수 성분을 가진다. 대역통과필터(120)은 추정 신호에 포함된 고주파 노이즈 성분을 제거하여 모터 회전속도의 주파수 성분만 추출하여 RMS 연산부(130)로 출력한다.

RMS 연산부(130)는 일정 레벨의 값으로 변환하기 위해 절대값 연산부(131) 및 저역통과필터(132)를 이용하여 신호 처리한 다음 출력한다.

제4연산기(140)는 RMS 연산부(130)에 의해 일정 레벨로 변환된 값에 소정 상수(Ka)를 곱한 값(me)을 판정부(150)에 제공한다. 판정부(150)는 제공받은 불평형 질량과 편심거리를 곱한 값에 따라 밸런스 상태를 판정한다. 이 판정 결과에 따라 모터 회전 속도를 제어하여 탈수 운전을 수행한다.

상술한 실시 예에서는 속도 센서를 이용하여 모터 속도 제어하는 시스템과 센서리스 벡터 제어에 의한 모터 속도를 제어하는 시스템에 모두 적용할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 추정된 모터 토크를 입력으로 모터 회전운동 상태방정식에 기반하는 부하 토크 추정기를 통하여 부하 토크를 추정한 후 이를 신호 처리하여 불평형 질량과 편심 거리를 추정하므로 보다 정확하게 불평형 질량과 편심 거리를 추정할 수 있어서 밸런스 판정의 신뢰도를 향상할 수 있다.

Claims

회전 드럼을 회전하기 위한 모터를 구동하기 위한 모터 구동회로를 구비한 세탁기에 있어서,

상기 모터 구동회로를 통해 q축 전류를 입력받아 모터 토크를 추정하기 위한 모터 토크 추정기;

상기 모터 토크 추정기에 의해 추정된 모터 토크를 입력으로 모터 회전운동 상태방정식에 기반하여 언밸런스에 의한 부하 토크를 추정하는 부하 토크 추정기;

상기 부하 토크 추정기에 의해 추정한 신호를 신호 처리하여 불평형 질량과 편심 거리를 추정하는 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
제1항에 있어서, 상기 모터 토크 추정기는 q축 전류에 측정 온도를 보상하기 위한 토오크 상수를 곱하는 제1연산기와 상기 제1연산기의 출력에서 상기 부하토크 추정기의 출력을 감산하는 감산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
제2항에 있어서, 상기 부하 토크 추정기는 적분기, 제2연산기, 제3연산기를 구비하고, 상기 적분기는 제1연산자를 적용하여 적분하고, 상기 제2연산기는 적분기의 출력에 비스코스 댐핑 계수를 곱하여 상기 감산기에 제공하고, 상기 제3연산기는 감산기의 출력에 회전 드럼의 관성 모멘트와 불평형 질량과 편심 거리에 의해 결정되는 제2연산자를 곱하여 언밸런스에 의한 부하 토크를 출력하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
제1항에 있어서, 상기 신호처리부는 추정한 신호에 포함된 고주파 노이즈 성분을 제거하여 모터 회전속도의 주파수 성분만 추출하는 대역통과필터, 대역통과 필터의 출력을 일정 레벨의 값으로 변환하기 위해 절대값 연산부 및 저역통과필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
제1항에 있어서, 상기 신호처리부에 의해 신호 처리된 신호에 소정 상수를 곱하여 순수한 불평형 질량과 편심 거리를 추정한 값을 출력하는 제4연산기, 상기 제4연산기에 의해 출력하는 불평형 질량과 편심 거리에 따라 밸런스 상태를 판정하는 판정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기.