KR101341213B1

KR101341213B1 - 청소기 및 그 구동 방법

Info

Publication number: KR101341213B1
Application number: KR1020070053854A
Authority: KR
Inventors: 김상영; 유명근; 안광운; 신현정
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2014-01-02
Also published as: KR20080105804A; WO2008147106A1; US7847511B2; US20080297101A1

Abstract

상용 교류 전압뿐만 아니라 배터리의 전압에 의해서도 충분한 먼지 및 티끌의 집진 능력으로 운전이 가능한 청소기가 개시된다.

청소기는, 배터리; 집진용 팬을 회전시키기 위하여 적어도 2개의 상 감지 신호를 생성하는 자기 저항 절환용 모터; 전원으로부터의 상용 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 전압 변환부; 및 상기 상용 교류 전압이 입력되면, 상기 모터를 펄스 트리거 모드로 구동하고, 상기 상용 교류 전압이 미입력되면, 상기 모터를 펄스 폭 변조 모드로 구동하는 모터 구동부; 를 포함하고, 상기 모터 구동부는, 상기 배터리의 전압 또는 상기 전압 변환부의 전압 중 어느 하나를 이용하여 상기 모터에 공급될 적어도 2개의 상 전압 신호를 발생하는 인버터; 및 상기 상용 교류 전압의 입력 상태에 따라, 상기 인버터가 상기 펄스 폭 변조 모드 또는 상기 펄스 트리거 모드 중 어느 한 모드로 구동되게 하는 제어부; 를 포함하여 구성된다. 이러한 청소기는 배터리의 전압에 의해서도 사용 교류 전압의 사용 시와 동일한 기간에 먼지 및 티끌의 청소를 가능하게도 한다.

AC/DC, 회전 동력, 자기 저항 절환형 모터, 배터리, 임피던스.

Description

청소기 및 그 구동 방법{Cleaner and driving method thereof}

본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면에 대한 보다 충분한 이해를 돕기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.

도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 청소기를 설명하는 설명하는 블록도이다.

도 2a 는 DC 구동 모드에서의 도 1의 각 부분의 출력 신호를 설명하는 파형도이다.

도 2b 는 AC 구동 모드에서의 도 1의 각 부분의 출력 신호를 설명하는 파형도이다.

도 3a 는 도 1의 모터의 단면 구조를 상세하게 설명하는 단면도이다.

도 3b 는 도 1의 주요 부분을 상세하게 설명하는 투시도이다.

《도면의 주요부분에 대한 부호의 설명》

10 : AC-DC 변환기 10A : 정류기

12 : 배터리 14 : 능동 전압 선택기

16 : 검출기 18 : 모터 구동부

18A : 인버터 18B : 제어부

18C : DC-DC 변환기 20 : 모터

22 : 팬 24 : 충전기

본 발명은 먼지 및 티끌 등을 집진하는 청소기 및 그 구동 방법에 관한 것이다.

통상의 청소기는 분진의 흩날림 없이 요구된 영역의 청소를 가능하게 한다. 이는 청소기가 흡입 방식으로 먼지 및 티끌 등을 집진(또는 수거)하기 때문이다. 먼지 및 티끌 등의 집진을 위하여, 청소기는 전기 모터에 의해 회전되는 집진용 팬을 구비한다.

청소기는 대략 110V 또는 220V의 상용 교류 전압을 이용하여 전기 모터를 구동한다. 이에 따라, 상용 교류 전압의 입력을 위한 전원 코드가 청소기에 설치된다. 이 전원 코드는 청소기에 의한 청소 영역을 제한한다.

청소 영역의 제한을 해소하기 위한 방안으로, 상용 교류 전압뿐만 아니라 배터리의 전압에 의해서도 먼지 및 티끌 등의 집진이 가능한 청소기가 제안되었다. AC/DC 겸용 청소기는 전원 코드의 길이를 초과하는 영역에서는 배터리로부터의 직류 전압에 의하여 전기 모터를 구동하여 영역의 제한 없이 먼지 및 티끌 등의 집진을 가능하게 한다. AC/DC 겸용 청소기는 AC 전압으로부터 대략 310V 정도의 직류 전압을 얻을 수 있는 반면에 배터리로부터는 대략 30V 정도의 직류 전압을 얻을 수 있다. 10배 정도의 직류 전압의 차이는 집진용 팬에 공급되는 동력이 100배 정도 차이나게 한다.

이런 직류 전압의 편차에 따른 전달 동력의 차이를 최소화하기 위하여, AC/DC 겸용 청소기는 낮은 임피던스 모드 및 높은 임피던스 모드의 전환을 가능케 하는 이중 권선 구조의 하이브리드 유니버설 모터를 구비한다. 하이브리드 유니버설 모터는, AC 전압에 의한 310V의 직류 전압이 공급되는 경우에 이중 권선들이 직렬 접속되는 고 저항 모드로 구동된다. 반면, 배터리로부터의 30V 정도의 직류 전압이 공급되는 경우에는, 하이브리드 유니버설 모터는 이중 권선들이 병렬 접속되는 저 저항 모드로 구동된다.

그러나, 이러한 이중 권선의 접속 구조의 변경에 의한 임피던스의 변화에 의해서도 AC 전압 사용 시의 발생 동력과 배터리의 직류 전압의 사용 시의 발생 동력과의 차이가 제거되기 곤란하였다. 실제로, 하이브리드 유니버설 모터는, 이중 권선들 각각의 임피던스 특성이 고 저항 모드(즉, AC 전압 사용 시)에 요구된 회전 동력(또는 회전 속도)를 발생하도록 설정된다. 이로 인하여, 하이브리드 유니버설 모터는, 저 저항 모드(배터리의 전압 사용 시)에서는, 고 저항 모드(즉, AC 전압 사용 시)의 회전 동력에 비하여 1/4 내지 1/3에 불과한 회전 동력(또는 회전 속도)만을 발생한다. 이 결과, 하이브리드 유니버설 모터를 포함하는 청소기는 배터리의 전압을 이용하는 경우 먼지 및 티끌 등의 집진 능력이 현저하게 떨어짐은 물론 청소 시간이 길어지게 한다.

이에 더하여, 하이브리드 유니버설 모터는, 이중 권선 구조로 인하여, 사이즈가 50% 이상 커질 수밖에 없다. 이로 인하여, 하이브리드 유니버설 모터를 구비하는 AC/DC 겸용 청소기의 사이즈도 커질 수밖에 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 상용 교류 전압뿐만 아니라 배터리의 전압에 의해서도 충분한 먼지 및 티끌의 집진 능력으로 운전이 가능한 청소기 및 그 구동 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 배터리의 전압에 의해서도 사용 교류 전압의 사용 시와 동일한 기간에 먼지 및 티끌의 청소를 가능하게 하는 청소기 및 그 구동 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 사이즈의 줄이기에 적합한 청소기 및 그 구동 방법을 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면의 실시 예에 따른 청소기는: 배터리; 집진용 팬을 회전시키기 위하여 적어도 2개의 상 감지 신호를 생성하는 자기 저항 절환용 모터; 전원으로부터의 상용 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 전압 변환부; 및 상기 상용 교류 전압이 입력되면, 상기 모터를 펄스 트리거 모드로 구동하고, 상기 상용 교류 전압이 미입력되면, 상기 모터를 펄스 폭 변조 모드로 구동하는 모터 구동부; 를 포함하고, 상기 모터 구동부는, 상기 배터리의 전압 또는 상기 전압 변환부의 전압 중 어느 하나를 이용하여 상기 모터에 공급될 적어도 2개의 상 전압 신호를 발생하는 인버터; 및 상기 상용 교류 전압의 입력 상태에 따라, 상기 인버터가 상기 펄스 폭 변조 모드 또는 상기 펄스 트리거 모드 중 어느 한 모드로 구동되게 하는 제어부; 를 포함하여 구성된다.

본 발명의 다른 일면의 실시 예에 따른 청소기는, 전원으로부터 상용 교류 전원이 입력되면, 상기 상용 교류 전압을 이용하여 펄스 트리거 모드로 자기 저항 절환용 모터를 구동하고, 전원으로부터 상용 교류 전원이 미입력되면, 배터리의 전압을 이용하여 펄스 폭 변조 모드로 자기 저항 절환용 모터를 구동하도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 일면의 실시 예에 따른 청소기 구동 방법은: 전원으로부터 상용 교류 전압을 직류 전압으로 전환하는 단계; 상기 직류 전압 및 배터리의 전압을 능동-절환하는 단계; 상기 상용 교류 전압의 입력 여부를 검출하는 단계; 및 상기 검출 결과에 따라, 상기 능동-절환된 전압을 이용하여 폭 변조 모드 또는 펄스 트리거 모드 중 어느 한 모드로 자기 저항 절환용 모터를 구동하는 단계; 를 포함하고, 상기 모터를 구동하는 단계는, 상기 상용 교류 전압이 입력되면, 펄스 트리거 모드에서 상기 모터로 전환된 직류 전압이 공급되고, 상기 상용 교류 전압이 미 입력되면, 펄스 폭 변조 모드에서 미 전환된 직류 전압이 모터로 공급되도록 구성된다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적 외에, 본 발명의 다른 목적들, 다른 이점들 및 다른 특징들은 첨부한 도면을 참조한 바람직한 실시 예의 상세한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들이 첨부한 도면과 결부되어 상세하게 설명될 것이다. 첨부된 도면들에 있어서, 동일한 동작 및 기능을 가지는 구성 요소들은 다른 도면에서도 동일한 명칭 및 동일한 인용 부호로 참조 될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 청소기를 설명하는 블록도이다. 도 1의 청소기는, 상용 교류 전압을 직류 전압의 형태로 변환하는 AC-DC 변환기(10), 및 배터리(12)를 구비한다.

AC-DC 변환기(10)는 전원 코드(11)로부터 입력되는 상용 교류 전압(예를 들면, 220V)을 직류 전압의 형태로 변환한다. 상용 교류 전압이 전원 코드(11)를 경유하여 공급되는 경우, AC-DC 변환기(10)에서 출력되는 직류 전압(이하, “제1 직류 전압”이라 함)은 대략 310V 정도의 고 전위를 가진다. 이러한 전압 변환을 위하여, AC-DC 변환기는 전원 코드(11)에 직렬 접속된 정류기(10A) 및 평활기(10B)를 구비한다. 정류기(10A)는 전원 코드(11)로부터의 상용 교류 전압을 전파 또는 반파 정류하여 맥류 전압을 출력한다. 평활기(10B)는 정류기(10A)로부터의 맥류 전압을 평활하여 제1 직류 전압을 발생한다. 이를 위하여, 평활기(10B)는 정류기(10A)의 고 전위 출력 단자 및 고 전위 라인(13A) 사이에 접속된 초크 코일(L1)과, 고 전위 전압 라인(13A) 및 기저 전위 라인(13B) 사이에 접속된 캐패시터(C1)을 구비한다. 초크 코일(L1)은 정류기(10A)의 고 전위 출력 단자로부터 고 전위 라인(13A)에 공급될 맥류 전압에 포함된 맥류 성분을 억압한다. 캐패시터(C1)는 초크 코일(L1)로부터의 억압된 맥류 전압을 충방전하여 고 전위 라인(13A) 상에 대략 310V 정도의 제1 직류 전압이 나타나게 한다. 평활기(10B)로부터 출력되는 제1 직류 전압은 능동 전압 선택기(14)에 공급된다.

배터리(12)는 자체 내에 충전된 직류 전압을 능동 전압 선택기(14)에 공급한다. 배터리(12)에 충전된 직류 전압(이하, “제2 직류 전압”이라 함)은 대략 28~50V 정도의 저 전위를 가진다. 28~50V의 낮은 레벨의 제2 직류 전압을 발생하기 위하여, 배터리(12)는 대략 24~30개의 충전 셀들을 포함한다. 충전 셀들로는 Ni-MH 충전 셀이 사용될 수 있다.

능동 전압 선택기(14)는 AC-DC 변환기(10)로부터 제1 직류 전압이 공급되는가의 여부를 감시한다. 제1 직류 전압의 입력 여부에 따라, 능동 전압 선택기(14)는 배터리(12)로부터의 제2 직류 전압 및 AC-DC 변환기(10)로부터의 제1 직류 전압 중 어느 하나를 모터 구동부(18)의 인버터(18A) 쪽으로 전송한다. AC-DC 변환기(10)로부터 제1 직류 전압이 입력되지 않는 경우(즉, DC 전압 모드), 능동 전압 선택기(14)는 배터리(12)로부터의 제2 직류 전압을 모터 구동부(18)의 인버터(18A) 에 공급한다. 반대로, AC-DC 변환기(10)로부터 제1 직류 전압이 공급되면(즉, AC 전압 모드), 능동 전압 선택기(14)는 제1 직류 전압을 모터 구동부(18)의 인버터(18A)에 전달한다. 이를 위하여, 능동 전압 선택기(14)는 배터리(12)의 고전위 출력 단자 및 고 전위 라인(즉, 초크 코일 및 인버터(18A)의 고 전위 입력 단자와 접속 노드) 사이에 접속된 일방향성 소자인 다이오드(D1)를 구비한다. 다이오드(D1)는, 고 전위 라인(13A) 상의 전압이 배터리(12)의 고 전위 출력 단자 상의 전압보다 높으면(즉, 제1 직류 전압이 고 전위 라인(13A) 공급되는 AC 전압 모드), 턴-오프(Turn-off) 되어 배터리(12)로부터 인버터(18A) 쪽으로 전송될 제2 직류 전압이 차단되게 한다. 이때, AC-DC 변환기(10)로부터의 제1 직류 전압이 인버터(18A)에 공급된다. 반대로, 고 전위 라인(13A) 상의 전압이 배터리(12)의 고 전위 출력 단자 상의 전압보다 낮으면(즉, 제1 직류 전압이 고 전위 라인(13A)에 공급되지 않는 DC 전압 모드), 다이오드(D1)는 턴-온(Turn-on) 되어 배터리(12)로부터의 제2 직류 전압을 인버터(18A)에 전달한다. 또한, 능동 전압 선택기(14)는 초크 코일(L1)과 고 전위 라인(13A)(즉, 다이오드(D1)와 인버터(18A)의 고 전위 입력 단자와의 접속 노드) 사이에 접속된 다이오드를 추가로 구비할 수 있다. 추가의 다이오드는, DC 전압 모드에, 배터리(12)로부터의 제2 직류 전압이 AC-DC 변환기(10) 쪽으로 누설되지 않게 하여 배터리(12)의 사용 시간(즉, 방전 기간)이 길어지게 한다.

도 1의 청소기에는, 전원 코드(11)가 접속된 검출기(16)와, 모터 구동부(18)에 직렬 연결된 모터(20) 및 집진용 팬(22)이 구비되어 있다. 검출기(16)는 전원 코드(11)를 통해 상용 교류 전압이 공급되고 있는가의 여부를 감시한다. 감시 결과에 따라, 검출기(16)는 고 전위 논리 전압 및 저 전위 논리 전압(즉, 기저 전위 전압) 중 어느 하나를 가지는 교류 전압 검출 신호를 모터 구동부(18)의 제어부(18B)에 공급한다. 실제로, 전원 코드(11)에 상용 교류 전압이 공급되면, 검출기(16)는 AC 전압 모드를 지정하는 고 전위 논리 전압의 교류 전압 검출 신호를 제어부(18B)에 공급한다. 반면, 전원 코드(11)에 상용 교류 전압이 공급되지 않으면, 검출기(16)는 DC 전압 모드를 지정하는 저 전위 논리 전압의 교류 전압 검출 신호를 제어부(18B)에 공급한다. 이를 위하여, 검출기(16)는 정류용 다이오드 및 분압용 저항들을 구비한다. 다른 형태로, 검출기(16)는 AC-DC 변환기(10)의 출력 단자 상의 전압을 감시하여 상용 교류 전압의 공급 여부를 검출할 수도 있다. 이 경우, 검출기(16)의 검출 결과에는 오류가 있을 수 있거나 또는 검출기(16)의 회로 구성이 복잡해 질 수 있다.

다른 형태로, 상용 교류 전압의 입력 상태를 검출하는 검출기(16)는 모터 구동부(18)의 제어부(18B)에서 운용되는 프로그램(Program)에 의하여 구현될 수도 있다. 이 경우, 제어부(18B)는 전원 코드(11)와 전자기적으로 연결될 수 있다.

모터 구동부(18)는, 검출기(16)로부터의 교류 전압 검출 신호의 논리 전압에 따라, 모터(20)를 펄스 폭 변조 방식 및 펄스 트리거 방식 중 어느 한 방식으로 구동한다. 검출기(16)로부터 고 전위 논리 전압이 입력되면(즉, AC 전압 모드), 모터 구동부(18)는 모터(20)를 펄스 트리거 방식으로 구동하여, 모터(20)에 공급되는 평균 전압이 배터리(12)로부터의 제2 직류 전압을 사용하는 경우와 동일한 수준의 평 균 전압(대략 28~50V 정도)이 되게 한다. 다시 말하여, 상용 교류 전압이 공급되는 경우(즉, AC 전압 모드), 모터 구동부(18)는 AC-DC 변환기(10)로부터의 대략 310V정도의 제1 직류 전압이 대략 28~50V 정도(즉, 배터리(12)로부터의 제2 직류 전압 정도)로 강압되게 된다. 이 경우, 모터(20)에 인가되는 트리거 펄스의 주기는 모터(20)의 회전 주기(또는 회전 속도)에 따라 미세하게 증감되는 반면 트리거 펄스의 폭은 모터의 회전 주기와 무관하게 일정한 폭을 유지하여, 모터(20)의 회전 속도(즉, 회전 동력)가 조절되게 한다. 반대로, 검출기(16)로부터 저 전위 논리 전압이 입력되는 경우(즉, DC 전압 모드)에, 모터 구동부(18)는 펄스 폭 변조 방식으로 모터(20)를 구동하여, 배터리(12)로부터의 제2 직류 전압이 강압 없이 그대로 모터(20)의 구동에 사용되게 한다. 모터(20)의 회전 속도는, 펄스 폭 변조 성분의 충격 계수(Duty Rate)에 따라, 조절될 수 있다. 펄스 폭 변조 성분의 충격 계수가 커지면 모터(20)의 회전 속도가 높아지고(즉, 회전 동력이 커지고), 반면 펄스 폭 변조 성분의 충격 계수가 작아지면 모터(20)의 회전 속도가 낮아진다(즉, 회전 동력이 작아진다). 모터(20)의 회전 속도(회전 동력)의 조절을 위하여, 모터 구동부(18)는 도시하지 않는 출력 선택용 키 스위치들에 응답할 수 있다.

모터(20)에 공급될 펄스 폭 변조 방식 또는 펄스 트리거 방식의 상 전압 신호를 발생하기 위하여, 모터 구동부(18)는 인버터(18A)의 인버팅 동작을 제어하는 제어부(18B)를 구비한다. 인버터(18A)는, 제어부(18B)의 제어 하에, 능동 전압 선택기(14)로부터의 선택된 직류 전압(즉, 제1 또는 제2 직류 전압)을 펄스 트리거 방식 또는 펄스 폭 변조 방식으로 절환하여 적어도 2개의 상 전압 신호를 발생한 다. 실제로, DC 전압 모드의 경우, 인버터(18A)는 도 2a에 도시된 바와 같이 펄스 폭 변조 성분을 일정한 주기(모터(20)의 회전 주기)마다 가지는 적어도 2 개의 상 전압 신호(PVSa,PVSb)를 발생한다. 인버터(18A)에서 발생된 적어도 2 개의 상 전압 신호들(PVSa,PVSb)은 서로 번갈아 폭 변조 성분을 포함한다. 펄스 폭 변조 성분의 충격 계수는 사용자가 지정한 모터(20)의 회전 속도(또는 회전 동력)에 따라 조절된다. 이와는 달리, AC 전압 모드의 경우에는, 인버터(18A)는 도 2b에 도시된 바와 같이 일정한 주기(즉, 모터(20)의 회전 주기)마다 고 전위의 트리거 펄스를 각각 가지는 적어도 2개의 상 전압 신호(PVSa,PVSb)를 발생한다. 적어도 2개의 상 전압 신호(PVSa,PVSb)에 포함된 고 전위 펄스들은 서로 “360°/상 전압 신호의 수”에 해당하는 만큼의 위상 차이를 가진다. 트리거 펄스의 폭은 모터(20)의 회전 주기(회전 속도)와 무관하게 고정되는 반면에 트리거 펄스의 주기는 모터(20)의 회전 주기(즉, 회전 속도)에 따라 미세하게 조절되어, 모터(20)이 사용자가 지정한 속도로 회전된다(또는 사용자가 지정한 회전 동력을 발생한다).

제어부(18B)는, 검출기(16)로부터의 교류 전압 검출 신호에 응답하여, 도 2a에서와 같이 펄스 폭 변조 성분을 서로 번갈아 가지거나 또는 도 2b에서와 같이 일정한 주기(모터(20)의 회전 주기)마다 트리거 펄스를 하나씩 각각 가지는 적어도 2개의 상 제어 신호들(PCSa,PCSb)을 인버터(18A)에 공급한다. 검출기(16)로부터 저 전위 논리 전압의 교류 전압 검출 신호가 발생되는 DC 전압 모드에서, 제어부(18B)에서 발생되는 적어도 2개의 상 제어 신호들(PCSa,PCSb)은, 도 2a에서와 같이, 모터(20)의 회전 주기마다 일정한 기간(즉, “360/상 전압 신호의 수”에 해당하는 기간)씩 서로 번갈아 펄스 폭 변조 성분을 포함한다. 펄스 폭 변조 성분의 충격 계수는 요구된 모터(20)의 회전 속도(또는 회전 동력)에 따라 조절된다. 한편, 검출기(16)에서 고 전위 논리 전압의 교류 전압 검출 신호가 발생되는 AC 전압 모드에서는, 제어부(18B)로부터의 적어도 2개의 상 제어 신호들 각각은, 도 2b에서와 같이,모터(20)의 회전 주기마다 고 전위의 트리거 펄스를 하나씩 포함한다. 적어도 2개의 상 제어 신호들(PCSa,PCSb)에 포함된 고 전위의 트리거 펄스들은 서로 “360/상 전압 신호의 수”에 해당하는 위상 차이를 가진다. 또한, 적어도 2개의 상 제어 신호들(PCSa,PCSb) 각각에 포함된 트리거 펄스의 폭은 요구된 모터(20)의 회전 속도(또는 회전 동력)과 무관하게 일정하게 고정되는 반면 적어도 2개의 상 제어 신호들(PCSa,PCSb) 각각에 포함된 트리거 펄스 의 주기는 미세하게 조절될 수 있다. 고정된 폭 및 미세 조절된 주기의 트리거 펄스는 회전 주기가 짧아지거나 길어짐에 따라 모터(20)에 공급되는 전압의 평균 레벨을 변동시켜 모터(20)에 의하여 발생되는 회전 동력이 증감되게 한다. 적어도 2개의 상 제어 신호(PCSa,PCSb)를 생성하기 위하여, 제어부(18B)는 모터(20)로부터의 적어도 2개의 상 감지 신호(PSSa,PSSb)에 응답한다. 예를 들면, 제어부(18B)는 제1상 감지 신호(PSSa)에 기초하여 제1상 제어 신호(PCSa)를 생성함과 아울러 제2상 감지 신호(PSSb)에 기초하여서는 제2 상 제어 신호(PCSb)를 생성한다. 특히, AC 전압 모드의 경우, 제어부(18B)는, 도 2b에서와 같이, 제1상 제어 신호(PCSa)의 하강 에지가 제1상 감지 신호(PSSa)의 하강 에지와 일치되게 함은 물론 제2상 제어 신호(PCSb)의 하강 에지도 제2상 감지 신호(PSSb)의 하강 에지와 일치되게 한다. DC 전압 모드에서는, 제 어부(18B)는, 도 2a에서와 같이, 제1 상 제어 신호(PCSa)가 제1 상 감지 신호(PSSa)의 고 전위 기간에 펄스 폭 변조 성분을 포함하게 함은 물론 제2 상 제어 신호(PCSa)는 제2 상 감지 신호(PSSb)의 고 전위 기간에 펄스 폭 변조 성분을 포함하게 한다.

적어도 2개의 상 감지 신호 외에도, 제어부(18B)는 모터(20)로부터 공급되는, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같은, 기동 감지 신호(STS) 및 운전 감지 신호(OPS)에도 응답할 수 있다. 기동 감지 신호(STS)에 근거하여, 제어부(18B)는 모터(20)이 요구된 회전 속도로 회전될 때까지 상 제어 신호(PCSa,PCSb)에 포함된 트리거 펄스의 주기가 작은 값을 기지게 하거나 펄스 폭 변조 성분의 충격 계수가 큰 값을 가지게 한다. 모터(20)의 회전 속도가 요구된 속도에 도달한 때에는, 제어부(18B)는 인버터(18A)에 공급될 상 제어 신호(PCSa,PCSb)의 트리거 펄스의 주기 및 펄스 폭 변조 성분의 충격 계수가 요구된 속도에 해당하는 값을 가지게 한다. 제어부(18B)는, 운전 감지 신호(OPS)의 주기에 근거하여 트리거 펄스의 주기가 요구된 속도에 해당하는 값을 가지게 한다. 운전 감지 신호(OPS)는 기동 감지 신호(STS)에 비하여 30~50° 정도 빠른 위상을 가진다. 운전 감지 신호(OPS)와 기동 감지 신호(STS) 간의 위상 차이는 모터(20)에 포함된 운전 감지 센서 및 기동 감지 센서의 배치 상태에 의해 결정된다. 이러한 제어부(18B)로는 연산 처리 기능을 가지는 중앙 처리 장치(Central Process Unit) 또는 마이크로 컴퓨터(Micro Computer) 등이 사용될 수 있다.

또한, 모터 구동부(18)는 배터리(12)와 제어부(18B) 사이에 접속된 DC-DC 변 환기(18C)를 추가로 구비한다. DC-DC 변환기(18C)는 배터리(12)로부터의 제2 직류 전압을 트랜지스터 로직 전압(예를 들면, 대략 5V 정도의 제1 직류 전압)으로 하향 이동(레벨 쉬프트)시킨다. DC-DC 변환기(18C)에 의하여 레벨 쉬프트된 트랜지스터 로직 전압은 제어부(18B)에 공급되어 제어부(18B)가 안정된 동작을 수행하게 한다. 제2 직류 전압으로부터 트랜지스터 로직 전압을 안정되게 발생하기 위하여, DC-DC 변환기(18C)는 절환형 전원 장치(Switched Mode Power Supply)를 포함한다. 다른 방법으로, DC-DC 변환기(18C)는 저항 분압기를 포함할 수도 있다.

모터(20)는 모터 구동부(18) 내의 인버터(18A)로부터의 적어도 2개의 상 전압 신호(PVSa,PVSb)에 의하여 구동되어 집진용 팬(22)에 전달될 회전 동력(회전 토크)을 발생한다. 모터(20)로는 적어도 2상의 자기 저항 절환형 모터(Switched Reluctance Motor)가 사용된다. 적어도 2상의 자기 저항 절환형 모터(20)는 적어도 2개의 상 감지 신호(PSSa,PSSb)를 생성한다. 예를 들어, 2상의 자기 저항 절환형 모터(20)에서는 2개의 상 감지 신호(PSSa,PSSb)가 발생된다. 또한, 적어도 2 상의 자기 저항 절환형 모터(20)는 상 감지 신호들(PSS) 외에도 기동 감지 신호(STS) 및 운전 감지 신호(OPS)를 생성한다. 2상의 자기 저항 절환형 모터(20)에서 발생되는 기동 감지 신호(STS)는, 도 2a 및 도 2b에서와 같이, 제1상 감지 신호(PSSa)보다 30~50° 정도 뒤진 위상을 가지는 반면 제2상 감지 신호(PSSb)보다는 40~60° 정도 앞선 위상을 가진다. 운전 감지 신호(OPS)는 적어도 2개의 상 감지 신호들(PSSa,PSSb) 중 어느 하나와 동일한 위상 및 주기를 가진다. 2상의 자기 저항 절환용 모터(20)에서 발생되는 운전 감지 신호(OPS)는 도2a 및 도 2b에서와 같이 제1 상 감지 신호(PSSa)와 동일한 위상 및 주기를 가진다. 이러한 적어도 2상의 자기 저항 절환용 모터(20)은, 배터리(12)의 전압(즉, 28~50V의 제2 직류 전압)이 사용되는 경우, 요구된 회전 속도로 회전되기(또는 요구된 회전 동력을 발생하기)에 충분할 정도로 낮은 임피던스 특성의 적어도 2개의 권선들을 가지게 제작된다. 예를 들어, 2상의 자기 저항 절환용 모터(20)에 포함된 제1 및 제2 권선들에는, 제 1 및 제2 상 전압 신호(PVSa,PVSb)에 의하여, 도 2a 및 도 2b에서의 WICa 및 WICb와 같은 파형의 전류가 여자된다. 이에 따라, 자기 저항 절환용 모터(20)는, 평균 전압이 28~50V 정도인 트리거 펄스 방식의 상 전압 신호(PVSa,PVSb)뿐만 아니라 펄스 폭 변조 방식의 상 전압 신호들(PVSa,PVSb)에 의해서도 요구된 회전 속도(예를 들면, 7000~9000rpm 정도)로 회전되어, 요구된 크기의 회전 동력이 발생되게 한다. 펄스 트리거 방식의 상 전압 신호는, AC 전압 모드에서 7000~9000rpm 정도의 고속으로 회전함에 발생되는 모터(20)에서의 발열 문제가 해소될 수 있다. 이에 더하여, 낮은 임피던스 특성의 권선을 가지는 자기 저항 절환용 모터(20)는 펄스 폭 변조 성분의 상 전압 신호에 의하여 요구된 속도로 회전되어, AC 전압뿐만 아니라 배터리(12) 전압에 의해서도 요구된 회전 동력을 발생할 수 있다.

집진용 팬(22)은 모터(20)로부터의 회전 동력(또는 회전 토오크(Torque)에 의하여 회전되어 흡입력을 발생시킨다. 이 흡입력은 먼지 및 티끌 등이 집진 공간(도시하지 않음)으로 집진되게 한다. 낮은 임피던스 특성의 권선들을 가지는 자기 저항 절환용 모터(20)로부터, AC 전압뿐만 아니라 배터리(12) 전압의 사용 시에도, 요구된 크기의 회전 동력이 공급받는다. 이에 따라, 집진용 팬(22)은, 상용 AC전 압뿐만 아니라 배터리의 전압 사용 시에도, 요구된 크기의 흡입력이 발생하게 하여 먼지 및 티끌의 청소 기간을 상용 AC 전압의 사용 시의 청소 시간 정도로 단축시킬 수 있다.

도 1의 청소기는 전원 코드(11) 및 배터리(12) 사이에 접속된 충전기(24)를 추가로 구비한다. 충전기(24)는, 전원 코드(11)를 통하여 상용 교류 전압이 공급되는 동안(즉, AC 전압 모드)에, 정류 및 평활 동작을 수행하여 상용 교류 전압을 제2 직류 전압의 형태로 변환한다. 또한, 충전기(16)는 변환된 제2 직류 전압을 배터리(12)에 공급하여 배터리(12)에 제2 직류 전압이 충전되게 한다.

도 3a 및 도 3b는 2상의 자기 저항 절환용 모터(20)를 상세하게 설명한다. 도 3a는 2상의 자기 저항 절환용 모터(20)의 단면 구조를 설명하는 단면도이고, 도 3b는 2상의 자기 저항 절환용 모터의 주요 부분을 설명하는 투시도이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 2 상의 자기 저항 절환용 모터(20)는 스테이터(30)의 중심 축에 위치한 회전 샤프트(32)를 구비한다. 이 회전 샤프트(32)의 중간 부분에는 로터(Rotor)(34)가 설치된다. 로터(34)는 돌극 형상을 가진다. 회전 샤프트(32)의 일측 단부에는 셔터(Shutter)(36)이 설치된다. 회전 샤프트(32)의 타측 단부에는 도 1에서의 집진용 팬(22)이 설치된다.

스테이터(30)은 실린더 형상으로 가진다. 이 스테이터(30)는 내측 벽면에 형성된 제1 상의 폴들(Phase Pole)(A1,A2) 및 제2 상의 폴들(B1,B2)을 구비한다. 제1 상의 폴들(A1,A2)은 로터(34)를 기준으로 서로 대응하게 위치한다. 제2 상의 폴들(B1,B2)도 로터(34)를 기준으로 서로 대응하게 위치한다. 또한, 제2 상의 폴 들(B1,B2)는 제1 상의 폴들(A1,A2)에 의한 라인과 수직하게 교차하는 라인을 이루게끔 배치된다.

제1 상의 폴들(A1,A2)에는 제1 상의 권선(38A)가 감겨지고, 제2 상의 폴들(B1,B2)에는 제2 상의 권선(38B)가 감겨진다. 이들 제1 및 제2 권선들(38A,38B)은 교번적으로 인에이블되는 제1 및 제2 상 전압 신호에 의하여 교대로 여자되어 로터(34)를 포함한 회전 샤프트(32)를 회전시킨다. 제1 및 제2 권선들(38A,38B)은, 배터리의 전압으로부터 파생된 상 전압 신호들에 여자되더라도 회전 샤프트(32)가 요구된 힘(즉, 토오크)로 회전될 수 있도록, 충분히 낮은 임피던스 특성을 가진다.

또한, 2상의 자기 저항 절환용 모터(20)는, 제1 상의 폴들(A1,A2) 중 어느 하나의 길이 방향에 위치하는 제1 위치 감지 센서(40A), 및 제2 상의 폴들(B1,B2) 중 어느 하나의 길이 방향에 위치하는 제2 위치 감지 센서(40B)를 구비한다. 제1 및 제2 위치 감지 센서(40A,40B)는 셔터(36)와 상호 작용하여 제1 상 감지 신호 및 제2 상 감지 신호를 각각 생성한다.

나아가, 2상의 자기 저항 절환용 모터(20)는, 제1 및 제2 위치 감지 센서(40A,40B) 중 어느 하나와 일직선을 이루는 위치에 배치된 운전 감지 센서(도시하지 않음), 및 회전 샤프트(32)를 기준으로 운전 감지 센서와 일정한 각도(예를 들면, 대략 30~50 정도의 각도)를 이루는 위치에 배치된 기동 감지 센서(도시하지 않음)를 추가로 구비한다. 운전 감지 센서에서 출력되는 운전 감지 신호는 제1 및 제2 상 감지 신호들 중 어느 하나와 동일한 파형을 가진다. 기동 감지 센서에서 출력되는 기동 감지 신호는 운전 감지 신호에 비하여 30~50 정도 뒤진 위상을 가짐과 아울러 운전 감지 신호와 동일한 주기를 가진다.

이상과 같은 구조를 2상의 자기 저항 절환형 모터를 통하여, 본 발명이 속한 기술 분야에 통상의 지식을 가지 자라면 누구나, 이상과 같은 구조의 2상의 자기 저항 절환형 모터를 통하여, 적어도 3상의 자기 저항 절환용 모터가 적어도 3개의 위치 감지 센서들, 적어도 3개의 권선들, 및 적어도 3쌍의 상의 폴들을 가진다는 것을 충분히 알 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 청소기에서는, 배터리의 전압에 의하여 요구된 회전 동력을 발생할 수 있을 정도로 충분히 낮은 임피던스 특성의 자기 저항 절환용 모터가 사용된다. 또한, 본 발명에 따른 청소기는, 상용 교류 전압이 공급되는 경우(즉, AC 전압 모드), 대략 310V정도의 직류 전압이 대략 28~50V 정도(즉, 배터리(12)의 전압 정도)로 강압된 상태로 자기 저항 절환용 모터에 공급되게 한다. 이에 따라, 자기 저항 절환용 모터는 상용 AC 전압뿐만 아니라 배터리(12) 전압에 의해서도 요구된 회전 동력을 발생할 수 있다. 또한, 집진용 팬도, 상용 AC전압뿐만 아니라 배터리의 전압 사용 시에도, 요구된 크기의 흡입력이 발생한다. 이 결과, 본 발명에 따른 청소기는 상용 AC 전압뿐만 아니라 배터리의 전압에 의해서도 충분히 큰 집진 능력으로 운전될 수 있음은 물론 배터리의 전압 사용 시의 청소 기간도 상용 AC 전압의 사용 시의 청소 시간 정도로 단축시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명이 첨부된 도면에 도시된 실시 예로 국한되게 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 다른 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서, 보호되어야 할 본 발명의 기술적 사상 및 범위는 첨부된 특허청구의 범위에 의하여 정해져야만 할 것이다.

Claims

배터리;

집진용 팬을 회전시키기 위하여 적어도 2개의 상 감지 신호를 생성하는 자기 저항 절환용 모터;

전원으로부터의 상용 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 전압 변환부; 및

상기 상용 교류 전압이 입력되면, 상기 모터를 펄스 트리거 모드로 구동하고, 상기 상용 교류 전압이 미입력되면, 상기 모터를 펄스 폭 변조 모드로 구동하는 모터 구동부; 를 포함하고,

상기 모터 구동부는,

상기 배터리의 전압 또는 상기 전압 변환부의 전압 중 어느 하나를 이용하여 상기 모터에 공급될 적어도 2개의 상 전압 신호를 발생하는 인버터; 및

상기 상용 교류 전압의 입력 상태에 따라, 상기 인버터가 상기 펄스 폭 변조 모드 또는 상기 펄스 트리거 모드 중 어느 한 모드로 구동되게 하는 제어부; 를 포함하여 구성되는 청소기.
제 1 항에 있어서,

상기 자기 저항 절환용 모터는,

상기 배터리의 전압에 의하여 요구된 회전력 또는 구동 토크의 발생이 가능한 임피던스 특성의 정류자 권선을 가지는 청소기.
제 1 항에 있어서,

상기 자기 저항 절환용 모터는,

상기 상 감지 신호 외에도 기동 감지 신호 및 운전 감지 신호를 생성하는 청소기.
제 1 항에 있어서,

상기 배터리의 전압 및 상기 전압 변환부의 전압을 상기 모터 구동부 쪽으로 능동-절환하는 능동 전압 선택기가 더 제공되는 청소기.
제 1 항에 있어서,

상기 전원으로부터의 상기 상용 교류 전압을 이용하여 상기 배터리를 충전하는 충전 회로부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 청소기.
제 1 항에 있어서,

상기 전원 및 상기 전압 변환부 중 어느 하나로부터의 전압에 근거하여 상기 상용 교류 전압의 입력 상태를 검출하여 그 검출 결과를 상기 모터 구동부에 공급하는 검출기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 청소기.
삭제
전원으로부터 상용 교류 전압을 직류 전압으로 전환하는 단계;

상기 직류 전압 및 배터리의 전압을 능동-절환하는 단계;

상기 상용 교류 전압의 입력 여부를 검출하는 단계; 및

상기 검출 결과에 따라, 상기 능동-절환된 전압을 이용하여 폭 변조 모드 또는 펄스 트리거 모드 중 어느 한 모드로 자기 저항 절환용 모터를 구동하는 단계; 를 포함하고,

상기 모터를 구동하는 단계는,

상기 상용 교류 전압이 입력되면, 펄스 트리거 모드에서 상기 모터로 전환된 직류 전압이 공급되고,

상기 상용 교류 전압이 미 입력되면, 펄스 폭 변조 모드에서 미 전환된 직류 전압이 모터로 공급되는 청소기 구동 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 자기 저항 절환용 모터는,

상기 배터리의 전압에 의하여 요구된 회전력 또는 구동 토크의 발생이 가능한 임피던스 특성의 정류자 권선을 가지는 청소기 구동 방법.
제 8 항에 있어서, 상기 모터 구동 단계는,

상기 상용 교류 전압이 검출될 경우에 상기 모터를 상기 펄스 트리거 모드로 구동하는 단계; 및

상기 상용 교류 전압이 검출되지 않을 경우에는 상기 모터를 상기 펄스 폭 변조 모드로 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기 구동 방법.
전원으로부터 상용 교류 전원이 입력되면, 상기 상용 교류 전압을 이용하여 펄스 트리거 모드로 자기 저항 절환용 모터를 구동하고,

전원으로부터 상용 교류 전원이 미입력되면, 배터리의 전압을 이용하여 펄스 폭 변조 모드로 자기 저항 절환용 모터를 구동하는 청소기.