KR101606046B1

KR101606046B1 - 세탁기의 제어방법

Info

Publication number: KR101606046B1
Application number: KR1020150024407A
Authority: KR
Inventors: 김경훈
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2015-02-17
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2016-03-24
Also published as: CN105887413B; CN105887413A; US10214843B2; EP3059341B1; EP3059341A1; US20160237610A1

Abstract

본 발명의 세탁기의 제어방법은 저수조, 포를 수용하고 상기 저수조 내에서 수직한 축을 중심으로 회전하는 세탁조, 상기 세탁조 내에서 회전 가능하게 구비되는 펄세이터 및 상기 세탁조 및 펄세이터 중 적어도 하나를 회전시키는 모터를 포함하는 세탁기의 제어방법에 있어서, (a) 상기 세탁조 내로 기 설정된 편심유발수위까지 급수하는 단계; (b) 상기 펄세이터를 회전시키는 단계; (c) 포량을 감지하는 단계; (d) 상기 세탁조를 일정한 가속도로 가속 회전시키는 단계; (e) 상기 세탁조가 가속 회전되는 중에, 속도가 일정한 구간에 속한 상태에서 상기 모터에 인가되는 전류값과, 상기 (c)단계에서 구한 포량을 바탕으로 편심량을 구하는 단계; 및 (f) 상기 편심량이 기준치 보다 큰 경우는 상기 세탁조 내로 제 1 급수 수위까지 급수를 하고, 상기 편심량이 상기 기준치 보다 작은 경우는 상기 제 1 급수 수위보다 높은 제 2 수위까지 급수를 하는 단계를 포함한다.

Description

세탁기의 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING WASHING MACHINE}

본 발명은 세탁기의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 세탁기는 세탁, 탈수 및/또는 건조 등의 여러 작용을 통해 세탁물에 묻은 오염을 제거하는 장치이다. 세탁기는 의류나 침구 등의 세탁물(이하, "포"라고 함)이 담긴 세탁조가 저수조 내에서 회전하며 포에 묻은 오염을 제거한다. 이러한 세탁기는 통상 저수조 내에 급수를 하고, 세탁조를 회전시켜 포에 묻은 오염을 제거하는 세탁 또는 헹굼을 실시한 후, 저수조를 배수시키고, 다시 세탁조를 고속으로 회전시켜 포를 탈수시키는 탈수를 실시한다. 그런데, 세탁조 내에서 포가 한쪽에 치우쳐져 있는 상태로 세탁조가 회전되는 편심 회전의 경우, 과도한 진동으로 인해 세탁조와 저수조 간에 충돌이 발생될 수 있다.

따라서, 종래에는 저수조를 배수한 후, 일정한 속도로 세탁조를 회전시켜 세탁조가 편심된 정도(이하, "편심량"이라고 함.)를 감지하고, 편심량이 기 설정된 허용치 보다 낮은 경우에는 세탁조를 더 높은 속도로 가속하여 탈수를 실시하고, 그렇지 않은 경우는 세탁조 내에서 포가 한쪽에 치우쳐 있거나, 포들이 뭉친 것으로 판단하고, 세탁조를 양방향으로 교대로 회전시켜 포를 분산시킨 후, 다시 편심량을 감지하는 과정을 반복하였다. 보통의 경우, 포 분산 과정을 몇차례 반복함으로써 포가 세탁조 내에 고르게 분산되고, 그에 따라 세탁조의 편심이 저감되어 탈수를 계속할 수 있으나, 세탁조 내에 투입된 포의 상태에 따라서는 포 분산 과정을 반복하더라도 쉽게 세탁조의 편심이 저감되지 못하여, 계속적인 포 분산 실시로 인해 탈수에 진입하는 시간이 과도하게 증가되거나, 심한 경우 탈수 진입에 실패하는 문제가 있었다.

최근의 세탁기는 길이나 면적 또는 부피가 큰 포(예를들어, 침대 시트, 타월, 담요, 이불 등)를 세탁하는데 적화된 특정한 코스를 제공하는 경우도 있다. 그런데, 종래 이러한 코스는 세탁조에 투입된 포의 특성을 고려하지 않아, 포 분산을 실시하더라도 편심이 해소되지 못하는 문제가 있었다. 예를들어, 2채 이상의 이불, 2장 이상의 타월이나 침대 시트 등의 경우와 같이, 각각의 포의 크기가 큰 경우는 편심을 해소하기가 더 어려운 문제가 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 첫째, 세탁조 내에 투입된 포의 특성에 따라 포의 상태를 이원화하여, 각 경우에 따라 정해진 수위로 급수가 실시되도록 한 세탁기의 제어방법을 제공하는 것이다.

둘째, 세탁조 내에 투입된 포의 상태에 따라, 급수를 다르게 함으로써, 탈수 전에 미리 포가 세탁조 내에 고르게 배치되도록 한 세탁기의 제어방법을 제공하는 것이다.

셋째, 탈수 시 포가 세탁조 내에 고르게 분산됨으로써, 탈수 시의 진동 발생을 억제하고, 따라서, 과도한 진동으로 인해 탈수가 중단되는 현상을 방지한 세탁기의 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 세탁기의 제어방법은 저수조, 포를 수용하고 상기 저수조 내에서 수직한 축을 중심으로 회전하는 세탁조, 상기 세탁조 내에서 회전 가능하게 구비되는 펄세이터 및 상기 세탁조 및 펄세이터 중 적어도 하나를 회전시키는 모터를 포함하는 세탁기의 제어방법에 있어서, (a)상기 세탁조 내로 기 설정된 편심유발수위까지 급수하는 단계; (b)상기 펄세이터를 회전시키는 단계; (c)포량을 감지하는 단계; (d)상기 세탁조를 일정한 가속도로 가속 회전시키는 단계; (e)상기 세탁조가 가속 회전되는 중에, 속도가 일정한 구간에 속한 상태에서 상기 모터에 인가되는 전류값과, 상기 (c)단계에서 구한 포량을 바탕으로 편심량을 구하는 단계; 및 (f)상기 편심량이 기준치 보다 큰 경우는 상기 세탁조 내로 제 1 급수 수위까지 급수를 하고, 상기 편심량이 상기 기준치 보다 작은 경우는 상기 제 1 급수 수위보다 높은 제 2 수위까지 급수를 하는 단계를 포함한다.

다르게는, 본 발명의 세탁기의 제어방법은 저수조, 포를 수용하고 상기 저수조 내에서 수직한 축을 중심으로 회전하는 세탁조, 상기 세탁조 내에서 회전 가능하게 구비되는 펄세이터 및 상기 세탁조 및 펄세이터 중 적어도 하나를 회전시키는 모터를 포함하는 세탁기의 제어방법에 있어서, (a)포의 적어도 일부가 젖을 수 있도록 상기 세탁조 내에 소정량의 물이 담기 상태에서, 상기 펄세이터를 회전시키는 단계; (b)상기 모터를 목표 속도까지 가속한 후, 일정 시간 동안 상기 목표 속도를 유지하며 회전시키고, 상기 모터가 상기 목표 속도까지 가속되는 중에 상기 모터에 인가되는 전류값과, 상기 목표 속도를 유지하며 회전되는 중에 상기 모터에 인가되는 전류값을 바탕으로 하기 부하 방정식에서 관성 모멘트(J)를 구하는 단계; (c)상기 모터가 일정한 가속도로 가속되는 중에 상기 모터에 인가되는 전류값과 상기 관성 모멘트를 바탕으로 하기 부하 방정식에서의 T_L값에 상응하여 변화하는 편심량을 구하는 단계; (d)상기 편심량이 기준치보다 큰 경우는 제 1 급수수위까지 상기 세탁조 내로 급수를 하되, 상기 편심량이 상기 기준치 보다 작은 경우는 상기 제 2 급수수위보다 높은 제 2 급수수위까지 급수하는 단계를 포함한다.

부하 방정식:

여기서, J는 상기 모터의 회전자의 관성 모멘트와 부하의 관성 모멘트의 합,

i(t)는 상기 모터에 인가되는 순시전류,

T_e는 상기 모터에서 발생되는 토크

k_T는 상기 모터의 토크 상수,

Φ_f는 상기 모터의 계자 자속,

ω_m는 상기 모터의 회전자의 각속도,

B는 점성마찰계수.

본 발명의 세탁기의 제어방법은 첫째, 세탁조 내에 투입된 포의 특성에 따라 포의 상태를 이원화하여, 각 경우에 따라 정해진 수위로 급수가 실시되도록 함으로써, 탈수 전에 세탁조 내에서의 포의 배치를 최적화할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 탈수 전에 미리 포가 세탁조 내에 고르게 배치되도록 할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 탈수 시 포가 세탁조 내에 고르게 분산됨으로써, 탈수 시의 진동 발생을 억제하고, 따라서, 과도한 진동으로 인해 탈수가 중단되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기의 측단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 세탁기의 주요 구성들 간의 제어관계를 도시한 블록도이다.
도 3은 모터 구동 시스템의 구성을 블록화하여 도시한 것이다.
도 4는 모터를 제어하는 전자기 회로에 대한 블록도이다.
도 5는 세탁조의 회전 중에 편심량이 검출되는 속도 구간을 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기의 제어방법을 설명하는데 참조되는 순서도이다.
도 7의 (a)는 종래의 세탁기에서의 배수 과정을 도시한 것이고, (b)는 도 6의 S16단계에서 편심량이 기준치 보다 큰 것으로 판단된 경우의 세탁과 배수 과정(S17 내지 S20)을 도시한 것이고, (c)는 도 6의 S16단계에서 편심량이 기준치 보다 작은 것으로 판단된 경우의 세탁과 배수 과정(S28 내지 S31)을 도시한 것이다.

본발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본발명의 개시가 완전하도록 하고, 본발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기의 측단면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 세탁기의 주요 구성들 간의 제어관계를 도시한 블록도이다. 도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기는 케이싱(1)과, 케이싱(1) 내에 구비되어 세탁수를 수용하는 저수조(2)와, 세탁물을 수용하고 저수조(2) 내에 회전 가능하게 구비되는 세탁조(3)와, 세탁조(3) 내에 회전가능하게 구비되는 펄세이터(4)와, 세탁조(3) 및/또는 펄세이터(4)를 회전시키는 모터(13)를 포함할 수 있다.

모터(13)로부터 세탁조(3) 또는 펄세이터(4)로 전달되는 회전력을 단속하는 클러치(미도시)가 구비될 수 있다. 제어부(30)의 제어하에 상기 클러치가 적절하게 동작함으로써, 세탁조(3)가 정지된 상태에서 펄세이터(4)만이 회전되거나, 펄세이터(4)와 세탁조(3)가 일체로 회전될 수 있다.

케이싱(1)은 그 내측으로 저수조(2), 세탁조(3), 구동부(13) 등의 세탁기를 구성하는 각종 부품들이 수용될 수 있는 공간을 제공하는 것이다. 케이싱(1)은 상부가 개방되고 내측으로 저수조(2)가 수용되는 공간을 제공하는 캐비닛(12)과, 캐비닛(12)의 개방된 상부에 배치되고 대략 중심부에 세탁물이 출입되는 출입구가 형성된 캐비닛 커버(14)를 포함할 수 있다. 캐비닛 커버(14)에는 상기 출입구를 개폐하는 도어(7)가 회전 가능하게 구비될 수 있다.

저수조(2)는 상부가 개구되며, 지지부재(15)에 의해 케이싱(1) 내에 매달릴 수 있다. 지지부재(15)의 상단은 캐비닛 커버(14)에 회전 가능하게 연결되고, 하단은 서스펜션(미도시)에 의해 저수조(2)의 하부와 연결된다. 세탁조(3) 또는 펄세이터(4) 회전 시 유발된 저수조(2)의 진동이 상기 서스펜션에 의해 완충된다.

세탁조(3)는 상측으로부터 포가 투입될 수 있도록 상부가 개구되고, 수직한 축(vertical axis)을 중심으로 회전된다. 세탁조(3)의 하부에는 펄세이터(4)가 구비될 수 있다. 세탁조(3)에는 저수조(2)와의 사이에 세탁수가 유동될 수 있도록, 다수의 통공(미도시)이 형성된다.

케이싱(1)에는 컨트롤 패널(11)이 구비될 수 있다. 컨트롤 패널(11)은 사용자로 세탁기의 작동 전반에 대한 각종 제어명령을 입력받는 입력부(21)와, 세탁기의 작동상태를 표시하는 표시부(미도시)가 구비될 수 있다. 입력부(21)는 상기 제어명령을 입력받는 각종 조작버튼, 다이얼, 터치 스크린 등의 입력수단을 포함할 수 있다. 상기 표시부는 다이오드, LCD/ LED 패널 등을 포함할 수 있으며, 입력부(21)를 겸하는 터치 스크린으로 구성될 수도 있다.

급수유로(5)가 수도꼭지 등의 급수원과 연결되고, 급수유로(5)를 따라 공급되는 물을 단속하는 급수밸브(6)가 구비될 수 있다. 제어부(30)에 의해 급수밸브(6)가 개방되면, 급수유로(5)를 통해 안내된 물이 세탁조(3) 및/또는 저수조(2) 내로 공급된다. 실시예에 따라, 급수유로(5)를 통해 안내된 물은 세탁조(3)로 직접 공급되지 않고, 저수조(2)와 세탁조(3) 사이를 통해 공급될 수도 있으나, 이 경우에도 세탁조(3)에 형성된 통공을 통해 저수조(2)로부터 세탁조(3) 내로 물이 유입되기 때문에, 급수 완료시 저수조(2)와 세탁조(3)는 동일한 수위가 된다.

저수조(2)로부터 배출된 물이 안내되는 배수유로(9)와, 배수유로(9)를 단속하는 배수밸브(8)와, 배수유로(9) 상에 구비되는 배수펌프(10)가 더 구비될 수 있다. 제어부(20)의 제어하에 배수밸브(8)가 개방되고, 배수펌프(10)가 작동됨으로써 저수조(2)가 배수될 수 있다.

모터(13)는 코일이 권선된 고정자 또는 스테이터(stator, 13a)와, 코일과 전자기적 상호작용을 발생시켜 회전하는 회전자 또는 로터(rotor, 13b)를 포함할 수 있다. 실시예에서 모터(13)는 스테이터(13a)가 코일을 통해 전류를 입력받는 전기자이고, 영구자석을 구비한 로터(13b)가 스테이터(13a)의 외측을 회전하는 아우터 로터(outer rotor) 타입이나, 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니다.

제어부(30)는 세탁기의 작동 전반을 제어하는 것으로, 도 2에 도시된 급수밸브(6), 입력부(21), 배수펌프(10), 모터 제어계(40) 뿐만 아니라, 기타 세탁기를 구성하는 각종 전자/전기 장치의 작동을 제어할 수 있다.

모터(13)는 속도 및/또는 위치 제어가 가능한 것이다. 이러한 모터(13)로는 PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor) 또는 BLDC 모터(Brushless DC electric motor) 등을 예로 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 3은 모터 구동 시스템의 구성을 블록화하여 도시한 것이다. 도 4는 모터를 제어하는 전자기 회로에 대한 블록도이다. 도 3 내지 도 4를 참조하면, 모터 제어계(motor control system, 40)는 모터(13)의 회전을 제어하는 것으로, 속도 제어기(41)와 전류 제어기(42)를 포함할 수 있다.

속도 제어기(41)는 제어부(30)로부터 출력된 속도 지령(ω*)에 따라 전류 지령(i*)을 출력한다. 모터(13)의 회전자의 위치나, 속도를 제어하기 위해서는 토크를 제어할 수 있어야 하며, 토크는 전기자에 입력되는 전류에 비례하므로, 속도 제어기(41)는 모터(13)가 속도 ω*를 추종하며 회전하는데 필요한 전류(i*)를 산출하고, 이를 전류 제어기(42)로 출력한다.

회전자(13b)의 속도를 검출하는 속도 검출부(16)가 구비될 수 있으며, 속도 검출부(16)에 의해 검출된 속도(ω_m, 이하, "현재속도"라고 함.)는 속도 제어기(41)로 입력된다. 속도 제어기(41)는 제어부(30)로부터 출력된 속도 지령에 의해 입력된 지령 속도값(ω*)과 현재속도값(ω_m)을 바탕으로 비례-적분(Propotional - Integral, PI) 제어를 통해 출력되는 지령 전류값(i*)을 조정함으로써, 결과적으로 모터(13)의 현재속도(ω_m)가 속도 지령값(ω*)을 추종하는데 필요한 토크가 발생되도록 한다.

한편, 회전자의 위치(θ)는 속도를 적분한 값이므로, 속도 검출부(16)는 검출된 현재속도값(ω_m)을 바탕으로 위치(θ)를 결정할 수도 있다.

전류 제어기(42)는 속도 제어기(41)로부터 출력된 전류 지령(i*)에 따라 전압 지령(v*)을 출력한다. 실시예에서 모터(13) 제어는, 전력 변환장치(18)를 통해 모터(13)에 인가되는 전압 제어를 바탕으로 한다. 전류 제어기(42)로부터 출력된 전압 지령값(v*)에 따라 전력 변환장치(18)로부터 모터(13)로 지령 전압값(v*)이 인가되며, 이러한 지령 전압값(v*)에 따라 모터(13)가 발생하는 토크는, 모터(13)가 지령 전류값(i*)을 바탕으로 직접 제어되는 경우와 실질적으로 같은 양이다.

전류 제어기(42)는 속도 제어기(41)로부터 출력된 속도 지령에 의해 입력된 지령 전류값(i*)과, 전류 검출부(16)에 의해 검출된 전류(i_m, 이하, "현재전류"라고 함.)값을 바탕으로 PI제어를 통해 출력되는 지령 전압값(v*)을 조정할 수 있다.

전력 변환장치(18)는 전원(19)으로부터 출력된 전력을 변환하여 모터(13)에 전압(v*)을 인가하는 것이다. 전력 변환장치(18)는 PWM(Pulse Width Modulation; 펄스 폭 변조) 방식을 바탕으로 전압 지령값(v*)과 동일한 크기(Volt-Second Average) 및 주파수 펄스를 출력하는 PWM 연산부(미도시)와, 상기 PWM 연산부로부터 PWM 신호를 입력 받아 모터(13)로 입력되는 전원을 직접 제어하는 인버터(미도시)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, PWM 연산부는 인버터에 포함될 수 있으며, 이러한 인버터를 통상 PWM 인버터라고 한다.

도 4를 참조하면, 모터 제어(13)를 제어하는 전자기 회로에서 다음과 같은 방정식들이 도출될 수 있다.

전기자 회로의 전압 식:

...............식(1)

여기서, v(t): 전기자 회로에 가해지는 전압,

i(t): 전기자 권선의 전류[A],

R_a: 전기자 권선의 저항[Ω],

L_a: 전기자 권선의 인덕턴스[H]

e(t): 역기전력(back Electro-Motive Force, EMF)[V]

부하의 운동 방정식:

.............식(2)

....................... 식(3)

여기서, T_e: 모터에서 발생되는 토크[Nm],

k_T: 토크 상수[Nm/Wb/A],

Φ_f: 계자자속,

J: 전체 시스템의 관성 모멘트[kg·m²],

ω_m: 회전자의 각속도[rad/s],

J_m: 회전자의 관성 모멘트[kg·m²],

J_L: 부하의 관성 모멘트[kg·m²],

B: 점성마찰계수[Nm/(rad/s)].

부하의 운동 방정식에서 전체 시스템의 관성 모멘트(J)는, 세탁조(3)를 소정의 목표 속도(ω_s)까지 일정한 가속도(α₁)로 가속 회전시킨 후, 목표 속도(ω_s)를 유지하며 회전시키는 포량 감지 운전이 실시되는 과정에서 검출된 전류값을 바탕으로 구해질 수 있다.

보다 상세하게, 세탁조(3)가 가속되는 중에 부하의 운동 방정식은 다음과 같이 표현될 있다.

......식(4)

여기서, i₁과 ω₁은 세탁조(3)가 가속되는 중의 특정 시점(t₁)에 각각 전류 검출부(16)와 속도 검출부(16)에 의해 검출된 값이다.

세탁조(3)가 목표 속도(ω_s)로 회전되는 중에 부하의 운동 방정식은 다음과 같이 표현될 수 있다.

......식(5)

여기서, i₂와 ω₂는 세탁조(3)가 목표 속도(ω_s)로 회전되는 중의 특정 시점(t₂)에 각각 전류 검출부(16)와 속도 검출부(16)에 의해 검출된 값이다.

k_T, Φ_f, B등은 모터(13)의 규격에 의해 정해진 값으로 미리 알 수 있는 바, 식 (5)로부터 T_L을 구하고, 이를 식(4)에 대입함으로써, 전체 시스템의 관성 모멘트 J를 구할 수 있다. J는 세탁조(3) 내에 투입된 포의 양에 따라 달라지는 값인 바, 이하, J 또는 J에 상응하여 변화하는 특성치를 "포량"이라고 정의하기로 하자.

세탁조(3) 내에서의 포의 분포 상태에 따라, 부하에 의한 토크(T_L)가 달라진다. 따라서, 부하에 의한 토크(T_L)를 바탕으로 세탁조(3)가 편심 회전하는 정도, 즉, "편심량"을 정의할 수 있다. 편심량은 부하에 의한 토크(T_L) 그 자체로 정의할 수도 있으나, 부하에 의한 토크(T_L)에 상응하여 변화하는 특성치로 정의될 수 있다. 예를들어, 식(2)로부터 다음과 같은 형태로 편심량(UB)을 정의할 수 있다.

............식(6)

식 (6)에서

를 UBconst라고 정의하면, UB는 다시 다음과 같이 정의될 수 있다.

............식(7)

세탁조(3)를 일정한 가속도(α, 도 5 참조)로 가속시키면서 편심량을 구하는 경우, UBconst는 세탁조(3)가 가속되는 중에는 그 값이 일정하며, 따라서, 앞에서 구한 포량(J)과 편심량을 구하는 특정 시점에 모터(13)에 인가되는 전류값을 바탕으로 편심량(UB)이 구해질 수 있다.

식(7)에서 편심량(UB)을 결정하는데 사용되는 전류값은, 세탁조(3)가 일정한 가속도로 가속되는 중에 회전속도가 기 설정된 소정의 목표 속도(ω_UB)에 도달했을 시 전류 검출부(16)에 의해 검출된 값일 수 있다. 여기서, 목표 속도(ω_UB)는 바람직하게는 세탁조(3)의 진동이 최대가 될때의 속도이며, 이는 실험에 의해 정해질 수 있다.

제어부(30)는 세탁조(3)가 일정한 가속도로 가속되는 중에, 속도 검출부(16)에 의해 검출된 속도값이 ω_UB에 도달하면, 소정의 시간 동안 전류 검출부(16)에 의해 검출된 전류값 중 최대치를 이용하여 편심량(UB)을 결정할 수 있다. 예를들어, 전류값의 최대치가 구해지는 기간은 속도가 ω_UB에 도달한 시점을 포함하는 일정한 시간 동안이나, 속도가 ω_UB에 도달한 직후의 일정한 시간 동안 또는 속도가 ω_UB에 도달하기 직전의 일정한 시간 동안일 수 있다.

도 5는 세탁조(3)가 일정한 가속도(α)로 가속되는 중에, 시간에 따른 세탁조(3)의 속도 변화 그래프를 확대한 것으로, 도면에서 보이는 바와 같이, 세탁조(3)의 현재속도(ω_m)는 속도 지령값(ω*)을 추종하며 출렁임을 알 수 있다. 이 과정에서 전류 검출부(16)에 의해 검출된 전류값 역시 출렁 일 것이며, 특히, 진동이 클수록 더 큰 진폭으로 출렁일 것이다. 편심량(UB)은 진동이 가장 크게 발생될 시의 현재전류값을 바탕으로 구해지는 것이 바람직하며, 이러한 관점에서 제어부(30)는 바람직하게는, 그 출렁이는 전류값 중의 최대치를 이용하여 편심량(UB)을 산출한다. 그러나, ω_UB는 이미 진동이 최대가 발생되는 속도를 고려하여 설정된 값이기 때문에, 제어부(30)는 속도 검출부(16)에 의해 검출된 현재속도(ω_m)가 ω_UB에 도달한 시점에 전류 검출부(16)에 의해 검출된 전류값을 이용하여 편심량(UB)을 산출하여도 무방하다.

한편, 식(7)에서 편심량(UB)은 전류값(i(t))이 크고(진동이 큰 경우), 포량(J)이 작을수록 커짐을 알 수 있다. 일반적으로, 전류값이 크고 포량이 작은 경우(즉, 편심량(UB)이 큰 경우)는, 세탁조(3) 내에 투입된 포의 부피가 작아, 세탁조(3) 내에서 포가 한쪽에 치우친 경우이다. 예를들어, 세탁조(3) 내에 침대 시트와 같은 홑이불나 타월이 한 두장 투입된 경우이다. 이하, 이러한 포가 세탁조(3)에 투입된 상태를 이하, "소량 편심 포 상태"라고 한다.

반대로, 전류값이 작고 포량이 큰 경우는 편심량(UB)이 작은 값으로 구해지며, 일반적으로, 담요, 겹이불, 겨울 이불 등과 같이 부피가 큰 포가 세탁조(3) 내에 투입된 경우가 그러하다. 이하, 이러한 포가 세탁조(3)에 투입된 상태를 이하, "다량 균등 포 상태"라고 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기의 제어방법은 세탁조(3) 내로 기 설정된 편심유발수위(H0)까지 급수하는 단계와, 펄세이터(4)를 회전시키는 단계와, 포량(J)을 감지하는 단계와, 세탁조(3)를 일정한 가속도(α)로 가속 회전시키는 단계와, 세탁조(3)가 가속 회전되는 중에, 속도(ω_m)가 일정한 구간에 속한 상태에서 모터(13)에 인가되는 전류값(im)과, 포량(J)을 바탕으로 편심량(UB)을 구하는 단계와, 편심량(UB)이 기준치(UB0) 보다 큰 경우는 세탁조(3) 내로 제 1 급수수위(WL1)까지 급수를 하고, 편심량(UB)이 기준치(UB0) 보다 작은 경우는 제 1 급수수위(WL1)보다 높은 제 2 수위(WL2)까지 급수를 하는 단계를 포함한다.

이러한 방법은, 편심량(UB)을 바탕으로 소량 편심 포 투입 상태와, 다량 균등 포 투입 상태를 판정하고, 각각의 상태에 따라 세탁이나 헹굼을 위해 급수되는 물의 수위를 최적화할 수 있다. 이하, 도 6 내지 도 7을 참조하여, 이러한 제어방법에 대해 보다 상세하게 설명한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기의 제어방법을 설명하는데 참조되는 순서도이다. 도 7의 (a)는 종래의 세탁기에서의 배수 과정을 도시한 것이고, (b)는 도 6의 S17단계에서 편심량이 기준치 보다 큰 것으로 판단된 경우의 세탁과 배수 과정(S18 내지 S20)을 도시한 것이고, (c)는 도 6의 S17단계에서 편심량이 기준치 보다 작은 것으로 판단된 경우의 세탁과 배수 과정(S29 내지 S31)을 도시한 것이다.

세탁조(3) 내에 포가 투입된 상태에서 저수조(2) 또는 세탁조(3) 내로 기 설정된 편심유발수위(H0, 도 1 참조.)까지 급수가 이루어진다(S11). 세탁기는 저수조(2) 내의 수위 를 감지하는 수위센서(23)를 포함할 수 있으며, 제어부(30)는 급수밸브(5)가 개방된 후, 수위센서(23)에 의해 감지된 수위가 편심유발수위(H0)에 도달한 것으로 판단되면, 급수밸브(5)가 폐쇄되도록 제어할 수 있다.

편심유발수위(H0)는 펄세이터(4) 위에 놓여진 포의 적어도 일부가 적셔질 수는 있어야 하나, 얇은 시트나 타월 한 두장 정도의 소량의 포가 투입된 경우에 있어서, 포가 펄세이터(4)의 회전시 생성된 수류에 의해 이동되더라도 항시 펄세이터(4)와 접촉된 상태를 유지하도록 충분히 낮게 설정되는 것이 바람직하다. 급수 가능한 수위들이 기 설정된 경우, 편심유발수위(H0)는 상기 급수 가능한 수위들 중 가장 낮은 수위로 설정될 수 있다. 예를들어, 제 1 수위(최저 수위)로부터 제 10 수위(최고 수위)에 이르는 10단계로 급수가 가능한 세탁기의 경우, 편심유발수위(H0)는 제 1 수위로 설정될 수 있다.

제 1 급수단계(S11)로 인해 저수조(2) 내에 물이 채워진 상태에서 편심유발단계(S12)가 실시된다. 편심유발단계(S12)에서는 펄세이터(4)가 양방향으로 교대로 회전될 수 있다. 편심유발수위(H0)에서는 포가 펄세이터(4)와의 접촉을 통해 이동될 수 있다. 소량 편심 포 상태의 경우, 편심유발단계(S12)의 실시 완료 후, 포가 세탁조(3) 내에서 한쪽으로 치우쳐지는 상태에 이르게 되기 쉽다.

반대로, 다량 균등 포 상태의 경우는, 펄세이터(4)의 회전에도 불구하고 포들의 위치 변동이 적을 뿐만 아니라, 이미 세탁조(3) 내가 소량 편심 포 상태의 경우에 비해 큰 부피의 포로 채워져 있기 때문에, 편심이 유발되는 정도가 소량 편심 포 상태의 경우에 비해 덜하다.

즉, 편심유발단계(S12)에 의해 세탁조(3) 내에서 포가 치우쳐지는 정도가, 소량 편심 포 상태의 경우와 다량 균등 포 상태의 경우 편차를 보이기 때문에, 편심유발단계(S12) 이후, 편심량을 감지하고, 그 감지된 편심량을 바탕으로 보다 분명하고 정확하게 소량 편심 포 상태와 다량 균등 포 상태를 구별해 낼 수 있게 된다.

이후, 포량감지단계(S13)가 실시될 수 있다. 포량감지단계(S13)는 세탁조(3)를 기 설정된 목표 속도(ω_s)까지 가속하는 가속 단계와, 소정 시간 동안 목표 속도(ω_s)를 유지하며 회전시키는 속도 유지 단계를 포함할 수 있다. 포량감지단계(S13)에서는 식(4)와 식(5)를 참조하여 전술한 방법에 따라 포량(J)이 구해질 수 있다.

이후, 편심량(UB)을 구하는 편심량 산출단계(A)가 실시된다. 편심량 산출단계(A)는 세탁조(3)를 일정한 가속도(α)로 가속 회전시키는 단계(S14)와, 세탁조(3)가 가속회전 되는 중에, 속도가 일정한 구간에 속한 상태에서, 모터(13)에 인가되는 전류를 검출하는 단계(S15)와, S13단계에서 구한 포량(J)과 S14단계에서 구한 전류값을 바탕으로 편심량(UB)을 구하는 단계(S16)를 포함할 수 있다.

편심량(UB)을 구하는데 필요한 전류는 속도 검출부(16)에 의해 검출된 속도(ω_m)가 편심감지속도(ω_UB)에 도달한 시점(t_UB)에 전류 검출부(16)에 의해 검출된 전류값(im)일 수 있다. 다르게는 편심감지속도(ω_UB) 근방의 일정한 속도 구간에서 전류 검출부(16)에 의해 검출된 전류값일 수 있으며, 이 경우는 속도 검출부(16)에 의해 검출된 속도(ω_m)가 ω_UB에 도달한 직후의 일정한 시간 동안 또는 속도가 ω_UB에 도달한 시점을 포함하는 일정한 시간(Δt) 동안이나, 속도가 ω_UB에 도달한 직후의 일정한 시간(Δt) 동안 또는 속도가 ω_UB에 도달하기 직전의 일정한 시간(Δt) 동안일 수 있으며, 바람직하게는 ω_UB 근방의 속도에서 구해진 전류값 중 최대값(Imax)가 편심량(UB)을 구하는데 사용된다.

S16단계에서는 세탁조(3)가 가속되는 중에 구해진 전류값(예를들어, Imax)과 포량감지단계(S13)에서 구한 포량(J)을 바탕으로 편심량(UB)이 결정된다. 이때, 편심량(UB)은 식(2)와, 식(6) 내지 식(7)을 참조하여 전술한 바에 따라 결정될 수 있다.

S17단계에서 제어부(30)는 편심량(UB)을 기 설정된 기준치(UB0)와 비교한다. 이후, 제어부(30)는 급수밸브(5)를 개방시켜 이후 실시되는 세탁(S19)이나 헹굼을 위한 급수를 실시하되, S17단계에서 편심량(UB)이 기준치(UB0)보다 큰 것으로 판단된 경우(즉, 소량 편심 포 상태)에는, 세탁조(3) 내로 제 1 급수수위(WL1)까지 급수가 이루어지도록 하고(S18), 반대로, S17단계에서 편심량(UB)이 기준치(UB0)보다 작은 것으로 판단된 경우(즉, 다량 균등 포 상태)에는 제 1 급수수위(WL1) 보다 높은 제 2 급수수위(WL2)까지 급수가 이루어지도록 한다(S29).

소량 편심 포 상태와 다량 균등 포 상태를 구분하고, 각각의 상태에 따라 급수수위를 다르게 하는 이유는, 세탁(S19)이나 헹굼이 완료된 후 탈수(S22, S33) 진입 전에 실시되는 배수단계(S20, S31)에서, 포가 세탁조(3) 내에서 한쪽으로 치우쳐지지 않도록 하기 위해서이다.

보다 상세하게, 도 7의 (a)는 소량 편심 포 상태에서 세탁조(3) 내에 제 1 급수수위(WL1) 보다 충분히 많은 물이 담긴 상태에서 세탁이 실시될 시의 포의 유동을 보여주고 있다. 도면에서 보이다시피, 부피가 작은 포들(m1, m2)이 부력과 수류 작용에 의해 활발하게 이동되어 세탁조(3) 내에서 포들이 한쪽으로 치우치는 현상이 쉽게 발생된다.

그에 반해, 도 7의 (b)는 소량 편심 포 상태에서 제 1 급수수위(WL1)까지 급수(S18)를 하고 세탁(S19)을 한 후, 배수(S20)를 실시한 경우로, 세탁이 실시되는 수위가 낮아, 세탁 중에도 2개의 포(m1, m2)가 부분적으로 겹쳐진 상태로 펄세이터(4) 위에 놓여지게 되고, 세탁(S19) 완료 후 배수(S20)를 하더라도, 포들(m1, m2)이 한쪽으로 치우치지 않고 세탁조(3)의 바닥, 즉, 펄세이터(4)의 위에 놓여진 상태가 유지된다.

배수(S20) 중에 제어부(30)는 세탁조(3)가 기 설정된 배수 회전 속도로 회전되도록 제어할 수 있다. 배수(S20) 중에 세탁조(3)를 회전시키는 것은 배수가 원활하게 이루어질 수 있도록 하기 위한 것으로, 상기 배수 회전 속도는 후술하는 탈수(S22)시에 비해 낮은 속도로, 예를들어, 30rpm 이하의 속도이다.

배수(S20) 중에 수위센서(19)에 의해 감지된 수위가 제 1 탈수수위(SL1)에 도달하면, 제어부(30)는 세탁조(3)를 고속으로 회전시켜 탈수(S22)를 실시되도록 할 수 있다. 세탁조(3)의 회전에 의한 원심력에 의해 포들(m1,m2)이 세탁조(3)의 내측면에 달라붙게 되는데, 전술한 바와 같이, 배수(S20) 중에도 포들(m1, m2)이 세탁조(3)의 바닥에 놓여져 있었기 때문에, 탈수(S22) 시 이들 포들이 고르게 분산될 수 있다.

탈수 중에 편심량이 감지될 수 있다(S23). S23단계에서는 세탁조(3)가 일정한 속도로 회전되는 중에 편심량이 감지될 수 있으며, 앞서 설명한 식(6)으로부터 편심량(UB)이 구해질 수 있다.

S24단계는 S23단계에서 구한 편심량(UB)을 기 설정된 허용치(UB_LMT)와 비교하며, 비교 결과 편심량(UB)이 허용치(UB_LMT)보다 큰 경우는 과도한 진동이 발생되는 것을 방지하기 위해, 탈수를 중단하고(S25), 다시 세탁조(3) 내로 제 1 포풀기 수위(DL1)까지 급수(S26)를 한 후, 세탁조(3) 및 펄세이터(4) 중 적어도 하나를 회전시켜 세탁조(3) 내에서 포의 위치에 변화를 주는 포풀기 단계(S27)를 실시한다. 소정 시간 동안 포풀기 단계(S27)를 실시한 후, 다시 S20단계로 리턴될 수 있다.

한편, S23단계에서 구한 편심량(UB)이 허용치(UB_LMT)보다 낮은 것으로 판단된 경우는 그대로 탈수가 계속되며, 기 설정된 탈수 완료조건을 만족한 경우(S28의 "예") 탈수가 종료된다. 예를들어, 탈수(S22)가 실시된 시간이 기 설정된 시간에 도달하면 탈수가 종료될 수 있다.

한편, 도 7의 (c)는 다량 균등 포 상태에서 제 2 급수수위(WL2)까지 급수(S29)를 하고 세탁(S30)을 한 후, 배수(S31)를 실시한 경우로, 세탁이 실시되는 수위가 소량 분산 포의 경우보다는 높고(WL2>WL1), 포(m3)의 부피가 크기 때문에 수위가 높다고 하더라도, 유동에 의한 포의 치우침 현상이 발생되기 어렵다. 따라서, 세탁(S30) 완료 후 배수(S31)를 하더라도, 포(m3)의 위치 변화가 적다.

배수(S31) 중에 제어부(30)는 세탁조(3)가 기 설정된 배수 회전 속도로 회전되도록 제어할 수 있다. 배수(S31) 중에는 S20단계와 마찬가지로 배수가 원활하게 이루어질 수 있도록 세탁조(3)가 회전될 수 있다.

배수(S31) 중에 수위센서(23)에 의해 감지된 수위가 제 2 탈수수위(SL2)에 도달하면, 제어부(30)는 세탁조(3)를 고속으로 회전시켜 탈수(S33)가 실시되도록 할 수 있다.세탁조(3)가 기 설정된 배수 회전 속도로 회전되도록 제어할 수 있다. 제 2 탈수수위(SL2)는 제 1 탈수수위(SL1) 보다는 높게 설정될 수 있다.

탈수 중에 편심량이 감지될 수 있다(S34). S23단계에서와 마찬가지로 세탁조(3)가 일정한 속도로 회전되는 중에 편심량이 감지될 수 있다.

S35단계는 S24단계에서 구한 편심량(UB)을 기 설정된 허용치(UB_LMT)와 비교하며, 비교 결과 편심량(UB)이 허용치(UB_LMT)보다 큰 경우는 과도한 진동이 발생되는 것을 방지하기 위해, 탈수를 중단하고(S36), 다시 세탁조(3) 내로 제 2 포풀기 수위(DL2)까지 급수(S37)를 실시할 수 있다. 제 2 포풀기 수위(DL2)는 제 1 포풀기 속도(DL1)보다 높은 것이 바람직하다.

이후, S27단계와 마찬가지로, 세탁조(3) 및 펄세이터(4) 중 적어도 하나를 회전시켜 세탁조(3) 내에서 포의 위치에 변화를 주는 포풀기 단계(S38)가 실시될 수 있다. 소정 시간 동안 포풀기 단계(S38)를 실시한 후, 다시 S31단계로 리턴될 수 있다.

한편, S34단계에서 구한 편심량(UB)이 허용치(UB_LMT)보다 낮은 것으로 판단된 경우는 그대로 탈수가 계속되며, 기 설정된 탈수 완료조건을 만족한 경우(S39의 "예") 탈수가 종료된다. 예를들어, 탈수(S33)가 실시된 시간이 기 설정된 시간에 도달하면 탈수가 종료될 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 구간은 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 구간에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 구간의 의미 및 구간 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 구간에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

저수조, 포를 수용하고 상기 저수조 내에서 수직한 축을 중심으로 회전하는 세탁조, 상기 세탁조 내에서 회전 가능하게 구비되는 펄세이터 및 상기 세탁조 및 펄세이터 중 적어도 하나를 회전시키는 모터를 포함하는 세탁기의 제어방법에 있어서,
(a) 상기 세탁조 내로 기 설정된 편심유발수위까지 급수하는 단계;
(b) 상기 펄세이터를 회전시키는 단계;
(c) 포량을 감지하는 단계;
(d) 상기 세탁조를 일정한 가속도로 가속 회전시키는 단계;
(e) 상기 세탁조가 가속 회전되는 중에, 속도가 일정한 구간에 속한 상태에서 상기 모터에 인가되는 전류값과, 상기 (c)단계에서 구한 포량을 바탕으로 편심량을 구하는 단계; 및
(f) 상기 편심량이 기준치 보다 큰 경우는 상기 세탁조 내로 제 1 급수 수위까지 급수를 하고, 상기 편심량이 상기 기준치 보다 작은 경우는 상기 제 1 급수 수위보다 높은 제 2 수위까지 급수를 하는 단계를 포함하는 세탁기의 제어방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (a)단계에서 상기 편심유발수위는 상기 펄세이터가 완전히 잠기는 수위 이상인 세탁기의 제어방법.
제 2 항에 있어서,
상기 편심유발수위는,
상기 세탁조 내로 물을 공급하는 급수밸브 제어를 통해 급수 가능한 수위들 중 가장 낮은 수위인 세탁기의 제어방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (b)단계에서 상기 펄세이터는 양방향으로 교대로 회전되는 세탁기의 제어방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (c)단계는,
(c1) 상기 세탁조를 기 설정된 목표 속도까지 가속 회전시키는 단계; 및
(c2) 상기 세탁조를 상기 목표 속도로 일정시간 동안 회전시키는 단계를 포함하고,
상기 포량은 상기 (c1)단계에서 상기 모터에 입력되는 전류값과, 상기 (c2)단계에서 상기 모터에 입력되는 전류값의 차를 바탕으로 구해지는 세탁기의 제어방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (e)단계에서 상기 편심량은,
소정의 시간 동안 상기 모터에 인가된 전류값의 최대치를 바탕으로 구해지는 세탁기의 제어방법.
제 1 항에 있어서,
(g) 상기 (f)단계 이후, 상기 세탁조 및 상기 펄세이터 중 적어도 하나를 회전시켜 포를 처리하는 단계;
(h) 상기 저수조를 배수하는 단계; 및
(i) 상기 세탁조를 고속으로 회전시켜 포를 탈수하는 단계를 포함하고,
상기 (i)단계는,
상기 (f)단계에서 상기 제 1 급수 수위까지 급수가 이루어졌던 경우에는, 상기 (h)단계의 배수에 의해 상기 세탁조 내의 수위가 제 1 탈수수위까지 하강하면 실시되고, 상기 (f)단계에서 상기 제 2 급수 수위까지 급수가 이루어졌던 경우에는 상기 세탁조 내의 수위가 상기 제 1 탈수수위보다 높은 제 2 탈수수위까지 하강하면 실시되는 세탁기의 제어방법.
제 7 항에 있어서,
(j) 상기 (i)단계가 실시되는 중에 편심량을 감지하는 단계; 및
(k) 상기 (j)단계에서 감지된 편심량이 허용치 이상이면 탈수를 중단하는 단계를 더 포함하는 세탁기의 제어방법.
제 8 항에 있어서,
(l) 상기 (k)단계 이후 상기 세탁조에 다시 급수를 하는 단계; 및
(m) 상기 펄세이터 및 세탁조 중 적어도 하나를 회전시켜 상기 세탁조 내의 포의 위치를 변화시키는 단계를 더 포함하고,
상기 (k)단계는,
상기 (f)단계에서 상기 제 1 급수 수위까지 급수가 이루어졌던 경우에는, 제 1 포풀림 수위까지 급수를 하고, 상기 (f)단계에서 상기 제 2 급수 수위까지 급수가 이루어졌던 경우에는 상기 제 1 포풀림 수위 보다 높은 제 2 포풀림 수위까지 급수하는 세탁기의 제어방법.
저수조, 포를 수용하고 상기 저수조 내에서 수직한 축을 중심으로 회전하는 세탁조, 상기 세탁조 내에서 회전 가능하게 구비되는 펄세이터 및 상기 세탁조 및 펄세이터 중 적어도 하나를 회전시키는 모터를 포함하는 세탁기의 제어방법에 있어서,
(a) 포의 적어도 일부가 젖을 수 있도록 상기 세탁조 내에 소정량의 물이 담기 상태에서, 상기 펄세이터를 회전시키는 단계;
(b) 상기 모터를 목표 속도까지 가속한 후, 일정 시간 동안 상기 목표 속도를 유지하며 회전시키고, 상기 모터가 상기 목표 속도까지 가속되는 중에 상기 모터에 인가되는 전류값과, 상기 목표 속도를 유지하며 회전되는 중에 상기 모터에 인가되는 전류값을 바탕으로 하기 부하 방정식에서 관성 모멘트(J)를 구하는 단계;
(c) 상기 모터가 일정한 가속도로 가속되는 중에 상기 모터에 인가되는 전류값과 상기 관성 모멘트를 바탕으로 하기 부하 방정식에서의 T_L값에 상응하여 변화하는 편심량을 구하는 단계; 및
(d) 상기 편심량이 기준치보다 큰 경우는 제 1 급수수위까지 상기 세탁조 내로 급수를 하되, 상기 편심량이 상기 기준치 보다 작은 경우는 상기 제 2 급수수위보다 높은 제 2 급수수위까지 급수하는 단계를 포함하는 세탁기의 제어방법.

여기서, J는 상기 모터의 회전자의 관성 모멘트와, 부하의 관성 모멘트의 합,
i(t)는 상기 모터에 인가되는 순시전류,
T_e는 상기 모터에서 발생되는 토크,
k_T는상기 모터의 토크 상수,
Φ_f는 상기 모터의 계자자속,
ω_m은 상기 모터의 회전자의 각속도,
B는 점성마찰계수.