KR101635551B1 - 모터구동장치 및 이를 구비한 식기 세척기 - Google Patents

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이영훈
전차승
서문석
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엘지전자 주식회사
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    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L15/00—Washing or rinsing machines for crockery or tableware
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Abstract

본 발명은 모터구동장치 및 이를 구비한 식기 세척기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 모터구동장치는, 스위칭 동작에 의해, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부와, 검출되는 출력 전류에 기초하여, 인버터를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 제1 기간 동안, 모터의 속도를 지속적으로 상승시키도록 제어하며, 제2 기간 동안, 출력 전류, 및 모터 속도 지령치에 기초하여, 모터를 구동하도록 제어하며, 제1 기간과 제2 기간 사이의 제3 기간 동안, 제1 기간 동안의 제1 가속도 보다 작은 제2 가속도 또는 일정 속도로 모터를 동작시키도록 제어한다. 이에 따라, 안정적으로 모터를 구동시킬 수 있게 된다.

Description

모터구동장치 및 이를 구비한 식기 세척기{Motor driving device and dish washing machine including the same}
본 발명은 모터구동장치 및 이를 구비한 식기 세척기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 안정적으로 모터를 구동시킬 수 있는 모터구동장치 및 이를 구비한 식기 세척기에 관한 것이다.
모터구동장치는, 입력되는 전원을 변환하여 모터를 구동하는 장치이다.
한편, 가전 기기 등에는, 직류 전원이 변환된 교류 전원에 의해 구동하는 모터가 구비된다. 한편, 모터 구동시의 안정성을 확보하기 위한 다양한 노력이 시도되고 있다.
본 발명의 목적은, 안정적으로 모터를 구동시킬 수 있는 모터구동장치 및 이를 구비한 식기 세척기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모터구동장치는, 스위칭 동작에 의해, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부와, 검출되는 출력 전류에 기초하여, 인버터를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 제1 기간 동안, 모터의 속도를 지속적으로 상승시키도록 제어하며, 제2 기간 동안, 출력 전류, 및 모터 속도 지령치에 기초하여, 모터를 구동하도록 제어하며, 제1 기간과 제2 기간 사이의 제3 기간 동안, 제1 기간 동안의 제1 가속도 보다 작은 제2 가속도 또는 일정 속도로 모터를 동작시키도록 제어한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모터구동장치는, 스위칭 동작에 의해, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부와, 검출되는 출력 전류에 기초하여, 인버터를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 제1 기간 동안, 모터의 속도를 지속적으로 상승시키도록 제어하며, 제2 기간 동안, 출력 전류, 및 모터 속도 지령치에 기초하여, 모터를 구동하도록 제어하며, 제1 기간과 제2 기간 사이의 제3 기간 동안, 제3 기간의 일정 속도 회전 기간 동안, 일정한 자속분 전류 지령치에 기초하여 모터가 구동하도록 제어한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 식기 세척기는, 스위칭 동작에 의해, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부와, 검출되는 출력 전류에 기초하여, 인버터를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 제1 기간 동안, 모터의 속도를 지속적으로 상승시키도록 제어하며, 제2 기간 동안, 출력 전류, 및 모터 속도 지령치에 기초하여, 모터를 구동하도록 제어하며, 제1 기간과 제2 기간 사이의 제3 기간 동안, 제1 기간 동안의 제1 가속도 보다 작은 제2 가속도 또는 일정 속도로 모터를 동작시키도록 제어한다.
본 발명의 실시예에 따른, 모터구동장치 및 이를 구비한 식기 세척기는, 스위칭 동작에 의해, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부와, 검출되는 출력 전류에 기초하여, 인버터를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 제1 기간 동안, 모터의 속도를 지속적으로 상승시키도록 제어하며, 제2 기간 동안, 출력 전류, 및 모터 속도 지령치에 기초하여, 모터를 구동하도록 제어하며, 제1 기간과 제2 기간 사이의 제3 기간 동안, 제1 기간 동안의 제1 가속도 보다 작은 제2 가속도 또는 일정 속도로 모터를 동작시키도록 제어함으로써, 개루프(opeen loop) 제어에 의해, 초기 기동 이후, 폐루프(closed loop)로 전환하는 전환 시점에, 모터 구동이 안정적으로 수행될 수 있게 된다. 또한, 부하 변동 발생시의 과도 특성이 저감되어, 탈조 가능성이 저감되게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 모터구동장치 및 이를 구비한 식기 세척기는, 제3 기간의 일정 속도 회전 기간 동안, 일정한 자속분 전류 지령치에 기초하여 모터가 구동하도록 제어함으로써, 초기 기동 이후, 폐루프(closed loop)로 전환하는 전환 시점에, 모터 구동이 안정적으로 수행될 수 있게 된다. 또한, 부하 변동 발생시의 과도 특성이 저감되어, 탈조 가능성이 저감되게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 식기 세척기를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 식기 세척기의 도어가 개방된 상태를 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 식기 세척기 내부의 주요 구성들을 도시한 것이다.
도 4는 도 1의 식기 세척기의 내부를 간략히 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모터구동장치를 보여주는 회로도이다.
도 6은 도 5의 인버터 제어부 내부의 일예를 도시하는 블록도이다.
도 7 내지 도 10c는 도 5의 모터구동장치의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 모터구동장치를 구비하는 다양한 홈 어플라이언스를 예시하는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 식기 세척기를 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 식기 세척기의 도어가 개방된 상태를 도시한 것이다. 도 3은 도 1의 식기 세척기 내부의 주요 구성들을 도시한 것이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 식기 세척기(100)는 식기 세척을 위한 세척수가 모이는 세척수 수용부(미도시)를 포함할 수 있다.
또한, 식기 세척기(100)는 식기가 세척되는 공간을 제공하는 터브(20a)와, 터브(20a)로 공급하기 위한 세척수가 모이는 섬프(20b)를 포함할 수 있다.
섬프(20b) 내의 세척수는 세척펌프(미도시)의 작동시 노즐(8a, 8b, 8c)을 통해 터브(20a) 내로 분사되고, 이렇게 분사된 세척수는 터브(20a)를 채움과 아울러 다시 섬프(20b)로 집수되는 순환 과정을 거칠 수 있다.
케이싱(4)은 식기 투입구가 형성된 캐비닛(2)과, 상기 식기 투입구를 여닫는 도어(3)를 포함할 수 있다.
도어(3)에는 손잡이(3a)와, 식기 세척기의 작동을 제어하기 위한 컨트롤 패널(5)과, 식기 세척기의 작동 상태를 표시하는 디스플레이(230)가 구비될 수 있다. 컨트롤 패널(5)에는 입력부(220)가 제공될 수 있다.
터브(20a)의 내부에는 식기가 거치되는 랙(7a, 7b)과, 섬프(20b)로부터 세척수를 공급받아 랙(7a, 7b)에 놓인 식기로 분사하는 노즐이 구비될 수 있다.
랙(7a, 7b)은 다수개가 구비될 수 있으며, 도면에서는는 상부 랙(7a)과, 상부 랙(7a)의 하측에 하부 랙(7b)이 배치되는 것을 예시한다.
또한, 여러 방향으로 세척수의 분사가 이루어질 수 있도록, 다수개의 노즐(8a, 8b, 8c)이 구비될 수 있다.
노즐들(8a, 8b, 8c)은 상부 랙(7a)을 향해 하방으로 세척수를 분사하는 상부 노즐(8a)과, 상부 랙(7a)과 하부 랙(7b) 사이에 배치되어, 하부 랙(7b)을 향해 하방으로 세척수를 분사하는 중간 노즐(8b)과, 하부 랙(7b)의 하측에 배치되어 상방으로 세척수를 분사하는 하부 노즐(8c)을 포함할 수 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 노즐들의 구성에 대응하여 섬프(20b)로부터 각각의 노즐들로 세척수를 안내하는 안내 유로들이 구성될 수 있으며, 상기 안내유로들을 선택적으로 단속하는 유로절환부(미도시)가 더 구비될 수 있다.
섬프(20b)에 담긴 세척수를 상기 안내 유로로 압송하는 세척펌프(미도시)와, 섬프(20b) 내의 세척수를 가열하는 히터(미도시)가 더 구비될 수 있다.
식기 세척기(100)는 섬프(20b)로 세척수를 공급하는 급수장치(30)를 포함할 수 있다. 급수장치(30)는 터브(20a)와 캐비닛(2) 사이에 배치될 수 있다.
급수장치(30)는, 내부에 유입된 세척수의 유동을 안내하는 유로와, 상기 유로를 따라 안내된 세척수가 담기는 물챔버들이 구비되고, 원수(예를 들어, 수돗물)가 유입되는 급수호수와 연결되는 급수호스 연결구(32a)와, 급수호스 연결구(32a)로 들어오는 원수의 양을 감지하는 플로우미터(33)와, 유입된 세척수가 저장되는 물챔버(31)와, 급수가 중단되더라도 계속하여 원수가 유입되는 사이폰 현상을 방지하기 위해 유로를 대기와 연통시키는 흡입구(미도시)를 포함할 수 있다.
급수장치(30)는, 섬프(20b)로부터 식기 세척에 사용된 세척수가 배출 안내되는 섬프 배수 유로(미도시)와 연결되는 섬프 배수 연결구(32c)와, 상기 배수펌프로 유입되는 세척수를 안내하는 배수펌프 유입 유로(미도시)와 연결되는 배수펌프 유입 연결구(32d)를 더 포함할 수 있다.
세척펌프(미도시)는, 섬프(20b) 내의 세척수를 노즐(8a, 8b. 8c) 측으로 안내하는 세척수 가이드(미도시)와, 세척수 가이드(미도시) 내에 회전 회전 가능하게 구비되는 임펠러(미도시)와, 임펠러(미도시)를 회전시키는 세척 모터(미도시)를 포함할 수 있다.
급수 밸브(미도시)는, 섬프(20b)로 급수되는 세척수를 단속하는 것으로, 실시예에 따라, 급수장치(30)로부터 섬프(20b)로 급수가 되는 경우에는 급수장치(30)로부터 배출되는 세척수를 단속하도록 구비될 수 있으며, 외부 수원으로부터 직접 섬프(20b)로 급수가 이루어지는 경우에는 상기 외부 수원으로부터의 급수를 단속하도록 구비될 수 있다.
한편, 급수 밸브(미도시), 세척 모터(미도시) 등의 동작은 제어부(도 4의 310)의 제어에 의해 이루어진다.
섬프(20b)와 터브(20a)는 연통되어 있어, 섬프(2)에는 노즐(8a, 8b, 8c)를 통해 분사가 이루어짐으로써 줄어든 수량만큼의 세척수가 다시 터브(20a)로부터 유입될 수 있다.
또한, 섬프(20b)에는 필터(미도시)가 더 구비될 수 있으며, 이 경우, 노즐(8a, 8b, 8c)를 통해 터브(20a) 내로 분사된 세척수는 필터(미도시)를 경유하며 여과된 후, 섬프(20b)로 다시 유입될 수 있다.
또한, 식기 세척기(100)는 세척수에 세제 또는 린스를 투입하는 첨가제 투입기구를 포함할 수 있고, 상기 첨가제 투입기구는 세척행정 또는 헹굼행정의 정해진 단계에서 세척용 세제 또는 헹굼용 린스를 터브(20a) 내로 투입할 수 있다.
도 4는 도 1의 식기 세척기의 내부를 간략히 도시한 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 도 4의 식기 세척기(100)는, 배수장치(112), 세척장치(115), 급수장치(30), 제어부(310), 히터(331), 온도 감지부(311), 표시부(225), 및 입력부(220), 메모리(240), 배수 구동부(113), 세척 구동부(117), 급수 구동부(145), 히터 구동부(332)를 포함할 수 있다.
배수장치(112)는, 상술한 배수 펌프(미도시)와, 배수 펌프(미도시)를 동작시키기 위한 배수 모터(미도시)를 구비할 수 있다.
한편, 세척장치(115)는, 임펠러(미도시)와, 임펠러(미도시)를 회전시키는 세척 모터(미도시)를 포함할 수 있다.
한편, 급수 장치(30)는, 상술한 유로, 급수호스 연결구(32a), 플로우미터(33), 물챔버(31) 외에, 추가로 급수 펌프(미도시)와, 급수 펌프(미도시)를 동작시키기 위한 급수 모터(미도시)를 구비할 수 있다.
한편, 배수 구동부(113), 세척 구동부(117), 급수 구동부(145) 각각은, 배수장치(112), 세척장치(115), 급수 장치(30)를 각각 구동할 수 있다. 구체적으로는, 배수장치(112), 세척장치(115), 급수 장치(30) 내의 각각의, 배수 모터(미도시), 세척 모터(미도시), 급수 모터(미도시) 등을 구동할 수 있다.
입력부(220)는, 다수개의 조작 버튼을 구비하여, 조작 버튼의 조작에 대응하는 신호를 제어부(310)로 전달한다.
표시부(225)는, 식기 세척기의 동작 상태를 표시할 수 있다.
메모리(240)는, 식기 세척기 동작에 필요한 데이터를 저장할 수 있다.
온도 감지부(311)는, 식기 세척기 내의 온도를 감지하여 감지된 온도에 대한 신호를 제어부(310)로 전달한다. 특히, 세척수의 온도를 감지하고, 제어부(310)로 전달할 수 있다.
제어부(310)는, 식기 세척기(100) 내의 각 종 유닛들을 제어할 수 있다.
특히, 제어부(310)는, 세척 구동부(117), 급수 구동부(146), 배수 구동부(113)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(310)는, 배수 모터(미도시), 세척 모터(미도시), 급수 모터(미도시) 등을 구동하도록, 세척 구동부(117), 급수 구동부(146), 배수 구동부(113)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(310)는, 배수 모터(미도시), 세척 모터(미도시), 급수 모터(미도시) 구동을 위한, 배수 모터 속도 지령치, 척 모터 속도 지령치, 급수 모터 속도 지령치를 출력할 수 있다.
이에 따라, 각 모터(미도시)는, 제어부(310)의 제어에 따라 목표 회전 속도로 동작될 수 있다.
한편, 이러한 배수 모터(미도시), 세척 모터(미도시), 급수 모터(미도시) 등이 삼상 모터인 경우, 인버터(미도시) 내의 스위칭 동작에 의해 제어되거나, 교류 전원을 그대로 이용하여 정속 제어될 수 있다. 여기서 각 모터(미도시)는, 유도 모터, BLDC(Blush less DC) 모터, 또는 synRM(synchronous reluctance motor) 모터 등 중 어느 하나일 수 있다.
한편, 히터(331)는, 세척수의 온도를 상승시키기 위한 히터일 수 있다. 이를 위해, 히터 구동부(332)는, 히터(331)의 동작을 제어할 수 있다. 한편, 제어부(310)는, 히터 구동부(332)를 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모터구동장치를 보여주는 회로도이다.
도 5의 모터구동장치(300)는, 도 4의 세척 구동부(117), 급수 구동부(146), 배수 구동부(113) 중 어느 하나에 대응할 수 있다. 한편, 모터구동장치(300)는, 모터 구동부로 명명할 수도 있다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터구동장치(300)는, 컨버터(410), 인버터(420), 인버터 제어부(430), 입력 전류 검출부(A), dc 단 전압 검출부(B), 평활 커패시터(C), 및 출력전류 검출부(E)를 포함할 수 있다.
먼저, 입력 전류 검출부(A)는, 상용 교류 전원(405)으로부터 입력되는 입력 전류(is)를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 입력 전류 검출부(A)로, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 검출되는 입력 전류(is)는, 펄스 형태의 이산 신호(digcrete signal)로서, 소비전력 연산을 위해, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
컨버터(410)는, 거친 상용 교류 전원(405)을 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 도면에서는 상용 교류 전원(405)을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 상용 교류 전원(405)의 종류에 따라 컨버터(410)의 내부 구조도 달라진다.
한편, 컨버터(410)는, 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다.
예를 들어, 단상 교류 전원인 경우, 4개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원인 경우, 6개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있다.
한편, 컨버터(410)는, 예를 들어, 2개의 스위칭 소자 및 4개의 다이오드가 연결된 하프 브릿지형의 컨버터가 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원의 경우, 6개의 스위칭 소자 및 6개의 다이오드가 사용될 수도 있다.
다음, 컨버터(410)의 출력단에는, 컨버터(410)에서 전력 변환된 전원을 저장 또는 평활하기 위한, 커패시터(C)가 구비될 수 있다. 이때의 커패시터(C) 양단은, dc 단 이라 명명할 수 있다. 따라서, 커패시터(C)를 dc 단 커패시터라 할 수도 있다.
dc 단 전압 검출부(B)는 평활 커패시터(C)의 양단인 dc 단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc 단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
인버터(420)는, 모터(230)를 구동할 수 있다.
이를 위해, 인버터(420)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(va,vb,vc)으로 변환하여, 삼상 동기 모터(230)에 출력할 수 있다.
인버터(420)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
인버터(420) 내의 스위칭 소자들은 인버터 제어부(430)로부터의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 동기 모터(230)에 출력되게 된다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)를 입력받을 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(420)에 출력한다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 출력전류 검출부(E)로부터 검출되는 출력전류값(io)을 기초로 생성되어 출력된다. 인버터 제어부(430) 내의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)의 출력에 대한 상세 동작은 도 6을 참조하여 후술한다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터(420)와 삼상 모터(230) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출한다. 즉, 모터(230)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia,ib,ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.
출력전류 검출부(E)는 인버터(420)와 모터(230) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
션트 저항이 사용되는 경우, 3개의 션트 저항이, 인버터(420)와 동기 모터(230) 사이에 위치하거나, 인버터(420)의 3개의 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)에 일단이 각각 접속되는 것이 가능하다. 한편, 삼상 평형을 이용하여, 2개의 션트 저항이 사용되는 것도 가능하다. 한편, 1개의 션트 저항이 사용되는 경우, 상술한 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에서 해당 션트 저항이 배치되는 것도 가능하다.
검출된 출력전류(io)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(io)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성된다. 이하에서는 검출된 출력전류(io)가 삼상의 출력 전류(ia,ib,ic)인 것으로 하여 기술한다.
한편, 모터(230)는, 삼상 모터일 수 있다. 모터(230)는, 고정자(stator)와 회전자(rotar)를 구비하며, 각상(a,b,c 상)의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다.
이러한 모터(230)는, 예를 들어, 표면 부착형 영구자석 동기모터(Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor; SMPMSM), 매입형 영구자석 동기모터(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor; IPMSM), 및 동기 릴럭턴스 모터(Synchronous Reluctance Motor; Synrm) 등을 포함할 수 있다. 이 중 SMPMSM과 IPMSM은 영구자석을 적용한 동기 모터(Permanent Magnet Synchronous Motor; PMSM)이며, Synrm은 영구자석이 없는 것이 특징이다.
도 6은 도 5의 인버터 제어부 내부의 일예를 도시하는 회로도이다.
도 6을 참조하면, 인버터 제어부(430)는, 축변환부(310), 속도 연산부(320), 전류 지령 생성부(330), 전압 지령 생성부(340), 축변환부(350), 및 스위칭 제어신호 출력부(360)를 포함할 수 있다.
축변환부(310)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 삼상 출력 전류(ia,ib,ic)를 입력받아, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환한다.
한편, 축변환부(310)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다.
속도 연산부(320)는, 축변환부(310)에서 축변화된 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)에 기초하여, 연산된 위치(
Figure 112015014665620-pat00001
)와 연산된 속도(
Figure 112015014665620-pat00002
)를 출력할 수 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure 112015014665620-pat00003
)와 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전류 지령치(i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure 112015014665620-pat00004
)와 속도 지령치(ω* r)의 차이에 기초하여, PI 제어기(335)에서 PI 제어를 수행하며, 전류 지령치(i* q)를 생성할 수 있다. 도면에서는, 전류 지령치로, q축 전류 지령치(i* q)를 예시하나, 도면과 달리, d축 전류 지령치(i* d)를 함께 생성하는 것도 가능하다. 한편, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0 인 아닌 값으로 설정될 수도 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 전류 지령치(i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
다음, 전압 지령 생성부(340)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(id,iq)와, 전류 지령 생성부(330) 등에서의 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(340)는, q축 전류(iq)와, q축 전류 지령치(i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어기(344)에서 PI 제어를 수행하며, q축 전압 지령치(v* q)를 생성할 수 있다. 또한, 전압 지령 생성부(340)는, d축 전류(id)와, d축 전류 지령치(i* d)의 차이에 기초하여, PI 제어기(348)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(v* d)를 생성할 수 있다. 한편, 전압 지령 생성부(340)는, d 축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)는, 축변환부(350)에 입력된다.
축변환부(350)는, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(
Figure 112015014665620-pat00005
)와, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.
먼저, 축변환부(350)는, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이때, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(
Figure 112015014665620-pat00006
)가 사용될 수 있다.
그리고, 축변환부(350)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(1050)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)를 출력하게 된다.
스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 인버터용 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력한다.
출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.
한편, 도 10a는, 종래의 모터 구동 속도의 일예를 보여준다.
도면을 참조하면, 제1 기간(Ta)은, 초기 기동 기간이며, 제2 기간(Tb)은, 통상 운전 기간일 수 있다. 한편, 제1 기간(Ta)과 제2 기간(Tb) 사이인 제3 기간(Ty1)은, 절환 기간일 수 있다.
도면에 따르면, 제3 기간(Ty1) 동안, 제1 기간(Ta)과 동일한, 가속도로 모터(230)가 회전된다.
제1 시점(Tx1)에서, 개루프 제어에서, 폐루프 제어로 변경되는 경우, 도 10c와 같이, 제3 기간(Ty1) 중 제2 구간(1010)에서, 모터 속도(ωb), 자속분 전류(d축 전류)(iqb), 각 오차(Δθb)가, 현저히 변동하게 된다.
특히, 각 오차(Δθb)가, 상당히 발생하게 된다. 이에 따라, 과도 특성이 저하되어 탈조 발생 가능성이 높아지게 된다.
한편, 모터(230)가, SMPMSM인 경우, 대칭 구조이므로, IPMSM의 구동시와 달리, 통상 d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0 으로 설정한다.
그러나, 도 10b와 같이, 자속분 전류 지령치(i* d)가 0이고, 토크분 전류 지령치(i* q)가 La 값을 가지는 경우에, 부하 변동 발생시 과도 특성이 저하하여 탈조가 발생할 수 있게 된다.
특히, 모터(230)를 개루프(opeen loop) 제어에 의해, 초기 기동 이후, 폐루프(closed loop)로 전환하는 전환 시점에, 절환 실패의 가능성이 높게 된다.
이에 따라, 본 발명의 모터구동장치(300)는, 표면 부착형 영구자석 동기모터(230)의 구동시에, 제1 기간 동안, 모터(230)의 속도를 지속적으로 상승시키도록 제어하며, 제2 기간 동안, 출력 전류, 및 모터 속도 지령치에 기초하여, 모터(230)를 구동하도록 제어하며, 제1 기간과 제2 기간 사이의 제3 기간 동안, 제1 기간 동안의 제1 가속도 보다 작은 제2 가속도 또는 일정 속도로 모터(230)를 동작시킨다.
또는, 본 발명의 모터구동장치(300)는, 제1 기간 동안, 모터(230)의 속도를 지속적으로 상승시키도록 제어하며, 제2 기간 동안, 출력 전류, 및 모터 속도 지령치에 기초하여, 모터(230)를 구동하도록 제어하며, 제1 기간과 제2 기간 사이의 제3 기간 동안, 제3 기간의 일정 속도 회전 기간 동안, 일정한 자속분 전류 지령치에 기초하여 모터(230)가 구동시킨다.
이에 의해, 개루프(opeen loop) 제어에 의해, 초기 기동 이후, 폐루프(closed loop)로 전환하는 전환 시점에, 모터 구동이 안정적으로 수행될 수 있게 된다. 또한, 부하 변동 발생시의 과도 특성이 저감되어, 탈조 가능성이 저감되게 된다.
도 7은, 모터구동장치(300)에 의한 모터 구동 속도의 일예를 보여준다.
도면을 참조하면, 제1 기간(T1)은, 초기 기동 기간이며, 제2 기간(T2)은, 통상 운전 기간일 수 있다. 한편, 제1 기간(T1)과 제2 기간(T2) 사이인 제3 기간(Ty)은, 절환 기간일 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 제1 기간(T1) 동안, 모터(230)의 속도를 지속적으로 상승시키도록 제어하며, 제2 기간(T2) 동안, 출력 전류, 및 모터 속도 지령치에 기초하여, 모터(230)를 구동하도록 제어하며, 제1 기간(T1)과 제2 기간(T2) 사이의 제3 기간(Ty) 동안, 제1 기간(T1) 동안의 제1 가속도 보다 작은 제2 가속도 또는 일정 속도로 모터(230)를 동작시키도록 제어할 수 있다.
도면에서는, 제1 기간(T1) 동안, 모터(230)가, ω1/T1의 기울기, 즉 가속도로서, 회전하는 것을 예시한다. 즉, 지속적으로 모터의 속도가 증가하는 것을 예시한다.
인버터 제어부(430)는, 제1 기간(T1) 동안, 모터(230)를 개루프(open loop) 제어할 수 있다. 즉, 인버터 제어부(430)는, 제1 기간(T1) 동안, 모터 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 모터(230)의 속도를 지속적으로 상승시키도록 제어할 수 있다.
즉, 인버터 제어부(430)는, 출력 전류(io)에 의한 피드백 없이, 모터 속도 지령치(ω* r)에만 기초하여, 모터(230)의 속도를 지속적으로 상승시키도록 제어할 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 제2 기간(T2) 동안, 모터(230)를 페루프(closed loop) 제어할 수 있다. 즉, 인버터 제어부(430)는, 제2 기간(T2) 동안, 출력 전류(io), 및 모터 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 모터(230)를 회전시키도록 제어할 수 있다.
즉, 인버터 제어부(430)는, 출력 전류(io)에 의한 피드백, 및 모터 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 모터(230)의 속도를 가변할 수 있다.
한편, 도면에서는, 제2 기간(T2) 동안, 모터(230)가 일정한 가속도로 회전하다가, 일정한 속도로 회전하는 것을 예시한다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 제1 기간(T1)과 제2 기간(T2) 사이의 제3 기간(Ty) 동안, 즉, 절환 기간 동안, 제1 기간(T1) 동안의 제1 가속도 보다 작은 제2 가속도 또는 일정 속도로 모터(230)를 동작시키도록 제어할 수 있다.
도면에서는, 일정 속도(ω1)로 Ty 구간 동안, 회전하는 것을 예시한다. 한편, 도면과 달리, 모터(230)가, ω1/T1의 기울기 보다 작은 기울기, 즉 제2 가속도로서, 회전하는 것도 가능하다.
특히, 인버터 제어부(430)는, 제3 기간(Ty) 중 제1 시점(Ty)까지는, 모터(230)를 개루프(open loop) 제어하다가, 제1 시점(Ty)에서부터 모터(230)를 페루프(closed loop) 제어할 수 있다.
도 9는, 도 7의 모터 동작에 따른, 모터 속도(ωa)와 각 오차(Δθa) 등을 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, ωa는 모터 속도를 나타내며, iqa는 자속분 전류(d축 전류)를 나타내며, v* qa는 토크분 전압 지령치(q축 전압 지령치)를 나타내며, Δθa는, 각 오차를 나타낸다.
특히, 도 9는, 제1 기간(T1), 제3 기간(Ty), 및 제2 기간(T2) 동안의, 모터 속도(ωa), 자속분 전류(d축 전류)(iqa), 토크분 전압 지령치(q축 전압 지령치)(v* qa), 각 오차(Δθa)를 나타낸다.
도면을 참조하면, 전환 기간인, 제3 기간(Ty) 동안에, 모터 속도(ωa), 자속분 전류(d축 전류)(iqa), 각 오차(Δθa)가, 각각 낮아지는 것을 예시한다.
특히, 제1 구간(910)에서, 급격한 변화 없이 안정적으로, 모터 속도(ωa), 자속분 전류(d축 전류)(iqa), 각 오차(Δθa)가, 각각 낮아지는 것을 예시한다.
이에 따라, 전환 시점에, 모터 구동이 안정적으로 수행될 수 있게 된다. 또한, 부하 변동 발생시의 과도 특성이 저감되어, 탈조 가능성이 저감되게 된다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 전환 기간인, 제3 기간(Ty) 동안에, 일정한 자속분 전류 지령치에 기초하여 모터(230)가 구동하도록 제어할 수 있다.
특히, 도 7의 제3 기간(Ty)의 일정 속도 회전 기간 동안, 일정한 자속분 전류 지령치에 기초하여 모터(230)가 구동하도록 제어할 수 있다.
즉, 인버터 제어부(430)는, 제3 기간(Ty)의 일정 속도 회전 기간 동안, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0 이 아닌 일정한 값으로 설정할 수 있다.
즉, 인버터 제어부(430)는, 제3 기간(Ty)의 일정 속도 회전 기간 동안, 자속분 전류 지령치(i* d)의 절대값이 0 보다 크도록 제어할 수 있다.
도 8a는, 제3 기간(Ty)의 일정 속도 회전 기간 동안, 자속분 전류 지령치인, d축 전류 지령치(i* d)의 값이 L1이고, 토크분 전류 지령치인, q축 전류 지령치(i* q)의 값이 L1 보다 더 큰 L2인 것을 예시한다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 제3 기간(Ty)의 일정 속도 회전 기간 동안, 자속분 전류 지령치(i* d)와 토크분 전류 지령치(i* q)의 부호가 반대가 되도록 제어할 수 있다.
한편, 도 8b는, 제3 기간(Ty)의 일정 속도 회전 기간 동안, 자속분 전류 지령치인, d축 전류 지령치(i* d)의 값이 -L3이고, 토크분 전류 지령치인, q축 전류 지령치(i* q)의 값이 -L3의 절대값 보다 더 큰 L2인 것을 예시한다.
이와 같이, 자속분 전류 지령치를 더 모터(230)에 주입함으로써, 전환 시점에, 모터 구동이 안정적으로 수행될 수 있게 된다. 또한, 부하 변동 발생시의 과도 특성이 저감되어, 탈조 가능성이 저감되게 된다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 자속분 전류 지령치의 인가 기간을, 전환 기간이 아닌 다른 기간에도 확대할 수 있다.
즉, 인버터 제어부(430)는, 제1 기간(T1) 및 제2 기간(T2) 중 적어도 하나의 기간 동안, 일정한 자속분 전류 지령치(i* d)에 기초하여 모터(230)가 구동하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 인버터 제어부(430)는, 제3 기간(Ty) 동안, 제1 레벨의 자속분 전류 지령치에 기초하여 모터(230)가 구동하도록 제어하며, 제2 기간(T2) 동안, 제1 레벨 보다 작은 제2 레벨의 자속분 전류 지령치에 기초하여 모터(230)가 구동하도록 제어할 수 있다.
즉, 전환 기간을 벗어난 경우에는, 모터(230)의 탈조 가능성이 낮으므로, 제2 기간(T2)에는, 더 낮은 레벨의 자속분 전류 지령치(i* d)로 모터(230)를 구동하는 것이 가능하다.
한편, 자속분 전류 지령치(i* d)는, 도 6에서 기술한 바와 같이, 전류 지령 생성부(330)에서 생성될 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 제2 기간(T2) 중 스위칭 제어 신호 출력부(360)에서 생성되는, PWM 기반의 스위칭 제어 신호의 듀티(duty)가, 20% 이하인 경우에, 자속분 전류 지령치(i* d)에 기초하여 모터(230)를 구동하도록 제어하는 것도 가능하다.
또는, 인버터 제어부(430)는, 제2 기간(T2) 중 스위칭 제어 신호 출력부(360)에서 생성되는, PWM 기반의 스위칭 제어 신호의 듀티(duty)가, 10% 이하인 경우에, 자속분 전류 지령치(i* d)에 기초하여 모터(230)를 구동하도록 제어하는 것도 가능하다.
또는, 인버터 제어부(430)는, 제2 기간(T2) 중 스위칭 제어 신호 출력부(360)에서 생성되는, PWM 기반의 스위칭 제어 신호의 듀티(duty)가, 데드 타임(dead time)의 2배 이하인 경우에, 자속분 전류 지령치(i* d)에 기초하여 모터(230)를 구동하도록 제어하는 것도 가능하다.
즉, PWM 기반의 스위칭 제어 신호의 듀티(duty)가, 작을수록, 과도 특성상 탈조 가능성이 있으므로, 이를 저감하기 위해, 인버터 제어부(430)는, 자속분 전류 지령치(i* d)에 기초하여 모터(230)를 구동하도록 제어하는 것도 가능하다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 모터구동장치를 구비하는 다양한 홈 어플라이언스를 예시하는 도면이다.
도 6 내지 도 10c 등에서 기술한 모터구동장치(300)는, 다양한 홈 어플라이언스 내에 구비되는 것이 가능하다.
도면을 참조하면, 도 11의 (a)는, 압축기 모터(미도시)가 모터구동장치(300)에 의해 구동될 수 있는 냉장고(200a)를 예시하며, 도 11의 (b)는, 세탁조를 회전시키기 위한 모터(미도시)가 모터구동장치(300)에 의해 구동될 수 있는 세탁물 처리기기(세탁기 또는 건조기)(200b)를 예시하며, 도 11의 (c)는, 압축기 모터(미도시)가 모터구동장치(300)에 의해 구동될 수 있는 공기조화기(200c)를 예시한다.
본 발명에 따른 모터구동장치 및 이를 구비한 식기 세척기는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (12)

  1. 스위칭 동작에 의해, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 상기 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터;
    상기 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부; 및
    상기 검출되는 출력 전류에 기초하여, 상기 인버터를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    제1 기간 동안, 상기 모터의 속도를 지속적으로 상승시키도록 제어하며,
    제2 기간 동안, 상기 출력 전류, 및 모터 속도 지령치에 기초하여, 상기 모터를 구동하도록 제어하며,
    상기 제1 기간과 제2 기간 사이의 제3 기간 동안, 상기 제1 기간 동안의 제1 가속도 보다 작은 제2 가속도 또는 일정 속도로 상기 모터를 동작시키도록 제어하며,
    상기 제어부는,
    상기 제3 기간의 일정 속도 회전 기간 동안, 일정한 자속분 전류 지령치에 기초하여 상기 모터가 구동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제3 기간 중 상기 모터를 개루프(open loop) 제어하다가, 제1 시점에, 상기 모터를 페루프(closed loop) 제어하는 것을 특징으로 하는 모터구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    제1 기간 동안, 모터 속도 지령치에 기초하여, 상기 모터의 속도를 지속적으로 상승시키도록 제어하며,
    제2 기간 동안, 상기 출력 전류, 및 모터 속도 지령치에 기초하여, 상기 모터를 회전시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터구동장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제3 기간의 일정 속도 회전 기간 동안, 자속분 전류 지령치의 절대값이 0 보다 크도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터구동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제3 기간의 일정 속도 회전 기간 동안, 자속분 전류 지령치와 토크분 전류 지령치의 부호가 반대가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터구동장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 기간 및 제2 기간 중 적어도 하나의 기간 동안, 일정한 자속분 전류 지령치에 기초하여 상기 모터가 구동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터구동장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제3 기간 동안, 제1 레벨의 자속분 전류 지령치에 기초하여 상기 모터가 구동하도록 제어하며,
    상기 제2 기간 동안, 상기 제1 레벨 보다 작은 제2 레벨의 자속분 전류 지령치에 기초하여 상기 모터가 구동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터구동장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 검출된 출력 전류에 기초하여 상기 모터의 회전자 속도를 연산하는 속도 연산부;
    상기 연산된 속도 정보와, 상기 속도 지령치에 기초하여, 상기 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부;
    상기 전류 지령치와 상기 검출된 출력 전류에 기초하여, 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부; 및
    상기 전압 지령치에 기초하여, 상기 인버터를 구동하기 위한 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어신호 출력부;를 포함하며,
    상기 전류 지령 생성부는,
    상기 제3 기간의 일정 속도 회전 기간 동안, 일정한 자속분 전류 지령치를 생성하는 것을 특징으로 하는 모터구동장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항의 모터구동장치를 구비하는 식기 세척기.
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