KR101858629B1 - 세탁기 드럼의 관성 모멘트 측정 방법 및 상기 방법을 수행하도록 배열된 세탁기 - Google Patents

Abstract

부하를 갖는 세탁기 드럼의 관성 모멘트를 측정하는 방법으로서, 영구자석 동기식 전기 모터에 의해 상기 드럼을 제1 회전 각속도(100-101)로 회전시키는 단계; 상기 제1 각속도에서 동기식 전기 모터에 의해 제공되는 토크(104)를 나타내는 주기 신호 내 동기 위치를 확인하는 단계; 상기 동기 위치에서, 동기식 전기 모터(105)에 의해 제공되는 일정한 기전 토크로 상기 드럼의 일시적 가속을 시작하는 단계; 제2 각속도(107)에 이르면 상기 일시적 가속을 차단하는 단계; 일시적 가속의 지속 시간(106)을 획득하는 단계; 하기 식에 따라, 일시적 각속도의 변화와, 일시적 지속 시간 값과, 일시적 가속 동안 드럼에서 발생되는 토크 값으로부터 시작하는 상기 드럼의 관성 모멘트의 간접 측정을 처리하는 단계를 포함한다.

Description

세탁기 드럼의 관성 모멘트 측정 방법 및 상기 방법을 수행하도록 배열된 세탁기{METHOD FOR MEASURING THE MOMENT OF INERTIA OF A DRUM OF A WASHING MACHINE AND WASHING MACHINE ARRANGED TO IMPLEMENT SAID METHOD}

가장 일반적인 양상에서, 본 발명은 회전 드럼 세탁기의 드럼의 관성 모멘트를 측정하는 방법에 관한 것이다.

특히, 상기 방법은, 세탁, 건조 또는 원심분리 순환하는 물건을 도입하기 위한 회전 드럼을 포함하는, 가정용 또는 산업용 세탁기들, 세탁 장치들 또는 유사한 기기들에 적용된다. 본 설명에서, 상기 지시된 유형의 기기들은 일반적으로 세탁기라는 용어로 언급한다.

공지된 바와 같이, 세탁기는 대개, 변속 드라이브 풀리에 의해 드럼에 연결되는, 드럼 내에서 회전하는, 전기 모터에 의해 회전하는 드럼을 포함한다.

사용자가 상기 드럼에 도입한 세탁할 세탁물에 의한 부하(load)는, 주어진 회전 속도(일반적으로 분당 80 내지 120 회전을 가짐)에 도달하면, 드럼의 주변 벽들을 따라 실질적으로 균일하게 압박된다.

세탁 및/또는 건조 과정은 드럼 내에 수용된 세탁물 부하에 따라, 예를 들어, 그 기능으로써, 물 흐름, 유입되는 세제양, 드럼의 회전 속도, 이어지는 세탁 단계들의 지속 시간과 같은 일부 작동 파라미터들을 조정하여, 유리하게 최적화될 수 있다.

세탁 및/또는 건조 과정의 바로 직전에 전자 제어 유닛에 의해 수행되는, 부하가 걸린 드럼의 관성 모멘트의 측정은 도입된 부하를 고려한 정보를 획득할 수 있도록 하며, 따라서, 앞서 언급된 과정을 최적화할 수 있도록 한다.

미국특허 7,162,759호에 나타나는 종래 기술은 상기 관성 모멘트의 간접 결정을 위한 방법을 개시한다. 상기 방법은, 드럼의 일시적인(transient) 가속 동안에 사용된 순간적인 전력, 전원 공급 회로의 전압 및 전류 발생을 측정하여 모니터링을 제공한다. 일시적인 가속 동안에 사용된 전력은, 부하가 걸린 드럼의 관성 모멘트에 실질적으로 비례하는 값을 획득하도록 마찰과 관련된 시간 간격은 제외되며, 시간에 대해 전력을 적분하여 산출된다.

실질적으로 상기 목적을 충족하더라도, 종래 기술에 따른 앞서 언급된 방법은 일부 단점들을 나타낸다.

우선, 상기 방법을 통해 수행된 측정들은 상대적으로 부정확하다.

상기와 같이 부정확한 하나의 이유는, 일어날 수 있는 불균형한 부하에서 비롯된다. 사실, 회전이 이상적으로 드럼 내 부하의 축-비대칭 분포를 결정하더라도, 상기 부하는 실제로 종종 불균형하다. 상기 불균형한 부하는, 표시되어 있더라도, 드럼이 회전하도록 모터에 요구되는 전력의 진동을 일으키며, 상기 진동은 앞서 언급된 부하에 관한 측정 오차를 일으킨다.

예를 들어, 분당 95 내지 135 회전으로, 일시적 가속의 시작 및 종료 속도가 상대적으로 근접하다면, 불균형한 부하에 의한 오차는 용인하기 어렵다. 따라서, 공지된 방법의 다른 단점은 상기 속도들의 선택에 관한 설계 제한에서 비롯된다. 특히 상기 방법은 단 가속(short acceleration) 램프에 유리하게 실행될 수 없다.

나아가, 상기 방법은, 주로 시간에 대한 전력의 적분 작동을 하기 때문에, 상당한 계산 부담을 요구한다. 앞서 설명된 것과 다른 특징을 갖는 관성 모멘트를 결정하는 방법이 미국특허 4,741,182호에 개시된다. 그러나, 상기 방법도 불균형한 부하 때문에 측정이 부정확하다는 단점을 갖는다.

따라서, 상기 기술적 문제를 해결하도록, 본 발명은, 종래 기술의 단점을 극복하면서, 관성 모멘트의 측정을 위한 대안적인 방법을 제공한다.

앞서 언급된 기술적 문제는, 부하를 갖는 세탁기 드럼의 관성 모멘트를 측정하는 방법에 의해 해결되며, 상기 방법은,

- 영구자석 동기식(synchronous) 전기 모터에 의해 상기 드럼을 제1 회전 각속도(100-101)로 회전시키는 단계;

- 제1 각속도에서, 동기식 전기 모터에 의해 전달되는 토크를 나타내는 주기 신호 내 동기 위치, 즉, 부하 불균형 위치를 확인하는 단계;

- 상기 동기 위치에서, 동기식 전기 모터에 의해 전달되는 일정한 기전(electromotive) 토크로 상기 드럼의 일시적 가속을 시작하는 단계;

- 제2 각속도에 도달하면 상기 일시적 가속을 차단하는 단계;

- 일시적 가속의 지속 시간을 획득하는 단계; 및

- 하기 식에 따라, 일시적 가속에서 각속도의 변화와, 일시적 가속의 지속 시간 값과, 일시적 가속 동안 드럼에 발생되는 토크 값으로부터 시작하는 상기 드럼의 관성 모멘트의 간접(indirect) 측정을 처리하는 단계를 포함한다:

일시적 가속의 일정한 토크의 사용은 유리하게 관성 모멘트의 계산 식을 단순화시킨다. 실제, 본 발명에 따른 방법은 종래 기술의 특징을 이루는 적분 동작을 요구하지 않으며, 따라서, 측정을 수행하는 제어 유닛이 감소된 계산 부담을 갖는다.

일정한 속도에서 토크 진동이 주어지면, 주로 불균형한 부하의 회전 때문에, 일시적 가속의 시작을 위한, 토크 신호 상에서, 동기 위치의 확인은, 기지의(known)의 불균형한 부하 위치에서 항상 일시적 가속이 시작하는 것을 의미한다. 상기 해결책은 공지된 기술에서 확인되는 측정 오차를 제거하여, 측정 정밀도를 향상시킨다. 따라서, 본 발명에 따른 발명은, 예를 들어, 분당 90 내지 135 회전하는, 상대적으로 짧은 일시적 가속이더라도 유리하게 실행될 수 있다.

본 발명의 방법은 제1 각속도와 제2 각속도에서 전기 모터에 의해 전달되는 토크를 측정할 수 있다. 따라서, 일시적 가속의 종료 시 측정된 2개의 토크들의 평균 값을 계산하여, 일시적 가속 동안에 마찰을 극복하는데 필요한 토크의 유효한 추정이 수행될 수 있다. 따라서, 상기 평균 값은, 드럼에 발생하는 토크 값을 추정하도록, 일시적 가속 동안 전달된 기전 토크 값으로부터 감산될 수 있다.

주어진 영구자석 동기식 전기 모터의 특징에서, 병합된 직각위상(quadrature) 전류 신호(I_q)는, 동기 위치를 확인하는데 전달된 토크를 나타내는 신호로 유리하게 사용될 수 있다. 특히, 동기 위치는 신호의 피크(peak) 위치(최대 또는 최소)가 될 수 있으며, 도함수들(derivatives)을 분석하여 쉽게 확인될 수 있다.

일시적 가속의 시작 단계는, 모터의 직각위상 전류(I_q)가, 일시적 가속의 전체 시간 동안 유지되는, 미리결정된 값이 되도록 할 수 있다. 공지된 바와 같이, 동기식 모터에 의해 전달된 토크는 병합된 직각위상 전류(I_q)에 실질적으로 비례하며, 따라서, 일정한 전류 상태는 일정한 토크도 보장한다.

제2 각속도에 도달하면 일시적 가속을 차단하는 단계가, 일시적 가속 동안, 위치 센서를 통해 드럼의 각속도의 주기적 획득을 위해 제공될 수 있다. 대안적으로, 속도는, 센서없는 모드에서 추정될 수 있다. (감지되거나 또는 추정된) 원하는 제2 각속도에 도달하면, 초기에 일정한 직각위상 전류(I_q)에서 유지되는, 동기식 전기 모터는 피드백 제어로 이동하며, 상기 제2 각속도와 동일한 각속도에서 유지된다.

또한, 제1 각속도로 회전하는 드럼을 설정하는 단계는 동기식 전기 모터의 피드백 제어를 유리하게 제공할 수 있다. 다음으로, 위치 센서에 의해 획득되는 그 각속도는, 원하는 제1 각속도와 비교될 것이다.

또한, 이 경우에, 속도는 센서없는 모드에서 대안적으로 추정될 수 있다.

사용되는 위치 센서는 예를 들어, 홀 효과(Hall effect) 센서가 될 수 있다.

공지된 바와 같이, 영구자석 동기식 전기 모터에 의해 전달되는 토크는 직각위상 전류(I_q)와, 스테이터 자기 회로에 의해 연결된 자기 플럭스(Φ)의 곱에 비례한다. 따라서, 자기 플럭스(Φ)의 값은, 병합된(absorbed) 직각위상 전류(I_q)의 값으로부터 시작하는 동기식 전기 모터에 의해 전달된 토크를 얻도록 본 발명에 사용된다.

상기 플럭스는, 스테이터 자기 회로의 주어진 특성들에서 이론적으로 알려져 있다. 그러나, 실제로 산출의 가변성(production variability) 때문에 이론 값에서 벗어날 수 있다. 모터의 상태 변수들로부터 시작하는 자기 플럭스의 값을 추정하기 위한 단계는 측정 정밀도를 향상시키기 위해 본 방법에 포함될 수 있다.

특히, 자기 플럭스(Φ)의 값을 추정하는 단계는, 모터의 상태 변수들을 측정하고, 그 파라미터들의 작동을 추정할 때 생기는 오차들을 보상하도록 보정 계수들을 사용하는 추정 알고리즘을 적용할 수 있다.

위치 센서를 사용하지 않고 본 발명이 실행된다면, 추정 알고리즘이 드럼 속도의 추정을 가능하게 한다는 점을 알 수 있다.

자기 플럭스(Φ)를 추정할 때 관찰되는 다른 오차는 온도의 영향 때문이며, 상기 오차는 열 센서를 통한 동기식 전기 모터의 온도 값을 획득하는 것에 의해 유리하게 보상될 수 있다.

자기 플럭스를 추정하는 단계는, 상기 개략적인 추정 알고리즘의 사용에 관한 단순화된 방법을 유리하게 적용할 수 있다.

예를 들어, 플럭스는, 측정된 모터 온도(T)에 따른 기준 온도(T_ref)에서, 자기 플럭스(Φ_ref)의 공칭(nominal) 값을 보정하는 것에 의해 추정될 수 있다.

이 경우에, 하기 식이 적용될 수 있다.

여기서, 측정된 온도는 기준 온도보다 높아야 하며, 예를 들어, 25℃가 될 수 있고, 자석의 열 계수는 일반적으로 0.002이다.

자기 플럭스(Φ)의 값은, 모터의 시공 가변성(construction variability)을 확인하여, 테스트 단계에서 기지의(known) 토크로 모터가 작동하는 실험에 의해 측정된, 보정 계수(k)를 고려하여 더 정확히 추정될 수 있다.

또한, 하기 식이 유리하게 적용될 수 있다.

또한, 앞서의 개략적인 기술적 문제들은, 회전 드럼; 상기 드럼을 회전시키는 영구자석 동기식 전기 모터; 및 상기 동기식 전기 모터에 연결된 제어 유닛을 포함하며, 상기 제어 유닛이 앞서 설명된 방법을 실행하기 위해 제공되는 세탁기에 의해 해결된다.

또한, 세탁기는 상기 드럼의 각위치(angular position)를 감지하도록 상기 제어 유닛에 연결되는 위치 센서를 포함할 수 있다.

본 발명의 특징들과 이점들은, 첨부된 도면들을 참조하여 제한적이지 않은 예시로써 이후에 제공되는, 바람직한 실시예의 설명으로부터 명확할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위해 제공되는 세탁기의 구조를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 블록도를 나타낸다.
도 3은 본 방법의 실행에서 동기식 모터의 직각위상 전류 신호들의 시간 진행 차트(굵은 선)와 드럼의 각속도(점선)를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 방법에 사용되는 자기 플럭스의 추정 알고리즘의 블록도를 나타낸다.

첨부된 도 1을 참조하면, 수평 회전 축(x)에 따른 하우징 드럼에 내장된 드럼(2)과, 회전 축(x)을 중심으로 드럼(2)을 이동시키는 동기식 전기 모터(3)를 포함하는 세탁기는 일반적으로 도면부호 1로 식별한다.

드럼(2)은 세탁물 또는 그 안에서 세탁하고자 하는 다른 물건들을 수용하기 위해 제공되며, 이하의 설명에서는 상기 드럼 내용물은 일반적으로 부하(load)라는 용어로 언급될 것이다.

특히, 동기식 전기 모터(3)는, 공지된 방법으로, 구동 벨트로 앞서 확인된 회전 드럼(2)에 연결되는 외부 컵 로터(cup rotor)를 갖는 영구자석 형태이다.

동기식 전기 모터(3)는 이하에서 설명되는 관성 모멘트를 측정하기 위한 방법을 수행하기 위한 목적을 갖는, 모터 구동 회로를 포함하는, 제어 유닛(4)에 연결된다. 상기 제어 유닛(4)은 동기식 전기 모터(3)의 각속도를 감지하기 위한 홀 효과 센서(5)에 연결된다.

본 발명에 따른 측정 방법의 특정 단계들의 상세한 설명에 앞서, 이하는 실행되는 계산 기술에 관한 일부 서론적인 설명이다.

각속도(ω)로 회전하는 드럼(2)과 그 부하로 구성되는 시스템의 운동 에너지는 회전 시스템에 대한 일반 식을 사용하여 표현될 수 있다.

여기서, J 는 얻고자 하는 관성 모멘트이다.

동력은 양쪽 항들을 시간으로 미분하여 얻을 수 있다.

이는 토크(T)와 각속도(ω)의 곱으로 표현될 수도 있다. 따라서 동력에 대한 2개의 식을 이용하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.

이제, 제1 각속도(ω₁)로부터 제2 각속도 ω₂ = ω₁ + Δω로, T_acc 값에서 일정한 토크를 유지하면서, 시간의 일시적 가속 Δt동안, 시스템을 가속하는 것으로 놓는다. 수학식 3의 양쪽 항들을 시간에 대해 적분하면 다음과 같다.

영구자석 동기식 모터에 의해 전달되는 기전 토크는 하기 식으로부터 얻어진다.

여기서, pp는 모터의 극(pole)의 수를 가리키며, Φ는 자기 회로에 연결된 자기 플럭스이고, N은 코일의 수이며, I_q는 병합된 수직위상 전류이다.

현재, 극의 수 pp와 코일 수 N은 미리 알고 있는 모터의 시공 값들이다.

자기 플럭스(Φ)는, 비록 산출의 가변성과 온도 영향 때문에 부정확하더라도, 자기 회로의 형태로부터 알려진 값이다.

공지된 파크 앤 클락(Park and Clark) 변환에 의해 모터의 상태 전류들로부터 시작하는 공지된 방법으로 얻을 수 있는, 병합된 전류(I_q)는 제어 유닛(4)에 의해 직접 측정 및 제어될 수 있다.

따라서, 제어 유닛(4)은 일시적 가속 동안 모터에 의해 전달되는 기전 토크( T_{em_acc})를 구할 수 있으나, 발생된 토크(T_acc), 즉, 일시적 가속 동안 회전 시스템의 마찰들을 극복하는데 필요한 토크를 제외한 기전 토크(T_{em _ acc})는, 상기 수학식 4를 통해 관성 모멘트(J)를 얻도록 요구된다. 이 변수의 유용한 추정은, 제1 각속도(ω₁)와 제2 각속도(ω₂)로, 일정한 각속도에서(따라서, 마찰들에 의해 완전히 유발된 속도에서), 즉, 일시적인 시작 및 종료 속도에서, 감지할 수 있는 토크들의 평균을 단순 계산하여 얻을 수 있다.

마지막으로, 관성 모멘트(J)는 하기 식을 통해 효과적으로 추정될 수 있다.

여기서, I_{q _ acc}, I_{q _1}, I_{q _2}는, 각각 일시적 가속 동안, 제1 각속도(ω₁)에서, 및 제2 각속도(ω₂)에서의 직각위상 전류의 값들이다.

도 2에 지시되는 블록도를 참조하여, 드럼(2)의 관성 모멘트를 측정하기 위한 방법의 각 단계들을 상세히 후술한다.

상기 방법은, 드럼(2)을 제1 각속도(ω₁)에 이르게 하는 제1 단계를 위해 제공되며, 세탁기(1)의 세탁 주기가 시작할 때 바람직하게 수행될 수 있다. 상기 각속도는 부하 회전 속도보다 커야 하며, 본 예시에서, 부하가 분당 80 회전으로 드럼을 압박하는 것을 가정하며, 제1 각속도(ω₁)의 값은 분당 95 회전으로 간주된다.

전기 모터(3)의 제어 변수들을 작동시키고(도 2의 100 단계), 드럼(2)이 원하는 속도에 도달했는지 여부를 피드백 제어하는(101 단계) 공지된 방법으로 드럼은 제1 각속도(ω₁)로 진행한다.

제어 유닛(4)은 로터의 각속도를 감지하도록 홀 효과 센서(5)를 사용한다.

제1 각속도(ω₁)에 이르면, 드럼(2)은 측정 주기의 제1 단계(10) 동안 일정한 속도로 회전한다.

상기 제1 단계에서, 이어지는 단계들과 같이, 드럼(2)의 부하는 드럼에 대해 압박한다. 그러나, 종래 기술에 관한 단락에서 언급한 바와 같이, 드럼(2)의 내부 벽에 따른 부하의 분배는 균일하지 않다. 따라서, 부하는 항상 일정한 범위로 다소 불균일하므로, 드럼(2)의 회전 주기와 일치하는 주기로, 일정한 속도에서 이를 회전시키기 위해 요구되는 토크는 동요하는 경향이 있다. 따라서, 전기 모터(3)에 의해 병합된 직각위상 전류(I_q)도 평균 값 근처에서 동요한다.

이 제1 단계에서, 제어 유닛(4)은 상기 평균 값을 획득하며(102 단계); 상기 값은 수학식 6에 사용되는 제1 각속도(ω₁)에서 직각위상 전류(I_{q _1})를 나타낸다.

직각위상 전류(I_{q _1})의 상기 값에 따르면, 앞서 설명된 수학식 5를 사용하여, 제어 유닛은, 제1 각속도(ω₁)에서 회전 시스템의 마찰들을 극복하도록 모터로부터 요구되는 토크(T₁)를 추정할 수 있다(103 단계).

측정 주기의 제1 단계(10) 후, 제2 각속도(ω₂)를 향해 일시적 가속하는 제2 단계(11)가 이어진다. 분당 135 회전인 제2 각속도(ω₂)의 값이 본 예시에서 고려된다.

일시적 가속의 시작은, 본 방법을 통해 행해지는 관성 모멘트(J)의 여러 측정들 간의 균일함을 보장하기 위해, 결정된 부하 불균형 위치와 동기화된다. 상기 언급된 바와 같이, 제1 단계(10) 동안 수직위상 전류(I_q)의 주기적 신호는 불균형한 부하를 나타낸다. 따라서, 본 예시에서 상기 신호의 최대 피크(104 단계)는 동기화 위치(10a)로 확인된다.

직각위상 전류 신호(I_q)가 실질적으로 사인파로 주어지면, 그 피크는, 예를 들어, 신호의 도함수들을 구하는, 공지된 방법으로 쉽게 결정될 수 있다. 대안적이며 동일하게, 직각위상 전류 신호(I_q)의 최소 피크가 동기화 위치(10a)로 쉽게 확인될 수 있음을 알 수 있다.

따라서, 제어 유닛(4)은, 동기식 전기 모터(3)의 제어 변수, 즉, 직각위상 전류(I_q)를 확인된 동기화 위치(10a)에서의 미리결정된 값(I_{q _ acc})(105 단계)으로 증대시키는 일시적 가속을 시작한다. 상기 값(I_{q _ acc})은 전체 일시적 가속 동안 일정하게 유지되며, 따라서, 앞서 언급된 일정한 기전 토크(T_{em _ acc})의 상태를 충족한다.

제2 각속도(ω₂)에 도달했음을 제어 유닛(4)이 감지했을 때만(107 단계), 일시적 가속이 차단되고, 측정 주기가 제3 단계(12)로 진입하여 드럼(2)의 속도가 값에 도달한 후 일정하게 유지된다(108 단계).

제어 유닛(4)은 일시적 가속 시간 Δt(106 단계)과, 제3 단계(12)에 도달했을 때 제2 각속도(ω₂)에서의 직각위상 전류(I_{q _2})의 값을 측정한다(109 단계). 다시, 상기 고려된 단계들에서 직각위상 전류 신호(I_q)의 진동 상태가 주어지면, 획득된 값은 평균 값일 것이다.

이 단계에서, 제어 유닛(4)은, 제2 각속도(ω₂)에서 회전 시스템의 마찰들을 극복하도록 모터에 요구되는 토크(T₂)를 계산할 수 있음(110 단계)을 알 수 있다.

측정 방법의 최종 단계에서, 앞서 언급된 수학식 6에서 얻어지는 계산들을 사용하여, 제어 유닛은 원하는 관성 모멘트(J)를 계산한다.

관성 모멘트(J)의 값은 세탁기(1)의 세탁 주기를 최적화하도록 다양한 방법들에 사용될 수 있다.

앞서 언급된 바와 같이, 직각위상 전류(I_q)로부터 시작하는 기전 토크를 얻기 위해, 전기 모터(3)의 스테이터 자기 회로에 의해 연결된 자기 플럭스(Φ)를 알아야 한다. 상기 양은 자기 회로로부터 알 수 있으나, 산출의 가변성 때문에 특히 변하기 쉽다.

본 방법에서, 관성 모멘트(J)의 최종 측정 정밀도를 향상시키도록, 연결된 플럭스(Φ)는 도 4에 나타나는 추정 알고리즘(200)을 통해 얻어진다.

이 형태의 알고리즘들은 보통 센서가 없는 모드에서 전기 모터들을 제어하기 위해 사용되며, 연결된 플럭스의 값 외에, 위치의 추정과 로터의 각속도도 얻을 수 있도록 한다. 본 발명의 경우에, 동기식 전기 모터(3)가 미리 홀 효과 센서(5)와 함께 제공되더라도, 추정 알고리즘(200)의 사용은 연결된 자기 플럭스(Φ)의 더 정확한 값을 얻을 수 있게 한다.

알고리즘은, 제어 유닛(4)에 의해 감지된 전압 값들과 추정된 각위치(θ)로부터 시작하며, 전압(V_q와 V_d)의 파크 변환(Park transforms)을 확인하는 프로세싱 블록(processing block)(201)을 포함한다.

플럭스(Φ)의 추정은 값(V_d), 즉, 연결된 자기 플럭스에 영향을 미치는 전압 요소들로부터 시작하여 얻어진다. 특히, 값(V_d)은 제1 적분기(202)를 통과하며, 제1 계수(K1)가 곱해지고(204 블록), 제1 가산기 블록(205)의 입력이 된다. 제1 적분기(202)에서 나오는 신호는 또한 제2 적분기(203)의 입력이 되며, 제2 계수(K2)가 곱해진 그 출력은 제1 가산기 블록(205)의 제2 입력이 된다. 제1 가산기 블록의 제3 입력은 통합된 값으로 주어진다. 플럭스(Φ)(도 4에서 flux_ext 변수)의 추정은, 제3 계수(K3)(207 블록)가 곱해진 가산기 블록(206)의 출력으로 정의된다.

프로세싱 블록(201)으로부터의 값(V_d)과 앞서 설명된 블록들에서 얻어지는 값(Φ)을 입력으로 받아들이는 디바이더 블록(divider block)(208)은 ω = V_d/Φ 식에 따라 각속도의 값을 산출한다. 상기 값은 그 보정 신호를 감산하는 감산기 블록(209)을 통해 보정된다.

상기 보정 신호는, 제2 가산기 블록(213)에 의해 수행되는, 제4 계수(K4)가 곱해진 신호(V_d)와, 제5 계수(K5)가 곱해진 제1 적분기(202)로부터의 신호의 합계로부터 얻어진다. 신호(V_q)가 네거티브 값들을 획득할 때, 멀티플라이어 블록(214)을 통해 보정 신호의 부호가 바뀐다.

감산기 블록(209)의 출력은 로터의 각속도(ω)(도면에서 omega_ext 변수)의 추정이 된다. 따라서, 상기 신호는, 각위치(θ)(theta_ext 변수)의 추정을 결정하도록 제3 적분기 블록(215)을 통과하며, 프로세싱 블록(201)으로 피드백 된다.

이상적 상태 하에서, 제3 각 계수(K3)를 공칭 상태 하에서 측정된 연결된 플럭스와 동일한 일정한 값으로 설정하고, 추정 알고리즘의 동기화 조건들을 충족하도록 남은 각 계수들(K1, K2, K3, K4)을 0으로 설정하는 것으로 충분하다.

파라미터들을 측정하고 추정하기 위한 시스템의 불확실성 때문에, 추정자(estimator)의 보정 동기화를 보장하도록 보정 항들이 요구된다. 제4 및 제5 계수(K4, K5)는 각위치(θ)의 계산에서 정렬 오차를 무효화시킨다. 제1 및 제2 계수(K1, K2)는 플럭스를 계산하기 위한 제3 계수(K3)의 오차들을 보정한다.

대안적인 실시예에서, 플럭스(Φ)는 앞서 설명된 추정 알고리즘에 대해 단순화된 계산 도구들을 사용하여 추정될 수 있다.

우선, 영구자석에 온도를 감지하기 위한 센서가 있으면, 하기 식에 따라, 열 도함수를 고려하여 플럭스(Φ)의 추정을 얻을 수 있다.

여기서, Φ_ref는 예를 들어, 25℃와 같은, 기준 온도(T_ref)에서 공칭 플럭스 값을 나타내며, T와 δ는 각각 측정된 온도(기준 온도보다 높아야 함)와 영구자석의 열 계수를 나타낸다.

수행된 추정은, 하기 식에 따라, 모터의 시공 가변성을 고려하여 보정 계수(k)를 도입하여 수정될 수 있다.

기지의(known) 토크와 기준 온도에서 작동하는 동안 직각위상 전류(I_q)를 측정하는 테스트에서, 앞서 주어진 수학식 5에 따라, 상기 보정 계수(k)가 얻어질 수 있다. 따라서, 보정 계수는 제어 유닛에 저장될 수 있으며, 플럭스를 추정할 때 참조된다.

전술된 방법과 세탁기는, 하기의 청구항들에 의해 정의되는 발명의 보호 범위 내에서, 부수적이며 특정한 요건들을 충족하기 위한 목적으로 본 기술분야의 당업자에 의해 다양한 변경과 수정이 이루어질 수 있다.

Claims (13)

1. 부하(load)를 갖는 세탁기 드럼의 관성 모멘트(J)를 측정하는 방법으로서,
   영구자석 동기식 전기 모터에 의해 상기 드럼을 부하의 제1 회전 각속도(ω₁)로 회전시키는 단계;
   동기식 전기 모터에 의해 전달되는 일정한 기전(electromotive) 토크(T_{em_acc})로 상기 드럼의 일시적 가속을 시작하는 단계;
   제2 각속도(ω₂)에 도달하면 상기 일시적 가속을 차단하는 단계;
   일시적 가속의 지속 시간(Δt)을 획득하는 단계; 및
   하기 식에 따라, 일시적 가속에서 각속도의 변화(Δω = ω₂ - ω₁)와, 일시적 가속의 지속 시간 값(Δt)과, 일시적 가속 동안 드럼에서 발생하는 토크(T_acc) 값으로부터 상기 드럼의 관성 모멘트(J)의 간접 측정을 처리하는 단계를 포함하며,
   

   

   
   제1 각속도(ω₁)에서, 동기식 전기 모터에 의해 전달되는 토크를 나타내는 주기 신호 내 동기 위치인, 부하 불균형 위치를 확인하는 단계; 및
   불균형한 부하로 인한 측정 오차를 제거하도록, 상기 동기 위치인 기지(known)의 부하 불균형 위치에서, 상기 일시적 가속이 시작하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
   상기 동기식 전기 모터에 의해 전달된 토크를 나타내는 주기 신호는 동기식 전기 모터(3)에 의해 병합된 직각위상 전류(I_q)의 신호이며, 동기 위치는 상기 신호의 피크(peak) 위치인 것을 특징으로 하는 측정 방법.
2. 제1항에 있어서, 제1 각속도(ω₁)에서 전기 모터에 의해 전달된 토크(T₁)와 제2 각속도(ω₂)에서 전기 모터에 의해 전달된 토크(T₂)를 측정하는 단계를 더 포함하며, 드럼에 발생한 토크(T_acc) 값은, 일시적 가속 동안 동기식 전기 모터에 의해 전달된 기전 토크(T_{em _ acc})로부터 상기 토크들(T₁과 T₂)의 평균을 감산하여 추정되는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
3. 제1항에 있어서, 일시적 가속을 시작하는 단계는, 모터의 직각위상 전류(I_q)를 미리결정된 값(I_{q_acc})이 되도록 하며 상기 미리결정된 값(I_{q_acc})에서 유지시키는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
4. 제3항에 있어서, 제2 각속도(ω₂)에 도달하면 일시적 가속을 차단하는 단계는, 제2 각속도(ω₂)에 도달한 것이 감지되면, 일시적 가속 동안 위치 센서를 통해 드럼의 각속도를 주기적으로 획득하는 것과, 제2 각속도(ω₂)의 값에서 각속도를 유지하면서, 피드백으로 동기식 전기 모터를 제어하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 드럼을 제1 각속도(ω₁)로 회전시키는 단계는, 피드백으로 동기식 전기 모터를 제어하는 것과, 위치 센서에 의해 획득한 각속도와 원하는 제1 각속도(ω₁)를 비교하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 위치 센서는 홀 효과(Hall effect) 센서인 것을 특징으로 하는 측정 방법.
7. 제1항에 있어서, 동기식 전기 모터의 상태 변수들로부터, 연결된 자기 플럭스 값(Φ)을 추정하는 단계를 더 포함하며, 상기 자기 플럭스 값은 병합된 직각위상 전류(I_q)의 값으로부터 동기식 전기 모터에 의해 전달된 토크들을 계산하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
8. 제7항에 있어서, 모터의 측정된 온도(T)에 따른 기준 온도(T_ref)에서 공칭 자기 플럭스 값(Φ_ref)을 보정하는 것에 의해 자기 플럭스 값(Φ)이 추정되는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
9. 제8항에 있어서, 테스트 단계에서 기지의(known) 토크로 모터를 작동시키는 실험에 의해 측정된, 모터의 시공 가변성(constructional variability)을 확인하면서, 보정 계수(k)를 고려하여 자기 플럭스 값(Φ)이 추정되는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 자기 플럭스 값(Φ)은 하기 식에 따라 추정되는 것을 특징으로 하는 측정 방법:
    

    
11. 제7항에 있어서, 자기 플럭스 값(Φ)을 추정하는 단계는, 모터의 상태 변수들을 측정하고 그 작동 파라미터들을 추정하면서 발생하는 오차들을 보상하도록 보정 계수들(K1-K5)을 사용하는 추정 알고리즘(200)을 사용하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
12. 회전 드럼; 상기 드럼을 회전시키는 영구자석 동기식 전기 모터; 및 상기 동기식 전기 모터에 연결된 제어 유닛을 포함하며, 상기 제어 유닛이 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 방법을 실행하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 세탁기.
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