KR102596969B1 - 세탁기 및 그의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 세탁기는, 회전조와, 회전조에 구동력을 인가하는 모터를 포함하고, 모터의 기동 시점이라고 판단되면 모터에 인가될 기동 전류를 발생시키고, 기동 전류가 모터에 인가되는 동안 모터의 속도를 단계적으로 가속 제어하고, 모터의 감속 시점 또는 정지 시점이라고 판단되면 토크 성분의 전류를 확인하고, 확인된 토크 성분의 전류의 크기보다 큰 자속 성분의 전류를 모터에 인가한다.

Description

세탁기 및 그의 제어 방법 {Washing machine and method for controlling the same}
본 발명은 회전조에 회전력을 전달하는 모터의 기동, 감속 및 정지를 제어하기 위한 세탁기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
세탁기는 세탁물이 담긴 원통 형상의 회전조를 회전시켜 세탁물을 세탁, 헹굼 및 탈수하거나 세탁물을 건조하는 기기이다.
세탁기는 회전조가 수평으로 배치되고 전방의 세탁물 투입구가 형성된 프런트 로딩(front loading) 방식의 세탁기와, 회전조가 수직으로 배치되고 상부의 세탁물 투입구가 형성된 탑 로딩(top loading) 방식의 세탁기가 있다. 즉 세탁기는 상술한 두 가지의 방식 중 어느 하나를 채택하여 세탁물을 세탁한다.
이러한 세탁기는 모터를 이용하여 회전조를 회전시키며, 회전조의 회전 시 모터의 속도를 제어함으로써 회전조의 회전 속도가 조절되도록 한다. 세탁기는 모터의 속도 제어 시, 모터의 속도를 검출하고 검출된 속도와 목표 속도에 기초하여 모터의 속도를 제어한다.
세탁기의 모터는, 모터의 회전자의 위치를 검출하는 위치 센서가 마련된 센서드 타입의 모터와, 위치 센서가 마련되어 있지 않은 센서리스 타입의 모터가 있다.
여기서 센서리스 타입의 모터를 가진 세탁기는, 모터의 기동 제어 시 모터의 회전자를 강제로 정렬시키는 얼라인(Align)을 수행한 후 모터를 가속시킴으로써 모터가 기동되도록 하고, 모터의 감속 또는 정지 제어 시 모터의 목표 속도를 감소시킴으로써 모터가 감속 또는 정지되도록 한다.
일 측면은 모터의 얼라인 미수행에 의한 기동 시 단계적으로 모터의 속도를 가속시켜 모터의 기동을 제어하는 세탁기 및 그의 제어방법을 제공한다.
다른 측면은 회전조의 감속 제어 시, 모터에 인가되는 토크 성분 전류(q축 전류)보다 큰 자속 성분의 전류(d축 전류)를 모터에 인가하도록 하는 세탁기 및 그의 제어방법을 제공한다.
일 측면에 따른 세탁기는 회전조; 회전조에 구동력을 인가하고 센서리스 타입으로 마련되는 모터; 모터의 얼라인 미수행에 의한 기동 시, 모터에 인가될 기동 전류의 발생을 제어하고, 기동 전류가 모터에 인가되는 동안 모터의 속도를 단계적으로 가속 제어하는 제어부; 및 제어부의 제어 명령에 대응하여 모터의 구동을 위한 전류를 발생시키고 발생된 전류를 모터에 인가하는 구동부를 포함한다.
일 측면에 따른 세탁기의 제어부는, 모터의 속도를 단계적으로 가속 제어할 때, 모터의 속도를 제1속도로 동기 가속 제어하고, 모터의 속도가 제1속도이면 모터의 속도를 제1속도보다 빠른 제2속도로 동기 가속 제어한다.
일 측면에 따른 세탁기의 제어부는, 모터의 속도를 제1속도로 동기 가속하는 동안의 모터의 회전수보다 모터의 속도를 제2속도로 동기 가속하는 동안의 모터의 회전수를 더 많이 회전하도록 모터를 제어한다.
일 측면에 따른 세탁기는 회전조의 내부에 회전 가능하게 마련된 펄세이터; 모터의 구동력을 펄세이터 및 회전조 중 적어도 하나에 전달하는 클러치를 더 포함하고, 제어부는 클러치에 의해 모터의 구동력을 회전조에 전달할 때 모터가 기동되도록 모터의 속도를 단계적으로 가속 제어한다.
일 측면에 따른 세탁기는 회전조에 연결된 탈수축; 및 클러치에 마련되고, 탈수축의 회전을 한 방향으로 가이드하는 베어링을 더 포함하고, 제어부는 회전조의 회전 시점이면 모터가 기동되도록 모터의 속도를 단계적으로 가속 제어한다.
일 측면에 따른 세탁기는 모터에 연결된 구동축; 펄세이터에 연결된 세탁축; 클러치에 마련되고 구동축이 결합되는 보스; 클러치에 마련되고 보스 및 탈수축이 선택적으로 결합되는 커플링을 더 포함하고, 커플링은 회전조의 회전 시점이면 보스에 마련된 보스 티스와 제1일정 크기의 갭을 갖고 결합되고, 탈수축에 마련된 탈수축 티스와 제2일정 크기의 갭을 갖고 결합된다.
일 측면에 따른 세탁기의 구동부는, 전원부에서 입력되는 교류 전력을 정류하는 정류부; 정류부에서 전달되는 전력을 평활하고 일정 크기의 직류 전력으로 변환하는 평활부; 및 평활부에서 전달되는 직류 전원을 3상 교류 전력으로 변환하는 인버터를 포함한다.
일 측면에 따른 세탁기의 제어부는, 세탁행정, 헹굼 행정, 탈수 행정 및 건조 행정 중 어느 하나의 행정을 수행할 때 감속 시점인지 판단하고, 감속 시점이라고 판단되면 평활부의 직류 전압의 상승을 방지하기 위해 토크 성분의 전류를 확인하고 확인된 토크 성분의 전류의 크기보다 큰 자속 성분의 전류를 모터에 인가하도록 제어한다.
일 측면에 따른 세탁기의 제어부는, 세탁행정, 헹굼 행정, 탈수 행정 및 건조 행정 중 어느 하나의 행정을 수행할 때 정지 시점인지 판단하고, 정지 시점이라고 판단되면 평활부의 직류 전압의 상승을 방지하기 위해 토크 성분의 전류를 확인하고 확인된 토크 성분의 전류의 크기보다 큰 자속 성분의 전류를 모터에 인가하도록 제어한다.
일 측면에 따른 세탁기는 입력부를 더 포함하고, 제어부는 입력부를 통해 정지 명령이 수신되면 평활부의 직류 전압의 상승을 방지하기 위해 토크 성분의 전류를 확인하고 확인된 토크 성분의 전류의 크기보다 큰 자속 성분의 전류를 모터에 인가하도록 제어한다.
일 측면에 따른 세탁기의 제어부는, 모터의 정지 시점인지 판단하고, 모터의 정지 시점이라고 판단되면 모터의 속도를 확인하고 모터의 속도가 기준 속도 이상이면 평활부의 직류 전압의 상승을 방지하기 위해 토크 성분의 전류를 확인하고 확인된 토크 성분의 전류의 크기보다 큰 자속 성분의 전류를 모터에 인가하도록 제어한다.
다른 측면에 따른 세탁기는, 회전조; 회전조에 구동력을 인가하는 모터; 모터의 감속 시점 또는 정지 시점인지 판단하고, 모터의 감속 시점 또는 정지 시점이라고 판단되면 토크 성분의 전류를 확인하고 확인된 토크 성분의 전류의 크기보다 큰 자속 성분의 전류를 모터에 인가하도록 제어하는 제어부; 및 제어부의 제어 명령에 대응하여 모터의 구동을 위한 전류를 발생시키고 발생된 전류를 모터에 인가하는 구동부를 포함한다.
다른 측면에 따른 세탁기의 구동부는, 전원부에서 입력되는 교류 전력을 정류하는 정류부; 정류부에서 전달되는 전력을 평활하고 일정 크기의 직류 전력으로 변환하는 평활부; 및 평활부에서 전달되는 직류 전원을 3상 교류 전력으로 변환하는 인버터를 포함하고, 평활부는 모터의 감속 제어 또는 정지 제어 시에 자속 성분의 전류에 의해 직류 전압의 상승이 방지된다.
다른 측면에 따른 세탁기에서, 확인된 토크 성분의 전류의 크기보다 큰 자속 성분의 전류는, 확인된 토크 성분의 전류의 크기보다 일정 크기만큼 큰 자속 성분의 전류이다.
다른 측면에 따른 세탁기에서, 확인된 토크 성분의 전류의 크기보다 큰 자속 성분의 전류는, 확인된 토크 성분의 전류의 크기보다 두 배 큰 자속 성분의 전류이다.
또 다른 측면에 따른 세탁기의 제어 방법은, 회전조와, 회전조에 구동력을 인가하는 모터를 포함하는 세탁기에 있어서, 모터의 기동 시점이라고 판단되면 모터에 인가될 기동 전류를 발생시키고, 기동 전류가 모터에 인가되는 동안 모터의 속도를 단계적으로 가속 제어하고, 모터의 감속 시점 또는 정지 시점이라고 판단되면 토크 성분의 전류를 확인하고, 확인된 토크 성분의 전류의 크기보다 큰 자속 성분의 전류를 모터에 인가한다.
모터의 속도를 단계적으로 가속 제어하는 것은, 모터의 속도를 제1속도로 동기 가속 제어하고, 모터의 속도가 제1속도이면 모터의 속도를 제1속도보다 빠른 제2속도로 동기 가속 제어하는 것을 포함한다.
모터의 속도를 단계적으로 가속 제어하는 것은, 세탁기가 탈수 행정을 수행할 때 모터의 속도를 단계적으로 가속 제어하는 것을 포함한다.
자속 성분의 전류를 모터에 인가하는 것은, 모터의 정지 시점이라고 판단되면 모터의 속도를 확인하고, 모터의 속도가 기준 속도 이상이면 자속 성분의 전류를 모터에 인가하는 것을 포함한다.
본 발명은 모터의 기동 시에 얼라인(Align) 동작을 생략할 수 있고, 다단계로 모터의 속도를 가속시킴에 따라 모터의 기동 실패율을 줄일 수 있다.
본 발명은 모터의 기동 실패에 따라 세탁기의 운전 시간이 지연되는 것을 방지할 수 있고, 모터의 재 기동에 의한 세탁기의 전력 소비의 증가를 방지할 수 있다.
본 발명은 모터의 감속 또는 정지 시에 디씨 링크(DC Link) 전압의 상승을 억제함으로써 모터의 감속 또는 정지 이후 모터를 안정적으로 제어할 수 있고, 이로 인해 세탁기 내 펄세이터의 좌우 교반을 빠르게 수행할 수 있고, 세탁기의 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명은 세탁기의 품질 및 상품성을 향상시킬 수 있고 나아가 사용자의 만족도를 높일 수 있으며 세탁기의 안정성을 향상시킬 수 있고 제품의 경쟁력을 확보할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 세탁기의 예시 도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 세탁기에 마련된 클러치와 로터의 하부 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 클러치의 커플링과 보스의 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 클러치의 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 클러치의 커플링과 보스 결합의 예시도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 세탁기의 제어 구성도이다.
도 7은 도 6에 도시된 제어부의 상세 구성도이다.
도 8은 도 6에 도시된 제1구동부의 상세 구성도이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 세탁기에 마련된 모터의 기동 제어 순서도이다.
도 10은 일 실시 예에 따른 세탁기에 마련된 모터의 기동 시 모터의 제어 그래프이다.
도 11은 일 실시 예에 따른 세탁기에 마련된 모터의 정지 제어 순서도이다.
도 12 및 도 13은 일 실시 예에 따른 세탁기에 마련된 모터의 정지 시 모터의 제어 그래프이다.
도 14는 다른 실시 예에 따른 실시 예에 따른 세탁기의 예시 도이다.
도 15는 도 14에 도시된 세탁기의 단면도이다.
도 16은 다른 실시 예에 따른 실시 예에 따른 세탁기의 제어 구성도이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시 예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시 예들 간에 중복되는 내용은 생략한다.
명세서에서 사용되는 '부,'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시 예들에 따라 복수의 '부, '이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 작용 원리 및 실시 예들에 대해 설명한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 세탁기의 예시 도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 세탁기에 마련된 클러치와 로터의 하부 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 클러치의 커플링과 보스의 사시도이고, 도 4는 일 실시예에 따른 클러치의 단면도이며, 도 5는 도 4에 도시된 클러치의 커플링과 보스 결합의 예시도이다.
일 실시 예의 세탁기는 세탁물의 무게 및 사용자에 의해 선택된 세탁 프로그램과 옵션에 기초하여 운전을 수행한다.
여기서 세탁 프로그램은 표준 세탁, 이불 세탁, 삶기, 울 세탁, 타올 세탁, 급속 세탁 등을 포함할 수 있고, 옵션은 물의 양, 물의 온도, 세탁 행정의 시간, 헹굼 행정의 횟수, 탈수 행정의 강도 및 탈수 행정의 시간 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예는 본체 내에 회전조가 수직으로 배치되고 본체의 상부에 세탁물의 투입구가 형성된 탑 로딩 방식의 세탁기에 대해 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 세탁기(1)는 외관을 형성하는 캐비닛(110)과, 캐비닛(110)의 내부에 배치되고 세탁수를 저장하는 수조(120)와, 수조(120)의 내부에 회전 가능하게 배치되고 세탁물을 수용하는 회전조(130)와, 회전조(130)의 내부에 회전 가능하게 배치되고 회전에 의해 수류를 발생시키는 펄세이터(140)를 포함한다.
캐비닛(110)의 상부에는 투입구(111)가 마련되어 있고, 이동 가능한 도어(112)가 마련되어 있다. 여기서 투입구(111)는 세탁물이 투입 및 배출되는 곳으로, 도어(112)에 의해 개폐될 수 있다.
수조(120)의 상부에는 외부의 물을 공급받고 공급된 물을 수조(120)로 전달하는 급수부(150)가 마련되어 있다.
급수부(150)는 외부 급수원(미도시)에 연결된 급수관(151)과, 급수관(151)에 마련되고 물의 공급을 허용 또는 차단시키는 급수밸브(152)를 포함한다.
세탁기(1)는 세제를 보관하고 보관된 세제를 수조(120) 및 회전조(130)로 공급하는 세제 공급부(160)를 더 포함한다.
즉 급수부의 급수관(151)을 통해 공급되는 물은 세제공급부(160)를 경유하여 세제와 함께 수조(120) 및 회전조(130)의 내부로 이동할 수 있다.
회전조(130)는 상부가 개방된 원통형으로 마련되고, 외주면에 마련된 복수 개의 홀(131)을 포함한다. 여기서 복수 개의 홀(131)은 회전조(130)의 내부 공간과 수조(120)의 내부 공간이 연통되도록 함으로써 물이 회전조(130)의 내부 공간과 수조(120)의 내부 공간 사이에서 이동할 수 있도록 한다.
회전조(130)의 상부에는 회전조(130)의 회전 시에 회전조(130)에 발생한 불평형 하중을 상쇄하여 회전조(130)가 안정적으로 회전하도록 하는 밸런서(132)가 장착될 수 있다.
펄세이터(140)는 정회전 또는 역회전을 수행하며 수류를 발생시킨다. 이때, 펄세이터(140)의 수류에 의해 회전조(130) 내의 세탁물이 세탁수와 함께 교반될 수 있다.
수조(120)의 바닥부에는 수조(120)에 저장된 세탁수를 외부로 배출시킬 수 있는 배수구(121)가 마련되어 있다.
세탁기(1)는 수조(120)의 물을 외부로 배출하기 위한 배수부(170)를 더 포함할 수 있다. 즉 배수부(170)는 수조(120)의 배수구(121)에 연결된 배수관(171)과, 배수관(171)의 배수를 단속하기 위한 배수밸브(172)를 포함할 수 있다.
세탁기(1)는 회전조(130) 및 펄세이터(140) 중 적어도 하나를 회전시켜 세탁기가 각종 행정을 수행할 수 있도록 하는 모터(180) 및 클러치(190)를 더 포함한다. 본 실시 예는 모터(180)와 클러치(190)가 수직하게 일렬로 배열된 직결식 구조를 예를 들어 설명한다.
모터(180)는 수조(120)의 하단에 마련되고, 전력이 인가되면 구동력을 발생시키고 발생된 구동력을 회전조(130) 및 펄세이터(140) 중 적어도 하나에 인가한다.
이러한 모터(180)는 원형의 고정자(즉, 스테이터, 181)와, 고정자(181)의 외주에 배치된 로터(즉 회전자, 182)를 포함한다.
고정자(181)는 환형의 베이스와, 베이스의 외주를 따라 배치되고 고정자의 반경 방향에 대해 외측으로 돌출되는 복수 개의 티스와, 복수 개의 티스 각각에 권선되는 코일을 포함할 수 있다. 여기서 코일은 코일에 흐르는 전류에 의해 자기장을 생성할 수 있고, 복수개의 티스는 생성된 자기장에 의해 자화될 수 있다.
고정자가 클러치(190)와 결합되는 경우, 클러치(190)는 고정자의 장착면에 안착될 수 있다.
로터(182)는 측벽의 내면에 배치된 복수의 영구 자석을 포함하고, 이 영구 자석은 고정자의 코일과 자기적으로 상호 작용한다. 이로 인해 로터를 회전시킨다.
로터(182)에 구동축(191)이 결합됨으로써 클러치(190)의 구동축(191)과 로터(182) 상호 간에는 결합될 수 있다.로터(182)에 결합된 구동축(191)은 탈수축(194)의 중공을 관통하여 세탁축(193)과 연결되고, 세탁축(193)은 다시 탈수축(194)의 중공을 관통하여 펄세이터(140)에 결합된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 로터(182)의 중심에는 로터홀(183)이 마련될 수 있고, 로터홀(183)의 주변에는 구동축(191)이 결합되도록 하는 세레이션(184)이 마련될 수 있다. 즉 세레이션(184)에 결합된 구동축(191) 및 보스(192)가 회전될 수 있다.
클러치(190)는 모터(180)와 수조(120)의 사이에 배치되고 모터(180)로부터 구동력을 전달받아, 모터(180)의 구동력을 회전조(130)와 펄세이터(140)에 선택적으로 전달한다.
클러치(190)는 클러치의 내부 구성을 보호하는 하우징(190a)을 포함한다. 클러치의 하우징(190a)의 하부에는 구동축(191)의 일부가 돌출되어 있고, 상부에는 세탁축(193) 및 탈수축(194)의 일부가 돌출되어 있다.
구동축(191)은 보스(192)에 연결되고, 모터(180)에서 발생하는 동력이 세탁축(193) 및 탈수축(194)에 전달되도록 한다.
구동축(191)은 봉 형상의 축으로서, 모터(180)와 항상 일체로 회전한다.
보스(192)는 모터(180)의 구동력이 1차로 전달되는 부품으로서, 모터(180)와 항상 일체로 회전한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 보스(192)는 중심부에 형성된 보스홀(192a)과, 보스홀(192a)을 둘러싸는 원형의 허브(192b) 및 허브(192b)의 외주를 따라 형성된 보스 티스(192c)를 포함할 수 있다. 여기서 보스홀(192a)은 다각형의 단면을 가질 수 있다.
보스(192)는 보스홀(192a)에 결합된 구동축(191)에 동력을 전달하는 기능을 수행한다.
보스 티스(192c)는 허브(192b)의 외주로부터 반경방향으로 돌출되는 복수 개의 보스돌기와, 보스돌기들의 사이에 홈 형상으로 형성된 복수 개의 보스홈을 포함한다.
커플링(195)이 하강한 위치에 있을 때, 보스 티스(192c)는 커플링의 커플링 기어(195a)와 맞물리게 되고, 이때 모터(180)의 동력이 커플링(195)에 전달되도록 함으로써 커플링(195)이 회전할 수 있게 한다.
보스(192)는 허브(192b)의 외주에 마련되고, 로터(182)의 세레이션(184)에 대응하는 보스기어(192d)를 더 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 세탁축(193)은 그 중심부가 비어있는 원통형의 축으로서, 중공부에는 구동축(191)이 삽입될 수 있다. 이러한 세탁축(193)의 하측(193a) 외주면에는 세탁축 티스(193b)가 마련될 수 있다. 여기서 세탁축(193)의 하측(193a)은 하부 세탁축일 수 있다.
세탁축 티스(193b)는 세탁축(193)의 하측(193a)의 외주면을 따라 복수의 돌기가 이격 배치된 세레이션 형태의 구조를 가질 수 있다. 이러한 세탁축 티스(193b)는 커플링(195)의 구속부(195b)에 선택적으로 맞물릴 수 있다.
탈수축(194)은 중심부가 비어있는 원통형의 축으로서, 중공부에는 세탁축(193)이 삽입될 수 있다. 따라서, 중심에 위치한 구동축(191)을 세탁축(193)의 하측이 감싸고, 세탁축의 하측은 탈수축의 하측이 감싸는 구조를 가질 수 있다.
탈수축의 하측(194a)의 외주에는 탈수축 티스(194b)가 마련될 수 있다. 탈수축 티스(194b)는 탈수축의 하측(194a)의 외주면을 따라 복수 개의의 돌기가 이격 배치된 세레이션 형태의 구조를 가질 수 있다. 여기서 탈수축의 하측(194a)은 하부 탈수축일 수 있다.
이러한 탈수축 티스(194b)는 세탁축 티스(193b)의 위 쪽에 위치할 수 있다.
탈수축 티스(194b)는 커플링(195)의 결합부(195c)에 선택적으로 맞물려 결합될 수 있으며, 탈수축(194)의 하측(194a)이 커플링(195)에 결합되면 모터(180)의 동력이 커플링(195)을 거쳐 탈수축(194)에 전달된다.
커플링(195)은 위치에 따라 세탁축의 하측(193a)의 회전을 구속하거나, 탈수축의 하측(194a)에 동력을 전달함으로써, 클러치(190)가 제 1 동작 모드 또는 제 2 동작 모드로 전환되도록 한다. 제1동작 모드와 제2동작 모드에 대해서는 추후 설명한다.
구동축(191)은 탈수축(194)의 하측(194a)과 세탁축의 하측(193a)과 동일한 회전축(X)을 갖고, 커플링(195)은 회전축(X) 방향으로 위치를 바꿈으로써, 세탁축(193)에 회전력을 전달하거나, 탈수축(194)에 회전력을 전달한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 커플링(195)은 중공부가 형성된 원통형의 바디(195d)를 포함할 수 있다. 바디(195d)의 중공부로는 구동축(191), 세탁축의 하측(193a), 탈수축의 하측(194a)이 관통할 수 있다.
커플링의 바디(195d)의 하부의 내측에는 커플링기어(195a)와 구속부(195b)가 마련될 수 있고, 상부의 내주면에는 결합부(195c)가 마련될 수 있다.
세탁축의 하측(193a)의 외주를 탈수조의 하측(194a)이 둘러싸고 있으므로, 세탁축의 하측(193a)의 직경 보다 탈수조의 하측(194a)이 직경이 크다. 따라서, 탈수조의 하측(194a)에 대응하는 결합부(195c)의 내경이, 세탁축의 하측(193a)에 대응하는 구속부(195b)의 내경보다 크게 형성되어야 한다. 아울러 구속부(195b)는 세레이션 형태로 마련될 수 있다.
커플링의 커플링 기어(195a)는 복수 개의 돌기와, 복수 개의 돌기 사이에 형성된 홈을 포함할 수 있다.
커플링 기어(195a)의 복수 개의 돌기는, 보스의 보스 티스(192c)와 용이하게 맞물려 결합될 수 있도록, 보스의 보스 티스(192c)의 보스 돌기의 형상, 위치 및 크기에 대응하는 형상, 위치, 크기를 가질 수 있다.
이러한, 커플링 기어(195a)와 보스의 보스 티스(192c)는 일정 크기 이상의 갭을 갖고 결합될 수 있다.
좀 더 구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 커플링 기어(195a)의 돌기가 보스 티스(192c)의 보스 홈에 위치할 때 커플링 기어의 돌기와 보스 티스의 보스 홈은 제1일정 크기 이상의 갭을 가질 수 있다.
아울러, 커플링 기어(195a)의 홈에 보스 티스(192c)의 보스 돌기가 위치할 때 커플링 기어(195a)의 홈과 보스 티스(192c)의 보스 돌기는 제1일정 크기 이상의 갭을 가질 수 있다.
커플링(195)의 결합부(195c)는 복수 개의 돌기와, 복수 개의 돌기 사이에 형성된 홈을 포함할 수 있다.
커플링(195)의 결합부(195c)의 복수 개의 돌기는, 탈수축 티스(194b)와 용이하게 맞물려 결합될 수 있도록, 탈수축 티스(194b)의 돌기의 형상, 위치 및 크기에 대응하는 형상, 위치, 크기를 가질 수 있다.
이러한 커플링(195)의 결합부(195c)와 탈수축 티스(194b)는 제2일정 크기 이상의 갭을 갖고 결합될 수 있다.
좀 더 구체적으로, 커플링(195)의 결합부(195c)의 돌기가 탈수축 티스(194b)의 홈에 위치할 때 결합부의 돌기와 탈수축 티스(194b)의 홈은 제2일정 크기의 이상의 갭을 가질 수 있다.
커플링(195)의 결합부(195c)의 홈에 탈수축 티스(194b)의 돌기가 위치할 때, 결합부의 홈과 탈수축 티스(194b)의 돌기는 제2일정 크기 이상의 갭을 가질 수 있다.
이러한 갭에 의해 모터 기동 시 모터가 불안정하게 기동할 수 있으나, 본 실시 예는 모터의 속도를 단계적으로 상승시킴으로써 모터의 기동 불안정을 해소할 수 있다.
커플링(195)은 커플링티스(195e)를 포함할 수 있다. 커플링티스(195e)는 바디(195d)의 외주로부터 돌출되어 바디(195d)를 감싸도록 배치될 수 있다.
커플링티스(195e)는 외주를 따라 반경 방향 바깥 쪽으로 돌출된 복수 개의 커플링 돌기와, 각각의 커플링 돌기 사이에 형성된 복수 개의 커플링 홈을 포함한다.
클러치(190)는 적어도 하나의 기어 어셈블리(196)를 더 포함한다.
기어 어셈블리(196)는 구동축(191), 세탁축(193) 및 탈수축(194)에 연결되고, 구동축(191)으로부터 세탁축(193) 및 탈수축(194) 중 적어도 어느 하나에 모터(180)의 동력이 전달되도록 한다.
클러치(190)는 탈수축(194)과 인접하게 배치된 제1베이링(197)과, 구동축(191)과 인접하게 배치된 제2베이링(198)을 더 포함할 수 있다.
이러한 제1베이링(197)과 제2베이링(198)은 탈수축(194)과 구동축(191)이 원활하게 회전하도록 가이드할 수 있다.
제1 베어링(197)은 탈수축(194)이 한 방향으로만 회전하도록 하는 원 웨이 베어링(one-way bearing)일 수 있다. 즉, 제1 베어링(197)은 탈수축(194)이 제1방향으로만 회전하도록 하고, 제2방향으로는 회전하지 못하도록 할 수 있다. 여기서 제1방향과 제2방향은 서로 반대 방향일 수 있다.
클러치(190)의 제 1 동작 모드는 세탁기의 행정이 세탁 행정 또는 헹굼 행정일 때 클러치가 동작하는 모드로, 회전조는 정지한 상태에서 펄세이터만 회전하도록 하는 모드이다.
아울러 제1동작 모드는, 세탁 행정 중의 일부 구간이나 헹굼 행정 중의 일부 구간에서 동작하는 것도 가능하다.
제1동작 모드일 때 세탁축 티스(193b)는 커플링(195)의 구속부(195b)와 맞물리지 않은 채로 구속부(195b)의 위에 위치하고, 탈수축 하측(194a)의 회전축 티스(194b)는 커플링(195)의 결합부(195c)와 맞물리지 않은 채로 결합부(195c)의 아래에 위치한다.
즉, 세탁축 티스(193b) 및 탈수축 티스(194b)는 커플링(195)의 구속부(195b)와 결합부(195c)의 사이에 평탄부에 위치하게 된다.
결론적으로, 제 1동작 모드일 때 커플링(195)은 세탁축 티스(193b) 및 탈수축 티스(194b)의 어느 것과도 맞물리거나 결합되지 않는다.
아울러 세탁 행정이나 헹굼 행정 시, 펄세이터만을 회전시키는 구성에 대해서만 설명하였지만, 탈수축과 커플링을 결합시킴으로써 회전조만을 회전시키는 것도 가능하고, 펄세이터와 회전조를 교대로 회전시키는 것도 가능하다.
제 2 동작 모드에서, 모터(180)의 동력은 구동축(191)을 거쳐 기어 어셈블리(196)의 공전을 통해 세탁축(193)으로 전달되어 펄세이터(140)를 회전시킨다.
이 때, 모터(180)의 회전 방향과 펄세이터(140)의 회전 방향은 같지만, 회전 속도는 다를 수 있다. 이 차이는 기어 어셈블리의 기어 티스 수에 따라 달라질 수 있다.
클러치(190)의 제 2 동작 모드는 세탁기의 탈수 행정 시 동작하는 모드로서, 회전조와 펄세이터를 고속으로 회전시킴으로써 세탁물이 함유한 물을 분리시키는 모드이다.
하지만, 경우에 따라서는 세탁 또는 헹굼 행정 시에도 제 2 동작 모드로 동작시키는 것도 가능하다.
커플링(195)이 하강 위치에 오게 되면, 커플링(195)의 커플링기어(195a)는 보스(192)의 보스티스(192c)와 맞물리게 되고, 커플링(195)의 결합부(195c)는 탈수축 티스(194b)와 맞물리게 된다. 반면에, 세탁축 티스(193c)는 커플링(195)의 평탄부에 위치하기 때문에 커플링(195)과는 맞물리지 않는다.
제2동작 모드일 때, 모터(180)의 동력은 구동축(191) 뿐만 아니라 보스(192)와 결합된 커플링(195)에도 전달된다. 또한, 커플링(195)의 결합부(195c)에 맞물린 탈수축티스(194b)에 의해 탈수축(194)을 회전시킨다.
따라서, 구동축(191)의 회전 속도와 탈수축(194)의 회전 속도가 동일하게 때문에, 기어 어셈블리 사이에 동력 전달이 생기지 않는다.
다시 말해, 세탁축(193)과 탈수축(194)은 하나의 강체(剛體)로서 회전하게 된다. 즉 제2동작 모드일 때, 모터(180)의 회전 속도, 펄세이터(140)의 회전 속도 및 회전조(130)의 회전 속도는 모두 동일하고, 회전 방향도 동일하다.
도 6은 일 실시 예에 따른 세탁기의 제어 구성도이고, 도 7은 도 6에 도시된 제어부의 상세 구성도이며, 도 8은 도 6에 도시된 제1구동부의 상세 구성도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 세탁기(1)는 입력부(210), 표시부(220), 제어부(230), 전류 검출부(240), 제1구동부(250) 및 제2구동부(260)을 포함한다.
입력부(210)는 사용자로부터 동작 명령을 입력 받는다.
입력부(210)는 시작, 일시 정지, 정지 명령을 입력받기 위한 복수 개의 버튼을 포함할 수 있고, 세탁 프로그램을 입력받기 위한 버튼을 더 포함할 수 있다.
또한 입력부(210)는 옵션을 입력받기 위한 버튼을 더 포함할 수 있다.
표시부(220)는 세탁기(1)의 상태나 동작과 관련된 정보를 표시하고, 입력부에 입력된 정보를 표시하며, 사용자의 입력을 가이드하기 위한 정보를 표시한다.
옵션은 물의 양, 물의 온도, 세탁 행정의 시간, 헹굼 행정의 횟수, 탈수 행정의 강도 및 탈수 행정의 시간 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제어부(230)는 세탁기(1)의 전반적인 동작을 제어한다.
제어부(230)는 세탁물의 무게, 입력부(210)에 입력된 세탁 프로그램 및 옵션에 기초하여 세탁기의 운전을 제어한다.
제어부(230)는 세탁기의 운전 제어 시, 급수부(150), 배수부(170)의 동작을 제어하고, 모터(180)와 클러치(190)의 동작을 제어함으로써 선택된 세탁 프로그램 및 적어도 하나의 옵션에 대응하는 세탁 행정, 헹굼 행정 및 탈수 행정이 수행되도록 한다.
좀 더 구체적으로 제어부(230)는 세탁 프로그램 수행 시 무게 감지부(미도시)에서 감지된 감지 정보에 대응하는 세탁물의 무게를 확인하고 확인된 세탁물의 무게 및 사용자에 의해 선택된 세탁 프로그램에 기초하여 급수량을 조정하면서 세탁 행정 및 헹굼 행정을 제어하고, 확인된 세탁물의 무게 및 세탁 프로그램에 기초하여 탈수 행정을 제어한다.
제어부(230)는 세탁 행정 및 헹굼 행정 제어 시 급수부(150), 모터(180), 클러치(190) 및 배수부(170)의 동작을 제어하고 탈수 행정 제어 시 모터(180), 클러치(190) 및 배수부(170)의 동작을 제어한다.
제어부(230)는 세탁 행정 및 헹굼 행정 제어 시 클러치(190)를 제1동작모드로 제어하고, 탈수 행정 제어 시 클러치(190)를 제2동작모드로 제어할 수 있다.
제어부(230)는 탈수 행정을 수행할 때 모터의 속도를 단계적으로 상승시키며 모터의 기동을 제어한다. 이때 모터(180)는 클러치의 제1베어링(197)에 의해 한쪽 방향으로만 회전하는 상태일 수 있다.
좀 더 구체적으로 제어부(230)는, 모터의 기동을 제어할 때 모터의 속도를 미리 설정된 속도까지 가속 제어하고, 모터의 속도가 미리 설정된 속도(즉, 제1속도)이면 일정 시간 동안 모터의 속도를 제1속도로 일정 시간 동안 유지 제어하고, 일정 시간이 경과하면 모터의 속도를 미리 설정된 속도보다 빠른 제2속도까지 가속 제어하며, 모터의 속도가 제2속도이면 모터의 기동이 완료되었다고 판단하고 탈수 행정을 수행하기 위한 목표 속도로 모터의 속도를 제어한다.
여기서 목표 속도는 탈수 시간 및 탈수 강도에 따라 달라질 수 있다.
제1 속도까지 가속 시 모터의 회전 수는 미리 설정된 모터의 기동 회전수의 대략 1/5 회전 수일 수 있고, 제1속도에서 제2속도까지 가속 시 모터의 회전 수는 미리 설정된 모터의 기동 회전수의 대략 4/5 회전 수일 수 있다.
미리 설정된 속도는 동기 가속 속도로, 제1속도로 5rpm미만의 속도일 수 있다. 그리고 제2속도는, 동기 가속 속도로, 5rpm 보다 빠른 속도이고, 제1속도의 5배의 속도일 수 있다.
제어부(230)는 모터의 속도를 제1속도까지 가속 시, 미리 설정된 제1횟수만큼 회전시키는 것도 가능하고 모터의 속도를 제1속도에서 제2속도까지 가속 시, 모터를 미리 설정된 제2 횟수만큼 회전시키는 것도 가능하다. 여기서 제2횟수는 제1횟수보다 많은 수 있다.
아울러 제어부(230)는 모터의 속도가 제2속도에 도달하면 모터를 제2속도로 미리 설정된 제3횟수만큼 회전시키는 것도 가능하다.
아울러 제어부(230)는, 모터의 기동을 제어할 때 모터의 속도를 미리 설정된 속도까지 가속 제어하고, 모터의 속도가 미리 설정된 속도(즉, 제1속도)이면 모터의 속도를 미리 설정된 속도보다 빠른 제2속도까지 가속 제어하며, 모터의 속도가 제2속도라고 판단되면 모터의 기동이 완료되었다고 판단하고 탈수 행정을 수행하기 위한 목표 속도로 모터의 속도를 제어한다.
또한 제어부(230)는, 모터의 기동을 제어할 때 모터의 속도를 미리 설정된 속도까지 가속 제어하고, 모터의 속도가 미리 설정된 속도(즉, 제1속도)이면 미리 설정된 횟수만큼 모터를 회전시킨 후 모터의 속도를 미리 설정된 속도보다 빠른 제2속도까지 가속 제어하며, 모터의 속도가 제2속도라고 판단되면 모터의 기동이 완료되었다고 판단하고 탈수 행정을 수행하기 위한 목표 속도로 모터의 속도를 제어한다.
이와 같이 제어부(230)는 클러치가 제2동작 모드인 상태에서 모터의 기동을 제어할 때 기동 전류가 인가되는 동안 모터의 속도를 단계적으로 상승시킴으로써, 모터의 기동 제어 시 로터의 얼라인 동작을 생략할 수 있다.
또한 제어부(230)는 회전조의 회전 시점이면 모터를 기동하기 위해 모터의 속도를 단계적으로 상승시킴으로써, 커플링 기어(195a)와 보스 티스(192c) 사이의 갭과, 커플링(195)의 결합부(195c)와 탈수축 티스(194b) 사이의 갭에 의한 모터 기동의 불안정을 해소할 수 있다.
제어부(230)는 모터 기동 시 모터를 기존의 모터의 기동 속도 대비 1/10의 속도인 제1속도로 회전시킴으로써 로터의 영구 자석과 고정자의 코일 위치 간 동기화되도록 한다. 이로 인해 모터의 기동 실패율을 줄일 수 있다.
제어부(230)는 전류 검출부(240)에서 검출된 모터(180)에 공급되는 전류를 수신하고, 검출된 전류와 목표 전류 간의 비교 결과를 기초로 모터(180)의 속도를 제어하는 일반적인 감속 제어 동작을 통해 모터(180)을 정지시킬 수 있다.
즉, 제어부(230)는 제1구동부를 제어하여 모터(180)에 전류를 공급시켜 회전력을 발생시킴으로써 세탁 행정, 헹굼 행정 및 탈수 행정을 수행할 뿐만 아니라, 각 행정 중 모터의 속도를 감소시키거나, 각 행정이 완료되면 모터(180)를 정지시킬 수 있다.
또한, 세탁, 헹굼 및 탈수 행정 중에도 사용자로부터 정지 명령이 입력되면, 제어부(230)는 제1구동부를 제어하여 모터(180)를 정지시킬 수도 있다.
다시 말해서, 입력 받은 동작 명령, 동작 모드 등에 따라, 제어부(230)는 제1구동부를 제어하여 모터(180)를 동작시키거나, 감속시키거나 또는 정지시킬 수도 있다.
제어부(230)는 세탁 행정, 헹굼 행정, 탈수 행정 제어 중 모터의 감속 또는 정지 제어 시, 목표 속도를 감소시키고, 모터에 인가되는 토크 성분 전류(q축 전류)보다 큰 자속 성분의 전류(d축 전류)를 모터에 인가하도록 한다.
이와 같이, 모터의 감속 또는 정지 시에 디씨 링크(DC Link) 전압의 상승을 억제함으로써 모터의 감속 또는 정지 이후 모터를 안정적으로 제어할 수 있고, 이로 인해 세탁기 내 펄세이터의 좌우 교반을 빠르게 수행할 수 있고, 세탁기의 신뢰성을 확보할 수 있다.
아울러 제어부(230)는 세탁물의 무게 감지 시에 모터의 감속 및 정지를 제어할 때도 모터에 인가되는 토크 성분 전류(q축 전류)보다 큰 자속 성분의 전류(d축 전류)를 모터에 인가하도록 하는 것도 가능하다.
제어부(230)는 모터의 속도가 기준 속도 이상인 상태에서 정지 명령이 수신되면 모터에 인가되는 토크 성분 전류(q축 전류)보다 큰 자속 성분의 전류(d축 전류)를 모터에 인가하도록 하는 것도 가능하다. 이는 모터의 속도가 기준 속도 이상일 때 기준 역기전력보다 큰 역기전력이 발생하고 이 역기전력에 의해 DC링크 전압이 상승하기 때문이다.
이러한 제어부(230)와 제1구동부(250)의 구성을 도 7 및 도 8을 참조하여 추후 설명한다.
제어부(230)는 세탁 행정 및 헹굼 행정 제어 시 선택된 물의 온도에 기초하여 냉수 급수 또는 온수 급수를 더 제어하는 것도 가능하다.
제어부(230)는 사용자에 의해 선택된 세탁 프로그램 및 적어도 하나의 옵션이 표시되도록 표시부(220)의 동작을 제어한다.
전류 검출부(240)는 모터에 인가되는 전류를 검출하고 검출된 전류에 대응하는 정보를 제어부(230)에 전송한다.
제1구동부(250)는 제어부(230)의 제어 명령에 기초하여 모터(180)를 구동시킨다. 이러한 제1구동부(250)는 인버터를 포함할 수 있다.
즉 제1구동부(250)는 모터(180)가 구동력을 발생시킬 수 있도록, 제어부(230)의 제어 명령에 따라 모터를 구동시키기 위한 전류를 발생시키는 인버터를 포함할 수 있다.
제2구동부(260)는 제어부(260)의 제어 명령에 기초하여 클러치를 제1동작모드 또는 제2동작모드로 동작시킨다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제어부(230)는 속도 연산부(231), 입력 좌표 변환부(232), 속도 조절부(233), q축 전류 조절부(234), d축 전류 보상부(235), d축 전류 조절부(236), 출력 좌표 변환부(237), PWM 신호 생성부(238) 및 위치 추정부(239)를 포함한다.
속도 연산부(231)는 위치 추정부(239)에서 추정된 로터의 위치(θ)에 기초하여 모터의 회전 속도(ω)를 산출한다.
입력 좌표 변환부(232)는 모터의 로터의 위치(θ)에 기초하여 전류 검출부(240)에서 검출된 a, b 및 c상 전류를 d축 전류 및 q축 전류로 변환한다.
속도 조절부(233)는 외부에서 입력되는 목표 속도(또는 지령속도, ω*)와 모터의 회전 속도(ω)를 비교하고, 비교 결과에 따라 q축 전류 지령(Iq*)을 출력한다.
속도 조절부(233)는 비례 제어기(Proportional Controller: P), 비례 적분 제어기(Proportional Integral Controller: PI) 또는 비례 적분 미분 제어기(Proportional Integral Derivative Controller: PID)를 포함할 수 있다.
q축 전류 조절부(234)는 속도 조절부(233)에서 출력된 q축 전류 지령(Iq*)과 모터의 q축 전류(Iq)를 비교하고, 비교 결과에 따라 q축 전압 지령(Vq*)을 출력한다. q축 전류 조절부(234) 역시 비례 제어기, 비례 적분 제어기 또는 비례 적분 미분 제어기를 포함할 수 있다.
여기서 q축 전류는 모터의 토크 성분 전류일 수 있다.
d축 전류 보상부(235)는 모터의 회전 속도(ω), 로터의 회전자의 위치(θ)에 기초하여 d축 전류 지령(Id*)을 출력한다.
d축 전류 조절부(236)는 d축 전류 보상부(235)가 출력하는 d축 전류 지령(Id*)과 모터의 d축 전류(Id)를 비교하고, 비교 결과에 따라 d축 전압 지령(Vd*)을 출력한다. d축 전류 조절부(236) 역시 비례 제어기, 비례 적분 제어기 또는 비례 적분 미분 제어기를 포함할 수 있다.
여기서 d축 전류는 자속 성분의 전류일 수 있다.
d축 전류 조절부(236)는 모터의 감속 또는 정지 시, q축 전류(Iq)를 확인하고 확인된 q축 전류(Iq)보다 큰 d축 전류 지령(Id*)을 생성하고 생성된 d축 전류 지령(Id*)을 출력한다.
이를 통해 모터를 감속 또는 정지시키는 경우에 모터에 d축 전류가 q축 전류의 흐름과 반대 방향으로 흘러, 모터에 회전 방향과 반대의 힘을 제공하게 할 수 있고, q축 전류로 인한 디씨(DC) 링크 전압 상승을 방지할 수도 있다.
출력 좌표 변환부(237)는 로터의 위치(θ)에 기초하여 d축 전압 지령(Vd*)과 q축 전압 지령(Vq*)을 a, b 및 c상 전압 지령(Vabc*)으로 변환한다.
출력 좌표 변환부(237)는 모터의 감속 또는 정지 시, q축 전류(Iq)보다 큰 d 축 전류 지령(Id*)에 기초하여 d축 전압 지령(Vd*)을 a, b 및 c상 전압 지령(Vabc*)으로 변환한다.
모터의 감속 또는 정지 시, q축 전류 지령은 음의 값을 가지고 크기가 감소된 전류 지령이거나, q축 전류 지령(Iq*)은 0 일 수 있다.
이때 모터의 회전 속도가 기준 속도 보다 빠른 상태에서 정지 명령이 수신되면 기준 역기전력보다 큰 역기전력이 발생하고, 이때 평활부의 디씨 링크 전압이 대략 310V 이상 상승할 수 있다.
PWM 신호 생성부(238)는 a, b 및 c상 전압 지령(Vabc*)에 기초하여 인버터(254)에 제공할 제어 신호(VPWM)를 생성한다.
구체적으로, a, b 및 c상 전압 지령(Vabc*) 각각을 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM)하여 인버터(254)의 복수 개의 스위칭 회로(Q11~Q13, Q21~Q23)를 온/오프하는 제어 신호(VPWM)를 출력한다.
위치 추정부(239)는 전류 검출부(240)에서 검출한 전류(Iabc)와 출력 좌표변환부(237)에서 출력되는 전압 지령(Vabc*)에 기초하여 로터의 위치(θ)를 추정하는 것도 가능하다.
제어부(230)는 모터의 a상, b상 및 c상을 d축 q축으로 변환하여 모터의 동작을 제어한다. 구체적으로, 제어부(230)는 모터의 a상, b상 및 c상 전류를 d축 및 q축 전류로 변환하고, a상, b상 및 c상 전압을 d축 및 q축 전압으로 변환한다.
여기서, d축이라 함은 모터의 로터가 생성하는 자기장의 방향과 일치하는 방향의 축을 의미하며, q축이라 함은 회전자가 생성하는 자기장의 방향에 비하여 90도 앞서는 방향의 축을 의미한다. 여기서 90도는 회전자의 기계적인 각도가 아닌 로터에 포함된 인접한 N극 사이의 각도 또는 인접한 S극 사이의 각도를 360도로 환산한 전기각을 의미한다.
제어부(230)는 전류 검출부(240)에서 검출된 전류(Iabc), 로터의 회전속도(w), 출력 좌표변환부(237)에서 출력되는 전압 지령(Vabc*)에 기초하여 펄스폭 변조 신호(VPWM)를 생성할 수 있다.
구체적으로, 제어부(230)는 모터의 회전 속도(w) 및 전류(Iabc)에 기초하여 모터에 인가되어야 하는 전류 지령을 산출하고, 전류 지령에 기초하여 모터에 인가되어야 하는 전압 지령을 산출한다. 이후, 제어부(230)는 모터(180)에 대한 전압 지령을 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM)하여 제어 신호(VPWM)를 생성한다.
제어부(230)에서 출력되는 제어 신호(VPWM)에 의해, 인버터의 복수 개의 스위칭 소자(Q11~Q13, Q21~Q23)를 온/오프시킬 수 있다.
또한, 복수 개의 스위칭 소자의 온 시간의 비율 즉 듀티비(duty rate)에 따라 인버터(254)는 모터에 전압 지령에 대응하는 구동 전압을 인가할 수 있고, 모터에 전류 지령에 대응하는 전류(Iabc)를 공급할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제1구동부(250)는 전원부(251), 정류부(252), 평활부(253) 및 인버터(254)를 포함한다.
전원부(251)는 외부의 전원단(미도시)에 연결되어 외부로부터 상용의 교류전원을 공급받아 정류부(252)로 전달한다.
정류부(252)는 적어도 하나의 다이오드를 포함하고, 전원부(251)에서 입력되는 교류 전원을 정류하고 정류된 전원을 평활부(253)로 전달한다.
평활부(253)는 적어도 하나의 캐패시터를 포함하고, 정류부(252)에서 정류된 전원의 전류의 맥류를 낮추기 위해 정류부(252)에서 전달되는 전원을 평활하고 모터(180)의 구동을 위한 일정 크기의 직류(DC) 전원으로 변환시켜 인버터(254)에 전달한다.
인버터(254)는 평활부(253)에서 전달된 직류 전원을 3상 교류(AC) 전원으로 변환하는 스위칭 소자를 복수 개 포함한다. 이러한 인버터(254)의 복수 개의 스위칭 소자는 제어부(230)의 제어 명령에 따라 각각 구동되어 모터(180)로 전달되는 펄스폭을 변조한다.
인버터(254)의 복수 개의 스위칭 소자는 3개의 상단 스위칭 소자(Q11~Q13)와 3개의 하단 스위칭 소자(Q21~Q23)를 포함할 수 있다.
3개의 상단 스위칭 소자(Q11~Q13)와 3개의 하단 스위칭 소자(Q21~Q23) 각각은 직렬로 연결될 수 있다. 즉, 제1 상단 스위칭 회로(Q11)는 제1 하단 스위칭 회로(Q21)는 U단 상에서 직렬로 연결되며, 제2 상단 스위칭 회로(Q12)는 제2 하단 스위칭 회로(Q22)와 V단 상에서 직렬로 연결되며, 제3 상단 스위칭 회로(Q13)는 제3 하단 스위칭 회로(Q23)와 W단 상에서 직렬로 연결될 수 있다. 또한, 다이오드가 U단, V단, W단과 병렬로 연결될 수 있다.
또한, 3개의 상단 스위칭 회로(Q11~Q13)와 3개의 하단 스위칭 회로(Q21~Q23)가 각각 연결되는 3개의 노드는 모터(100)의 3개의 입력단(a, b, c)와 각각 연결된다.이에 따라, 전류가 3개의 입력단(a, b, c)를 통해 모터(180)에 공급될 수 있다.
제어부(230)는 상단 스위칭 회로(Q21~Q23), 및 하단 스위칭 회로(Q21~Q23)의 개폐, 즉 온(on)/오프(off)를 제어하여 모터(180)에 인가되는 전류를 조절할 수 있다.
전류 검출부(240)는 모터(180)에 인가되는 전류값을 검출하는 것으로, 모터(180)에 연결된 3개의 입력단(a, b, c)에 흐르는 전류값을 검출할 수 있다.
도 9는 일 실시 예에 따른 세탁기에 마련된 모터의 기동 제어 순서도로, 도 10을 참조하여 설명한다. 여기서 도 10은 일 실시 예에 따른 세탁기에 마련된 모터의 기동 시 모터의 제어 그래프이다.
세탁기는 세탁 행정 및 헹굼 행정 수행 시 클러치(190)를 제1동작모드로 제어하고, 탈수 행정 수행 시 클러치(190)를 제2동작모드로 제어한다.
이와 같이 클러치(190)가 제2동작모드로 동작하면, 모터(180)는 클러치의 제1베어링(197)에 의해 한쪽 방향으로만 회전하는 상태가 된다.
이로 인해 고정자에 d 축 전류를 인가하여 로터의 영구 자석이 가장 인접한 자극으로 이동하도록 하는 얼라인 동작을 수행할 수 없다. 즉 얼라인 동작 시 가장 인접한 자극은 영구자석의 좌측에 위치할 수도 있고 우측에 위치할 수도 있기 때문이다.
또한, 클러치(190)가 제2동작모드로 동작하면, 커플링 기어(195a)와 보스 티스(192c) 사이에 갭과, 커플링(195)의 결합부(195c)와 탈수축 티스(194b) 사이에 갭에 의해 기동 시에 흔들림이 발생할 수 있고, 이때 모터의 관성이 갑자기 커지면서 모터의 기동이 어렵게 된다. 즉 모터의 기동의 불안정이 발생할 수 있다.
따라서, 본 실시 예의 세탁기는 탈수 행정이 시작되고 모터의 기동 시점이라고 판단(301)되면 모터의 속도를 미리 설정된 속도(즉, 제1속도: S1)까지 가속(302)시키고, 모터의 속도가 제1 속도라고 판단(303)되면 모터의 속도를 미리 설정된 속도보다 빠른 제2속도까지 가속(304)시킨다.
세탁기는 제1속도까지 가속 시에 모터를 미리 설정된 제1횟수만큼 회전시키고, 제1속도에서 제2속도로 가속 시에 모터를 미리 설정된 제2횟수만큼 회전시키는 것도 가능하다.
아울러 제1 속도까지 가속 시 모터의 회전 수는 미리 설정된 모터의 기동 회전수의 대략 1/5 회전 수일 수 있고, 제1속도에서 제2속도까지 가속 시 모터의 회전 수는 미리 설정된 모터의 기동 회전수의 대략 4/5 회전 수일 수 있다.
다음 세탁기는 모터의 속도가 제2속도라고 판단(305)되면 모터의 기동이 완료(306)되었다고 판단하고, 탈수 행정을 수행하기 위한 목표 속도로 모터의 속도를 제어하면서 탈수 행정을 수행한다.
이와 같이, 클러치가 제2동작 모드인 상태에서 모터의 기동을 제어할 때 모터의 속도를 단계적으로 상승시킴으로써, 모터의 기동 제어 시 로터의 얼라인 동작을 생략할 수 있다.
미리 설정된 속도는 제1속도로, 5rpm 미만의 동기 가속 속도일 수 있다. 아울러 제1속도는 기존의 모터의 기동 속도 대비 1/10의 속도일 수 있다.
제2속도는, 5rpm 보다 빠른 속도일 수 있고, 약 25rpm의 동기 가속 속도일 수 있다.
또한 세탁기는 모터 기동 시 모터의 속도를 단계적으로 상승시킴으로써, 커플링 기어(195a)와 보스 티스(192c) 사이의 갭과, 커플링(195)의 결합부(195c)와 탈수축 티스(194b) 사이의 갭에 의한 모터 기동의 불안정을 해소할 수 있다.
또한 세탁기는 모터 기동 시 모터를 기존의 모터의 기동 속도 대비 1/10의 속도인 미리 설정된 속도로 회전시킴으로써 모터의 기동 실패율을 줄일 수 있다.
모터의 제1속도까지의 가속 제어와, 제2속도까지의 가속 제어를 위한 모터의 제어를 도 10을 참조하여 설명한다.
세탁기는 제1시간(t1)부터 제2시간(t2)까지 모터(180)의 토크 성분을 제어하는 q축 전류를 제1전류(C1)까지 증가시키고 자속 성분을 제어하는 d축 전류는 0[A]로 유지시킨다. 이때, 로터(182)의 마찰력, 고정자(181)의 자계와 로터(182)의 자계 간의 인력 및 척력이 작용하는 지체 시간에 의해 모터(180)의 속도는 0[rpm]으로 모터(180)는 정지상태를 유지한다.
세탁기는 제2시간(t2)부터 제3시간(t3)까지 모터(180)의 속도를 제1속도(S1)까지 가속시킨다. 이때 목표 속도는 제1속도이다.
이때 세탁기는 모터(180)의 토크 성분을 제어하는 q축 전류를 제2전류(C2)[A]까지 증가시킨 후 q축 전류가 제2전류(C2)[A]이면 q축 전류를 유지시키고, 자속 성분을 제어하는 d축 전류를 0[A]로 유지시킨다. 따라서, 모터(180)의 속도가 제 1 속도(S1)[rpm]까지 가속될 수 있다.
세탁기는 모터(180)의 속도가 제 1 속도(S1)이면 제3시간(t3)부터 제4시간(t4)까지 모터(180)의 속도를 제2속도(S2)까지 가속시킨다. 이때 목표 속도는 제2속도이다.
이때 세탁기는 모터(180)의 토크 성분을 제어하는 q축 전류를 제2전류(C2)[A]로 유지시키고, 자속 성분을 제어하는 d축 전류를 0[A]로 유지시킨다. 이와 같이, q축 전류를 제2전류(C2)[A]로 유지시키면 모터(180)의 속도가 제2 속도(S2)[rpm]까지 가속될 수 있다.
여기서 제2전류(C2)는 모터의 기동 전류일 수 있다.
세탁기의 모터에 인가되는 전류는, 모터의 속도가 제2속도(S2)에 도달하면 점차적으로 감소한다.
그리고 세탁기는 탈수 행정 시 모터의 전류를 정격 전류(C2) 이내에서 조절하면서 모터의 속도를 제어한다.
도 11은 일 실시 예에 따른 세탁기에 마련된 모터의 정지 제어 순서도로, 도 12 및 도 13을 참조하여 설명한다. 여기서 도 12 및 도 13은 일 실시 예에 따른 세탁기에 마련된 모터의 정지 시 모터의 제어 그래프이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 세탁기는 세탁행정, 헹굼 행정 및 탈수 행정 시 모터의 정지 시점인지 판단(311)한다. 여기서 모터의 정지 시점인지 판단하는 것은, 입력부를 통해 정지 명령이 입력되었는지 판단하는 것을 포함할 수 있다.
세탁기는 모터의 정지 시점이라고 판단되면 q축 전류를 확인(312)하고 q축 전류보다 큰 d 축 전류 지령을 생성(313)한다.
즉 모터의 정지 시점 시, 모터(180)의 토크 성분을 제어하는 q축 전류는 음의 방향으로 전류(A)까지 감소한다. 이때 모터(180)에는 현재 회전하고 있는 방향과 반대의 방향으로 토크가 작용한다.
따라서, 모터(180)는 회전 방향과 반대 방향으로 작용하는 토크로 인해 회전 속도가 감소하고, 회전 속도가 점차적으로 감소하면서 정지하게 된다.
이때 음의 방향으로 흐르는 q축 전류와 관성에 의해 고정자(181)와 로터(182)에는 역기전력이 검출되고, 이로 인해 제1구동부의 평활부의 DC 입력 전압(Vcc)의 값은 상승하게 된다.
본 실시 예는 제1구동부의 평활부의 DC 링크 전압이 상승하는 것을 방지하기 위해 q축 전류보다 큰 d 축 전류 지령을 생성하는 것이다.
즉 세탁기는d 축 전류 지령에 대응하는 d 축 전류를 모터(180)에 인가하고, 모터의 정지가 완료되었다고 판단(315)되면 d 축 전류를 인가를 정지(316)한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 세탁기는 q 축 전류를 인가함에 따라 모터의 속도를 가속시킬 수 있고, 모터의 속도가 가속된 후q 축 전류를 일정하게 유지시키면서 모터의 속도를 일정하게 제어할 수 있다.
세탁기는 모터의 정지 시점(ts)이라고 판단되면 q축 전류를 확인하고 확인된 q축 전류보다 일정 크기만큼 큰 d축 전류를 생성하여 모터에 인가한다.
예를 들어, q축 전류가 A라고 하였을 때, d축 전류는 A보다 일정 크기(B)만큼 큰 전류(A+B)일 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 세탁기는 모터의 정지 시점(ts)이라고 판단되면 q축 전류를 확인하고 확인된 q축 전류의 두 배만큼 큰 d축 전류를 생성하여 모터에 인가하는 것도 가능하다. 즉 q축 전류가 A라고 하였을 때, d축 전류는 2A일 수 있다.
이와 같이, 자속 성분을 제어하는 d축 전류를 양의 방향으로 흘려주어 모터의 회전 속도에 영향을 적게 주면서 인버터(254)에 발생되는 역기전력 에너지를 소비할 수 있도록 한다. 이로 인해, q축 전류를 음의 방향으로 흘려 주어도, 제1구동부의 평활부의 DC 링크 전압이 상승하는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 모터의 회전속도를 점차 감소시키면서 모터가 정지될 수 있도록 한다.
아울러 세탁기는 세탁행정, 헹굼 행정 및 탈수 행정 시 모터의 감속 시점이라고 판단되었을 때 d축 전류를 제어하는 것도 가능하다.
이와 같이 모터의 감속 또는 정지 시에 디씨 링크(DC Link) 전압의 상승을 억제함으로써 모터의 감속 또는 정지 이후 모터를 안정적으로 제어할 수 있고, 이로 인해 세탁기 내 펄세이터의 좌우 교반을 빠르게 수행할 수 있고, 세탁기의 신뢰성을 확보할 수 있다.
일 실시 예에서 클러치와 펄세이터가 마련된 탑 로딩 방식의 세탁기에 대해 설명하였지만, 클러치와 펄세이터가 마련된 프런트 로딩 방식의 세탁기에서도 모터의 기동, 감속 및 정지 제어가 구현되는 것도 가능하다.
도 14는 다른 실시 예에 따른 실시 예에 따른 세탁기의 예시 도이고, 도 15는 도 14에 도시된 세탁기의 단면도이다.
다른 실시 예의 세탁기(4)는 본체의 전방에 세탁물의 투입구가 형성된 프런트 로딩 방식의 세탁기일 수 있다.
다른 실시 예의 세탁기(4)는 세탁, 헹굼 및 탈수 행정 외에 건조 행정을 수행하는 것도 가능하다. 아울러 다른 실시 예는 건조 행정만을 수행하는 건조기일 수도 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 세탁기(4)는 캐비닛(410), 수조(420), 회전조(430), 가열부(440), 급수부(450), 세제 공급부(460), 배수부(470) 및 모터(480)을 포함한다.
캐비닛(410)은 세탁기(4)의 외관을 형성하는 것으로, 일 측에는 세탁물을 투입하고 꺼낼 수 있는 투입구가 형성되어 있다.
캐비닛(410)에는 투입구를 개폐하기 위한 도어(412)가 장착되어 있고, 투입구의 둘레 면에는 도어(412)와 투입구 사이의 밀폐를 위한 가스켓(미도시)이 장착될 수 있다.
수조(420)는 캐비닛(410)의 내부에 고정 설치되고 급수부(450)로부터 공급된 물을 수용한다.
수조(420)의 외측에는 회전조(430)을 회전시키기 위한 모터(480)가 장착될 수 있다.
회전조(430)은 수조(420)의 형상과 대응되는 형상으로 터브(420)의 내부에 위치한다. 이러한, 회전조(430)의 외측에는 회전축(481)이 장착되어 있고, 이 회전축(481)은 수조(420)의 외측으로 연장되어 수조(420)의 외측에 장착된 모터(480)에 연결될 수 있다. 회전축(481)은 모터(480)의 구동력을 회전조(430)에 전달한다.
이에 따라 회전조(430)눈 모터(480)의 구동력에 의해 수조(420) 내에서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있다.
회전조(430)의 일면에는 개구가 형성되어 있고, 나머지 면에는 복수 개의 홀(431)이 형성되어 있다. 이러한 회전조(430)는 도어(412) 개방 시 개구를 통해 세탁물이 수용되고, 나머지 면에 형성된 복수 개의 홀을 통해 물이 유동되도록 한다.
즉 복수 개의 홀(431)은 수조(420)의 물이 회전조(430) 내부로 유입되도록 하고, 또한 회전조(430) 내부의 물이 수조(420) 측으로 배출되도록 한다.
회전조(430)의 내주면에는 회전조(430)이 회전할 때 세탁물의 상승 및 낙하가 이루어질 수 있도록 하는 복수 개의 리프터(432)가 설치될 수 있다.
세탁기는 고온의 물을 이용하여 세탁물을 세탁할 수 있다.
또한 세탁기는 수조(420)에 마련되어 수조(420) 내부의 물을 가열하기 위한 가열부(440)를 더 포함할 수 있다. 가열부(440)는 적어도 하나의 히터를 포함할 수 있다.
세탁기는 가열된 물의 온도를 감지하기 위한 온도 감지부(미도시)를 더 포함할 수 있고, 온도 감지부에 의해 감지된 물의 온도에 기초하여 가열부의 동작을 제어할 수 있다.
급수부(450)는 급수관(451) 및 급수밸브(452)를 포함한다.
여기서, 급수관(451)은 일 단이 외부의 수도관(미도시) 등에 연결되고, 또한 다른 단이 세제 공급부(460)과 연결될 수 있다. 이러한, 급수관(451)은 외부의 수도관으로부터 물을 공급받아 세제 공급부(460) 내로 안내한다.
급수관(451)은 세제 공급부(460)와 수조(420) 사이에 연결될 수 있다. 이러한 급수관(451)은 외부의 수도관으로부터 공급된 물을 세제 공급부(460)의 세제와 함께 수조(420) 및 회전조(430) 내로 안내한다.
급수밸브(452)는 세탁 및 헹굼 행정 시 개폐되어 수조(420) 및 회전조(430) 내로 공급되는 물의 양을 조절한다.
세제 공급부(460)는 사용자에 의해 투입된 세제를 저장한다. 즉 세제 공급부(460)는 합성세제, 섬유 유연제, 표백제 중 적어도 하나를 저장할 수 있다.
이러한 세제 공급부(460)는 세탁 행정 시 급수관(451)을 통해 물이 유입되면 유입된 물이 세제와 함께 급수관(451)으로 유출되도록 한다.
배수부(470)는 배수관(471) 및 배수 펌프(472)을 포함한다.
배수관(471)은 수조(420) 하부에 마련될 수 있다.
배수 펌프(472)는 배수 및 탈수 행정 시 수조(420) 및 회전조(430) 내부의 물을 펌핑한다. 즉 배수 펌프(482)는 펌핑 시 수조(420) 및 회전조(430)의 물이 배수관(471)을 따라 유입되고, 유입된 물을 배수관(471)을 통해 외부로 가이드함으로써 수조(420) 및 회전조(430) 내부의 물이 외부로 배출되도록 한다.
모터(480)는 세탁물의 무게 감지 시, 세탁 행정 시, 헹굼 행정 시, 탈수 행정 시 및 건조 행정 시에 구동하고, 구동에 따른 회전력으로 회전조(430)을 회전시킴으로써 회전조(430) 내에 수용된 세탁물이 세탁, 헹굼, 탈수 및 건조되도록 한다.
모터(480)는 외부 전원의 전력으로부터 회전력을 생성하고, 회전축(481)을 통하여 회전조(430)에 회전력을 전달하도록 할 수 있다. 모터(480)는 회전 속도의 제어가 용이한 무정류자 직류 모터(brushless direct current motor, BLDC motor) 또는 동기 모터(synchronous motor)를 채용할 수 있다. 또한, 모터(480)는 가격이 저렴한 직류 모터(direct current motor, DC motor) 또는 유도 모터(induction motor)를 채용할 수도 있다.
세탁기는 동작 명령을 입력받기 위한 입력부(510)와, 세탁기의 동작 정보를 표시하기 위한 표시부(520)를 포함할 수 있다.
입력부(510)는 시작, 일시 정지, 정지 명령을 입력받기 위한 복수 개의 버튼을 포함할 수 있고, 세탁 프로그램을 입력받기 위한 조그 다이얼을 더 포함할 수 있다. 아울러, 세탁 프로그램을 입력받기 위한 입력부는 버튼 타입으로 마련되는 것도 가능하다.
또한 입력부(510)는 옵션을 입력받기 위한 버튼을 더 포함할 수 있다.
표시부(520)는 세탁기의 동작 정보를 표시하고, 사용자에 의해 선택된 세탁 프로그램 및 옵션을 표시하는 것도 가능하다.
표시부(520)는 세탁 수행 또는 세탁 불가를 표시하고 또한 세탁 불가 시 세탁 가능 시간을 표시하는 것도 가능하며, 에러 코드를 표시하는 것도 가능하다.
이러한 표시부(520)는 복수 개의 세븐 세그먼트(7-segment)를 포함한다.
표시부(520)는 액정 디스플레이(LCD)와 같은 평판 디스플레이를 포함할 수 있고, 발광 다이오드(LED)를 더 포함하는 것도 가능하다.
도 16은 다른 실시 예에 따른 의류 처리 장치의 제어 구성도이다.
도 16에 도시된 바와 같이, 세탁기(4)는 입력부(510), 표시부(520), 제어부(530), 전류 검출부(540) 및 구동부(550)를 포함한다.
입력부(510)는 사용자로부터 동작 명령을 입력 받는다.
입력부(510)는 시작, 일시 정지, 정지 명령을 입력받기 위한 복수 개의 버튼을 포함할 수 있고, 세탁 프로그램을 입력받기 위한 버트을 더 포함할 수 있다.
또한 입력부(510)는 옵션을 입력받기 위한 버튼을 더 포함할 수 있다.
표시부(520)는 세탁기(4)의 상태나 동작과 관련된 정보를 표시하고, 입력부에 입력된 정보를 표시하며, 사용자의 입력을 가이드하기 위한 정보를 표시한다.
옵션은 물의 양, 물의 온도, 세탁 행정의 시간, 헹굼 행정의 횟수, 탈수 행정의 강도 및 탈수 행정의 시간 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 건조 행정이 가능한 경우 건조도를 포함할 수 있다.
제어부(530)는 세탁기(4)의 전반적인 동작을 제어한다.
제어부(530)는 세탁물의 무게, 입력부(510)에 입력된 세탁 프로그램 및 옵션에 기초하여 세탁기의 운전을 제어한다.
제어부(530)는 세탁기의 운전 제어 시, 급수부(450), 가열부(440), 배수부(470)의 동작을 제어하고, 모터(580)의 동작을 제어함으로써 선택된 세탁 프로그램 및 적어도 하나의 옵션에 대응하는 세탁 행정, 헹굼 행정, 탈수 행정 및 건조 행정이 수행되도록 한다.
좀 더 구체적으로 제어부(530)는 세탁 프로그램 수행 시 무게 감지부(미도시)에서 감지된 감지 정보에 대응하는 세탁물의 무게를 확인하고 확인된 세탁물의 무게 및 사용자에 의해 선택된 세탁 프로그램에 기초하여 급수량을 조정하면서 세탁 행정 및 헹굼 행정을 제어하고, 확인된 세탁물의 무게 및 세탁 프로그램에 기초하여 탈수 행정을 제어한다.
제어부(530)는 세탁 행정 및 헹굼 행정 제어 시 급수부(450), 모터(480), 가열부(440) 및 배수부(470)의 동작을 제어하고 탈수 행정 제어 시 모터(480) 및 배수부(470)의 동작을 제어하며, 건조 행정 시 모터(480), 가열부(440)의 동작을 제어한다.
즉 제어부(530)는 세탁 행정 및 헹굼 행정 제어 시 선택된 물의 온도에 기초하여 가열부(440)를 제어하는 것도 가능하다.
제어부(530)는 사용자에 의해 선택된 세탁 프로그램 및 적어도 하나의 옵션이 표시되도록 표시부(520)의 동작을 제어한다.
제어부(530)는 세탁행정, 헹굼 행정, 탈수 행정 및 건조 행정 중 적어도 하나를 수행할 때 모터(480)의 속도를 단계적으로 상승시키며 모터(480)의 기동을 제어한다.
좀 더 구체적으로 제어부(530)는, 모터의 기동을 제어할 때 모터의 속도를 미리 설정된 속도까지 가속 제어하고, 모터의 속도가 미리 설정된 속도(즉, 제1속도)이면 일정 시간 동안 모터의 속도를 제1속도로 일정 시간 동안 유지 제어하고, 일정 시간이 경과하면 모터의 속도를 미리 설정된 속도보다 빠른 제2속도까지 가속 제어하며, 모터의 속도가 제2속도이면 모터의 기동이 완료되었다고 판단하고 세탁행정, 헹굼 행정, 탈수 행정 및 건조 행정 중 적어도 하나를 수행하기 위한 목표 속도를 확인하고 확인된 목표 속도로 모터의 속도를 제어한다.
여기서 목표 속도는 세탁행정, 헹굼 행정, 탈수 행정 및 건조 행정 중 적어도 하나의 행정 수행의 경과 시간에 따라 달라질 수 있고, 탈수 행정의 탈수 강도에 따라 달라 질 수 있다.
미리 설정된 속도는 제1속도로 5rpm미만의 속도일 수 있다. 그리고 제2속도는, 5rpm 이상의 속도일 수 있고, 제1속도의 5배의 속도일 수 있다.
제어부(530)는 제1속도까지 가속 시에 모터를 미리 설정된 제1횟수만큼 회전시키고, 제1속도에서 제2속도로 가속 시에 모터를 미리 설정된 제2횟수만큼 회전시키는 것도 가능하다.
여기서 제1 속도까지 가속 시 모터의 회전 수는 미리 설정된 모터의 기동 회전수의 대략 1/5 회전 수일 수 있고, 제1속도에서 제2속도까지 가속 시 모터의 회전 수는 미리 설정된 모터의 기동 회전수의 대략 4/5 회전 수일 수 있다.
아울러 제어부(530)는, 모터의 기동을 제어할 때 모터의 속도를 미리 설정된 속도까지 가속 제어하고, 모터의 속도가 미리 설정된 속도(즉, 제1속도)이면 모터의 속도를 미리 설정된 속도보다 빠른 제2속도까지 가속 제어하며, 모터의 속도가 제2속도라고 판단되면 모터의 기동이 완료되었다고 판단하는 것도 가능하다.
또한 제어부(530)는, 모터의 기동을 제어할 때 모터의 속도를 미리 설정된 속도까지 가속 제어하고, 모터의 속도가 미리 설정된 속도(즉, 제1속도)이면 미리 설정된 횟수만큼 모터를 회전시킨 후 모터의 속도를 미리 설정된 속도보다 빠른 제2속도까지 가속 제어하며, 모터의 속도가 제2속도라고 판단되면 모터의 기동이 완료되었다고 판단하는 것도 가능하다.
이와 같이 제어부(530)는 모터의 기동을 제어할 때 모터의 속도를 단계적으로 상승시킴으로써, 모터의 기동 제어 시 로터의 얼라인 동작을 생략할 수 있다.
제어부(530)는 모터 기동 시 모터를 기존의 모터의 기동 속도 대비 1/10의 속도인 제1속도로 회전시킴으로써 모터의 기동 실패율을 줄일 수 있다.
제어부(530)는 전류 검출부(540)에서 검출된 모터(480)에 공급되는 전류를 수신하고, 검출된 전류와 목표 전류 간의 비교 결과를 기초로 모터(480)의 속도를 제어하는 일반적인 감속 제어 동작을 통해 모터(480)을 정지시킬 수 있다.
즉, 제어부(530)는 구동부(550)를 제어하여 모터(480)에 전류를 공급시켜 회전력을 발생시킴으로써 세탁 행정, 헹굼 행정 및 탈수 행정을 수행할 뿐만 아니라, 각 행정 중 모터의 속도를 감소시키거나, 각 행정이 완료되면 모터(480)를 정지시킬 수 있다.
또한, 세탁, 헹굼 및 탈수 행정 중에도 사용자로부터 정지 명령이 입력되면, 제어부(530)는 구동부를 제어하여 모터(480)를 정지시킬 수도 있다.
다시 말해서, 입력 받은 동작 명령, 행정 수행 정보 등에 따라, 제어부(530)는 구동부를 제어하여 모터(480)를 동작시키거나, 감속시키거나 또는 정지시킬 수도 있다.
제어부(530)는 세탁 행정, 헹굼 행정, 탈수 행정 제어 중 모터의 감속 또는 정지 제어 시, 목표 속도를 감소시키고, 모터에 인가되는 토크 성분 전류(q축 전류)보다 큰 자속 성분의 전류(d축 전류)를 모터에 인가하도록 한다.
이와 같이, 모터의 감속 또는 정지 시에 구동부(550)의 펼황부의 디씨 링크(DC Link) 전압의 상승을 억제함으로써 모터의 감속 또는 정지 이후 모터를 안정적으로 제어할 수 있다.
아울러 제어부(530)는 세탁물의 무게 감지 시에 모터의 감속 및 정지를 제어할 때도 모터에 인가되는 토크 성분 전류(q축 전류)보다 큰 자속 성분의 전류(d축 전류)를 모터에 인가하도록 하는 것도 가능하다.
전류 검출부(540)는 모터(480)에 인가되는 전류를 검출하고 검출된 전류에 대응하는 정보를 제어부(530)에 전송한다.
구동부(550)는 제어부(530)의 제어 명령에 기초하여 모터(480)를 구동시킨다. 이러한 구동부(550)는 인버터를 포함할 수 있다.
즉 구동부(550)는 모터(480)가 구동력을 발생시킬 수 있도록, 제어부(430)의 제어 명령에 따라 모터의 구동전류를 발생시키는 인버터를 포함할 수 있다.
이러한 제어부(530)와 구동부(550)의 상세 구성은, 일 실시 예와 동일하여 설명을 생략한다.
다른 실시 예에 따른 세탁기에 마련된 모터의 기동 제어 순서와, 모터의 감속 또는 정지 제어 순서는, 클러치의 동작 모드를 제어하는 구성만이 없을 뿐, 그 외 모터를 제어하는 구성에 대해서는 일 실시 예와 동일하여 설명을 생략한다.
아울러 다른 실시 예는 드럼 세탁기에 대해 설명하였지만, 건조기에서도 모터의 기동, 감속 및 정지 제어가 구현되는 것도 가능하다.
한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시예들의 동작을 수행할 수 있다. 기록매체는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터에 의하여 해독될 수 있는 명령어가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다.게시된 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 게시된 실시예의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
1, 4: 세탁기 110: 캐비닛
120: 수조 130: 회전조
140: 펄세이터 150: 급수부
160: 세제 공급부 170: 배수부
180, 480: 모터 190: 클러치

Claims (19)

  1. 회전조;
    상기 회전조에 구동력을 인가하고 센서리스 타입으로 마련되는 모터;
    상기 모터의 얼라인 미수행에 의한 기동 시, 상기 모터에 인가될 기동 전류의 발생을 제어하고, 상기 기동 전류가 상기 모터에 인가되는 동안 상기 모터의 속도를 단계적으로 가속 제어하는 제어부; 및
    상기 제어부의 제어 명령에 대응하여 상기 모터의 구동을 위한 전류를 발생시키고 상기 발생된 전류를 모터에 인가하는 구동부를 포함하는 세탁기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 모터의 속도를 단계적으로 가속 제어할 때, 상기 모터의 속도를 제1속도로 동기 가속 제어하고, 상기 모터의 속도가 제1속도이면 상기 모터의 속도를 상기 제1속도보다 빠른 제2속도로 동기 가속 제어하는 것을 포함하는 세탁기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 모터의 속도를 제1속도로 동기 가속하는 동안의 상기 모터의 회전수보다 상기 모터의 속도를 제2속도로 동기 가속하는 동안의 상기 모터의 회전수를 더 많이 회전하도록 상기 모터를 제어하는 것을 포함하는 세탁기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회전조의 내부에 회전 가능하게 마련된 펄세이터;
    상기 모터의 구동력을 상기 펄세이터 및 회전조 중 적어도 하나에 전달하는 클러치를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 클러치에 의해 상기 모터의 구동력을 상기 회전조에 전달할 때 상기 모터가 기동되도록 상기 모터의 속도를 단계적으로 가속 제어하는 것을 포함하는 세탁기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 회전조에 연결된 탈수축; 및
    상기 클러치에 마련되고, 상기 탈수축의 회전을 한 방향으로 가이드하는 베어링을 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 회전조의 회전 시점이면 상기 모터가 기동되도록 상기 모터의 속도를 단계적으로 가속 제어하는 것을 포함하는 세탁기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 모터에 연결된 구동축;
    상기 펄세이터에 연결된 세탁축;
    상기 클러치에 마련되고 상기 구동축이 결합되는 보스; 및
    상기 클러치에 마련되고 상기 보스 및 상기 탈수축이 선택적으로 결합되는 커플링을 더 포함하고,
    상기 커플링은, 상기 회전조의 회전 시점이면 상기 보스에 마련된 보스 티스와 제1일정 크기의 갭을 갖고 결합되고, 상기 탈수축에 마련된 탈수축 티스와 제2일정 크기의 갭을 갖고 결합되는 것을 포함하는 세탁기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 구동부는,
    전원부에서 입력되는 교류 전력을 정류하는 정류부;
    상기 정류부에서 전달되는 전력을 평활하고 일정 크기의 직류 전력으로 변환하는 평활부; 및
    상기 평활부에서 전달되는 직류 전원을 3상 교류 전력으로 변환하는 인버터를 포함하는 세탁기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는,
    세탁행정, 헹굼 행정, 탈수 행정 및 건조 행정 중 어느 하나의 행정을 수행할 때 감속 시점인지 판단하고, 감속 시점이라고 판단되면 상기 평활부의 직류 전압의 상승을 방지하기 위해 토크 성분의 전류를 확인하고 확인된 토크 성분의 전류의 크기보다 큰 자속 성분의 전류를 상기 모터에 인가하도록 제어하는 것을 포함하는 세탁기.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제어부는,
    세탁행정, 헹굼 행정, 탈수 행정 및 건조 행정 중 어느 하나의 행정을 수행할 때 정지 시점인지 판단하고, 정지 시점이라고 판단되면 상기 평활부의 직류 전압의 상승을 방지하기 위해 토크 성분의 전류를 확인하고 확인된 토크 성분의 전류의 크기보다 큰 자속 성분의 전류를 상기 모터에 인가하도록 제어하는 것을 포함하는 세탁기.
  10. 제7항에 있어서,
    입력부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 입력부를 통해 정지 명령이 수신되면 상기 평활부의 직류 전압의 상승을 방지하기 위해 토크 성분의 전류를 확인하고 확인된 토크 성분의 전류의 크기보다 큰 자속 성분의 전류를 상기 모터에 인가하도록 제어하는 것을 포함하는 세탁기.
  11. 제7항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 모터의 정지 시점인지 판단하고, 상기 모터의 정지 시점이라고 판단되면 상기 모터의 속도를 확인하고 상기 모터의 속도가 기준 속도 이상이면 상기 평활부의 직류 전압의 상승을 방지하기 위해 토크 성분의 전류를 확인하고 확인된 토크 성분의 전류의 크기보다 큰 자속 성분의 전류를 상기 모터에 인가하도록 제어하는 것을 포함하는 세탁기.
  12. 회전조;
    상기 회전조에 구동력을 인가하는 모터;
    상기 모터의 감속 시점 또는 정지 시점인지 판단하고, 상기 모터의 감속 시점 또는 정지 시점이라고 판단되면 토크 성분의 전류를 확인하고 상기 확인된 토크 성분의 전류의 크기보다 큰 자속 성분의 전류를 상기 모터에 인가하도록 제어하는 제어부; 및
    상기 제어부의 제어 명령에 대응하여 상기 모터의 구동을 위한 전류를 발생시키고 상기 발생된 전류를 모터에 인가하는 구동부를 포함하는 세탁기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 구동부는,
    전원부에서 입력되는 교류 전력을 정류하는 정류부;
    상기 정류부에서 전달되는 전력을 평활하고 일정 크기의 직류 전력으로 변환하는 평활부; 및
    상기 평활부에서 전달되는 직류 전원을 3상 교류 전력으로 변환하는 인버터를 포함하고,
    상기 평활부는, 상기 모터의 감속 제어 또는 정지 제어 시에 상기 자속 성분의 전류에 의해 직류 전압의 상승이 방지되는 것을 포함하는 세탁기.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 확인된 토크 성분의 전류의 크기보다 큰 자속 성분의 전류는, 상기 확인된 토크 성분의 전류의 크기보다 일정 크기만큼 큰 자속 성분의 전류인 것을 포함하는 세탁기.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 확인된 토크 성분의 전류의 크기보다 큰 자속 성분의 전류는, 상기 확인된 토크 성분의 전류의 크기보다 두 배 큰 자속 성분의 전류인 것을 포함하는 세탁기.
  16. 회전조와, 회전조에 구동력을 인가하는 모터를 포함하는 세탁기에 있어서,
    상기 모터의 기동 시점이라고 판단되면 상기 모터에 인가될 기동 전류를 발생시키고,
    상기 기동 전류가 상기 모터에 인가되는 동안 상기 모터의 속도를 단계적으로 가속 제어하고,
    상기 모터의 감속 시점 또는 정지 시점이라고 판단되면 토크 성분의 전류를 확인하고,
    상기 확인된 토크 성분의 전류의 크기보다 큰 자속 성분의 전류를 상기 모터에 인가하는 세탁기의 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 모터의 속도를 단계적으로 가속 제어하는 것은,
    상기 모터의 속도를 제1속도로 동기 가속 제어하고,
    상기 모터의 속도가 제1속도이면 상기 모터의 속도를 상기 제1속도보다 빠른 제2속도로 동기 가속 제어하는 것을 포함하는 세탁기의 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 모터의 속도를 단계적으로 가속 제어하는 것은,
    세탁기가 탈수 행정을 수행할 때 상기 모터의 속도를 단계적으로 가속 제어하는 것을 포함하는 세탁기의 제어 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 자속 성분의 전류를 상기 모터에 인가하는 것은,
    상기 모터의 정지 시점이라고 판단되면 상기 모터의 속도를 확인하고,
    상기 모터의 속도가 기준 속도 이상이면 상기 자속 성분의 전류를 상기 모터에 인가하는 것을 포함하는 세탁기의 제어 방법.
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