KR19980073980A - 세탁기의 탈수조 제동방법 - Google Patents

세탁기의 탈수조 제동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탈수조의 회전 동력원으로서 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor; 이하 'SR모터'라 칭함)를 사용하는 세탁기에 있어서, 상기 SR모터를 정지시킬 때 발생되는 소음을 최소화하기 위한 탈수조 제동방법에 관한 것이다.
본 발명은, 종래 회전속도와 무관하게 동일한 듀티(Duty)비를 갖는 전류를 SR모터의 아마튜어 코일에 인가하여 탈수조를 제동시킴에 따라 발생되었던 소음의 정도를 최소화하기 위하여, 탈수조가 회전하는 도중 세탁기 도어가 열리면, 상기 탈수조의 회전속도를 검출하고, 상기 회전속도에 따라 전류의 듀티비를 가변시켜 상기 아마튜어 코일에 인가하여 탈수조를 정지시킨다.

Description

세탁기의 탈수조 제동방법
본 발명은 탈수조의 회전 동력원으로서 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor; 이하 'SR모터'라 칭함)를 사용하는 세탁기에 있어서, 상기 SR모터를 정지시킬 때 발생되는 소음을 최소화하기 위한 탈수조 제동방법에 관한 것이다.
일반적으로 세탁기는 세탁조 내에 세탁물과 함께 물과 세제를 넣고 물살을 일으켜 오염된 세탁물을 세척할 뿐만 아니라 젖은 세탁물을 탈수조에 담아 회전시켜 원심 분리를 이용하여 탈수할 수 있도록 한 가전기기를 가리킨다.
이러한 세탁기는 탈수조를 회전시키기 위한 회전 동력원으로 모터(Motor)를 사용되는데, 오늘날 세탁조와 탈수조가 일체로 이루어져 전 세탁과정이 마이컴(MICOM)에 의하여 제어되는 세탁기가 생산 보급되고 있는 추세에 따라 이에 사용되는 모터 또한 단순히 탈수조에 회전 동력만을 제공하는 수준을 탈피하여 물살을 효과적으로 일으켜 세척력을 높일 수 있도록 마이컴에 의해 정ㆍ역회전 및 제동 제어가 가능한 것이 사용되고 있다.
이러한 요구 조건을 만족시키는 모터에는 다양한 종류의 것이 있으나 최근 제조 원가를 절감하기 위한 방안으로 상술한 요구 조건을 구비하면서도 비교적 저렴한 SR모터가 세탁기에 채택되고 있다.
도 1은 일반적인 SR모터의 내부 구조를 도시한 일례로서, 이에 도시된 바와 같이 SR모터(10)는 회전축에 설치되는 회전자(Rotor)(10c)의 주위에 배치된 고정자(Stator)(10a)의 코어(Core)에 아마튜어 코일(Armature coil)(10b)이 권취되어 있어, 상기 아마튜어 코일(10b)을 통전시킬 때 자화되는 고정자(10a)의 코어와 상기 회전자(10c)간에 작용하는 자기 흡인력에 의하여 토크(Torque)가 발생되며, 이처럼 각 A, B, C상(Phase)의 아마튜어 코일을 순차적으로 통전시켜 줌으로써 회전자(10c)를 회전시킨다. 그리고 첨부된 도면에서는 6/4(고정자/회전자)극 3상의 구조를 갖는 SR모터가 도시되어 있으나 이러한 SR모터는 다극 다상의 구조로 제작되기도 한다.
도 2는 이러한 3상의 SR모터의 구동을 제어하기 위한 구동제어회로를 도시한 도면으로서, 베이스 단자에 인가되는 통전신호에 따라 전원으로부터 SR모터(10)의 각 아마튜어 코일(La),(Lb),(Lc)에 전류를 흘려주기 위한 트랜지스터쌍들(Q1,Q2), (Q3,Q4),(Q5,Q6)로 이루어진 인버터부(20)와, 전류궤환용 다이오드(D1 내지 D6)로 구성되며, 상기 트랜지스터쌍(Q1,Q2),(Q3,Q4),(Q5,Q6)은 그 베이스 단자에 통전신호가 입력될 때 도통되어 아마튜어 코일(La),(Lb),(Lc)에 상기 통전신호와 동상인 전류를 흘려주어 통전시키므로 각 A, B, C상 코어의 여자 상태를 변화시켜 SR모터의 구동을 제어한다.
이러한 SR모터는, 각 상의 아마튜어 코일(La),(Lb),(Lc)을 통전시켜 고정자의 코어를 자화시켜 줄 때 그와 회전자와의 상대적인 위치에 따라 회전 방향이 결정되고 또한 회전자를 회전 및 정지시킬 수 있기 때문에, 회전자의 위치를 검출하는 것이 중요한데, 일반적으로 SR모터 내부에는 도 3에 도시된 바와 같이 다수개의 홀(11a)이 천공된 센서판(11)이 회전자에 결합되어 있고, 상기 홀(11a)에 대향하여 투광소자와 수광소자로 된 광센서(도시 안됨)가 설치되어 있어, 상기 투광소자에서 발사된 빛이 센서판(11)의 홀(11a)들을 투과하여 상기 수광소자로 입사됨에 따라 소정의 검출신호가 발생되므로 이에 기초하여 회전자의 위치 및 속도를 검출할 수 있도록 되어 있다.
이처럼 검출된 회전자의 위치에 따라 구동제어회로로 발생시킬 통전신호를 결정해주므로 SR모터의 회전 방향을 결정하거나 회전자를 회전 및 정지시킬 수 있다.
도 4는 고정자의 임의의 A상 코어와 회전자의 상대적인 위치에 따른 인덕턴스(Inductance)의 형상 및 SR모터를 회전 또는 정지시키기 위한 A상 아마튜어 코일의 통전신호 파형을 도시한 도면으로서, 도 1에 도시된 회전자가 가 방향으로 회전할 때의 파형을 도시한 도면이다.
도 4A에 도시된 바와 같이, 회전자가 고정자의 A상 코어에 접근해 갈수록 인덕턴스는 증가하고, 회전자와 상기 A상 코어가 일치하였을 때 인덕턴스가 최대가 되며, 회전자가 상기 A상 코어에서 멀어져 갈수록 인덕턴스는 감소한다.
이처럼 회전자와 상기 A상 코어가 일치했을 때를 전후해서, 어느 시점에 A상 아마튜어 코일을 통전시켜 주는가에 따라 SR모터를 회전 또는 정지시킬 수 있는데, 도 4B와 같이 회전자가 고정자의 A상 코어에 접근해 갈 때 A상 아마튜어 코일을 통전시켜 상기 A상 코어를 자화시켜 주면, 회전자에는 자화된 A상 코어로부터 자기 흡인력이 작용하여 회전 방향으로 토크가 발생된다.
그와는 반대로 도 4C와 같이 회전자가 고정자의 A상 코어에서 멀어져 갈 때 A상 아마튜어 코일을 통전시켜 상기 A상 코어를 자화시켜주면, 회전자에는 자화된 A상 코어로부터 자기 흡인력이 작용하여 회전 방향과 반대되는 방향으로 토크가 발생된다. 뿐만 아니라 아마튜어 코일에 흐르는 전류의 듀티(Duty)비를 가변시켜 주면, 그에 따라 상기 회전자에 발생되는 토크의 세기도 조절할 수 있다.
이러한 방식으로 세탁기의 마이컴은 구동제어회로에 발생시키는 통전신호의 위상을 제어하거나 듀티비를 가변시키므로 SR모터의 구동을 제어하여 정ㆍ역회전시키거나 정지시킨다.
그러나 이러한 SR모터는 타 모터에 비해 비교적 저렴하다는 장점과 더불어 이를 정지시킬 때 소음이 발생된다는 단점을 가지고 있다.
특히 세탁기에 있어서 탈수조는 회전하는 도중 세탁기 도어가 열리게 되면 사용자의 안전을 위하여 제한된 짧은 시간(이하 '안전제한시간'이라 칭함) 내에 정지될 필요가 있으며, 이러한 안전제한시간은 10초 정도로 규정되어 있는데, 이와 같은 경우 마이컴은 아마튜어 코일에 듀티비가 큰 전류를 흘려주어 고정자의 코어에서 큰 자기 흡인력이 발생되도록 하므로 탈수조를 상기 안전제한시간 내에 정지시키게 되며, 이처럼 짧은 시간 내에 고속의 탈수조를 정지시킴에 따라 SR모터에서 소음이 발생된다.
한편 탈수조가 저속으로 회전하고 있을 때에도 마이컴은 탈수조가 고속으로 회전할 때와 동일한 듀티비를 갖는 전류를 아마튜어 코일에 흐르도록 하여 탈수조를 정지시키게 되는데, 이 때 탈수조가 고속으로 회전할 때보다 제동시간이 짧아지기는 하나 소음 발생의 정도는 고속으로 회전하는 탈수조를 정지시킬 때와 동일하였다.
따라서 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 탈수조의 회전속도에 따라 전류의 듀티비를 가변시켜 아마튜어 코일에 인가하므로 탈수조를 안전제한시간 내에 정지되도록 하면서도 제동시간이 상기 안전제한시간에 근접하도록 하여 그에 따라 발생되는 소음을 최소화하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터의 내부 구조를 도시한 횡단면도.
도 2는 일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동을 제어하기 위한 구동제어회로도.
도 3은 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자에 결합되는 센서판을 도시한 도면.
도 4A는 스위치드 릴럭턴스 모터에 있어서 고정자와 회전자와의 상대적인 위치에 따른 인덕턴스의 형상을 도시한 도면.
도 4B는 스위치드 릴럭턴스 모터를 회전시키기 위한 아마튜어 코일의 통전신호 파형을 도시한 도면.
도 4C는 스위치드 릴럭턴스 모터를 정지시키기 위한 아마튜어 코일의 통전신호 파형을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 세탁기의 탈수조 제동방법의 수순을 도시한 흐름도.
도 6은 본 발명의 세탁조 제동방법이 적용되는 세탁기에 있어서 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동을 제어하기 위한 블록 회로도.
도면 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : SR모터20 : 인버터부
30 : 구동제어회로40 : 마이컴(MICOM)
50 : 도어 스위치
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
각 아마튜어 코일들에 흐르는 전류의 위상을 제어하여 회전자를 정ㆍ역회전시키거나 정지시킬 수 있는 SR모터를 탈수조를 회전시키기 위한 회전 동력원으로 사용하는 세탁기에 있어서,
상기 탈수조가 회전하는 도중 세탁기 도어가 열리면, 상기 탈수조의 회전속도를 검출하고, 상기 회전속도에 따라 전류의 듀티비를 가변시켜 상기 아마튜어 코일에 인가하여 탈수조를 정지시키는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 세탁기의 탈수조 제동방법의 수순을 도시한 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 탈수조 제동방법이 적용되는 세탁기에 있어서 SR모터의 구동을 제어하기 위한 블록 회로도이다.
도 5를 보면, 본 발명의 탈수조 제동방법은, 탈수조 회전중 세탁기 도어의 개폐 여부를 감지하는 제 1 단계(S10)와, 상기 제 1 단계(S10)에서 세탁기 도어가 열린 것으로 감지되면 탈수조의 회전속도를 검출하는 제 2 단계(S20)와, 상기 제 2 단계(S20)에서 검출된 탈수조의 회전속도를 기 설정된 소정의 기준값과 비교하여 해당 제동모드로 탈수조를 정지시키는 제 3 단계(S30)로 구성된다.
여기서 세탁기 도어의 개폐 여부는 도 6에 도시된 바와 같이 세탁기 도어가 개폐됨에 따라 단속되는 도어 스위치(50)를 통해 감지하며, 탈수조의 회전속도는 회전자의 위치를 검출하기 위해 SR모터(10) 내부에 취부된 광센서에서 출력되는 신호를 통해 검출한다.
그리고, 상기 기준값은 저속, 중속, 고속의 속도대를 구분짓기 위한 제 1 및 제 2 경계값으로 이루어진 것으로서, 상기 회전속도를 제 1 및 제 2 경계값과 비교하여 제 1 경계값 이하이면 저전류 제동모드로, 제 1 경계값을 초과하며 제 2 경계값 이하이면 평균전류 제동모드로, 제 2 경계값을 초과하면 고전류 제동모드로 탈수조를 정지시킨다.
여기서, 상기 각 제동모드에 따라 SR모터의 아마튜어 코일에 인가해줄 전류의 듀티비를 다르게 설정해주어 코일에 공급되는 에너지량을 조절하므로 탈수조의 제동시간을 조절해준다. 이 때, 각 제동모드에 따른 전류의 듀티비는, 탈수조가 안전제한시간 내에 정지되면서 탈수조의 제동시간이 최대한 상기 안전제한시간에 근접할 수 있는 값으로 설정해준다.
이와 같은 탈수조 제동방법이 적용된 세탁기의 동작을 첨부된 도면으로 참조하여 살펴보면, 세탁된 세탁물을 탈수하기 위하여 탈수조가 회전하면 마이컴(40)은 도어 스위치(50)의 온오프(ON/OFF) 상태를 통해 세탁기 도어의 개폐 상태를 감지하는데, 이 때 상기 세탁기 도어가 열리면 도어 스위치(50)가 온(ON)되어 마이컴(40)으로 감지신호를 발생시킨다(S11, S12).
상기 도어 스위치(50)에서 감지신호가 발생되면 마이컴(40)은 세탁기 도어가 열린 것으로 인지하고, SR모터 내에 취부된 광센서에서 발생되는 신호를 통해 탈수조의 회전속도를 검출한다(S20).
이와 같이 회전속도가 검출되면, 이를 기 설정된 제 1 경계값보다 같거나 작은가를 비교하여 회전속도가 저속도대에 속하는지의 여부를 검사하고, 조건을 만족하면 저전류 제동모드로 탈수조를 정지시킨다(S31, S33).
또한 상기 회전속도가 제 1 경계값보다 크면, 기 설정된 제 2 경계값보다 감거나 작은가를 비교하여 회전속도가 중속도대에 속하는지의 여부를 검사하고, 이를 만족하면 평균전류 제동모드로 탈수조를 정지시키며(S32, S34), 이를 만족하지 않고 회전 속도가 제 2 경계값보다 크면, 회전속도가 고속도대에 속하는 것으로 판단하여 고전류 제동모드로 탈수조를 정지시킨다(S35).
마이컴(40)은 이와 같이 상기 회전속도를 제 1 및 제 2 경계값과 비교하여 결정된 제동모드에 따라 각기 다른 듀티비를 갖는 전류를 SR모터(10)의 아마튜어 코일에 인가하여 회전하는 탈수조를 정지시킨다.
이 때 마이컴(40)은 제동모드에 따라 결정된 소정 듀티비를 갖는 통전신호를 구동제어회로(30)로 발생시키고, 구동제어회로(30)의 인버터부(20)를 구성하는 각 트랜지스터쌍들(도시 안됨)은 상기 통전신호에 따라 온되어 상기 통전신호와 동상인 전류를 SR모터(10)의 아마튜어 코일에 흘려주므로. 그에 따라 발생된 자기 흡인력을 이용하여 SR모터(10)의 회전자를 정지시킨다.
여기서 마이컴(40)은 SR모터(10) 내의 광센서에서 발생되는 검출신호에 기초하여 회전자의 위치를 검출하고 그에 따라 상기 SR모터(10)의 각 아마튜어 코일을 통전 제어하기 위한 통전신호의 위상을 제어하여 탈수조를 정지시킨다.
이처럼 각기 다른 회전속도에서도 탈수조의 제동시간이 최대한 안전제한시간에 근접하도록 탈수조를 정지시키므로, 회전속도가 고속일 때와 동일한 듀티비를 갖는 전류를 아마튜어 코일에 인가하여 -고에너지를 공급하여- 탈수조를 정지시킬 때보다 소음의 발생정도가 감소한다.
이상에서 상세히 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 탈수조의 회전속도에 따라 전류의 듀티비를 가변시켜 아마튜어 코일에 인가하여줌으로 각기 다른 회전속도에서도 제동시간이 안전제한시간에 최대한 근접하도록 탈수조를 정지시킬 수 있어 소음의 발생 정도를 최소화한다.

Claims (4)

  1. 아마튜어 코일들에 흐르는 전류의 위상을 제어하여 회전자를 정ㆍ역회전시키거나 정지시킬 수 있는 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor)를 탈수조를 회전시키기 위한 회전 동력원으로 사용하는 세탁기에 있어서,
    상기 탈수조가 회전하는 도중 세탁기 도어가 열리면, 상기 탈수조의 회전속도를 검출하고, 상기 회전속도에 따라 전류의 듀티비를 가변시켜 상기 아마튜어 코일에 인가하여 탈수조를 정지시키는 것을 특징으로 하는 세탁기의 탈수조 제동방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류의 듀티비를 상기 회전속도에 비례하여 가변시키는 것을 특징으로 하는 세탁기의 탈수조 제동방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    다단계로 속도대를 구분짓기 위한 소정의 기준값과 상기 회전속도를 비교하고, 상기 다단계의 속도대 중 상기 회전속도가 해당하는 속도대에 대응하는 비율로 상기 전류의 듀티비를 가변시키는 것을 특징으로 하는 세탁기의 탈수조 제동방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 기준값은,
    저속도와 중속도의 경계가 되는 제 1 경계값과,
    중속도와 고속도의 경계가 되는 제 2 경계값으로 이루어진 것을 특징으로 하는 세탁기의 탈수조 제동방법.
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