KR19990041574A - 세탁기의 세탁제어장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세탁기의 세탁제어장치 및 그 방법에 관한 것으로, 선택된 세탁조건에 따라 세탁기를 운전하는 세탁기의 제어장치에 있어서, 상기 세탁기의 수류를 발생시키기 위한 동력원인 모터와, 상기 모터의 구동을 제어하는 제어수단과, 부하량에 따라 상기 모터의 출력전압을 공급하는 컨버터회로와, 입력전압변화에 따라 변화하는 상기 모터 양단의 전압을 감지하는 전압감지수단으로 이루어져, 모터양단의 전압을 가변제어하여 세탁물의 양에 따라 최적의 세탁/탈수조건을 설정, 운전하므로 최적의 세탁알고리즘을 제공한다.

Description

세탁기의 세탁제어장치 및 그 방법

본 발명은 세탁조의 회전으로 생긴 낙차에 의해 세탁, 헹굼, 탈수, 건조가 자동으로 이루어지는 드럼세탁기에 관한 것으로, 특히 세탁물의 양에 따라 최적의 세탁/탈수조건을 설정하여 운전하므로 최적의 세탁알고리즘을 제공하는 세탁기의 세탁제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 드럼세탁기는 사용자가 도어를 열어 세탁조내에 세탁물(의류)을 투입한다음, 키조작부를 조작하여 원하는 세탁코스를 입력하고 시작키를 온시키면, 키조작부로부터 그에 상응하는 키이신호가 마이콤에 입력된다.

따라서, 상기 마이콤에서는 사용자에 의해 입력된 세탁코스에 따라 세탁환경(세탁시간과 수류, 세탁조의 회전속도와 헹굼방법 및 횟수, 탈수시간 및 회전수 등)을 설정하여 세탁을 수행하는데, 먼저 수도전으로부터 공급되는 세탁수가 급수밸브를 통해 터브내에 급수된다.

상기 터브내에 세탁수가 급수되면, 모터의 구동에 따라 세탁조가 좌우반전되면서 고속으로 회전하여 급수된 세탁수에 수류가 형성됨과 동시에 세탁물에 물리적인 힘이 가해져 세탁물에 흡착된 때나 이물질 등을 분리시켜 세탁, 헹굼, 탈수 및 건조과정을 거친다.

그런데, 이와같은 종래의 드럼세탁기에 있어서는, 모터를 기존의 일반모터나 단상 유도전동기를 이용하므로 수류시간(운전시간) 조절이나 모터 회전수 조절은 가능하나, 모터의 힘 즉, 모터 토크를 가변하는 것은 어렵기 때문에 세탁물의 양(부하량)에 관계없이 항상 일정한 힘(모터 토크)으로 세탁 및 탈수를 행하므로 소비전력의 낭비와 의류의 손상 및 구김 등의 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기위해 이루어진 것으로, 3상 유도모터와 버크컨버터를 이용하여 모터양단의 전압을 가변제어하므로 동일한 회전수에서도 모터의 힘조절이 가능하여 세탁물의 양에 따라 최적의 세탁/탈수조건(회전수 및 모터 힘)을 설정하여 운전하므로 모터의 소비전력절감에 따른 절전효과와 의류의 손상을 방지하는 세탁기의 세탁제어장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 세탁기의 세탁제어장치는 선택된 세탁조건에 따라 세탁기를 운전하는 세탁기의 제어장치에 있어서, 상기 세탁기의 수류를 발생시키기 위한 동력원인 모터와, 상기 모터의 구동을 제어하는 제어수단과, 부하량에 따라 상기 모터의 출력전압을 공급하는 컨버터회로와, 입력전압변화에 따라 변화하는 상기 모터 양단의 전압을 감지하는 전압감지수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 세탁기의 세탁제어방법은 선택된 세탁조건에 따라 세탁기를 운전하는 세탁기의 제어방법에 있어서, 세탁물이 투입되면 급수밸브를 개방하여 설정수위까지 세탁수를 급수하는 급수단계와, 상기 급수단계에서 설정수위까지 급수완료되면, 일정시간동안 모터를 좌우반전시켜 부하량을 감지하는 부하량감지단계와, 상기 부하량감지단계에서 감지된 부하량에 따라 상기 모터에 인가되는 출력전압을 조절하여 세탁 및 탈수행정을 수행하는 세탁단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 드럼세탁기의 사시도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 세탁기의 세탁제어장치의 회로블록도,

도 3은 본 발명에 적용되는 모터드라이브의 상세회로도,

도 4는 본 발명에 의한 부하량에 대한 모터출력전압을 도시한 표,

도 5는 본 발명에 의한 세탁기의 세탁제어 동작순서를 도시한 플로우챠트.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

9 : 터브 11 : 세탁조

27 : 모터 29 : 배수펌프

104 : 제어수단 106 : 급수밸브구동수단

108 : 수위감지수단 110 : 모터구동수단

114 : 전압감지수단 122 : 노이즈필터

124 : 정류부 126 : 컨버터부

128 : 드라이브회로부 130 : 인버터

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에 도시한 바와같이, 세탁기본체(1)의 전면상부에 세제통(3)과 조작부(5)가 설치되어 있고, 상기 본체(1)의 뒷면에는 도시하지 않은 수도전과 연결되어 온수 및 냉수를 급수하도록 온·냉급수밸브(7,8)가 설치되어 있다.

상기 본체(1)내에는 터브(9)가 설치되어 있고, 상기 터브(9)내에는 투입된 세탁물을 세탁 및 탈수하도록 고속회전하는 세탁조(11)가 설치되어 있으며, 상기 터브(9)의 전면에는 상기 세탁조(11)에 세탁물을 넣고 꺼낼 때 개폐되는 도어(13)를 결착하도록 격판(15)이 설치되어 있고, 상기 터브(9)의 전면에는 세탁 및 탈수시 상기 세탁조(11)의 고속회전시에 발생하는 진동을 방지하는 균형추(19)가 설치되어 있다.

상기 격판(15)의 상단에는 세탁물의 건조행정시 건조공기를 유입하도록 에어밴트(17)가 설치되어 있고, 상기 에어밴트(17)내에는 외부로부터 유입되는 공기를 건조시키는 건조히터(21)가 설치되어 있으며, 상기 건조히터(21)의 일측에는 상기 건조히터(21)에서 발생하는 고열을 상기 격판(15)을 거쳐 상기 세탁조(11)로 송풍하는 팬모터(23)가 설치되어 있다.

상기 터브(9)의 외주면에는 터브(9)내로 유입된 상기 건조히터(21)의 고열에 의한 건조공기를 응축하도록 냉수를 공급하는 콘덴싱호스(25)가 연결되어 있고, 상기 터브(9)의 하측에는 상기 세탁조(11)를 정역회전시키기위한 동력발생수단인 3상 유도모터(27;이하, 모터라 한다)가 설치되어 있다.

상기 본체(1)의 뒷면하단에는 상기 터브(9)내의 세탁수를 도시하지 않은 배수호스를 통해 배출시키는 배수펌프(29)가 설치되어 있고, 상기 본체(1)의 전면하부에는 상기 터브(9)에서 유출되는 잔수 및 오물등의 세탁찌꺼기에 의해 상기 배수펌프(29)가 막히는 것을 방지함과 동시에 정전으로 인해 상기 배수펌프(29)의 작동이 불가할 경우 세탁수를 배수하는 필터(31)가 설치되어 있다.

상기 세탁조(11)는 그 전표면에 새탁물이 상기 세탁조(11)내에서 뒹굴 수 있게 함과 동시에 상기 터브(9)내의 세탁수가 세탁조(11)내로 유동되도록 다수개의 관통구멍(11a)이 형성되어 있고, 상기 세탁조(11)의 내부에는 서로 120。씩 일정한 간격으로 떨어져 세탁물을 끌어 올리면서 낙하시켜 빨래방망이 기능을 하는 수류조절부재(11b)가 결착되어 있다.

상기와 같이 구성된 드럼세탁기의 부하량(세탁물의 양)에 따른 모터출력전압을 가변제어하는 회로구성도를 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와같이, 전원수단(100)은 도시되지 않은 교류전원단으로부터 공급되는 상용교류전압을 상기 세탁기의 동작에 필요한 소정의 직류전압(DC 5V의 마이컴 구동전압, DC 24V의 릴레이구동전압)으로 변환하여 출력하고, 운전조작수단(102)은 사용자가 원하는 세탁조건(세탁종류, 삶는 온도, 세탁코스, 건조시간 등)을 입력하도록 다수의 기능버튼을 구비한 조작부(5) 등으로 구성된다.

제어수단(104)은 상기 전원수단(100)으로부터 출력되는 직류전압을 인가받아 상기 세탁기를 초기화시킴은 물론, 상기 운전조작수단(102)에 의해 입력된 운전명령신호에 따라 상기 세탁기의 전체적인 동작을 제어하는 마이크로컴퓨터로써, 이 제어수단(104)은 세탁물의 양에 따라 변화하는 전류량을 감지하여 부하량을 판단하고, 이렇게 하여 판단된 세탁물의 양을 기준으로 하여 모터(27)의 토크를 조절하여 세탁 및 탈수행정을 최적제어한다.

그리고, 급수밸브구동수단(106)은 상기 제어수단(104)의 제어에 따라 도시되지 않은 수도전으로부터 공급되는 온수 및 냉수를 터브(9)내에 급수하도록 온·냉급수밸브(7,8)를 구동제어하고, 수위감지수단(108)은 상기 급수밸브구동수단(106)에 의한 온·냉급수밸브(7,8)의 개방시에 상기 터브(9)내에 급수되는 세탁수의 수위를 감지하는 수위센서로써, 이 수위감지수단(108)은 상기 터브(9)내에 세탁수가 공급됨에 따라 압력이 변화하면 수위센서 내부에 있는 주파수 발진회로의 주파수가 변환되는 원리에 따라 수위를 감지하는 일반적인 방식이다.

또한, 모터구동수단(110)은 상기 제어수단(104)으로부터 출력되는 제어신호를 받아서 세탁물을 최적의 세탁/탈수조건(회전수 및 모터 힘)에 따라 세탁 및 탈수하도록 모터(27)를 정역회전제어하는 것으로, 이 모터구동수단(110)은 AC입력전원의 라인 노이즈성분을 제거하는 노이즈필터(122)와, 상기 노이즈필터(122)에 의해 라인 노이즈성분이 필터링된 AC전원을 DC전압으로 정류시키는 정류부(124)와, 부하량에 따라 상기 모터(27)양단의 출력전압을 조절하는 컨버터부(126)와, 상기 모터(27)를 드라이브하는 드라이브회로부(128)로 구성되어 있다.

상기 노이즈필터(122)는 AC입력전원의 고주파, 저주파영역 노이즈성분을 서로 상쇄시키는 코일(FT1,FT2)과, 상기 AC입력전원의 높은 임펄스성분을 접지라인으로 패스시켜 안정된 AC전원을 공급하는 컨덴서(C1~C3)로 구성되어 있고, 상기 정류부(124)는 AC입력전원을 소정의 DC전압으로 전파정류하는 브리지정류기(BD1)와, 상기 브리지정류기(BD1)에 의해 전파정류된 직류전압에 포함되어 있는 리플성분을 필터링하도록 상기 브리지정류기(BD1)의 출력단에 접속된 전해컨덴서(C4)로 구성되어 있다.

상기 컨버터부(126)는 상기 제어수단(104)으로부터 출력되는 제어신호를 분압하는 분압저항(R1,R2)과, 상기 분압저항(R1,R2)에 의해 분압된 전압신호를 입력받아 턴온/턴오프동작하는 트랜지스터(TR1)와, 상기 제어수단(104)과의 절연을 위한 절연IC1, 풀업저항(R3), 컨덴서(C5)와, 상기 트랜지스터(TR1) 및 절연IC1를 통해 스위칭되어 상기 모터(27) 양단의 전압을 조절하는 스위칭소자(Q1;FET, IGBT), 다이오드(D1) 및 코일(L1)로 구성되어 있다.

상기 드라이브회로부(128)는 상기 제어수단(104)과의 절연을 위한 절연IC2와, 상기 모터(27)를 드라이브하기위한 드라이브전용IC3와, 상기 드라이브전용IC3로부터 출력되는 구동신호에 따라 교번으로 턴온 또는 턴오프동작되어 상기 컨버터부(126)로부터 출력되는 DC전원을 상기 모터(27)의 스위칭주파수에 맞는 가변주파수 및 가변전압의 3상(u상, v상, w상) AC전원으로 변환시켜 상기 모터(27)에 공급하는 6개의 스위칭소자(Q2~Q7)와, 보호용 다이오드(D2~D7)로 이루어진 인버터(130)로 구성되어 있다.

속도감지수단(112)은 상기 모터(27)의 회전속도를 감지하고, 전압감지수단(114)은 입력전압변화에 따라 변화하는 상기 모터(27) 양단의 전압을 감지하는 것으로, 이 전압감지수단(114)은 상기 제어수단(104)의 출력주파수의 온-듀티에 해당하는 전압을 발생하는 컨덴서(C6)와, 상기 컨덴서(C6)에 발생하는 전압을 감지하는 저항(R5,R6)으로 구성되어 있다.

또, 배수펌프구동수단(116)은 상기 제어수단(104)으로부터 출력되는 제어신호를 받아서 상기 터브(9)내의 세탁수를 외부로 배출하도록 배수펌프(29)를 구동제어하며, 표시수단(118)은 상기 운전조작수단(102)에 의해 입력되는 세탁조건과 운전상태를 표시함은 물론, 상기 세탁기의 이상발생시에 에러를 표시한다.

이하, 상기와 같이 구성된 세탁기의 세탁제어장치 및 그 방법의 작용효과를 설명한다.

도 5는 본 발명에 의한 세탁기의 세탁제어 동작순서를 도시한 플로우챠트로써, 도 5에서 S는 스텝(STEP)을 표시한다.

먼저, 세탁기에 전원이 인가되면, 전원수단(100)에서는 도시되지 않은 교류전원단으로부터 공급되는 상용교류전원의 전원전압을 상기 세탁기의 구동에 필요한 소정의 직류전압으로 변환하여 각 구동회로 및 제어수단(104)에 출력한다.

따라서, 상기 제어수단(104)에서는 전원수단(100)으로부터 출력되는 직류전압을 입력받아 세탁기를 초기화시킨다.

이때, 스텝S1에서는 사용자가 세탁조(11)내에 세탁물(부하)을 투입하고, 운전조작수단(102)에 의해 원하는 세탁조건(세탁종류, 삶는 온도, 세탁코스, 건조시간 등)을 입력한다음 동작버튼을 온시키면, 스텝S2에서 제어수단(104)은 세탁조(11)내에 투입된 세탁물의 양을 감지하는데 필요한 세탁수를 터브(9)내에 급수하도록 급수밸브구동수단(106)에 제어신호를 출력한다.

이에 따라, 상기 급수밸브구동수단(106)에서는 제어수단(104)으로부터 출력되는 제어신호를 입력받아 온·냉급수밸브(7,8)를 개방(온)시킴으로써 수도전으로부터 공급되는 온수 또는 냉수의 세탁수가 터브(9)내에 급수된다.

이때, 스텝S3에서는 상기 온·냉급수밸브(7,8)의 개방에 따른 급수동작에 의해 상승되는 수위를 수위감지수단(108)에서 감지하여 제어수단(104)에 출력하는데, 이는 세탁수가 공급됨에 따라 압력이 상승하면 수위센서 내부에 있는 주파수 발진회로의 주파수가 낮아지는 원리에 따라 변화하는 주파수를 제어수단(104)에서 입력받아 세탁수의 수위를 감지한다.

이어서, 스텝S4에서는 상기 수위감지수단(108)에 의해 감지된 수위가 제어수단(104)에 미리 설정되어 있는 설정수위까지 급수되었는지를 판별하여, 설정수위까지 급수되지 않은 경우(NO일 경우)에는 상기 스텝S2로 복귀하여 설정수위에 도달할때까지 온·냉급수밸브(7,8)를 개방하여 급수를 계속하면서 스텝S2이하의 동작을 반복수행한다.

상기 스텝S4에서의 판별결과, 설정수위까지 급수된 경우(YES일 경우)에는 스텝S5로 나아가서 제어수단(104)은 급수밸브구동수단(106)을 제어하여 온·냉급수밸브(7,8)를 폐쇄(오프)시키고, 모터(27)를 구동시키도록 모터구동수단(110)에 제어신호를 출력한다.

따라서, AC입력단으로부터 모터(27)에 교류전류가 공급되어 모터(27)가 좌회전 또는 우회전되면서 세탁조(11)가 좌우반전되어 급수된 세탁수에 수류가 형성되므로 세탁조(11)내부의 세액이 부하에 흡수되어 세탁수위가 세탁물의 양에 따라 설정수위보다 낮아지는데, 이때 낮아지는 수위변화량에 따른 전류변화량은 세탁물의 양에 따라 달라진다.

이에 따라, 스텝S6에서 제어수단(104)은 상기 모터(27)가 좌우반전되는 시간을 내장된 카운터에 의해 카운터하여 일정시간(세탁물의 양을 판단하는데 필요한 시간)이 경과하였는지를 판별하여, 일정시간이 경과하지 않은 경우(NO일 경우)에는 상기 스텝S5로 복귀하여 일정시간동안 계속해서 모터(27)를 좌우교반시키면서 스텝S5이하의 동작을 반복수행한다.

상기 스텝S6에서의 판별결과, 일정시간이 경과한 경우(YES일 경우)에는 스텝S7로 나아가서 제어수단(104)은 모터구동수단(110)을 제어하여 모터(27)의 좌우교반을 정지시킨 후, 이때의 수위변화량을 감지하여 세탁물의 양(부하량)을 판단하고, 스텝S8~S10에서 제어수단(104)은 이렇게 하여 판단된 부하량을 기준으로 해서 모터(27)의 토크를 조절하여 세탁, 헹굼 및 탈수행정을 수행하면서 동작을 종료한다.

만약, 부하량감지 결과가 약 2.5Kg으로 감지되면, 제어수단(104)에서 출력주파수(30KHz)의 온 듀티를 13%로 출력하고, 컨버터부(126)의 트랜지스터(TR1)와 절연IC1를 통해 스위칭소자(Q1)가 스위칭하게 된다.

상기 스위칭소자(Q1)가 스위칭하면, 제어수단(104)의 6개 포트로부터 출력되는 스위칭주파수에 따라 드라이브전용IC3로부터 구동신호가 출력되어 6개의 스위칭소자(Q2~Q7)를 교번으로 턴온 또는 턴오프동작시키므로 출력주파수(30KHz)의 온 듀티 13%에 해당하는 전압(모터양단 전압)이 도 4에 도시한 바와같이, DC 35V로 컨덴서(C6)에 발생하여 그 전압으로 모터(27)가 운전하여 세탁을 행한다.

그리고, 탈수시에는 30KHz의 스위칭주파수의 온 듀티를 약 67%로 출력하여 도 4에 도시한 바와같이, DC 190V를 얻어 고속회전을 수행하는데, 이때의 세탁조(11) 회전수는 약 1000rpm으로 도 4에 도시한 바와같이, 부하량에 관계없이 동일하다.

왜냐하면, 모터(27)의 회전수는 제어수단(104)에서 출력하는 6개 포트의 스위칭주파수에 의해 설정되어지기 때문이다. 다시 말해 모터(27)의 회전수 N은

회전수(N) = 120 x f / 극수

이기 때문이다. 여기서, 120은 상수이고, 극수는 모터(27)를 제작할 때 이미 설정되어져 있는 값으로 변할 수 없으므로 회전수(N)는 6개 포트의 출력주파수에 의해 결정된다.

이와같이, 동일 회전수에서 모터(27) 토크를 가변제어할 수 있는 것은 컨버터부(126)를 사용하여 모터(27)에 인가하는 출력전압을 조절하는 것으로, 부하량에 따라 모터(27)의 힘을 달리하여 쓸데없는 전력의 낭비를 줄이므로 모터(27)의 소비전력을 절감해서 이에 따른 세트의 에너지 효율 등급을 높이며, 수류의 세기를 조절하여 최적의 수류를 제공하므로 의류의 손상 및 구김을 방지할 수 있다.

상기의 설명에서와 같이 본 발명에 의한 세탁기의 세탁제어장치 및 그 방법에 의하면, 3상 유도모터와 버크컨버터를 이용하여 모터양단의 전압을 가변제어하므로 동일한 회전수에서도 모터의 힘조절이 가능하여 세탁물의 양에 따라 최적의 세탁/탈수조건(회전수 및 모터 힘)을 설정하여 운전하므로 모터의 소비전력절감에 따른 절전효과와 의류의 손상을 방지한다는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 선택된 세탁조건에 따라 세탁기를 운전하는 세탁기의 제어장치에 있어서,

   상기 세탁기의 수류를 발생시키기 위한 동력원인 모터와,

   상기 모터의 구동을 제어하는 제어수단과,

   부하량에 따라 상기 모터의 출력전압을 공급하는 컨버터회로와,

   입력전압변화에 따라 변화하는 상기 모터 양단의 전압을 감지하는 전압감지수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 세탁기의 세탁제어장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 모터는 3상 유도모터인 것을 특징으로 하는 세탁기의 세탁제어장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 컨버터회로는 스위칭주파수가 약 30KHz이고, 듀티 변화폭이 5~85%인 것을 특징으로 하는 세탁기의 세탁제어장치.
4. 선택된 세탁조건에 따라 세탁기를 운전하는 세탁기의 제어방법에 있어서,

   세탁물이 투입되면 급수밸브를 개방하여 설정수위까지 세탁수를 급수하는 급수단계와,

   상기 급수단계에서 설정수위까지 급수완료되면, 일정시간동안 모터를 좌우반전시켜 부하량을 감지하는 부하량감지단계와,

   상기 부하량감지단계에서 감지된 부하량에 따라 상기 모터에 인가되는 출력전압을 조절하여 세탁 및 탈수행정을 수행하는 세탁단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 세탁기의 세탁제어방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 세탁단계는 세탁시 약 25 ~ 50V의 전압을, 탈수시 약 180 ~ 205V의 전압을 상기 모터에 공급하는 것을 특징으로 하는 세탁기의 세탁제어방법.