KR20010036942A - 세탁기 제동 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세탁기의 탈수 행정시 세탁조의 여부를 감시하여 불균형이 심한 경우에 정상 탈수 행정의 속도로 제동하지 않고 탈수 속도를 낮춘 다음 제동을 하도록 함으로써 높은 속도에서 제동하는 것으로 인해 시스템 내부 회로가 파손되는 것을 방지하기 위한 방법에 관한 것으로서,

(a) 세탁조의 불균형을 감지하는 단계; (b) 상기(a)단계에서 감지된 불균형 감지값과 시스템에서 설정한 기준값을 비교하는 단계; (c) 상기(b)단계에서 감지된 불균형 값이 상기 기준값을 넘게되면 탈수 속도를 하향 조정하는 단계; (d) 상기(c)단계에서 탈수 속도가 하향 조정된 후 제동을 시작하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 (c)와 (d)단계 사이에 현재 진행된 탈수 시간이 시스템에서 정한 탈수 시간에 도달했는지를 판단하여 도달했으면 제동을 수행하고, 그렇지 않다면, 상기 (a)단계로 피드백 되도록 하여 상기 루프를 반복하게 하는 단계를 추가할 수도 있다. 이렇게 함으로써 불균형 감지시 정상탈수 속도에서 모터가 급제동함으로써 모터의 속도가 심하게 흔들려 높은 역전압이 시스템 내부 회로에 흘러 회로가 파괴되는 것을 방지할 수 있으며, 탈수 속도의 하향 조정으로 세탁조의 불균형 문제가 해결 될 경우 시스템에서 정한 탈수 시간까지 탈수 행정을 진행할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

세탁기 제동 제어 방법 { Method for breaking of Washing Machine }

본 발명은 세탁기의 제동 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 세탁기의 탈수 행정시 세탁조의 불균형(Unbalance) 여부를 감시하여 불균형이 심한 경우에 정상 탈수 행정의 속도로 제동하지 않고, 탈수 속도를 낮춘 다음 제동 하도록 함으로써, 높은 탈수 속도에서 제동하여 발생하는 역기전력에 의해 시스템 내부 회로가 파손되는 것을 방지하는 방법에 관한 것이다.

종래 기술에 따른 인버터 세탁기는 도 1에 도시된 바와 같이 외부에서 시스템으로 공급되는 AC 전원을 DC 전압으로 변환하여 출력하는 정류부(1); 상기 정류부(1)를 통해 DC 전원이 공급되면 모터(M)를 구동제어할 수 있도록 전압을 발생시키는 모터 구동부(2); 세탁기의 제동시 시스템에 흐르는 전압을 감지하여 감지 전압(Vdc)을 출력하는 전압 감지부(3); 상기 전압 감지부(3)의 감지 전압(Vdc)과 시스템에서 이미 정해진 기준 전압(Vref)을 비교하는 전압 비교부(4); 상기 전압 비교부(4)의 비교 결과에 따라 제동 저항(R)의 온/오프를 결정하는 스위칭부(5); 상기 모터(M)의 회전위치, 속도와 같은 동작 상태를 감지하는 센서(6); 상기 센서(6)로부터 제어 신호를 입력받아 상기 모터 구동부(2)를 논리적으로 제어하는 마이컴(7)으로 구성된다.

일반적으로, 세탁기의 행정은 세탁 행정, 헹굼 행정, 탈수 행정의 순으로 이루어지는데, 특히 탈수 행정시에 세탁기의 뚜껑이 갑자기 열리거나 세탁조의 불균형 상태로 인해 탈수 과정을 급격히 정지시켜야 할 경우가 발생하게 되면 시스템에서는 모터(M)를 급정지시키도록 되어 있다.

이때, 상기 모터(M)는 부정류자(Brushless Dc Motor)로서 정상적인 세탁운전시 시스템측에서 보면 부하가 되므로 정류부(1)로부터 모터(M)측으로 전류가 방전되는 방향(I-)으로 흐르게 되지만, 고속 회전도중 모터(M)를 급정지 시키게 되면 모터(M) 자체가 발전기가 되어 모터(M)에서 발생되는 역기전력으로 인해 전류가 충전되는 방향(I+), 즉 전류가 모터(M)에서 정류부(1)쪽으로 흐르게 되어 정류부(1)의 전압 레벨이 급상승하게 된다.

이렇게 정류부(1)로 충전되는 역전류를 방전시키지 않으면 DC 전압 레벨이 무제한적으로 상승되어 시스템 내부 회로의 내압을 초과하게 되어 시스템 전체의 손상을 초래하게 된다. 따라서 시스템에 흐르는 과전압을 방출시키기 위해 전압 감지부(3), 전압 비교부(4), 스위칭부(5), 제동 저항(R)과 같은 제동 수단들이 필요하다.

상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 세탁기의 제동 제어 회로의 동작을 도 1을 참조로 하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 외부에서 AC 전원이 공급되게 되면 정류부(1)에서 이를 DC 전압으로 변환하고, 모터 구동부(2)에서는 정류부(1)의 상기 변환된 DC 전압을 전달받아 모터(M)를 구동시키게 된다.

회전중인 모터(M)가 급정지하면 전압 감지부(3)에서는 상기 정류부(1)와 상기 모터(M)사이의 전압을 감지하는 동시에 그 감지 전압(Vdc)을 전압 비교부(4)에 전달하게 된다.

상기 전압 비교부(4)는 시스템에서 이미 설정한 기준 전압(Vref)과 상기 전압 감지부(3)에서 감지된 감지 전압(Vdc)을 비교하여 그 비교 결과를 스위칭부(5)에 전달하게 된다.

상기 스위칭부(5)에서는 상기 전압 비교부(4)의 비교 결과, 감지 전압(Vdc)이 기준 전압(Vref)을 초과한다고 판단된 경우에는 제동 저항(R)을 온 동작시키게 된다. 상기 제동 저항(R)이 동작되면 상기 정류부(1)와 상기 모터(M)사이에 흐르는 과전압이 상기 정류부(1)로 흐르지 않고 제동 저항(R)을 통과하게 되므로 시스템에 흐르는 필요 이상의 과전압이 열에너지 형태로 방출됨으로써 시스템의 전압 레벨을 일정하게 유지시킬 수 있다.

이때, 상기 전압 감지부(3)는 지속적으로 시스템의 전압 레벨을 감지하게 되는데, 상기 정류부(1)와 모터(M)사이의 감지 전압이 시스템에서 이미 설정한 기준전압 (Vref)이하라고 판단한 경우에 상기 제동 저항(R)을 오프 동작시킴으로써 상기 제동 저항(R)으로는 더 이상 전류가 흐르지 않고 정류부(1)로만 전류를 흘리게 된다.

그러나, 상기에서 설명한 바와 같이 종래의 경우에는 시스템의 전압 레벨을 하드웨어적으로 제어하기 때문에 회로 설계가 복잡해지고, 모터(M)의 제동 저항(R)을 통해 모터(M)에서 정류부(1)로 충전되는 에너지를 열에너지로 방출시키는 원리를 이용하게 되므로 결국 세탁기의 용량이 대형화되면 이에 따라 제동 저항의 용량도 커지게 되므로 부품 설치가 복잡해 질 뿐만 아니라 제품 원가도 상승하게 된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 세탁기의 제동시 시스템의 과전압을 방출시키는 제동 저항 대신에 소프트웨어 적으로 시스템의 과전압을 감지하는 동시에 전원 공급부와 모터를 통해 과전압을 주기적으로 충전 및 방전시킴으로써 간단한 회로 구성으로 제동 저항의 용량을 현저히 줄이거나 제동 저항을 제거할 수 있어 설치가 간편해지고, 제품 원가를 낮출수 있으며, 제동시 시스템의 전압 레벨 안정에 대한 신뢰성을 향상시키는데 그 목적이 있다.

또한, 상기와 같은 방법에 세탁조의 불균형을 감지하여 불균형이 감지되면 정상 탈수 속도에서 제동을 수행하지 않고 탈수 속도를 하향 조정하는 방법을 추가함으로써 정상 탈수 속도에서 급제동 하는 경우에 비해 모터의 역기전력을 감소시켜줌으로써 시스템 내부 회로에 미치는 영향을 줄여주고, 불균형에 따라 발생하는 소음을 줄이는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 세탁기의 제동 회로 구성을 개략적으로 보여주는 블럭도.

도 2는 본 발명에 따른 세탁기 제동 제어 방법을 구현하는 세탁기의 제동 회로 구성을 개략적으로 보여주는 블럭도.

도 3은 도 2의 모터 구동부의 상세 회로도 및 전류 흐름도.

도 4는 본 발명에 따른 세탁기의 제동 제어 방법의 제 1실시예가 도시된 흐름도.

도 5는 본 발명의 제 1실시예에 따른 듀티비와 모터의 동작 속도와의 상관 관계를 도시한 그래프.

도 6은 본 발명에 따른 세탁기의 제동 제어 방법의 제 2실시예가 도시된 흐름도.

도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 탈수 시간과 탈수 속도와의 상관 관계를 도시한 그래프.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1.......정류부 10......전압 공급부

2,20....모터 구동부 3,30....전압 감지부

4.......전압 비교부 5.......스위칭부

6,40....센서 7,50....마이콤

M.......모터 R.......제동 저항

Q1~Q6...트랜지스터 D1~D6...다이오드

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 세탁기의 제동 제어 방법의 제 1특징은, 세탁조의 불균형을 감지하는 S1 단계; S1 단계에서 감지된 불균형 값과 시스템에서 정한 기준값을 비교하는 S2 단계; 제 S2 단계에서 감지된 값과 기준값을 비교하여 불균형 값이 기준값보다 크다고 판단되면 탈수 속도를 정상 탈수 속도 보다 하향 조정하는 제 S3 단계; 그리고 S3 단계에서 탈수 속도가 하향 조정된 후에 제동을 시작하는 제 S4 단계를 포함하는 것이며,

제 2특징은, 상기 단계 제 S1 ~ 제 S4 단계에 상기 S3 단계에서 탈수 속도를 하향 조정한 후 진행된 탈수 시간이 시스템에서 정한 탈수 시간에 도달했는지 여부를 판단하여 시스템에서 정한 탈수시간에 도달하였다면 제동을 수행하고, 그렇지 않다면 상기 제 S1 단계로 피드백하여 상기 루프를 반복 수행하도록 하는 S5 단계를 더 포함하는 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 세탁기 제동 제어 방법을 구현하는 세탁기의 제동 회로 구성을 개략적으로 보여주는 블럭도이며, 도 3은 도 2의 일부 구성인 전압 공급부와 모터 사이의 전압을 충전 및 방전시키기 위해 구성된 모터 구동부를 상세히 보여주기 위한 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면 본 발명은, 외부에서 공급되는 AC 전원을 DC 전압으로 변환하고, 캐패시터를 이용하여 모터(M)에 전압을 공급하는 전압 공급부(10); 전압 공급부(10)와 모터(M) 사이에 연결되어 모터(M)로 유입 및 방출되는 전류의 흐름을 제어하면서 모터(M)를 구동시키기 위해 다수의 트랜지스터(Q1,Q2,Q3, Q4,Q5,Q6)와 다수의 다이오드(D1,D2,D3,D4,D5,D6)로 구성된 모터 구동부(20); 전압 공급부(10)와 상기 모터 구동부(20) 사이의 전압을 감지하여 감지 전압(Vdc)을 출력시키기 위해 구성된 전압 감지부(30);모터(M)의 위치 및 속도 등 동작 상태를 감지하기 위한 센서(40) ; 센서(40)의 출력과 상기 전압 감지부(30)의 출력을 입력으로 받아 전압 공급부(10)와 모터(M) 사이의 충전, 방전 동작을 통해 일정 레벨의 전압을 유지하도록 제어 신호를 모터 구동부(20)로 출력하는 마이컴(50)을 포함하여 구성된다. 특히, 상기 모터 구동부(20)는 트랜지스터들(Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6)과 다이오드들(D1,D2,D3,D4,D5,D6)이 각각 1:1 병렬로 연결되어 있고, 각 트랜지스터의 베이스는 상기 마이컴(50)의 제어 신호를 입력으로 받는다.

상기와 같이 구성된 세탁기의 제동 제어 회로에 의한 동작은 다음과 같다.

외부에서 상용 전원(AC)이 전압 공급부(10)에 입력되면 상기 전압 공급부(10)에서는 외부로부터 입력된 AC 전원을 DC 전압으로 변환하여 모터 구동부(20)로 출력한다. 상기 모터 구동부(20)는 상기 전압 공급부(10)로부터 DC 전압을 인가 받아 주파수가 같고 위상이 다른 3개의 기전력에 의해 3상 교류 전압을 만들어 모터(M)에 인가하여 모터(M)를 구동하고, 모터(M)의 회전력에 의해 세탁기는 세탁, 헹굼, 탈수의 행정을 수행하게 된다.

그러나, 세탁기의 탈수 행정시에 세탁기의 뚜껑이 열리거나 세탁조의 불균형으로 인해 탈수 과정을 갑자기 정지시켜야 할 경우가 발생하면 시스템에서는 모터(M)을 급정지시키게 된다. 이때 상기 모터(M)의 급정지로 인해 상기 모터(M)에서 역기전력이 발생하고, 이로인해 시스템에 과도한 전압이 발생하게 된다. 이렇게 발생된 과전압을 상기 전압 공급부(10)과 상기 모터(M)사이의 전압 충전, 방전 동작을 통해 처리하게 되는데, 이에 대해 도 3을 참조로 하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 모터 구동부(20)는 3상 교류의 전압과 주파수를 가변하여 3상유도 전동기의 속도를 제어하는 인버터로 구성된다. 모터(M) 구동시에는 마이콤(50)으로부터 제어 신호를 모터 구동부(20)를 구성하는 트랜지스터들(Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6)의 베이스에 인가하여 전류가 전압 공급부(10)에서 모터(M)쪽(I-방향)으로 흐르도록 상기 트랜지스터들을 선택적으로 온/오프 시켜 전류 패스를 만들어 준다. 이때는 전압이 상기 전압 공급부(10)에서 상기 모터(M)로 공급되어 모터(M)를 구동하게 된다.

상기에서 언급한 바와 같이 탈수 행정시 세탁기의 뚜껑을 열리거나, 세탁기의 불균형 감지등 세탁기를 급제동할 경우가 생기게 되면 모터(M)을 급정지시키게 되는데, 모터(M)의 급정지에 따라 모터(M)에서 역기전력이 발생하게 된다. 이때는 상기 전압 공급부(10)에서 상기 모터(M)쪽(I-방향)으로 전류가 흐르도록 온/오프 되었던 트랜지스터들이 반대로 오프/온 되어 각 트랜지스터에 병렬로 연결된 다이오드(D1,D2,D3,D4,D5,D6)들을 통해 회생 에너지가 상기 전압 공급부(10)쪽으로 전달되어 전류의 방향이 모터(M)에서 전압 공급부(10)쪽(I+ 방향)으로 바뀌게 되어 모터(M)의 역기전력에 의해 발생된 전압이 상기 전압 공급부(10)에 충전되게 된다.

이때, 마이컴(50)에서는 상기 전압 감지부(30)의 감지 전압과 모터(M)의 속도 및 위치를 감지하는 센서(40)의 제어 신호를 지속적으로 입력받아 PWM (Pulse Width Modulation) 방식의 듀티를 발생시켜 상기 모터 구동부(20)로 공급하게 된다.

상기 모터 구동부(20)는 상기 마이컴(50)으로부터 인가되는 PWM 듀티에 따라 상기 모터 구동부(20)의 트랜지스터들(Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6)이 선택적으로 온/오프 되어 전류가 흐를수 있는 통로를 만들어 줌으로써 전류 방향을 모터(M)에서 전압 공급부로(I+방향), 또는 전압 공급부(10)에서 모터(M)(I-방향)로 바꿔주게 된다. 즉, 모터(M) 급정지시 전압이 전압 공급부(10)를 기준으로 하여 충전 또는 방전되도록 하여 제동 저항 없이도 상기 전압 공급부(10)의 전압이 항상 일정 수준을 유지할 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기에서 설명한 제동 제어 회로에 있어서, 세탁조의 불균형으로 인해 모터의 급정지시 모터의 속도 신호가 심하게 흔들림으로 인해 소프트웨어적인 제동에 문제가 발생할 가능성에 대비하여 시스템에 안정성을 부여하기 위해 세탁조의 불균형을 고려한 제동 방법을 안출하였는데,

도 4는 이에 대한 제 1실시예를 보여주는 흐름도이며, 이를 참조하여 본 발명의 제동 방법을 설명하면 다음과 같다.

제 S1 단계에서는 탈수 시작과 동시에 세탁조의 불균형을 감지하게 된다. 일반적인 세탁기에서는 불균형 감지를 위해 세탁기 본체의 내부에 센서를 부착하여 세탁조가 상기 센서에 부딪치는 것을 감지함으로써 불균형을 감지하지만 본 발명에서는 모터(M) 구동 속도의 리플(ripple) 정도, 즉 탈수 속도의 변화를 감지하여 세탁조의 불균형 여부를 감지하게 된다.

제 S2 단계에서는 S1 단계에서 감지된 불균형 값과 시스템에서 미리 설정한 값과 비교하게 된다. 이때 시스템에 미리 설정된 값은 속도를 조정하지 않고 탈수를 진행할 수 있는 불균형의 한계치를 의미한다.

상기 제 S2 단계에서 불균형 감지값이 기준값보다 클경우에는 정상 탈수 속도보다 낮게 탈수 속도를 하향 조정한다(제 S3 단계). 다시 말하면, 모터(M)의 구동속도를 느리게 하는 것이다. 모터(M)의 구동 속도를 느리게 하기 위한 방법은 상기에서 설명한 본 발명의 소프트웨어적인 제동 방법을 따르게 되는데, 상기 마이콤(50)에서 모터의 동작 속도 및 위치를 감지하는 센서(40)로부터 신호를 입력받아 모터 구동부(20)를 제어하기 위해 PWM 방식의 듀티를 발생시킨다. 상기와 같이 마이콤(50)에서 발생하는 듀티값에 따라 모터 구동부(20)에서 모터(M)를 구동하는 속도를 달리하게 되는데, 듀티값과 모터(M)의 구동 속도는 도 5와 같은 상관 관계를 가지고 동작하게 된다.

제 S4 단계에서는 S3 단계에서 모터의 구동 속도가 정상 모터 속도보다 느리게 된 다음 제동을 수행하게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 세탁조의 불균형에 따른 제동 방법에 대한 제 2실시예를 보여주는 흐름도이며 동작 방법은 다음과 같다.

제 2실시예에서 보여주고 있는 제동 방법은 상기 제 1실시예의 제동 방법에 감지된 불균형값이 기준치보다 크다면 모터의 구동 속도를 늦추어 탈수 속도를 하향 조정한 다음 진행된 탈수 시간이 시스템에서 정한 탈수 시간에 도달하였는지 여부를 판단하는 제 S5 단계를 추가하는 것을 특징으로 하고 있다.

도 6에서 보여주고 있는바와 같이 제 S1 단계 내지 제 S4 단계까지의 동작은 상기 제 1실시예에서와 동일한 방법으로 수행되고, 제 S5 단계가 추가된 점이 제1실시예와 다르다. 즉, 제 S1 단계에서 감지된 불균형 값이 기준치 이상이면 모터(M)의 구동 속도를 늦추어 탈수 속도를 하향 조정한 다음( S3 단계), 진행된 탈수시간이 시스템에서 정한 탈수 시간에 도달 하였는지를 판단한다(제 S5 단계)

이때 진행된 탈수 시간이 시스템에서 정한 탈수 시간이 되었다면 제동을 시작하고( S4 단계), 그렇지 않다면 제 S1 단계로 피드백 하게 된다. 이런 방식으로 상기 단계들을 반복 수행하므로서 탈수 속도를 조정한 후 세탁조의 불균형이 해결된다면 시스템에서 정한 탈수 시간까지 동작을 수행하도록 한다.

아울러 모터의 구동 속도, 즉 탈수 속도는 상기 루프를 반복함으로써 도 7과 같이 다단계로 하향 조정된다. 이때 탈수 속도가 조정되는 비율은 사용자가 필요에 따라 조정할 수 있을 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 세탁기 제동 제어 방법은 종래의 제동 저항을 사용하여 제동 방법에 비해 회로 설계가 간단하고 제조 원가를 절감할 수 있는 효과가 있으며, 세탁조의 불균형 감지시 탈수 공정 완료 시점에서 탈수 속도를 다단으로 감소 변환함으로써 시스템을 안정적으로 동작시켜 시스템의 신뢰성 향상에 효과가 있으며, 지속적으로 불균형 여부를 감지하고, 이에 대응하여 탈수 속도 하향 조정함으로써 시스템에서 정한 탈수 시간까지 탈수 행정을 진행할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. (a) 세탁조의 불균형을 감지하는 단계;

   (b) 상기 (a)단계에서 감지된 값과 시스템에서 정한 기준값을 비교하는 단계;

   (c) 상기 (b)단계에서 감지된 불균형 값이 기준값보다 크다고 판단되면 탈수 속도를 하향 조정하는 단계;그리고

   (d) 상기 (c)단계에서 탈수 속도를 하향 조정한 후에 제동을 시작하는 단계를 포함하는 세탁기의 제동 제어 방법.
2. (a) 세탁조의 불균형을 감지하는 단계;

   (b) 상기 (a)단계에서 감지된 값과 시스템에서 정한 기준값을 비교하는 단계;

   (c) 상기 (b)단계에서 비교한 결과 감지된 값이 기준값보다 크다고 판단되면 탈수 속도를 하향 조정하는 단계;

   (d) 상기 (c)단계에서 탈수 속도를 하향 조정한 후 진행된 탈수 시간이 시스템에서 정한 탈수 시간에 도달했는지 여부를 판단하는 단계; 그리고

   (e) 상기 (d)단계에서 진행된 탈수 시간이 시스템에서 정한 탈수 시간에 도달했다면 제동을 시작하는 단계를 포함하는 세탁기의 제동 제어 방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 (c)단계 및 (d)단계의 반복을 통해 탈수 속도가 다단으로 하향 조정하도록 하는 것을 특징으로 하는 세탁기의 제동 제어 방법.