KR20030005804A - 센서리스 비엘디씨모터 세탁기의 포량 검출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 센서리스 비엘디씨모터 세탁기의 포량 검출방법에 관한 것으로, 특히 세탁기의 포량을 검출하기 위해 초기 건조 상태의 포를 정확히 검출할 수 있도록 한 센서리스 비엘디씨모터 세탁기의 포량 검출 방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 센서리스 비엘디씨모터 세탁기에 있어서, 사용자가 선택한 상태가 포량 검출모드인가를 판단하여 포량 검출모드이면 모터를 기동하고 일정 회전속도에 도달했는지를 판단하는 제1 단계와; 상기 일정 회전속도에 도달하면 제1 일정시간이 경과했는지를 판단하여 모터를 토크 제어모드로 제어하는 제2 단계와; 상기 제2 단계로 동작중 제2 일정 시간이 경과하면 상기 모터의 속도를 저장하고 그 모터 속도로부터 포량을 판별하는 제3 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 센서리스 비엘디씨 모터를 이용하여 인버터 세탁기의 포량을 감지하도록 함으로써, 홀센서 및 그의 주변회로를 구비하지 않아도 되므로 구성이 간단하고, 이에 따라 가격이 상당히 낮아지는 효과가 있고, 또한 상기 홀센서 및 그의 주변회로의 이상으로 인한 위험을 없애도록 한 효과가 있다.

Description

센서리스 비엘디씨모터 세탁기의 포량 검출방법{METHOD OF DETECTING THE WEIGHT OF LAUNDRY IN WASHING MACHINE OF SENSORLESS BLDC MOTOR}

본 발명은 센서리스 비엘디씨모터 세탁기의 포량 검출 방법에 관한 것으로, 특히 세탁기의 포량을 검출하기 위해 초기 건조 상태의 포를 정확히 검출할 수 있도록 한 센서리스 비엘디씨모터 세탁기의 포량 검출 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 세탁기의 포량 검출은 초기에 수위 또는 세제량을 맞추기 위한 것으로 세탁기의 세정도 향상, 소음 저감, 에너지 저감등을 위하여 근래 모터의 속도를 자유롭게 가변제어할 수 있는 인버터를 세탁기에 적용한 것으로, 이와 같은 종래 기술을 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 비엘디씨모터 세탁기의 포량 검출이 적용되는 장치의 구성을 보인 회로도로서, 이에 도시된 바와 같이 교류 전원(AC)을 정류 및 평활시키는 정류 및 평활부(11)와; 상기 정류 및 평활된 전압 및 전류를 가변 주파수, 가변 진폭을 갖는 전압 또는 전류를 비엘디씨 모터(13)에 인가하여 회전자의 속도를 제어하는 인버터부(12)와; 상기 비엘디씨 모터(13)에 인가되는 전류를 검출하여 회전자의 위치를 검출과 회전속도를 제어하고 포량을 산출하여 그에 따른 급수 및 세탁 시간을 설정하는 마이크로 컴퓨터(14)와; 상기 마이크로 컴퓨터(14)의 제어신호의 출력 펄스폭을 변조시켜 상기 인버터부(12)를 온/오프시키는 펄스폭 변조부(15)로 구성되고, 이와 같이 구성된 종래 장치의 동작을 설명한다.

정류부(1)는 입력 교류 전원(AC)을 정류 및 평활시켜 인버터부(12)로 전달하고, 그 인버터부(12)는 펄스폭 변조부(15)로부터의 구동신호인 게이트 신호에 의해 도통되어 변환된 3상전압을 비엘디씨 모터(13)에 인가한다.

이에 따라 상기 비엘디씨 모터(13)가 회전하고 홀센서 또는 엔코더 등으로 이루어지는 위치검출부(14a)에서 상기 비엘디씨 모터(13)의 위치를 검출하여 그에 따른 전압값을 출력하며, 마이크로 컴퓨터(14)는 상기 전압값으로 그 비엘디씨 모터(13)의 속도를 산출하여 기 설정된 기준속도와 비교함으로써 원하는 속도로 상기 비엘디씨 모터(13)가 회전될 수 있게 하는 제어신호를 출력하고, 상기 펄스폭 변조부(15)는 상기 마이크로 컴퓨터(14)의 출력 제어신호의 레벨을 변환하여 상기 인버터부(12)로 공급한다.

상기와 같이 동작하는 종래 비엘디씨 모터(13)로 구동되는 세탁기는 세탁/헹굼 행정을 세정력 대비 소비되는 전기에너지 및 물의 양 측면에서 가장 효과적으로 수행하기 위해서 세탁량의 무게, 즉 포량을 정확하게 감지해야 한다.

상기 세탁기에 적용되는 포량 감지 방식은 다양한 방법들이 있으나 크게 분류하면 일정시간 일정속도까지 가속 후 전원을 차단하여 감속되는 시간, 즉 포량에 따른 관성을 측정하여 포량을 감지하는 방법과 일정한 속도까지 가속하는게 걸리는 시간을 측정하여 포량을 감지하는 방법의 2가지로 나눌 수 있다.

펄세이터가 클러치와 기어에 의해 모터의 회전력을 감속 또는 방향전환을 하는 기존 장치는 전자의 방법이 주로 사용되고 있으나, 펄세이터 또는 세탁통에 모터가 직결되어 구동되는 직접구동 세탁방식에서는 후자의 방법이 유용하다.

직접구동방식 세탁기에 사용되는 포량감지 방식은 다음과 같다.

도 2는 종래 포량에 검출에 따른 비엘디씨모터 세탁기의 특성을 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 초기에는 상기 비엘디씨 모터를 일정위치에 정열시킨후 그 비엘디씨 모터에 인가되는 전압의 크기를 일정하게 증가시킨다.

이것은 각상에 해당하는 전압의 크기에 비례하도록 인버터회로의 6개 스위치의 온/오프 비율인 듀티비를 제어함으로써 가능하다.

상기 비엘디씨모터(13)의 상전압을 일정하게 증가시키면 그 모터와 모터에 직접 연결되어 있는 세탁통 또는 펄세이터는 점차 회전속도가 증가하게 된다. 일정한 기준속도 또는 기준위치에 도달하는 시간은 기준세탁량에 비해 세탁량이 많은 경우 기준속도 또는 기준위치에 도달하기 위해서는 상기 비엘디씨 모터(13)가 더 많은 토크를 발생해야 하므로 기준시간에 비해 더 오랜시간이 걸리게 된다.

반대로 기준 세탁량에 비해 세탁량이 적은 경우에는 기준 세탁량을 일정시간 또는 일정위치까지 도달하는데 더 적은 에너지가 필요하게 되므로 기준시간보다 더짧은 시간에 기준속도 또는 기준위치에 도달하게 된다.

이와 같이 일정한 전압을 상기 비엘디씨 모터(13)에 인가한후 그 비엘디씨 모터(13) 또는 상기 세탁통이 일정속도 또는 일정위치에 도달하는 시간을 계산함으로써 상기 포량을 감지할 수 있다.

상기 포량감지 방식에서 김지한 상기 포량의 정확도에 영향을 미치는 인자는 다음과 같다.

먼저, 베어링 하우징의 편차, 세탁통의 흔들림 차이, 댐퍼의 편차등과 같은 기구적인 요인과 상기 모터의 저항, 인덕턴스 및 회전자 위치 감지용 홀센서등의모터요인과 전압감지회로, 전압변동, 온도등에 의한 제어회로부등으로 분류할 수 있다.

이러한 요인들 중 포량감지에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 전원전압의 변동에 의한 전압감지 오차이다. 가정 또는 공장에 들어오는 상용전원은 60Hz,220V가 정상 전원이지만 발전소 상황 또는 사용자 주위의 환경변화에 따라 전원전압은 기준 전압 220V보다 크거나 또는 작게 된다.

즉, 사용자 주위에서 전력을 많이 사용하고 있는 경우에는 사용자가 사용하는 전원의 전압은 떨어지게 된다.

또한, 세탁기 구동시 세탁량 및 운전 속도등에 따라 인버터의 직류 링크단 전압은 한정된 콘덴서 용량에 의해 변동하게 된다.

종래의 방식과 같이 일정한 기준 속도 또는 기준 위치에 도달하는 시간으로 포량을 감지할때 그 포량을 정확히 계산하기 위해서는 상기 포량 또는 주위환경에 관계없이 일정한 전압을 인가해야 하는데 주위환경에 따라 일정한 전압이 인가되지 못할 경우 계산한 상기 포량은 실제값과 많은 오차를 갖게 된다.

도 3은 종래의 비엘디씨모터 세탁기의 전원 전압 변동시 검출된 포량의 오차를 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 기준 시간 t0보다 ㅿt1만큼 더 빨리 기준 속도에 도달하게 되므로 그 ㅿt1시간에 해당하는 포량감지 오차가 발생하게 된다. 반대로 전원전압이 기준전압에 비해 감소할 경우 ㅿt2만큼 더 늦게 기준속도에 도달하므로 실제 포량보다 ㅿt2시간에 해당하는 포가 더 있는 것으로 포량을 검출하게 된다.

그러나, 상기와 같이 동작하는 종래 기술에 있어서 비엘디씨 모터를 사용한 인버터 세탁기는 홀센서를 이용하여 역기전력의 포량을 감지할 수 있으나 센서리스 베일디씨 모터를 사용할 경우에는 홀센서가 없기 때문에 초기에 회전수를 감지하기 어려운 문제점이 있다.

따라서 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 상기 비엘디씨모터에 의한 홀센서 및 그 주변회로의 이상으로 인한 위험이 감소되고, 제작이 간단하게 이루어지도록 한 센서리스 비엘디씨 모터를 사용한 인버터 세탁기의 포량 감지 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 홀센서와 그 주변회로를 필요로 하지 않으므로 가격을 낮추도록 한 센서리스 비엘디씨 모터를 사용한 인버터 세탁기의 포량 감지방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 비엘디씨모터 세탁기의 포량 검출이 적용되는 장치의 구성을 보인 회로도.

도 2는 종래 포량에 검출에 따른 비엘디씨모터 세탁기의 특성을 보인 예시도.

도 3은 종래의 비엘디씨모터 세탁기의 전원 전압 변동시 검출된 포량의 오차를 보인 예시도.

도 4는 본 발명 센서리스 비엘디씨모터 세탁기의 포량 검출 방법을 보인 흐름도.

도 5는 본 발명 센서리스 비엘디씨모터 세탁기의 포량 검출을 위한 구동패턴을 보인 예시도.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 센서리스 비엘디씨모터의 포량 검출에 있어서, 사용자가 선택한 상태가 포량 검출모드인가를 판단하여 포량 검출모드이면 모터를 기동하고 일정 회전속도에 도달했는지를 판단하는 제1 단계와; 상기 일정 회전속도에 도달하면 제1 일정시간이 경과했는지를 판단하여 모터를 토크 제어모드로 제어하는 제2 단계와; 상기 제2 단계로 동작중 제2 일정 시간이 경과하면 상기 모터의 속도를 저장하고 그 모터 속도로부터 포량을 판별하는 제3 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명 센서리스 비엘디씨모터 세탁기의 포량 검출 방법을 보인 흐름도로서, 이에 도시된 바와 같이 센서리스 비엘디씨모터의 포량 검출에 있어서, 사용자가 선택한 상태가 포량 검출모드인가를 판단(S41)하여 포량 검출모드이면 모터를 기동(S42)하고 일정 회전속도에 도달했는지를 판단하는 제1 단계(S43)와; 상기 일정 회전속도에 도달하면 제1 일정시간이 경과했는지를 판단(S44)하여 모터를 토크 제어모드로 제어하는 제2 단계(S45)와; 상기 제2 단계(S45)로 동작중 제2 일정 시간이 경과(S46)하면 상기 모터의 속도를 저장(S47)하고 그 모터 속도로부터 포량을 판별하는 제3 단계(S48)로 이루어진 것으로, 이와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 센서리스 비엘디씨모터로 구동되는 세탁기의 포량을 검출하기 위한 것으로서 초기에 건조 상태의 포를 정확히 검출하기 위한 것이다.

도 5는 본 발명 센서리스 비엘디씨모터 세탁기의 포량 검출을 위한 구동패턴을 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 특히 센서리스로 구동되는 시스템에 적용되기 위한 것으로 구동 초기에는 위치 오차가 발생하여 정확한 토크를 발생하기 어려우므로 위치 오차를 무시할 수 있도록 구동하는 구간(T1)과 가속하여 그 특성으로부터 포량을 검출하는 구간(T2)으로 나뉜다.

센서리스 비엘디스 모터를 초기에 가속하여 일정 시간(T1)에서 일정 속도(V1 RPM)로 구동되도록 한다. 상기 일정 속도(V1 RPM)에서 상기 제1 일정 시간(T1)은센서리스 알고리즘에 의해 구해진 위치 신호가 안정이 되는 속도와 안정이 되기까지의 시간이다.

여기서, 상기 일정 속도(V1 RPM) 및 제1 일정 시간(T1)은 실험을 통하여 70rpm, 6초임을 알 수 있다.

실제로 센서리스 구동 초기는 위치 신호의 오차를 가지게 되며 특히 낮은 속도에서는 전류 및 전압 신호의 오차 등과 계산의 오차가 상대적으로 커져 위치 오차가 발생하며, 위치 오차가 발생된 상태에서는 정확한 토크 제어를 할 수 없기 때문에 토크제어를 한 후 속도차이를 가지고 포량을 검출하더라도 정확한 측정값이 될 수 없다.

또한, 위치 신호가 안정되는 속도로 구동 되더라도 가속 특성에 의해 속도의 출렁거림이 발생하게 되므로 일정시간동안 속도를 유지해주어야 한다.

이후에 일정한 토크로 가속할 경우 제2 일정 시간(T2) 후에는 속도의 차이가 발생되며, 이 차이는 부하의 크기를 판단하게된다.

상기 제2 일정 시간(T2) 역시 실험 결과 1~2초임을 알수 있다.

먼저, 비엘디씨모터의 세탁기의 세탁조에 세탁물을 투입한 후 세탁을 위한 버튼을 누르면, 이를 마이크로 컴퓨터가 인식하여 세탁조에 소정의 물을 투입한 후 포량을 감지하기 위하여 트랜지스터를 온시켜 센서리스 비엘디씨 모터를 회전시키기 시작한다.

상기 센서리스 비엘디씨 모터가 회전하기 시작하면 나머지 스위칭 트랜지스터들을 주기적으로 온 또는 오프 동작을 상기 모터가 일정속도(V1 RPM)에 도달할때까지 반복하여 준다.

이때 상기 일정 속도(V1 RPM)는 상기 제1 일정 시간(T1)동안 구동되고, 그 제1 일정 시간(T1)이 경과된 후에는 상기 비엘디씨 모터를 토크 제어모드로 제어하게 된다.

이후, 제2 일정 시간(T2)이 지난후 모터의 속도는 포량에 따라 속도를 달리하게 되고, 마이크로 컴퓨터에서는 이를 저장하게 되며 그 모터의 속도로부터 포량을 판별하여 그에 따른 정확한 급수량과 세탁시간을 설정하여 세탁을 행함으로써 과세탁하는 일이 없도록 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 센서리스 비엘디씨 모터를 이용하여 인버터 세탁기의 포량을 감지하도록 함으로써, 홀센서 및 그의 주변회로를 구비하지 않아도 되므로 구성이 간단하고, 이에 따라 가격이 상당히 낮아지는 효과가 있으며, 또한 상기 홀센서 및 그의 주변회로의 이상으로 인한 위험을 없애도록 한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 센서리스 비엘디씨 모터 세탁기에 있어서, 사용자가 선택한 상태가 포량 검출모드인가를 판단하여 포량 검출모드이면 모터를 기동하고 일정 회전속도에 도달했는지를 판단하는 제1 단계와; 상기 일정 회전속도에 도달하면 제1 일정시간이 경과했는지를 판단하여 모터를 토크 제어모드로 제어하는 제2 단계와; 상기 제2 단계로 동작중 제2 일정 시간이 경과하면 상기 모터의 속도를 저장하고 그 모터 속도로부터 포량을 판별하는 제3 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 센서리스 비엘디씨모터 세탁기의 포량 검출방법.