KR20030078603A - 무브러시 모터의 회전수 제어 방법 및 이를 이용한 세탁기 - Google Patents

Abstract

무브러시 모터의 회전수 제어 방법은, 3상 권선을 갖는 고정자에 영구 자석 회전자를 배치하는 동시에 3개의 홀 IC에 의해 위치 센서 신호에 의거하여 마이크로 컴퓨터를 포함하는 구동 제어 회로에서 PWM 신호를 형성하고, 이 PWM 신호에 의해 인버터 회로를 제어하여 3상 권선의 통전 제어로 영구 자석 회전자를 회전 구동하는 무브러시 모터에 있어서, 위치 센서 신호에 의거하는 펄스 간격으로부터 회전수를 산출하고, 이 회전수에 의거하는 부하량에 따라서 모터로의 공급 전압과 위상을 제어하여 모터에 브레이크력을 부여한다.

간이한 방법으로 회생 전력이 발생하지 않는 브레이크를 거는 것이 가능해져, 저렴하게 모터의 회전수를 제어할 수 있다.

Description

무브러시 모터의 회전수 제어 방법 및 이를 이용한 세탁기 {METHOD FOR CONTROLLING REVOULTION PER MINUTE OF BRUSHLESS MOTOR AND WASHING MACHINE USING THE METHOD}

본 발명은 무브러시 모터의 회전수 제어 방법 및 이를 이용한 세탁기에 관한 것으로, 특히 예를 들어 무브러시 모터에 브레이크를 걸어 회전수를 제어하는 무브러시 모터의 회전수 제어 방법 및 그를 이용한 세탁기에 관한 것이다.

예를 들어, 외조 내에 회전 가능하게 배치한 세탁조겸 탈수조 및 이 조 내의 바닥부에 회전 가능하게 설치한 교반 블레이드(펄세이터)를 무브러시 모터로 회전 구동시키는 전자동 세탁기에 있어서 이 모터의 회전 속도를 급감속시키는 경우, 혹은 외조 내에 수평하게 설치한 세탁 드럼을 모터로 회전 구동시키는 드럼식 세탁기에 있어서 모터의 회전 속도를 급감속시키는 경우에는, 종래는 큰 브레이크에는 회생 브레이크가 사용되고 있고, 회전 에너지를 소비하는 외부 저항이 필요하였다. 이로 인해, 세탁기가 고가가 되는 등의 문제가 있었다. 또한, 전원측에 고전압이 생기는 등으로 인해 전기 회로의 내압을 높이는 것이 필요해져, 물을 사용하는 세탁기에 있어서는 신뢰성의 면에서 문제가 된다.

예를 들어, 일본 특허 공개 평11-275889호 공보[H02P 6/24]에는 무브러시 모터를 이용한 세탁기의 구동 제어 장치가 개시되어 있다.

이 구동 제어 장치에 있어서는, 브레이크용 통전 신호에 의거하여 무브러시 모터의 권선을 통전 제어하는 것이다. 이 경우, 유기 전압에 대해 역위상의 권선 전류가 발생하고, 제동력이 생겨 모터는 회생 제동의 상태가 된다. 여기서 회생 전력이 과대해져 버리면, 직류 전원측의 전기 부품이 파손될 우려가 있다. 그로 인해, 전압 검출 회로를 구비하여 이 검출 회로에 의해 회생 전력이 과대해졌는지의 여부를 판정하고, 그 출력 결과에 의거하여 브레이크용 통전 신호의 위상 지령 또는 전압 지령을 조정하므로, 회생 전력이 조정 가능해진다. 그 결과, 직류 전원측의 전기 부품의 파손을 방지하면서 모터에 회생 브레이크를 걸 수 있다.

또한, 일본 특허 공개 2001-4677호 공보[D06F 33/02]에 개시되는 전기 세탁기에 있어서는, 탈수 운전으로 세탁조겸 탈수조를 고속 회전시킨 후의 브레이크 제어를 행하는 감속 운전의 경우, 무브러시 모터의 권선 저항으로 회전 에너지를 소비하는 것으로, 모터의 전류를 측정하거나 혹은 직접 측정할 수 없는 경우 측정된 전류로부터 모터 전류를 추정하고, 혹은 측정된 전류치를 모터 전류치로서 전압을제어하고 있다.

그러나, 무브러시 모터의 회전수를 제어하는 브레이크 운전 혹은 급감속 운전에 있어서, 전자의 종래예의 회생 브레이크에서는 전압 검출을 행하는 전압 검출 회로를 필요로 하고, 또한 후자의 종래예에서는 전압 위상을 제어하기 위해 전류 검출을 행하는 전류 검출 회로를 필요로 한다. 따라서, 상술한 어떠한 종래예에 있어서도 전압이나 전류를 검출하기 위한 검출 회로가 필요하고, 그 회로 구성도 복잡해져 그에 따른 비용이 상승하게 되는 문제가 있다.

그로 인해, 본 발명의 주된 목적은 간단한 구성으로 확실하게 모터의 브레이크 운전이나 급감속 운전을 행할 수 있는, 무브러시 모터의 회전수 제어 방법 및 이를 이용한 세탁기를 제공하는 데 있다.

도1은 본 발명에 사용되는 무브러시 모터의 개략 구성도.

도2는 본 발명의 일실시예인 무브러시 모터를 사용한 전자동 세탁기의 구동 제어 장치의 회로 블럭도.

도3은 도2에 도시한 전자동 세탁기의 전반적인 동작을 도시한 흐름도.

도4는 전자동 세탁기의 탈수 운전의 동작 상황을 설명하는 흐름도.

도5는 세탁물의 부하량을 검출하기 위한 동작 흐름도.

도6은 본 발명의 다른 실시예인 드럼식 세탁기에 있어서의 카운터 밸런서에 의한 편심 하중을 해소하는 동작 흐름도.

도7은 드럼식 세탁기의 개략 구성을 도시한 도해도.

도8의 (a) 내지 (c)는 도6의 동작 흐름도에 의거하는 카운터 밸런서에 의한 편심 하중을 해소하는 동작 상태를 도시한 모식도.

도9는 드럼식 세탁기의 구동 제어 장치를 도시한 주요부 회로 블럭도.

도10은 부하량과 위상 및 계수(K)의 관계를 나타낸 테이블.

도11은 편심 하중에 의한 가속도 성분의 변동의 일예를 나타낸 파형도.

도12는 3상 무브러시 모터에 대한 브레이크 전압(V)의 벡터도.

도13은 단락 브레이크의 벡터도.

도14의 (a), (b) 및 (c)는 부하의 소, 중, 대에 대응한 각 벡터도.

도15는 부하량에 따른 전압 지령과 회전수의 관계를 나타낸 특성도.

도16은 부하량에 따른 전압 지령과 시간의 관계를 나타낸 특성도.

도17은 부하량에 따른 위상 지정과 회전수의 관계를 나타낸 특성도.

도18은 부하량에 따른 위상 지정과 시간의 관계를 나타낸 특성도.

도19는 환산 계수와 부하량의 관계를 나타낸 관계도.

도20은 도19에 상당하는 관계도.

도21은 모터에 브레이크를 건 경우의 부하량에 따른 회전수와 시간의 관계를 나타낸 특성도.

도22는 모터에 브레이크를 건 경우의 부하량에 따른 펄스 간격과 시간의 관계를 나타낸 특성도.

도23은 부하량과 펄스 간격의 관계를 나타낸 관계도.

도24는 도7에 상당하는 다른 실시예를 도시한 드럼식 세탁기의 개략 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 무브러시 모터

12u, 12v, 12w : 3상 권선

14 : 고정자

16 : 영구 자석 회전자

18u, 18v, 18w : 홀 IC

20 : 구동 제어 장치

28 : 인버터 회로(제어 수단)

30 : 구동 제어 회로(통전 신호 형성 수단)

40 : 드럼식 세탁기

52 : 세탁 드럼

58 : 무브러시 모터

66 : 카운터 밸런서

70 : 컴퓨터

78 : 가속도 센서

제1 발명은, 복수상의 권선을 갖는 고정자 및 영구 자석 회전자, 이 회전자의 회전 위치를 검출하여 위치 센서 신호를 출력하는 위치 센서, 이 위치 센서로부터의 위치 센서 신호에 의거하여 통전 신호를 형성하는 통전 신호 형성 수단, 및 통전 신호 형성 수단으로부터의 통전 신호에 의거하여 복수상의 권선에 통전하는 제어 수단을 구비하는 무브러시 모터의 제어 방법에 있어서, 통전 신호 형성 수단은 부하량 검출 수단을 구비하고 또한 모터의 브레이크 운전에 있어서는, 부하량 검출 수단으로 검출된 부하량에 의거하여 모터로의 공급 전압과 위상을 결정하는 것을 특징으로 하는 무브러시 모터의 회전수 제어 방법이다.

또한, 제2 발명은 외조에 배치한 세탁조겸 탈수조 내의 바닥부에 교반 부재를 설치하고, 무브러시 모터에 의해 탈수조 및 교반 부재를 일체적으로 또는 교반 부재를 단독으로 회전 구동하는 전자동 세탁기에 있어서, 무브러시 모터는 복수상의 권선을 갖는 고정자 및 영구 자석 회전자, 회전자의 회전 위치를 검출하여 위치 센서 신호를 출력하는 위치 센서, 위치 센서로부터의 위치 센서 신호에 의거하여 통전 신호를 형성하는 통전 신호 형성 수단, 및 통전 신호 형성 수단으로부터의 통전 신호에 의거하여 복수상의 권선에 통전하는 제어 수단을 구비하고, 통전 신호 형성 수단은 부하량 검출 수단을 구비하고 또한 모터의 브레이크 운전에 있어서는, 부하량 검출 수단으로 검출된 부하량에 의거하여 모터로의 공급 전압과 위상을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자동 세탁기이다.

또, 제3 발명은 프레임에 탄성적으로 지지된 외조 내에 회전 가능하게 지지되는 세탁 드럼을 설치하고, 이 세탁 드럼을 무브러시 모터에 의해 회전 구동하는 드럼식 세탁기에 있어서, 무브러시 모터는 복수상의 권선을 갖는 고정자 및 영구 자석 회전자, 회전자의 회전 위치를 검출하여 위치 센서 신호를 출력하는 위치 센서, 위치 센서로부터의 위치 센서 신호에 의거하여 통전 신호를 형성하는 통전 신호 형성 수단, 및 통전 신호 형성 수단으로부터의 통전 신호에 의거하여 복수상의 권선에 통전하는 제어 수단을 구비하고, 통전 신호 형성 수단은 부하량 검출 수단을 구비하고 또한 모터의 브레이크 운전에 있어서는, 부하량 검출 수단으로 검출된 부하량에 의거하여 모터로의 공급 전압과 위상을 제어하는 것을 특징으로 하는 드럼식 세탁기이다.

무브러시 모터를 제어하는 통전 신호 형성 수단에는 미리 부하량 검출 수단이 설치되어 있으므로, 이 검출 수단으로 검출된 부하량에 의거하여 모터로의 공급 전압과 위상을 자동적으로 결정하고, 모터에 브레이크력을 부여할 수 있다.

또한, 전자동 세탁기나 드럼식 세탁기에 있어서, 탈수 종료시나 탈수 개시 전에 모터의 회전수를 제어하는 브레이크 운전을 행하는 것으로 안전성의 확보나 카운터 밸런서에 의한 편심 하중을 해소할 수 있다.

도1은 본 발명이 적용되는 무브러시 모터(10)의 개략 구성을 도시한 도해도이며, 도2는 이 무브러시 모터를 이용한 전자동 세탁기의 구동 제어 장치의 개략 회로 블럭도이다.

도1에 있어서, 이 무브러시 모터(10)는 U상, V상 및 W상의 3상 권선(12u, 12v, 12w)을 갖는 원통형의 고정자(14)와, 이 고정자(14)의 중앙부에 형성된 공간에 배치되는 영구 자석 회전자(16)와, 이 회전자(16)의 회전축을 중심으로 하는 원주 상에 120도의 위상차로 배치되는 후술한 위치 센서로서 기능하는 3개의 홀 IC(18u, 18v, 18w)를 포함한다.

또한, 도2에 도시한 바와 같이 이 무브러시 모터(10)를 회전 구동하는 구동 제어 장치(20)는 상용 교류 전원(22), 이 교류 전원(22)을 직류로 정류하는 직류 전원 회로(24), 정전압 회로(26), 직류 전원 회로(24)로부터 공급되는 직류를 펄스형의 교류로 변환하는 3상 인버터 회로(28) 및 이 인버터 회로(28)를 제어하는 구동 제어 회로(30)를 포함한다.

직류 전원 회로(24)는 리액터(24a), 전파정류 회로(24b), 평활 컨덴서(24c,24c)로 구성된다. 또한, 인버터 회로(28)는 예를 들어 IGBT로 이루어지는 6개의 스위칭 소자(Sa 내지 Sf)를 3상 브릿지 접속하고 또한 각 스위칭 소자(Sa 내지 Sf)에 역병렬로 다이오드(Da 내지 Df)를 각각 접속하여 구성되어 있다. 각 스위칭 소자(Sa 내지 Sf)의 제어 단자(게이트 단자)는 마이크로 컴퓨터를 포함하여 구성되는 구동 제어 회로(30)에 접속되어 있다.

인버터 회로(28)의 출력측에는 무브러시 모터(10)의 3상 권선(12u, 12v, 12w)이 접속되는 동시에, 이 모터(10)의 회전 위치를 검출하는 3개의 홀 IC(18u, 18v, 18w)로부터의 위치 센서 신호(Hu, Hv, Hw)는 구동 제어 회로(30)에 입력된다. 또한, 구동 제어 회로(30)에는 세탁조의 수위를 검출하는 수위 센서(32), 세탁조 덮개의 개폐를 검출하는 덮개 센서(34)와, 각종 조작 스위치(36) 및 교류 전원(22)의 전압에 의거하여 정전을 검출하는 정전 검출 회로(42)로부터의 각 검출 신호가 각각 입력되는 동시에, 세탁조에 설치한 배수 밸브(38) 및 급수 밸브(40)에는 구동 제어 회로(30)로부터 구동 제어 신호가 부여된다.

그리고, 무브러시 모터(10)의 회전 위치를 검출하는 3개의 홀 IC(18u, 18v, 18w)로부터의 위치 센서 신호(Hu, Hv, Hw)에 의거하여 구동 제어 회로(30)의 마이크로 컴퓨터로 무브러시 모터(10)의 회전수(회전 속도)에 의거하는 부하량으로부터 이 부하량에 따른 전압 지령 및 위상 지령을 각각 연산하고, 이 연산 결과에 의거하여 인버터 회로(28)의 각 스위칭 소자(Sa 내지 Sf)의 제어 단자에 PWM 신호(통전신호 : 스위치 신호)가 부여되어 모터(10)의 회전수를 제어한다.

이 무브러시 모터(10)를 이용한 전자동 세탁기의 경우, 도시하지 않았지만세탁시에는 교반 부재(펄소미터)를 이 모터(10)로 직접 회전 구동하는 것이며, 또한 탈수시에는 도시하지 않은 크래치 기구에 의해 교반 부재와 세탁조겸 탈수조(회전조)를 일체적으로 연결함으로써 직접 회전 구동한다.

상술한 구성에 있어서, 마이크로 컴퓨터를 포함하는 구동 제어 회로(30)는 세탁 운전의 제어 전반과 모터(10)의 구동 제어의 양 기능을 갖고 있고, 그로 인한 제어 프로그램 및 이 제어 프로그램을 실행하는 데 필요한 데이터를 내부에 설치된 ROM에 기억하고 있다. 또한, 이 마이크로 컴퓨터의 내부에는 작업 영역으로서 RAM이 설치되어 있다. 그리고, 마이크로 컴퓨터는 통전 신호 형성부, 회전 속도 검출부 및 부하량 검출부로서의 각 기능을 구비하는 구성으로 되어 있다.

그런데, 모터(10)를 감속하기 위해서는 유기 전압에 의거하는 전력을 소비하는 것이 필요하다. 이로 인해 인버터 회로(28)로부터 모터(10)에 공급되는 전압(Vi)과 그 위상(ψ)을 제어하고, 전압(Vi)의 q축 성분(Vq)이 유기 전압에 가까운 전압으로 역위상이 되는 상태로 하면 좋다. 여기서 전압(Vi)은, 모터의 회전 속도(ω*)[회전수(N)에 상당] 및 이에 의거하는 유기 전압으로부터 추정할 수 있으므로, 이것을 기초로 미리 전압(Vi)의 값을 정해 두고, 감속 운전(브레이크 운전)으로 이 미리 정해진 전압(Vi)을 모터(10)에 공급한다. 즉, 이 전압(Vi)은 인버터 회로(28)에 의한 PWM 제어에 의거하여 모터(10)에 공급되는 전압이다.

특히, 탈수 운전시에 있어서 브레이크(급감속) 필요시에는 회전수(N)에 의거하는 부하량(M)에 상당하는 전압 지령 및 위상 지령에 의거하는 통전 신호에 의해 모터(10)를 통전 제어(인버터 제어)한다. 즉, 모터(10)의 유기 전압에 대해 역위상의 권선 전류가 발생하고, 브레이크 전압이 생겨 모터(10)는 제동 상태(급감속 운전 또는 브레이크 운전)가 된다.

즉, 모터에 부여되는 브레이크 전압(V)은 다음식에서 나타낼 수 있다.

V = K*ω*sin(θ-ψo)

단, K*는 계수, ω*는 회전 속도, θ는 위상이다.

그리고, 브레이크의 크기(부하량 또는 관성 모멘트)에 따라서 위상(ψ)과 전압치 산출의 계수(K)는 일의적으로 결정되므로 이것을 마이크로 컴퓨터의 ROM에 테이블로서 갖게 해 두면, 회전수(ω)에 의거하여 모터에 전압치를 인가한다.

또한, 계수(K)의 크기에 의해 브레이크의 크기를 변경할 수 있어, K = 0으로 단락 브레이크와 동일해진다. 가벼운 브레이크에 사용하는 단락 브레이크와의 관계도 명확하여 절환이 용이하다.

수학식 1의 브레이크 전압(V)의 벡터도 및 단락 브레이크의 벡터도가 각각 도12, 도13에 도시되어 있다. 이 전압(V)은 벡터도로부터 알 수 있는 바와 같이, 유기 전압(ωΦ)과, 모터 전류(I)에 의한 모터의 저항 성분(R)의 전압 벡터(RI)와, 모터의 리액턴스 성분(L)에 의한 전압 벡터(ωL1)의 벡터합의 관계가 된다.

또한, 브레이크 전압(V)의 3상 권선마다의 성분 전압(Vu, Vv 및 Vw)은 각각 이하의 수식으로 나타낼 수 있다.

Vu = K*ω*Sin(θ - ψ)

Vv = K*ω*Sin(θ - ψ + 120°)

Vw = K*ω*sin(θ - ψ + 240°)

그리고, 인버터 회로(28)로부터 모터(10)로 공급되는 전압의 벡터 Vi와 전류의 벡터 I라 하면, 모터(10)의 저항 성분(R)에 의한 전압(RI)이 90°이하일 때, 회생은 없다. 왜냐하면, 전류 벡터(I)에 Vi의 성분이 못 미친다. 90°이상일 때 회생한다. 이로 인해, 모든 부하량에 있어서 Vi, I가 90°이하가 되는 위상(ψ), 계수(K)를 미리 설정해 두면 좋다.

이것이, 도10의 표에 나타내어져 있다.

이 도10에 의해, 상기 수학식 2, 수학식 3 및 수학식 4는 이하와 같이 나타낼 수 있다.

Vu = Kn*ω*sin(θ - ψn)

Vv = Kn*ω*sin(θ - ψn + 120°)

Vw = Kn*ω*sin(θ - ψn + 240°)

또한, 모터의 부하 소, 부하 중, 부하 대의 벡터도가 도14의 (a), (b), (c)에 각각 나타내어져 있다.

이들의 점으로부터, 본 발명에 있어서는 모터(10)의 부하량(M)과 회전수(ω)에 의해 회생하지 않는 브레이크에 필요한 전압 지령과 위상 지력은 사전에 준비 가능하며, 부하량(관성 모멘트 혹은 브레이크력) 검출 장치를 구비하여, 이 부하량에 따라서 전압 지령 및 위상 지령을 결정하는 것이다.

또, 다음과 같은 여러 가지 변형은 가능하다.

① 전압 지령 : 회전수에 비례(K*ω), 위상 지령 : 일정(ψ)

② 전압 지령 : 회전수에 따른 테이블 참조(도15)

③ 전압 지령 : 시간에 따라서 감쇠하는 값(브레이크로 감속하므로, 시간과 회전수의 관계가 있으므로 같은 효과가 있다. 도16)

또한, 위상에 대해서는 이하의 변형예가 가능하다.

① 회전수에 따른 테이블값 참조(도17)

② 시간에 따른 값(도18)

또한, 부하량마다 테이블을 갖거나 환산식 및 환산 테이블로 계산할 수 있다(도19, 도20).

여기서, 도3에 도시한 흐름도에 의거하여 전자동 세탁기의 기본적인 세탁 및 탈수 운전에 있어서의 구동 제어 회로(30)에 의한 처리 동작을 설명한다. 또, 부하량 검출의 동작 흐름도에 대해서는 다음에 설명한다.

우선, 스텝 S1에서 세탁물의 부하량을 검출한다. 이 검출 결과는, 세탁수의 급수량 및 세탁 시간 및 탈수 시간 등의 조건을 설정하는 데 이용된다. 이어서, 스텝 S3에서는 부하량에 걸맞는 수위를 설정하여 세탁수를 세탁조에 자동 급수하고, 스텝 S5 및 스텝 S7에서 각각 설정된 시간 및 세탁 조건에 따라 세탁 운전과 헹굼 운전을 실행한다.

그 후, 스텝 S9로 진행하여 여기서 부하량에 따른 소정 시간의 탈수 운전을 실행하여 일련의 세탁 → 헹굼 → 탈수의 각 공정을 종료한다.

다음에 탈수 공정 및 부하량 검출의 동작 흐름을 도4와 도5에 의거하여 설명한다.

도4에 있어서, 우선 스텝 S11에서 구동 제어 회로(30)로부터의 구동 지령 신호에 의거하여 배수 밸브(38)를 개방하여 회전조(세탁조겸 탈수조)의 물을 배수한다. 이어서, 스텝 S13에서 모터(10)에 소정 브레이크를 걸어 회전수의 저하에 의거하여 후술하는 방법으로 부하량을 검출한다. 이 경우, 세탁 운전 전에 모터(10)의 타성 회전에 의거하여 검출된 부하량을 이용해도 좋지만, 탈수 전에 다시 검출한 쪽이 보다 정밀도가 높은 부하량을 검출할 수 있다. 이 스텝 S13에서 검출된 부하량에 의거하여 스텝 S15에서 소정 시간의 탈수 운전을 개시한다.

그리고, 스텝 S17에서 탈수 운전을 종료하였는지의 여부를 판정하고, 그 결과 "예"이면 스텝 S23에서 모터(10)에 스텝 S13에서 이미 검출되어 있는 부하량에 의거하는 전압 지령과 위상 지령을 3상 권선(12u, 12v, 12w)에 인가하여 모터(10)에 브레이크를 걸어 급속하게 회전을 정지시킨다. 만약, 스텝 S17에서 판정 결과가 "아니오"이면, 스텝 S19로 진행하여 정전인지의 여부를 판정하여, 그 결과가 "예"로 정전인 경우는 스텝 S23으로 진행하고, 여기서 모터(1O)에 브레이크를 걸어 회전을 정지시킨다. 또한, 스텝 S19의 판정 결과가 "아니오"로 정전이 아니라면스텝 S21에서 회전조(탈수조)의 덮개 스위치(34)가 온으로 덮개가 개방되어 있으면 스텝 S23에서 브레이크를 걸어 모터(10)의 회전을 정지시킨다. 만약, 스텝 S21에서 덮개 스위치(34)가 오프로 탈수조의 덮개가 폐쇄되어 있으면, 스텝 S15로 복귀하여 탈수 운전을 계속하게 된다.

그리고, 도21, 도22 및 도23에는 부하량(관성 모멘트)의 측정 원리가 도시되어 있다.

즉, 브레이크를 걸어 소정 시간 후의 회전수(홀 IC의 위치 센서 신호인 펄스 간격)로부터 부하량(관성 모멘트)을 얻을 수 있다.

또, 홀 IC의 펄스 간격으로부터 부하량을 구하는 방법 이외에, 예를 들어 브레이크 개시로부터 소정 시간 후까지의 펄스수를 카운트하는 방법, 혹은 소정의 펄스에 도달하기까지의 시간을 계측하는 방법, 또한 소정 펄스 간격에 도달하기까지의 시간을 계측하는 방법 등도 있다. 또한, 감속이 아니라 가속을 이용하는 방법도 있다. 여기서는, 홀 IC의 펄스 간격으로부터 부하량을 측정하는 것으로 한다. 다음에, 도5에 있어서 세탁조에 투입된 세탁물의 부하량을 상술한 방법으로 검출하는 경우, 우선 스텝 S31에서 모터(10)에 소정 브레이크를 걸어 회전수를 저하시킨다. 그리고, 회전 위치를 검출하는 홀 IC(12u, 12v, 12w)로부터의 위치 센서 신호(Hu, Hv, Hw)에 의거하여 스텝 S33에서 통전 신호 파형의 펄스 간격을 측정한다. 그리고, 스텝 S33의 펄스 간격의 측정을 반복 실행하고, 스텝 S35에서는 펄스 간격의 측정 시간이 미리 설정된 소정 시간을 경과하였는지의 여부를 판정하여, 그 결과가 "예"이면, 스텝 S37에서 소정 시간 경과 후의 펄스 간격에 의거하여 부하량을 계산한다. 만일, 스텝 S35에 있어서의 판정 결과가 "아니오"이면, 스텝 S33으로 복귀하여 펄스 간격의 측정을 계속한다.

또한, 도7에는 다른 실시예로서 드럼식 세탁기(40)가 도시되어 있다. 이 세탁기(40)는, 프레임(하우징)(42)에 현수 스프링(44, 44) 및 댐퍼(46, 46)에 의해 탄성적으로 지지된 외조(48) 내에 수평축(50)에 의해 회전 가능하게 지지된 원통형의 회전 세탁 드럼(52)을 설치하고, 이 세탁 드럼(52)을 수평축(50)에 설치한 종동 풀리(54) 및 구동 벨트(56)를 거쳐서 무브러시 모터(58)의 회전축(60)에 설치한 원동 풀리(62)에 연결하여 회전 구동된다.

그리고, 외조(48)의 전방면에는 세탁물을 출입할 때에 개폐되는 덮개(64)가 배치되어 있다. 세탁 드럼(52)에는 세탁물 및 세탁수를 수용하고, 세탁 드럼(52)을 저속 회전시킴으로써 소정 시간의 세탁 운전을 실행하고, 세탁 후는 세탁수를 배수하여 세탁 드럼(52)을 고속 회전시켜 세탁물의 탈수 운전을 하는 것이다.

또한, 세탁시에는 세탁 드럼(52)에 세탁물이 편재하여 편심 하중이 되어 세탁 드럼(52)이 진동하고, 이 세탁기(40)가 설치되어 있는 바닥면으로부터 소음이 발생한다. 그로 인해, 먼저 설명한 바와 같이 세탁 드럼(52)을 배치 수납하는 외조(48)는 프레임(42)에 현수 스프링(44)과 지지 댐퍼(46)에 의해 탄성적으로 지지되고 있지만, 또한 세탁 드럼(52)의 후방부(전방부라도 좋음)에 액체, 예를 들어 물 등의 액체를 밀봉한 환형 중공 부재로 이루어지는 카운터 밸런서(66)를 설치하여 진동의 억제를 도모하고 있다. 이 카운터 밸런서(66)는 세탁 드럼(52)의 전방부에 설치해도 좋다.

이 카운터 밸런서(66)의 외주 내면측에는 단면 대략 L자형의 구획판(68)이 방사형으로 다수 설치되고 또한 이 밸런서(66)의 내주면측은 연통 상태로 되어 있다. 또한, 외조(48)의 적절한 곳에는 후술하는 가속도 센서(78)가 장착되어 있다.

도8의 (a) 내지 (c)에는 세탁 드럼(52)의 회전 상태에 있어서의 카운터 밸런서(66) 내의 액체 상태와 세탁물(A)에 의한 편심 하중 위치 관계의 모식도가 도시되어 있다.

예를 들어, 세탁 드럼(52)을 1000 rpm의 중속으로 회전하고 있는 경우, 원심력이 중력보다 강하기 때문에, 도8의 (a)에 도시된 바와 같이 이 밸런서(56) 내의 액체가 대략 평균화된 상태가 되지만, 세탁물(A)에 의한 편심 하중 위치의 관계에 의해 전체적인 균형은 깨진다.

그래서, 이 세탁 드럼(52)을 100 rpm으로부터 45 rpm으로 감속하면, 도8의 (b)에 도시한 바와 같이 세탁 드럼(52)의 상방으로 들어 올리게 된 카운터 밸런서(66) 내의 액체는 감속에 수반하여 중력의 작용으로 일부가 낙하하고, 낙하된 액체의 대부분은 그 반대측에 위치하는 구획부로 유입한다. 이 상태에서 회전 속도를 100 rpm으로 올리면, 도8의 (c)에 도시한 바와 같이 세탁물(A)의 편재에 의한 편하중이 있는 위치 근방의 구획부의 액체는 거의 없어지며 그 반대측에 위치하는 구획부 및 그 근방의 구획부의 액체가 증가한다. 이에 의해, 카운터 밸런서(66)를 포함하는 세탁 드럼 전체의 편심 하중은 작아지며, 이 상태에서 고속 회전을 행함으로써 진동 및 소음이 적은 탈수 운전이 가능해진다.

다음에, 이 드럼식 세탁기(40)의 구동 제어 장치(68)의 개략 구성을 도9에의거하여 설명한다.

우선, 이 구동 제어 장치(68)를 구성하는 구동 제어 회로(70)는 마이크로 컴퓨터를 포함한다. 이 마이크로 컴퓨터는 CPU, A/D, RAM 및 ROM을 포함하고 회전 속도 제어부(72) 및 편심 하중 측정부(74)를 구성하고 있다. 또한, 회전 속도 제어부(72)로부터의 지령 신호가 인버터 제어부(76)로 출력되어 이 제어부(76)로부터의 구동 신호에 의해 무브러시 모터(58)가 회전 구동되는 동시에, 인버터 제어부(76)로부터 제어 신호가 마이크로 컴퓨터에 피드백된다. 그리고, 가속도 센서(78)로부터의 검지 신호가 마이크로 컴퓨터에 입력되어 편심 하중 측정부(74)에서 편심 하중량이 계산된다.

한편, 구동 제어 회로(70)에는 외부의 조작부(80)로부터 각종 조작 신호가 입력되는 동시에, 마이크로 컴퓨터에 의한 계산 결과 등의 출력이 표시부(82)에 표시된다.

그런데, 상술한 드럼식 세탁기(40)에 있어서 탈수시에 세탁 드럼(52)에 세탁물(A)에 의한 편심 하중이 생기면, 세탁 드럼(40)이 1회전하는 동안에, 가속도 센서(78)에 의해 검출되는 가속도 성분이 편심 하중에 따라서 변동한다. 그렇기 때문에 이 가속도 센서(78)의 출력에 의거하여 편심 하중의 크기를 검출할 수 있다.

도11은, 편심 하중에 의한 가속도 성분의 변동의 일예를 도시한 파형도이다. 가속도 성분의 변동 진폭, 즉 최대 피크치(Amax)와 최소 피크치(Amin)의 차이가 편심 하중의 크기를 반영하고 있다.

따라서, 가속도 센서(78)의 출력으로부터 구동 제어 회로(58)의 마이크로 컴퓨터에 의해 편심 하중이 계산된다. 그리고, 마이크로 컴퓨터의 RAM에는 사전에 샘플링된 가속도 센서(78)의 출력치와 그 출력치에 대응하는 편심 하중의 크기의 관계를 나타내는 테이블이 저장되어 있다. 또, 편심 하중의 검출 방법은 회전수의 변화에 의거하여, 그 극대치와 극소치의 차이로부터도 구할 수 있지만, 그 상세한 설명은 생략한다.

다음에, 카운터 밸런서(66)를 갖는 드럼식 세탁기(40)에 있어서의 세탁 운전 종료 후에 탈수 운전으로 이행할 때의 카운터 밸런서의 동작을 도6에 도시한 흐름도를 참조하여 설명한다.

도6에 있어서, 탈수 운전을 행하기 전에 스텝 S41에서 세탁 드럼(52)에 있어서의 세탁물에 의한 편심 하중의 검지를 행한다. 이 검지는 세탁 드럼(52)의 회전에 수반하는 가속도 센서(78)로부터의 출력에 의거하여 구동 제어 회로(70)의 마이크로 컴퓨터로 산출된다. 그리고, 스텝 S43에서 앞의 스텝 S41에 있어서 검지된 편심 하중의 값이 RAM에 저장되어 있는 데이터에 의거하여 허용 범위 내인지의 여부를 CPU에서 계산하여 판정하고, 그 결과가 "예"이면 복귀하여 탈수 운전을 개시한다.

한편, 스텝 S43의 판정 결과가 "아니오"로 편심 하중의 값이 허용 범위 밖이면, 스텝 S45에서 모터(58)에 의해 세탁 드럼(52)을 100 rpm으로 회전시킨다. 스텝 S47에서 본 발명을 적용하여 모터(58)에 브레이크를 걸어 세탁 드럼(52)의 회전수를 100 rpm으로부터 절반 이하인 45 rpm으로 단시간에 급감속시킨다. 그리고, 스텝 S49에서 세탁 드럼(52)의 회전수를 45 rpm으로부터 100 rpm으로 가속하여, 스텝 S41로 복귀하여 다시 편심 하중의 검지를 행하고, 스텝 S43에서 앞의 스텝 S41에서 검지된 편심 하중의 값이 허용 범위 내인지의 여부를 판정한다. 그 결과 "예"가 되면, 탈수 운전으로 이행하고, "아니오"이면 "예"가 될 때까지 스텝 S41로부터 스텝 S49의 공정을 계속해서 반복한다.

이와 같이 드럼식 세탁기에 있어서, 카운터 밸런서에 의해 편심 하중의 해소를 도모하고, 진동이나 소음이 적은 원활한 탈수 운전이 가능해진다.

또, 본 실시예의 드럼식 세탁기(40)는 세탁 드럼(52)을 동력 전달 기구(풀리 및 구동 벨트를 포함함)를 거쳐서 무브러시 모터(58)에 의해 회전 구동시키고 있지만, 도24에 도시한 다른 실시예와 같이 프레임(42)에 각 한 쌍의 현수 스프링(44)과 댐퍼(46)에 의해 탄성적으로 지지되고 또한 후방에 경사 상태로 설치된 외조(48) 내에 세탁 드럼(52)을 회전 가능하게 설치하고, 이 세탁 드럼(52)의 회전축(51)에 무브러시 모터(58)의 회전축(60)을 직결한 직접 구동 방식으로 해도 좋다. 이 경우, 카운터 밸런서(66)는 세탁 드럼(52)의 전방부에 세탁물 투입구를 둘러싸도록 설치되어 있다.

본 발명에 따르면, 부하량에 의거하여 회생 전력이 발생하지 않는 브레이크를 거는 것이 가능해진다. 그리고, 회생 전력이 발생하지 않음으로써, 외부 저항이 회생 에너지를 소비할 필요가 없어 비용도 저감한다. 또한, 본 발명을, 예를 들어 전자동 세탁기나 카운터 밸런서를 갖는 드럼식 세탁기에 적용하면, 구성이 간단하고 성능이 좋은 세탁기를 실현할 수 있다.

본 발명의 상술한 목적과 그 밖의 목적, 특징 및 이점은 도면을 참조하여 이하에 행하는 실시예의 상세한 설명에 의해 한층 명백해질 것이다.

Claims (12)

1. 복수상의 권선을 갖는 고정자, 영구 자석 회전자, 상기 회전자의 회전 위치를 검출하여 위치 센서 신호를 출력하는 위치 센서, 상기 위치 센서로부터의 위치 센서 신호에 의거하여 통전 신호를 형성하는 통전 신호 형성 수단, 및 상기 통전 신호 형성 수단으로부터의 통전 신호에 의거하여 상기 복수상의 권선에 통전하는 제어 수단을 구비하는 무브러시 모터의 주파수 제어 방법에 있어서,

   상기 통전 신호 형성 수단은 부하량 검출 수단을 구비하고 또한 상기 모터의 브레이크 운전에 있어서는, 상기 부하량 검출 수단으로 검출된 부하량에 의거하여 상기 모터로의 공급 전압과 위상을 결정하는 것을 특징으로 하는 무브러시 모터의 회전수 제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 통전 신호 형성 수단은 마이크로 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무브러시 모터의 회전수 제어 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 모터로의 공급 전압은 회전수 또는 시간에 따른 값인 것을 특징으로 하는 무브러시 모터의 회전수 제어 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 모터로의 공급 전압의 위상은 회전수 또는 시간에 따른 값인 것을 특징으로 하는 무브러시 모터의 회전수 제어 방법.
5. 외조에 배치한 세탁조겸 탈수조 내의 바닥부에 교반 부재를 설치하고, 무브러시 모터에 의해 상기 탈수조 및 교반 부재를 일체적으로 또는 상기 교반 부재를 단독으로 회전 구동하는 전자동 세탁기에 있어서,

   상기 무브러시 모터는 복수상의 권선을 갖는 고정자, 영구 자석 회전자, 상기 회전자의 회전 위치를 검출하여 위치 센서 신호를 출력하는 위치 센서, 상기 위치 센서로부터의 위치 센서 신호에 의거하여 통전 신호를 형성하는 통전 신호 형성 수단, 및 상기 통전 신호 형성 수단으로부터의 통전 신호에 의거하여 상기 복수상의 권선에 통전하는 제어 수단을 더 구비하고,

   상기 통전 신호 형성 수단은 부하량 검출 수단을 구비하고 또한 상기 모터의 브레이크 운전에 있어서는, 상기 부하량 검출 수단으로 검출된 부하량에 의거하여 상기 모터로의 공급 전압과 위상을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자동 세탁기.
6. 제5항에 있어서, 상기 모터로의 공급 전압은 회전수 또는 시간에 따른 값인 것을 특징으로 하는 전자동 세탁기.
7. 제5항에 있어서, 상기 모터로의 공급 전압의 위상은 회전수 또는 시간에 따른 값인 것을 특징으로 하는 전자동 세탁기.
8. 프레임에 탄성적으로 지지된 외조 내에 회전 가능하게 지지되는 세탁 드럼을설치하고, 상기 세탁 드럼을 무브러시 모터에 의해 회전 구동하는 드럼식 세탁기에 있어서,

   상기 무브러시 모터는 복수상의 권선을 갖는 고정자, 영구 자석 회전자, 상기 회전자의 회전 위치를 검출하여 위치 센서 신호를 출력하는 위치 센서, 상기 위치 센서로부터의 위치 센서 신호에 의거하여 통전 신호를 형성하는 통전 신호 형성 수단, 및 상기 통전 신호 형성 수단으로부터의 통전 신호에 의거하여 상기 복수상의 권선에 통전하는 제어 수단을 더 구비하고,

   상기 통전 신호 형성 수단은 부하량 검출 수단을 구비하고 또한 상기 모터의 브레이크 운전에 있어서는, 상기 부하량 검출 수단으로 검출된 부하량에 의거하여 상기 모터로의 공급 전압과 위상을 제어하는 것을 특징으로 하는 드럼식 세탁기.
9. 제8항에 있어서, 상기 모터로의 공급 전압은 회전수 또는 시간에 따른 값인 것을 특징으로 하는 드럼식 세탁기.
10. 제8항에 있어서, 상기 모터로의 공급 전압의 위상은 회전수 또는 시간에 따른 값인 것을 특징으로 하는 드럼식 세탁기.
11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세탁 드럼의 전방부 또는 후방부에 환형 중공 부재의 카운터 밸런서, 및 상기 세탁 드럼의 편심 하중을 검지하는 수단을 더 구비하고,

    상기 검지 수단으로 검지된 편심 하중을 허용 범위 내로 억제하도록 상기 모터의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는 드럼식 세탁기.
12. 제11항에 있어서, 상기 검지 수단은 가속도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 드럼식 세탁기.